Ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý đến sự thay đổi cấu trúc của khóm

Tuy nhiên, cấu trúc của màng tế bào thực vật có thé được cải thiện bằng việc hình thành phức hợp calci-pectate từ sự kết hợp giữa pectin với ion Ca” nhờ vào quá trình ngâm nguyên liệu

ANH HUONG CUA QUA TRINH TIEN XU LY

DEN SU THAY DOI CAU TRUC CUA KHOM

LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP KỸ SƯ Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THUC PHAM

TIỀN XỬ LÝ ĐÉN SỰ THAY ĐỎI CẤU TRÚC CỦA KHÓM” do Phạm Ngọc Tạo

thực hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua

LỜI CÁM ƠN

Qua 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 những kết quả như mong muốn Tắt cả những thành quả có được như ngày hôm nay chính là nhờ sự giúp đỡ của gia đình, thầy cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn cô Trần Thanh Trúc, giảng viên Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ, đã tận tình hướng dẫn

và giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm luận văn và giúp em hoàn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong Bộ môn Công nghệ thực phẩm và tất cả các bạn học cùng lớp đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đề tài luận văn tốt

nghiệp

Xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các cô trong thư viện Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình tìm tài liệu tham khảo

Xin chân thành cảm ơn tat ca các thầy cô trường Đại học Cần Thơ đã tận tình truyền đạt kiến

thức cho em trong suốt 5 năm trên giảng đường Đại học

Kính chúc quí thầy cô và các bạn luôn thành công trong công việc và trong cuộc sống Chân thành cảm ơn!

Cần thơ, ngày tháng năm 2007

Sinh viên

TÓM TẮT

Nghiên cứu ảnh hưởng của các quá trình tiền xử lý đến sự cải thiện cấu trúc của khóm đã được tiến hành ở những khía cạnh khác nhau nhằm hạn chế việc sản phẩm bị quá mềm hay quá dai trong quá trình chế biến Ở đây trong phạm vì của đề tài chúng tôi chỉ nghiên cứu tác động của việc bồ sung enzyme PME cà chua đến sự cải thiện cấu trúc của khóm Theo đó, ensyme PME được trích ly từ cà chua có khả năng tác động đến việc phân cắt mạch pectin nhằm tạo điều kiện cho việc hình thành calci-pectate

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PME cà chua sử dụng (với 4 mức độ 1,0%;

1,5%; 2,0%; 2,5%) trong môi trường nước cắt và dung dịch đệm có pH 8,0 cho thấy: hàm

lượng PME cà chua bổ sung là 2% trong môi trường dung dịch đệm cho độ cứng lớn nhất khi

kết hop với chế độ tiền xử lý ở nhiệt độ 45°C Đông thời, khả năng tác d6ng cia enzyme PME

đạt hiệu quả tốt nhất (1,3 lần) khi khóm sau giai đoạn tiền xử lý được tôn trữ ở nhiệt độ từ 4

— 6C sau 2 giờ

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang ii

MỤC LỤC

09802.) 000 -.4:œ BHgH ƠĨƠỎ i

"9 0/0 H ƠĨƠỎ đ )/9/209 21 .H.HH ƠỎ iii

DANH SACH BANG u sccsssessssessssssssssssscsssesssecsssecssscsssscssecssssssssssssesssecessecssecssusesseseseees i CHƯƠNG 1 GIGI THIEU

II c9) :“ £{71äÃđŒäAäẬAHRH,.H 1

12 _ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2- 2 ©2++£+EE£EEE+EE£EE+EEE+EEezExrrerrxere 2

CHƯƠNG2_ LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU -2 ¿52zz522+2czzc+ccss+ 3

2.1 THANH PHAN CAU TAO CUA VACH TE BAO THUC VẬT 3 2.2 DAC TINH CUA THANH TE BAO 20 cceseesseesscssesseesseessesssessesssesseesseeseessees 4

2.3 PECTIN METHYLESTERASE (PME) 2-2222222z+2v+recrrrrrrrrrcee 5

2.3.1 Giới thiệu chung -¿-¿- 525 S222 + + vn 5

2.3.2 Pectin methylesterase thực vậtK . - - + ++++x£+x£sx+sxrereersererx 6

2.4 CAC YEU TO ANH HUONG DEN KHA NANG HOAT DONG CUA PME

CA CHUA TRONG VIEC CẢI THIỆN CẤU TRÚC - 22 7

2.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 2-2++z++z+22z+z++rvzrez 7

2.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ -2-22©2s+©xc2CxEcEExrerkEerrkeerrerrrkrrrreee §

2.4.3 Ảnh hưởng CaC]; đến sự thay đổi độ cứng của rau quả 9 2.5 MỘT SĨ KÉT QUẢ ĐÃ NGHIÊN CỨU -2 22©z+22z++czse+ 10

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM -22©22+2C2+zt2vzz+trvrrsrrree 12

3.1.1 Thời gian, địa điểm -2+-+c+++EEE2EEEEEEEEEEEEEEEELrrkrrrrkrrrrcee 12 3.1.2 Dụng cụ - Hĩa chất 2-22-©+++2EE2EEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrrrrkrrrrree 12

3.2.2 _ Phương pháp đo độ cứng của khóm . - + -++s+s+s+s+szscsr+ 13

3.3 BÓ TRÍ THÍ NGHIỆM -¿- 2£ ©©2£+EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkerrrrrrrkrrrk 14

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PME đến khả năng cải thiện câu trúc trong môi trường khác nhau ¿- 55+ <+<5s5s<+s+s++s+ 14 3.3.2 „ Thí nghiệm 2: Khảo sát sự thay đổi độ cứng theo nhiệt độ của khóm khi có bô sung PMEE - + + + E11 3 vn HH nh nh nh nh 17

3.3.3 Thi nghiém 3: Khảo sát ảnh hưởng thời gian tồn trữ sau khi tiền xử lý

đên khả năng tác động của PME trong việc cải thiện độ cứng của khóm 18

4.1 TÁC DONG CUA VIEC BO SUNG ENZYME PME DEN KHA NANG CẢI THIỆN CẤU TRÚC CỦA KHÓM 2-22 ©2+E+*E£2EE££EE+EE£EEz+zz+rxzzr 20 4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐỀN KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CUA

ENZYME PME CÀ CHUA - 2-2222 ©E2EEESEEEEEEEEEEEEEEE1EE211 2712221211 .e 23

4.3 ANH HUONG CUA THOI GIAN TON TRU LANH DEN SU THAY DOI

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang iv

Hình 5: Sự phụ thuộc vận tốc phản ứng vào nồng độ cơ chắt -2 + 8

Hinh 6: Sy tao thanh calci-pectate trén té bao thực vật - - + S< sex 9

Hình 7: Sự thay đổi độ cứng của đâu tây khi bổ sung PME - 2-52 10

Hình §: Mẫu nguyên liệu khóm 2-2 + ++£©++EE£+EE+EEEeEx++Exerrrerxezrxerrerrrere 13 Hình 9: Thiết bị đo Rheotex và dao cắt

Hình 10: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ PME đến khả năng cải thiện

cấu trúc của khóm trong môi trường khác nhau -2- ¿+ +2+x£+++z++ez++ 16

Hình 11: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát độ cứng của khóm (lực cắt) ở các nhiệt độ tiền xử

lý khác nhau + S4 2 21 1212 2121 1T TH HT HT HH HH ng giờ 18 Hình 12: Mẫu khóm đã bổ sung PME thực vật trong môi trường nước hay dung dich

Hình 13: Mối quan hệ giữa độ cứng và hàm lượng enzyme khi xử lý khóm trong các HD» 0ï 1v: NA" 22 Hình 14: Mối quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ khi xử lý khóm trong môi trường đệm 24

Hình 15: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng của khóm theo thời gian tồn trữ lạnh

(sau quá trình tác động của PME cà chua và CaC];)) ¿- + 5+ £+x£veeeeeerexee 26

Hình 16: Quy trình trích Iy PME từ cà chua - - 5 5+ + 5+ + ++£+sE£sEeeeeeerereereee vii Hình 17: PME cà chua sau khi trích Ìy . - + + + + + + ++£sEeseesereererrerrerree viii Hình 18: Cà chua dùng cho trích ly enZyme . ¿+ + *++++*++E+sEesEeeeeerrreereee viii

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang v

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme PME và môi trường sử dụng đến khả

năng cải thiện độ cứng (g lực) của khóm - + + + 5+ xxx #v£vEExevexekreeererxerere 21

Bảng 2: Ảnh hưởng nhiệt độ tiền xử lý đến sự thay đổi độ cứng của khóm 23 Bảng 3: Ảnh hưởng của thời gian tồn trữ lạnh (ngày) đến độ cứng và giá trị cảm quan

Bảng 4: Sự thay đổi độ cứng của khóm theo thời gian tồn trữ lạnh (sau quá trình tác

động với PME cà chua và CaCl,)

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang vi

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

11 TONG QUAN

Khóm (Ananas comosus) là một trong những trái cây nhiệt đới có giá trị kinh tế cao, được trồng phô biến ở Việt Nam Khóm được sử dụng chủ yếu dé ăn tươi hoặc dùng

chế biến các dang thành phẩm hay bán thành phẩm Các sản phẩm từ khóm cũng rất

đa dạng, nhiều chủng loại như: khóm đóng hộp, khóm lạnh đông (đây là dạng bán thành phẩm), đồ hộp khóm nước đường, các sản phẩm nước trái cây, hay các loại mứt đông khóm (jam, jelly làm từ khóm)

Tuy nhiên, việc xử lý nhiệt nhằm tiêu điệt các vi sinh vật, kéo dai thời gian bảo quản

trong chế biến các sản phẩm trái cây là nguyên nhân làm thay đổi giá trị đinh dưỡng

và cảm quan của sản phẩm cuối, đặc biệt là sự biến đổi cấu trúc Hiện nay, trong quá trình chế biến các sản phẩm đồ hộp khóm, do yêu cầu đảm bảo giữ được cấu trúc của

sản phẩm cuối, nguyên liệu khóm ở độ chín 2 (độ chín 2 hàng mắt) thường được chọn

Ở độ chín này, khóm không có vị ngọt cao và màu sắc nhạt Do đó, việc nghiên cứu

tìm ra biện pháp cải thiện cấu trúc khóm nhằm có thể sử dụng khóm ở độ chín cao hơn

là một vấn đề cần thiết

Cấu trúc của khóm cũng như các loại rau củ khác phụ thuộc vào độ chín của nguyên

liệu mà chủ yếu là sự thay đổi tính chất của pectin (Leshem e¿ ai., 1986) Tuy nhiên,

cấu trúc của màng tế bào thực vật có thé được cải thiện bằng việc hình thành phức hợp

calci-pectate từ sự kết hợp giữa pectin với ion Ca” nhờ vào quá trình ngâm nguyên liệu vào dung dịch chứa ion Ca” hay bổ sung trực tiếp mudi Ca vào dung dịch phối ché (Smout et al., 2004; Vu et al., 2004) Dé tro giúp cho quá trình tạo thành phức hợp này, thành phần pectin của màng tế bào cần được thủy phân đưới tác động của enzyme PME, tạo thành pectin có độ methoxyl hóa thấp, giúp việc hình thành calci- pectate thuận lợi hơn Quá trình này đã tiến hành trên nhiều loại rau quả bằng cách kích hoạt enzyme pectin methylesterase (PME) có sẵn trong nguyên liệu hay b6 sung

từ bên ngoài (vi sinh vật hoặc thực vật) và thu được nhiều kết quả khả quan (Luna- Guzman et al., 2000; Duvutter, 2005; Vu et al., 2006)

Các nghiên cứu cải thiện cầu trúc khóm cũng đã được tiến hành bằng cách tiền xử lý

nhiệt kết hợp ngâm khóm trong dung dịch CaCl; (Trần Thanh Trúc, 2006) Tuy nhiên, khả năng cải thiện cấu trúc theo đường hướng kích hoạt enzyme PME nội bào chưa

đạt hiệu quả cao Chính vì thế, việc nghiên cứu bổ sung PME từ bên ngoài nhằm đây

nhanh tốc độ hình thành acid pectinic, gia tăng sự hình thành phức hợp calci-pectate, cải thiện độ cứng của sản phẩm là điều cần thiết

12 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Bước đầu khảo sát ứng dụng enzyme pectin methylesterase cà chua vào việc cải thiện cấu trúc khóm trong quá trình chế biến

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 THANH PHAN CAU TAO CUA VACH TE BAO THUC VAT

Các nghiên cứu về cải thiện độ cứng của rau củ đều có liên quan đến thành phần cấu

tạo và tính chất của vách tế bào thực vật

Vách tế bào là đặc điểm của tế bào thực vật đề phân biệt với tế bào động vật, vách bảo

vệ tế bào, giữ hình đạng, tránh sự mất nước cũng như chống sự xâm nhập của vi sinh

vật (hình 1) Vách ở phía ngoài của màng có thể dày từ 0,1 đến vài tim Thành phần

hóa học của vách thay đổi từ loài này sang loài khác và từ tế bào này sang tế bào khác trong cùng một cây, nhưng cấu trúc cơ bản không thay đổi Thành phần cấu tạo chính

là các phân tử cellulose có đạng sợi được kết dính với nhau bằng chất nền gồm các

đường đa khác và protein

Các phân tử cellulose cấu trúc thành các sợi cellulose xếp song song nhau tạo ra các tắm, các sợi trong các tắm khác nhau thường tạo ra các góc từ 60 + 90° Đặc điểm sắp xếp này làm vách tế bào rắn chắc Các sợi cellulose có chiều rộng khoảng 20 nm, giữa các sợi có những khoảng trống có thể cho nước, khí và các ion đi chuyển tự đo qua mạng lưới này, tính thắm chọn lọc của tế bào là do màng sinh chất quy định

Ở những cây còn non tế bào có vách mỏng gọi là vách sơ cấp (primarry wall), vách

này có tính đàn hồi và cho phép tế bào gia tăng kích thước Giữa hai vách sơ cấp của các tế bào liền kề nhau là phiến giữa hay lớp chung (middle lamella), 14 một lớp mỏng

giàu chất bột đường đa gọi là pectin, thường hiện điện dưới dạng calci-pectate Khi chất pectin bị hóa nhày, các tế bào không còn gắn chặt vào nhau nữa nên khi trái chín trở nên mềm đi

Khi tế bào trưởng thành và ngừng tăng trưởng, một số tế bào tạo thêm lớp cứng hơn

gọi là vách thứ cấp (secondary wall) nằm giữa vách sơ cấp và màng tế bào Vách thứ cấp thường dày có nhiều lớp được cấu tạo bằng các sợi cellulose xếp theo nhiều thường khác nhau, nên vách tế bào trở nên rắn chắc hơn Ngoài cellulose vách thứ cấp

còn có thể tâm thêm nhiều chất khác như mộc tố (lignine) Khi vách thứ cấp được thành lập hoàn toàn, tế bào có thể chết đi, khi đó chúng chỉ còn làm nhiệm vụ nâng đỡ

hay dẫn truyền

Trên vách của tế bào thực vật có những lỗ nhỏ giúp các chất thông thương với nhau,

các lỗ này được gọi là cầu liên bào (plasmodesmata), ở vị trí này tế bào chất của hai tế

bào liền kề liên tục nhau (Bùi Tấn Anh, 2002)

Hình 1: Cấu tạo của vách tế bào thực vật

Nguôn: www.ippa.inƒo/what_is_pectin.him

2.2 ĐẶC TÍNH CỦA THÀNH TẾ BÀO

Thành tế bào chủ yếu là pectin ngoài ra còn những thành phần khác như cellulose và hemicellulose Do đó, đặc tính tạo cấu trúc của tế bào phụ thuộc vào đặc tính của pectin

Trong thuc vat, pectin tồn tại dưới hai dạng:

Pectin là một polymer được hình thành nhờ HO

những đơn vị acid polygalacturonic gắn kết —2

nhau bởi các liên kết œ-1,4 glycoside Trong —

pecn tự nhiên có khoảng 2/3 nhóm acid OO”

Pectin có độ ester hóa cao thì có khả năng HÌ

tạo gel bên trong dung dịch đường có nông coocH,

độ cao hon 65%, chang hạn như các sản Hình 2: Cầu tạo phân tử pectin

Khi bị thủy phân thì nhóm methoxyl của pectin bị giảm do đó hình thành gel với ion

Ca** ở nồng độ đường thấp hơn

Khi thủy phân hoàn toàn nhóm methy] ester cua pectin sé tao thanh acid pectic — trong

cấu tạo có chứa một nhóm carboxyl tự do trên một đơn vị của acid polygalacturonic

Pectin từng được xem là bao gồm cả carbohydrate khác như: arabans, galactans, .các thành phần này được xem như là các thành phần tạp chất không mong muốn Tuy

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 4

nhiên, hiện nay các nghiên cứu đã cho thấy các loại đường như L - rhamnose, L-arabinose, D - galactose và vết của một số loại đường khác là thành phần cấu tạo không thé thiếu của phân tử pectin (Cready và Gee, 1960, được trích dẫn bởi Gerald Reed, 1966)

Protopectin tao độ cứng cho quả xanh, không tan trong nước và có cấu tạo hoá học phức tạp Trong thành phần chính pectin có các phân tử pectin, các phân tử cellulose

và các ion Ca”, Mg””, các gốc acid phosphoric, acid acetic và đường Protopectin khi

bị thủy phân bằng acid hoặc dưới tác dụng của enzyme protopectinase hay khi đun nóng thì giải phóng pectin hoà tan

Trong bào tương, pectin nằm ở dạng hòa tan Trong màng tế bào và gian bào, chúng nằm ở dạng không hòa tan gọi là protopectin Protopectin ở màng gian bào có chứa lượng kim loại khá cao và một lượng nhóm methyl đủ dé làm protopectin bền vững Còn protopectin ở màng tế bào chứa một lượng kim loại không nhiều, có độ methoxyl

hóa cao Vì thế, tế bào thực vật có khả năng trương nở tốt (Nguyễn Đức Lượng,

2004)

2.3 PECTIN METHYLESTERASE (PME)

2.3.1 Giới thiệu chung

PME (EC 3.1.1.11) là enzyme rat dé tim trong tự nhiên như trong thực vật, vi khuẩn,

nam méc (Rexova-Benkova và Markovic, 1976; Versteeg, 1979) Trong các tế bào vi

sinh vật, PME nằm trên thành tế bào trong quá trình hình thành tế bào, cùng với các

enzyme phá hủy thành tế bào khác như cellulases, polygalacturonase, pectin và pectate lyases, protease (Goldberg, 1984) Chính vì thế, PME được xem là enzyme đầu tiên tác dụng lên pectin

Trong tế bào thực vật, sự hoạt động của PME liên kết chủ yếu với sự thay đổi vách tế

bào Khi tế bào thực vật phát triển hoàn thiện, các thành phần tế bào được phân chia,

hoạt động của PME tập trung chủ yếu ở từng bộ phận tế bào đã được phân chia này Tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme mà khả năng hoạt động của PME có thể đạt

được giá trị tối ưu trong các điều kiện khác nhau Nhìn chung, PME rat nhay cam đối

với môi trường chứa ion và chịu tác động lớn bởi pH Hầu hết PME thực vật có pH tối

ưu từ 6 + 8, trong khi giá trị pH tối ưu của PME vi sinh vật nằm trong khoảng từ 4 đến

9 (Bordenave, 1996) Hai loại PME thường được sử dụng là PME cà chua và PME vi

sinh vật - chủ yếu từ nắm mốc Aspergillus aculeaus PME Giá trị pH tối thích cho hoạt động của enzyme PME cà chua là 8,0 trong khi đó giá trị 4,5 là phù hợp cho Aspergilius PME (Duvetter, 2006)

Phản ứng thủy phân pectin được thực hiện bằng PME ở đơn vị galacturonic chứa ester

bên cạnh nhóm carboxyl tự do hoặc từ cuối chuỗi pectin (Rexova-Benkova va

Markovic, 1976) (hình 3) và kết quả là hình thành methanol, proton và chat pectin có

độ methoxyl thấp hơn Điều này dẫn đến sự thay đổi thuộc tính tạo keo của pectin nên làm tăng độ nhớt của rau quả và làm giảm pH

Bén canh PME vi sinh vat, enzyme PME con duoc tim thay 6 hau hết các loại trái cây

như cà chua, chuối, táo, kiwi, cam, Enzyme PME thường tồn tại dưới nhiều hình

thức khác nhau, nằm trong phần vỏ tế bào PME thực vật nói chung có hoạt độ tối ưu

trong khoảng pH hơi kiềm Các cation kim loại ở nồng độ thấp như Ca”” có khuynh hướng làm tăng độ hoạt động của enzyme Các ion Ca”” và Na” làm tăng hoạt độ của

enzyme lên tối đa ở các nồng độ lần lượt là 0,005M và 0,05M (Bordenave, 1996)

Ở thực vật chứa ít nhất là hai dạng enzyme: PMEI và PME2 Cả hai đều tăng trong

giai đoạn đầu của quá trình chín Các PME thực vật có khả năng chịu nhiệt tốt hơn

những enzyme có nguồn gốc từ nắm mốc PME của cà chua sẽ bị mắt 50% hoạt tính sau thời gian gia nhiệt 1 giờ ở nhiệt độ 70°C trong dung dich NaCl 0,1M tai giá trị pH

= 6 Đối với các PME thực vật có pH tối ưu cao (pH khoảng 8,0) sé dé mat mat hoạt tính trong quá trình xử lý Enzyme có thể bị mắt hoạt tính đến 50% sau 5 phút khi đun

ở 67°C Các PME acid và kiềm có thể khử gốc methyl của cơ chat pectin theo cùng

một kiểu PME kiềm làm hình thành các pectin được ester hóa và pectin này có thể tạo gel mạnh với ion Ca”” PME acid tạo ra pectin bị este hóa có khả năng tạo gel yếu với

lon Ca”,

Các PME ở thực vật tấn công vào hoặc đầu không khử hoặc gần với nhóm carboxy] tự

do và tiến dọc theo phân tử bằng cơ chế chuỗi đơn, tạo ra các khối galacturonic acid

không bị ester hóa rất mẫn cảm với calci (hình 4) Các cấu trúc khác nhau của chuỗi

galacturonan chẳng hạn như các monomer acetyl hóa, các nhóm ester bị chuyên đổi

thành amid hay bị khử đến rượu bậc một, hay sự tồn tại của các vùng có nhiều mạch

nhánh có khả năng ức chế hoạt động của PME

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 6

Hình 4: Mô tá vị trí thủy phân của PME đối với nhóm methoxyl

Peclir esterase |

A KOH SỐ ot A " ,3 ưo A fe OH o⁄

“ey Yh NON LON H OH OH OH

PME nắm mốc: pH tối thích 4,5; thủy phân vị trí bất kỳ

PME thực vật: pH tối thích >7; thủy phân ở những vị trí đã được định trước

PME có tính đặc hiệu cao đối với nhóm methylester của acid polygalacturonic Các ester khác chỉ bị tấn công rất chậm, còn các nhóm methylester của acid polymanuronic thì không hề bị tấn công Tốc độ loại ester trên mạch pectin phụ thuộc vào độ đài của mach trimethyl trigalacturonate không bị tấn công Các PME của nắm khác với PME của thực vật theo cơ cấu đa mạch, các nhóm methoxyl bị lay đi một

cách ngẫu nhiên (Lý Nguyễn Bình, 2004)

2.4 CAC YEU TO ANH HUONG DEN HOAT DONG CUA PME CA

CHUA TRONG VIEC CAI THIEN CAU TRUC

2.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme

Khi lượng cơ chất đầy đủ thì vận tốc phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme tức là nồng độ enzyme càng lớn thì vận tốc phản ứng càng lớn

V=k[E]

Trong đó: V: vận tốc phản ứng

k: hằng số tốc độ (hằng số vận tốc) [E]: nồng độ enzyme

Vinax

Hình 5: Sự phụ thuộc vận tốc phản ứng vào nồng độ cơ chất

Nguôn: Nguyễn Đức Lượng, 2004

2.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Giống như các phản ứng xúc tác bởi enzyme khác, tốc độ loại methoxyl của pectin nhờ vào tác động của PME được gia tăng cùng với sự gia tăng nhiệt độ Tuy nhiên, do enzyme có bản chất là protein nên nó không bền với tác đụng của nhiệt độ, đa số các

enzyme đều mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 70°C (Phạm Thu Cúc, 2002) Khi tăng nhiệt

lên 10°C thì vận tốc tăng lên từ 1,4+2 lần, nhưng khi tăng nhiệt độ đến một mức độ

nào đó thì cũng đồng thời có tác dụng ngược lại làm giảm vận tốc phản ứng do hậu quả của việc biến tính enzyme bởi nhiệt gây nên Nhiệt độ ứng với độ hoạt động cao nhất của enzyme được gọi là nhiệt độ tối thích Nhiệt độ tối thích của các enzyme khác nhau thì khác nhau Nhiệt độ tối thích cho hoạt động của enzyme thay đổi trong khoảng 45 — 55°C, một số enzyme khác có khoảng nhiệt độ hoạt động cao hơn, dao động từ 50 — 70°C (Basah và Ramaswamy, 1998), phụ thuộc vào nguồn enzyme

Những đặc tính của mô tế bào thực vật còn sống phụ thuộc vào sự sắp xếp cấu trúc và

thành phần hóa học của tế bào và khoảng gian bào chứa pectin Quá trình gia nhiệt có

ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của tế bào, pectin bị phá vỡ và những đặc tính vật lý

của tế bào cũng thay đổi theo

Trong suốt quá trình chế biến nhiệt rau, quả cũng sẽ bị mềm do sự phân cắt tế bào

(Van Buren, 1979) Khi xử lý rau quả ở nhiệt độ trung bình (60°C, 30 phút) cấu trúc

của rau, quả bị ảnh hưởng mạnh (Fuchigami et al., 1995) Tuy nhién, enzyme PME

có ảnh hưởng đến cấu trúc rau, quả ở nhiệt độ 60-70°C và sự ảnh hưởng này theo

hướng có lợi Basah và Ramaswamy (1998) khi nghiên cứu về sự hoạt động của

enzyme PME và khả năng cải thiện độ cứng cũng cho thấy có sự hoạt động của enzyme PME ở nhiệt độ khoảng 50 + 70°C Trong quá trình xử lý nhiệt ở áp suất cao

có thể làm tăng hoạt tính của enzyme PME Hoạt tính của PME thực vật có thể được

gia tăng bởi tác động của áp suất và đạt được cường độ hoạt động tối ưu ở áp suất thay

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 8

đổi trong khoảng 200 - 500 MPa va nhiệt độ từ 50 — 57°C (Castro et al., 2006; Sila et al., 2007; Verlent et al., 2004)

Thêm vào đó, khi tế bào thực vật chịu tác động của áp suất lớn hơn 350 MPa thì cũng

không ảnh hưởng đến cấu trúc của rau, qua (Knorr, 1995) Stute et ai., (1996) nhận xét quá trình xử lý ở áp suất cao không làm mềm rau, quả trong suốt quá trình chế biến và cấu trúc của nó cũng giống như chưa xử lý rau, qua bằng áp suắt

Del Valle et al., (1998) da nghién cứu ở các quá trình tiền xử lý (xử lý nhiệt kết hợp

với ngâm muối Calcï) có ảnh hưởng đến cấu trúc của rau, quả Những nghiên cứu của

các tác giả cho thấy kết hợp việc ngâm CaCl, va xit ly ở áp suất cao 300 MPa, 60°C

trong 15 phút có thể giảm được sự mềm của rau, quả Ngoài ra, một số tác giả khác cũng có những ý kiến tương tự trên như Fuchigami : a!, (1995) va Vu et al.,

(2004)

2.4.3 Anh hwéng CaCl, dén sự thay đổi độ cứng của rau quả

Muối Calci thường được sử dụng trong công nghiệp như một tác nhân tạo sự rắn chắc cho rau, quả Cấu trúc của nhiều loại rau, quả sẽ được cải thiện khi ngâm trong dung dịch muối calci (Luna-Guzman et al., 1999 va 2000)

Kết quả quá trình ngâm calci là tạo sự ổn định cho hệ thống màng tế bào và hình thành calci-pectate, làm phiến giữa và vách tế bào trở nên cứng hơn (Lee í ai., 1979;

Jackman và Stanley, 1995) Mặt khác, muối calci có thể tác động lên mô tế bào góp

phần làm tăng tính nguyên vẹn của tế bào và kết quả là giữ vững hay tăng lực cứng

của tế bào (Luna-Guzman et al., 2000) (Hinh 6)

Main et al.,(1986) nhan thay việc sử dụng muối Calci lactate sẽ cải thiện được cấu

trúc của quả đâu tây đóng hộp Kết quả này cũng được nghiên cứu bởi tác giả French

er ai, (1989) trên quả mơ đóng hộp trong trường hợp sử đụng muối calci chlorua (CaCl;) Các nghiên cứu của Abbot e/ ai., (1989) hay Lurie và Klein (1992) đã cho

thấy, độ giòn của táo được duy trì và cải thiện nhờ việc ngâm táo sau thu hoạch trong

dung dịch CaCl; 1% Đặc biệt, nghiên cứu của Luna-Guzmán ¿í a., (1999) cũng cho thấy độ giòn của dưa (Cucumis melo L var reficulafus) gìa tăng 300% so với điều kiện bình thường khi được ngâm trong dung dịch CaCl; 2,5% với thời gian I phút

Độ cứng của cà rốt cũng được cải thiện khi ngâm nguyên liệu 1 giờ trong dung dịch

CaC]; 0,5% (Sila et al., 2003; Vu et al., 2004)

2.5 MOT SO KET QUA DA NGHIEN CUU

Vai trò của enzyme pectinase trong việc cải thiện độ cứng của rau quả đã thu hút được

sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu Hoff và Bartolome (1972) đã xác nhận ảnh

hưởng tích cực của việc tiền xử lý nhiệt đến việc cải thiện cấu trúc rau quả nhờ vào sự

hoạt động của enzyme PME ở nhiệt độ khoảng 45 — 65°C Bén canh tiến trình cải thiện cấu trúc nhờ kích hoạt PME có sẵn trong nguyên liệu, đối với một số loại rau

quả có chứa hàm lượng PME thấp, việc cải thiện cấu trúc dựa trên phản ứng của Ca?”

và pectin có độ methoxyl thấp tạo calcipectate sẽ được tiến hành nhờ vào việc bỗ sung các chế phẩm PME từ bên ngoài vào Javeri et al., (1991) đã xác nhận tác động của PME được trích ly từ nước bưởi có thể cải thiện cấu trúc của quả đào một cách đáng

kể Độ cứng của quả đào tăng lên trên 20 lần Robert A Baker (1993) đã nghiên cứu

việc cải thiện cấu trúc của khóm đóng hộp tăng từ 38 — 50% bằng cách sử dụng chế phẩm PME két hop str dung calci-lactate có nồng độ từ 0,3 đến 0,4%

E sau 4 ngày Phương pháp bổ sung PME

Hình 7: Sự thay đổi độ cứng của dâu tây khi bỗ sung PME

Nguon: Duvetter et al., 2005

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 10

Năm 2004, Anjongsinsiri eí ai., (2004) cũng đã nghiên cứu vấn đề này trên dâu tây và thu được kết quả tốt Đồng thời, việc đưa PME vi sinh vật vào trong đâu tây sẽ giúp

cải thiện cấu trúc hiệu quả hơn nhiều so với PME cà chua (hinh 7) (Duvetter et al.,

2005)

Từ các kết quả đã nghiên cứu trên các loại rau quả trên, đề tài tiến hành nghiên cứu khả năng cải thiện độ cứng của khóm bằng cách bổ sung PME cà chua theo các nội dung nghiên cứu chủ yếu:

> Tim ra ham lượng PME cà chua bổ sung thích hợp có khả năng cải thiện độ cứng của khóm tốt nhất

+ Xác định chế độ tiền xử lý nhiệt tối ưu nhằm kích hoạt enzyme PME dé cải thiện

độ cứng của khóm

$% Xác định ảnh hưởng của thời gian tồn trữ sau khi tiền xử lý nhằm kích hoạt tối đa

hoạt động của PME để cải thiện độ cứng của khóm

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM

3.1.1 Thời gian, địa điểm

- Dia diém: Phong thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm - Khoa Nông nghiệp

và Sinh học Ứng dụng -Trường Đại học Cần Thơ

- _ Thời gian thực hiện : 12 tuần (từ ngày 26/2/2007 đến 21/5/2007)

3.1.2 Dụng cụ - hóa chất

(i) Dung cu

- Bé diéu nhiét (water bath)

- May ly tâm (3000 vòng/phút)

- _ Dao cắt mẫu bằng thép không rỉ có đường kính 21 mm

- _ Thiết bị đo cu tric (Rheotex)

- Dung dich dém photphate pH7,5

- Dung dich dém photphate pH 8,0

3.1.3 Nguyên liệu

- _ Cà chua: Lựa chọn loại trái dài, có độ chín đồng đều, sử dụng cho trich ly PME

-_ Khóm loại Queen (trái hình chóp), độ chín kỹ thuật 2, được thu mua từ ruộng khóm ở Vị Thanh — Hậu Giang dùng đề làm mẫu thí nghiệm

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 12

3.2 PHUONG PHAP THI NGHIEM VA PHAN TÍCH

3.2.1 Phương pháp chuẩn bị mẫu

Trái khóm được chặt bỏ hai hàng mắt đầu, sử dụng đao cắt hình trụ có đường kính 21

mm, tiến hành cắt khóm thành những miếng hình trụ có kích thước 21 mm x 15 mm

Hình 8: Mẫu nguyên liệu khóm

3.2.2 Phương pháp đo độ cứng của khóm

Tiến hành đo đạc sự thay đổi cấu trúc (thể hiện qua giá trị độ cứng, g lực) của các mẫu

khóm này bằng thiết bị đo cấu trúc (Rheotex) với các thông số:

“+ St dung dau do: dao cat

¢ Quing đường đo cố định là 10 mm

Kết quả phân tích là trung bình cộng của mười lần đo đạc

Hình 9: Thiết bị đo Rheotex và dao cắt

Kết quả của thí nghiệm trước được sử đụng cho thí nghiệm sau, kết quả là kết quả

trung bình của nhiều lần lặp lại

(ii) Tiến hành thí nghiệm

Các mẫu khóm được chuẩn bị với kích thước như nhau (21 mm * 15 mm) cho vào bao bì PA với kích thước cố định 18 70 mm * 200 mm Rót dung dịch ngâm có chứa PME cà chua ở các hàm lượng khác nhau với tỷ lệ khóm:dịch ngâm = 100g khóm/125ml dung dich, sau đó ghép mí Chú ý dung dịch phải ngập hết các mẫu theo

dõi

Tiến hành gia nhiệt ở nhiệt độ 55°C trong thời gian 20 phút nhằm kích hoạt enzyme

PME Sau khi gia nhiệt, làm nguội mẫu dưới vòi nước chảy tràn Ngâm các mẫu khóm

đã xử lý với dung dịch chứa PME trong dung dịch CaCl; nồng độ 0,5% với thời gian

30 phút Sau đó, tiến hành đo độ cứng của khóm bằng thiết bị đo cấu tric (Rheotex) (ii) Bồ trí thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên hai nhân tố và 3 lần lặp lại

Ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng Trang 14

Nhân tố A: Hàm lượng PME sử dụng, thay đổi ở 4 mức độ:

Thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ bố trí ở hình 10

(iv) Kết quả thu nhận

Độ cứng của các mẫu khóm sau khi tiền xử lý trong dung địch có bổ sung PME ở các hàm lượng khác nhau trong hai loại môi trường

Chọn hàm lượng PME phù hợp và dung địch ngâm cho kết quả cải thiện độ cứng tốt

nhất