Mục tiêu của các quá trìnhnghiên cứu này là để xác định việc lưu giữ lycopen trong quá trình sấy phun cà chuavà nghiên cứu ảnh hưởng của sấy phun đến hàm lượng lycopen trong bột cà chua.
Trang 1KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
Bài báo cáo:
GVHD: ĐẶNG THỊ NGỌC DUNG SVTH : Trần Thị Thu Hiền 11116026
Vũ Thị Thu Hiền 11116027 Nguyễn Thị Anh Thư 11116066 Phan Văn Luật 11116036
Trang 2SỰ ỔN ĐỊNH CỦA LYCOPEN TRONG SUỐT QUÁ TRÌNH SẤY PHUN CÀ
CHUA.
Laboratory of Food Process Engineering, Department of Chemical Engineering, School of Engineering, Aristotle University of Thessaloniki,University Campus, 541 24 Thessaloniki, Greece Received 4 March 2004; received in revised form 28 June 2004; accepted 20 July 2004
M c L c ục Lục ục Lục
Tóm tắt: 3
1 Lời giới thiệu 4
2 Nguyên liệu và pương pháp: 6
2.1 Nguyên liệu 6
2.2 Sấy phun 6
2.3 Xác định chất rắn 6
2.4 Phân tích Lycopene 7
2.5 Phân tích thống kê 7
3 Kết quả và thảo luận 8
3.1 Mất lycopene trong sấy phun 8
3.2 Mô hình toán học 13
3.3 Cơ chế của sự thay đổi lycopene 17
4 kết luận 18
Tài liệu tham khảo 19
Tóm tắt:
Lycopen là sắc tố chủ yếu tìm thấy trong cà chua và quan trọng không chỉ vì
Trang 3lycopen trong quá trình chế biến không chỉ ảnh hưởng đến màu sắc cuối cùng củasản phẩm mà còn ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng Mục tiêu của các quá trìnhnghiên cứu này là để xác định việc lưu giữ lycopen trong quá trình sấy phun cà chua
và nghiên cứu ảnh hưởng của sấy phun đến hàm lượng lycopen trong bột cà chua.Thực hiện 64 thí nghiệm khác nhau giữ nguyên mức nguyên liệu, nhiệt độ nguyênliệu, áp suất sấy phun và thay đổi tốc độ dòng chảy không khí, tốc độ dòng chảy củakhông khí sấy và nhiệt độ phòng Bột cà chua được phân tích hàm lượng lycopen.Hàm lượng lycopen thay đổi từ 1016.05 đến 1181.30µg trên gam tổng khối lượngchất khô Lượng lycopen hao hụt dao động trong khoảng 8.07 đến 20.93% Phântích thực nghiệm cho thấy mối tương quan giữa các điều kiện sấy phun và việc lưugiữ lycopen Sự mất lycopen tăng lên cùng với việc tăng nhiệt độ phòng và cả tốc độdòng không khí nén và sấy Nhiều phân tích được thực hiện lặp lại để dự đoán cácyếu tố, để duy trì lượng lycopen cuối cùng trong quá trình sấy phun Qua kết quảbáo cáo thì sự giảm lycopen là do một sự suy thoái thực tế của lycopen, đúng hơn là
sự tăng dần đảo ngược từ các dạng đồng phân trans-lycopen sang dạng cis kém hấpdẫn, màu sắc kém hơn
® 2004 Hội Khoa học và Công nghệ Thực phẩm Thụy Sĩ Xuất bản bởi Elsevier LtdTất cả các quyền
Từ khóa: suy thoái, đồng phân hóa; Lycopene; khô phun, bột cà chua, cà chuanghiền
1 Lời giới thiệu.
Lycopen là một trong 600 caroten tìm thấy trong tự nhiên Nó tích lũy trongcác mô tương đối ít, và dễ dàng tìm thấy trong cà chua chín, ớt đỏ, dưa hấu, và bưởiruột đỏ, lycopen tạo sắc tố đỏ cho chúng ( Hakala và Hienonen, 1994; Be- Amotz váFishler, 1998; Thompson và các cộng sự., 2000) Lycopen quan trọng không chỉ vìmàu sắc mà còn vì lợi ích sức khỏe nó mang lại Về phương diện của khoa nghiên
Trang 4cứu bệnh dịch, nghiên cứu cho thấy nồng độ lycopen và chế độ ăn uống thiếulycopen liên quan đến nguy cơ mắc một số loại ung thư, như: ung thư tuyến tiền liệt,ung thư đường tiêu hóa và ung thư phổi ( Le Marchand, Yoshizawa, Kolonel,Hankin, và Khachik, 1990; Franceschi và các cộng sự., 1995; Bramley, 2000;Southon, 2000) Mặc dù không có hoạt động của một số tiền vitamin A, lycopen cóthể hoạt động như một chất chống oxi hóa, Sự giảm liên tục của lycopene được tìmthấy là nhiều hơn gấp đôi so với β-carotene và hơn 10 lần so với α-tocopherol (Shi,
Le Maguer, Kakuda, Liptay, & Niekamp, 1999)
Cà chua và các sản phẩm từ cà chua là nguồn chính cung cấp lycopen vàđược coi là đóng góp quan trọng caroten trong chế độ ăn của con người Tuy nhiên,xem xét bởi Nguyen và Schwartz thì con người chế biến và bảo quản các sản phẩm
từ cà chua làm suy thoái lycopen(1999) Nguyên nhân chính gây suy thoái lycopen
là do đồng phân hóa và oxi hóa Điều đó cho thấy, giai đoạn đầu của sự suy thoáicác đồng phân trans- lycopene bị đảo ngược làm giảm màu sắc, các đồng phân cis-lycopene bị oxy hóa nhiều hơn ( Boskovic, 1979) Sự oxi hóa của tất cả các trans-lycopene và đồng phân cis xảy ra song song với đồng phân hóa chuyển trans→cis,nguyên nhân là do sự phân hóa các phân tử lycopen thành nhỏ hơn, như andehit vàxeton không ổn định phát triển (Lovric, Sablek, & Boskovic, 1970;Schierle và cáccộng sự., 1997) Các nhân tố môi trường như không khí, ánh sáng, nhiệt độ có thể cóảnh hưởng rất quan trọng đến đồng phân hóa và oxy hóa lycopen trong quá trình sảnxuất cà chua ( Anguelova và Warthesen, 2000)
Sự ổn định lycopen trong các sản phẩm từ cà chua trong suốt quá trình xử lýnhiệt ( bao gồm nấu, cô đặc, mất nước…) để sản xuất nước sốt cà chua, xốt cà chua,nước ép cà chua đã được nghiên cứu rộng rãi ( Kalaui và Bauernfeind, 1981) Sựsuy thoái lycopen trong suốt quá trình chế biến thường xuyên được theo dõi và mức
độ thiệt hại phụ thuộc vào cách xử lý, nhiệt độ, thời gian, sự hiện diện của oxy vàánh sáng Ngoài ra, theo nghiên cứu sự ổn định lycopen trong các sản phẩm cà chuađược lưu trữ khác nhau thì khác nhau, tốc độ suy thoái lycopen phụ thuộc vào điều
Trang 5kiện lưu trữ và ( đặc biệt là ánh sáng, nhiệt độ, hoạt độ của nước và oxy) các đặcđiểm của sản phẩm ( trạng thái rắn hoặc lỏng ).
Cole và Kapur ( 1957) và Sharma và Maguer ( 1996 ) báo cáo lycopen trong
mẫu cà chua sấy phun mất đáng kể sau khi làm nóng ở 100℃ có sự tham gia củaoxy, với ánh sáng hoặc không có ánh sáng Miki và Akatsu (1970) quan sát thấy mấtkhoảng 1-2% lycopene khi đun nóng nước ép cà chua ở 100℃ trong 7 phút Noble (
1975 ) phát hiện ra rằng kết quả cô đặc bột cà chua có thể làm mất đến 57%
lycopen Boskovic ( 1979 ) quan sát thấy rằng dưới sự chế biến và lưu trữ hàmlượng lycopen giảm 20% cùng với sự mất nước của sản phẩm cà chua.Theo Zanoni,Peri, Nani và Lavelli ( 1999) trong suốt quá trình sấy cà chua nửa tại 80℃ khôngxảy ra mất lycopene đáng kể Trong khi đó tại nhiệt độ 110℃mất một lượnglycopene nhỏ ( 12%) Đồng phân hóa lycopen trong các sản phẩm cà chua là kết quảcủa phương pháp xử lý nhiệt cũng đã được báo cáo bởi nhiều nhà nghiên cứu ( Stahl
và Sies, 1992; Schierle và các cộng sự., 1997; Shi và các cộng sự , 1999) Tuynhiên, những nghiên cứu khác gần đây đã chỉ ra các cách xử lý nhiệt phổ biến đểlượng lycopen mất đi trong các sản phẩm cà chua là không đáng kể hoặc chỉ là sựthay đổi phân bố đồng phân cis- lycopen ( Khachik và các cộng sự., 1992; Nguyen
và Schwartz, 1999; Nicoli, Anese, và Parpinel, 1999) Một số lượng lớn thông tin
còn được thu thập dựa trên hoạt động nhiệt của lycopen trước câu trả lời về điều
kiện ảnh hưởng đến nó Trớ trêu thay, trường hợp của lycopen, trong thực tế cácbước chế biến thức ăn nhằm tăng thêm giá trị, sau khi xử lý nhiệt lycopen trở nênkém hoạt động hơn do thành tế bào bị vỡ ra ( Stahl và Sies, 1992; Gartner, Stahl, vàSies, 1997; Thompson và các cộng sự., 2000)
Mục đích của việc này là nghiên cứu sự mất mát của lycpen trong suốt quátrình sấy phun bột cà chua và chỉ cho chúng ta thấy sự ảnh hưởng các điều kiện sấyhàm lượng lycopen trong bột cà chua
2 Nguyên liệu và pương pháp:
2.1 Nguyên liệu.
Trang 6Môi trường cô đặc bột cà chua với một lượng chất rắn cố định có nồng độkhoảng 14 ± 0.05%, thu nhận từ nhà máy địa phương, đã được sử dụng làm nguyênliệu sấy phun cho tất cả các thí nghiệm
2.2 Sấy phun.
Máy sấy phun nhỏ Buchi ( Model 191, Buchi Laboratorium- Technik, Flawil,Switzerland) đã được sử dụng trong quá trình sấy phun Bột cà chua được bơm bằngmáy bơm nhu động để phun và một vòi phun hai chất lỏng đã được sử dụng trong quátrình phun,với sử dụng khí nén.Tốc độ dòng chảy khí nén được điều khiển bởi đồng hồ
đo lưu lượng và nước làm mát được lưu thông qua lớp vỏ áo của vòi phun Báo cáo thí
nghiệm được kiểm soát với 4 nhiệt độ phòng, 4 tốc độ dòng chảy không khí sấy, 4 tốc
độ đòng chảy không khí nén Bột cà chua sấy phun ở nhiệt độ phòng 110, 120, 130 và
140oC ( ±1℃), tốc độ dòng chảy không khí sấy 17.50, 19.25, 21.00, 22.75m³/h (±0.18m
³/h) và mức độ tốc độ dòng chảy tác nhân phun 500, 600, 700 và 800l/h (±20l/h) Phạm
vi các giá trị được xác định trước trên cơ sở thí nghiệm tối ưu hóa trước đó, giảm thiểulượng ẩm trong bột với phần tích lũy còn lại nhỏ ( Goula, Adamopoulos, và Kazakis,2004).Thực hiện lặp lại ba lần Áp lực phun, tỉ lệ nguyên liệu, nhiệt độ nguyên liệutương ứng giữ ở 5± 0,1par, 1,75±0.05 g/ phút, và 32±0.5℃ Nhiệt độ không khí đầu rađược kiểm tra liên tục Kết quả bột được lấy ngay vào bình
2.3 Xác định chất rắn
Tổng số chất rắn trong cà chua được xác định bằng cách sấy mẫu ở nhiệt độ
70oC (AOAC, 1980) đến khối lượng không đổi và xác định ba lần để lấy kết quả trungbình của nó
2.4 Phân tích Lycopene
Hàm lượng lycopene (mg/g tổng chất rắn) được xác định dựa trên máy phân tíchquang phổ trong ether dầu mỏ, dùng máy quang phổ UV-Visible để phân tích ( tia sángkhông nhìn thấy, tia gamma, Thermo Spectronic, Madison, Hoa Kỳ) ba lần ở bướcsóng 505nm(Gould & Gould, 1988) Cân một lượng bột hoặc chất dạng bột có tổngchất rắn là 0,5-1 g (ví dụ: 0,5±0.01 g) trộn với 75ml acetone và 60ml xăng dầu ete (65-
100oC) trong vòng 5 phút rồi chuyền vào bình 500ml và lọc bằng phểu và ở phía dưới
Trang 7thêm acetone, lọc ba lần để loại bỏ chất rắn Tiếp theo là loại bỏ acetone để ngăn cản
sự tạo thành nhũ tương hóa Trộn thêm 20ml 90% methanol trong 30 giây và cáchypophase bị loại bỏ Và hỗn hợp này được tiếp tục được trộn với 20 ml dung dịchKOH 20% trong methanol ở 30 giây, khi trộn sẽ xảy ra phản ứng xà phòng hóa vàacetone sẽ được loại bỏ Việc bổ sung 90% methanol được lặp đi lặp lại nhiều lần vàcuối cùng được chiết ra rửa với nước trong ba lần Hỗn hợp này được pha loãng vớiether dầu khí đến 100 ml Mẫu được phân tích ngay hoặc được giữ trong tủ lạnh tối ở
1oC tối đa 72 giờ
Lycopene được định lượng bằng cách sử dụng tiêu chuẩn đường cong của tinhkhiết lycopene hòa tan trong ether dầu khí ở nồng độ khác nhau từ 0,2 tới 56,25 µg/ ml.các lycopene được sử dụng đạt nguyên chất là 95% (Sigma Chemical Công ty St Louis,MO)
Để ước tính xem lycopene được suy thoái thành dạng không màu hoặc đượcđồng hóa thành dạng hợp chất lycopene thì chất lycopene chiết xuất được ờ bước sóng
từ 250 đến 550 nm Xác định các đồng phân cis được dựa trên xuất hiện cực đại cáchợp chất lycopen giữa 320 và 360 nm (Sharma & Maguer, 1996)
2.5 Phân tích thống kê
Các dữ liệu được phân tích bằng phần mềm thống kê có tên là Minitab (Release13.32, Minitab Inc, State College,PA, Hoa Kỳ) Phần mềm này là một nổ lực lớn quacác thực nghiệm và nó đã được chế tạo thành công Thể hiện sự mất mát lycopenetrong phun khô như một hàm phi tuyến tính của các biến độc lập bằng cách áp dụngphân tích hồi quy
3 Kết quả và thảo luận
3.1 Mất lycopene trong sấy phun
Hàm lượng lycopene trong bột cà chua là 1285,00 µg / g tổng chất rắn (có nghĩa
là thí nghiệm được làm 64 mẫu mỗi mẫu được làm ba lần với độ lệch chuẩn 4,76 µg/gtổng chất rắn), trong khi trong bột cà chua dao động từ 1016,05 đến 1181,30 mg / gchất rắn Đối với lycopene độ lệch chuẩn trung bình là 0,22 µg/g chất rắn Giá trị này
Trang 8tương ứng với lượng lycopene mất đi do nhiệt độ và tốc độ dòng chảy của không khíkhô cho mỗi cấp độ ở các tốc độ dòng chảy khí nén được thể hiện trong hình 1-4 mỗiđiểm nhiệt độ của các con số đại diện cho giá trị trung bình được lặp lại ba lần.
Mức độ suy thoái của thực phẩm trong thời gian làm khô chủ yếu là kiểm soátbởi nhiệt độ của nó Đối với tất cả các loại phản ứng, hằng số tốc độ là một chức năngcủa nhiệt độ như kiểm soát năng lượng rõ ràng của sự hoạt hóa Tỷ lệ suy thoái khôngchỉ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ mà còn bởi độ ẩm và hoạt độ nước trong thực phẩm, doánh sáng và oxy hòa tan Nói chung, giá trị hằng số tỷ lệ của một phản ứng suy thoáithấp nhất trong chân không và bóng tối, cao nhất trong không khí và ánh sáng, xácnhận khả năng ảnh hưởng của oxy và ánh sáng (Sharma &Maguer, 1996) Ảnh hưởngcủa các hoạt độ nước quan trọng nhưng chưa được hiểu đầy đủ Nhìn chung, khi hoạt
độ nước giảm thì phản ứng hóa học chậm hơn (Karel, 1979) Như trong quá trình sấysản phẩm nhiệt độ tăng cao trong khi hoạt độ nước giảm, hằng số tốc độ có thể tăng khihiệu ứng nhiệt độ đang có ảnh hưởng lớn, hằng số tốc độ có thể làm giảm khi ảnhhưởng của hoạt độ nước thấp hơn và trở thành nhân tố chủ yếu (Downey, 1977)
Trang 9Hình 1 Thử nghiệm (biểu tượng màu đen, ) và dự đoán bằng phương trình (1)(biểu tượng màu trắng, ) giá trị lycopene mất đi, tốc độ của nhiệt độ không khí đầuvào và tốc độ dòng không khí khô ( 17.50 m3 / h, 19.25m3 / h, 21,00 m3 /
h, 22.75 m3 / h), cho tốc độ dòng chảy khí nén là 500 l / h
Hình 2 Thử nghiệm (biểu tượng màu đen, ) và dự đoán bằng phương trình (1)(biểu tượng màu trắng, ) giá trị lycopene mất đi, tốc độ của nhiệt độ không khí đầuvào và tốc độ dòng không khí khô ( 17.50 m3 / h, 19.25m3 / h, 21,00 m3 /
h, 22.75 m3 / h), cho tốc độ dòng chảy khí nén là 600 l/h
Trang 10Hình 3 Thử nghiệm (biểu tượng màu đen, ) và dự đoán bằng phương trình (1)(biểu tượng màu trắng, ) giá trị lycopene mất đi, tốc độ của nhiệt độ không khí đầuvào và tốc độ dòng không khí khô ( 17.50 m3 / h, 19.25m3 / h, 21,00 m3 /
h, 22.75 m3 / h), cho tốc độ dòng chảy khí nén là 700 l/h
Trang 11Hình 4 Thử nghiệm (biểu tượng màu đen, ) và dự đoán bằng phương trình (1)(biểu tượng màu trắng, ) giá trị lycopene mất đi, tốc độ của nhiệt độ không khí đầuvào và tốc độ dòng không khí khô ( 17.50 m3 / h, 19.25m3 / h, 21,00 m3 /
h, 22.75 m3 / h), cho tốc độ dòng chảy khí nén là 800 l/h
Trong quá trình sấy phun, giai đoạn mà tốc độ không đổi là nhiệt độ giọt vẫntương đối ổn định ở mức nhiệt độ bốc hơi của không khí khô Trong giai đoạn nước rơixuống, bay hơi làm mát làm tăng dần nhiệt độ sản phẩm và cuối cùng đo nhiệt độ cácgiọt ra để xác định nhiệt độ Các giá trị nhiệt độ của không khí ra cho mỗi thí nghiệmđược liệt kê trong hình 5.Giá trị To đại diện cho các giá trị trung bình của ba lần thínghiệm To diễn tả như độ lệch chuẩn trung bình của ba lần thí nghiệm là 0,29oC
Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự suy thoái (hoạt độ nước của thức ăn,oxy và ánh sang tiếp xúc) , trong một quá trình sấy phun nó bị ảnh hưởng bởi các điềukiện sấy khô Theo Hawkes và Villota (năm 1989), mức độ oxy và ánh sáng tiếp xúctrong một hệ thống sấy phun là chủ yếu ảnh hưởng bởi giọt / hạt kích thước và mức độhình thành chất dính kết, điều này được kiểm soát bởi điều kiện chế biến Kích thướcgiọt nước càng lớn thì mức độ tích tụ càng lớn
Trang 12Hình 5 Nhiệt độ không khí đầu ra (có nghĩa là ba lần lặp lại) so với nhiệt độ khôngkhí đầu vào và tốc độ dòng không khí khô ( 17,50 m3/ h, 19,25 m3/ h, 21,00 m3/
h, 22,75 m3/ h) cho mỗi cấp độ của tốc độ dòng khí nén
Độ ẩm của việc bay hơi (giọt nhỏ) cũng điều khiển bởi điều kiện của phun khô Trongcông việc trước đó, công việc trước có thể kết luận việc phun sấy bột cà chua, độ ẩmcủa giọt giảm với sự gia tăng của cấp độ phun, nhưng trái lại trong những tác động củanhựa dẻo và hút ẩm của bản thân sản phẩm (Goula et al 2004) Như thế, việc tăngkhông khí dẫn vào làm giảm độ ẩm bên trong, ngoại trừ việc tăng nhiệt độ từ 130oC lên
Trang 13lượng không khí khô thấp hơn thổi làm cho làm tăng thời gian ở trong sản phẩm giúpcho việc lưu thông hiệu quả, có thể dẫn đến độ ẩm thấp, cũng như trong trường hợpkhông khí thổi giảm từ 19.25 xuống 17.50 m3/h Tuy nhiên, khi ta giảm cấp độ thổi từ27.5 xuống 19.25 m3/h không tạo nên một sự giảm độ ẩm khi ở nhiệt độ không khí cao,
có thể trường nhiệt độ dẻo kết tụ
Điều đó có thể rút ra từ biểu đồ 1-4, lượng lycopene mất đi tăng lên với lượngnhiệt độ không khí đầu vào tăng Tổng quát, với sự gia tăng nhiệt độ không khí từ từlàm cho độ ẩm và kích thước giọt tăng (Goula et al 2004), tác động đó làm giảm sự mấtlycopene Bằng cách nào đó, nhiệt độ đầu vào cao gây ra sự gia tăng nhiệt độ giọt dẫnđến lượng lycopene mất tăng cao hơn Như thế, ảnh hưởng của nhiệt độ cao hơn lànhân tố chính
Giảm cấp độ nén của không khí làm giảm lượng lycopene mất đi Điều đó có thểlàm kích thướt giọt tăng với tỷ lệ lưu lượng không khí - chất lỏng thấp thổi vào tronghai vòi phun chất lỏng (Barbosa-Canovas & Vega-Mercado, 1996) Các giọt chất lớn
có bề mặt nhỏ hơn tỷ lệ khối lượng, giảm lượng oxy tiếp xúc với các khối giọt và do đólàm giảm đi sự mất lycopene Hơn nữa, tốc độ thổi của dòng khí nén thấp làm cholượng lycopene mất đi giảm do ảnh hưởng tác động của không khí lên nhiệt độ, việcgiảm đó ảnh hưởng trực tiếp bởi dòng khí nén (hình 5) Ngoài ra, ảnh hưởng của tốc độdòng khí nén lên sự mất lycopene cũng chịu ảnh hưởng của các giọt độ ẩm Nói chungphản ứng ngược xảy ra chậm hơn khi giảm hoạt động của nước và do đó giảm tốc độdòng chảy của khí nén làm tăng độ ẩm, làm lượng lycopene mất đi tăng Tuy nhiên, dobản chất dính tự nhiên của sản phẩm nên việc tăng độ ẩm làm cho độ dính kết tăng lên(Al-Kahtani & Hassan, 1990; Goula et al., 2004) Và trong sự tác động của oxy thấp thìlượng lycopene suy thoái thấp
Việc mất lycopene tăng lên khi gia tăng lượng không khí khô Việc mất mát đócũng tăng lên do nhiệt độ của lượng không khí ngoài tăng cao hơn vì nhiệt độ sấy caohơn bình thường Đi u này có th để được cho là do sự tăng nhiệt độ không khí thoát ược cho là do sự tăng nhiệt độ không khí thoátc cho là do s tăng nhi t đ không khí thoátự tăng nhiệt độ không khí thoát ệt độ không khí thoát ộ không khí thoát
ra t m c trung bình khô t i cao h n Ngoài ra m t t l lới cao hơn Ngoài ra một tỷ lệ lượng khí để cung cấp ơn Ngoài ra một tỷ lệ lượng khí để cung cấp ộ không khí thoát ỷ lệ lượng khí để cung cấp ệt độ không khí thoát ược cho là do sự tăng nhiệt độ không khí thoátng khí đ cung c pể được cho là do sự tăng nhiệt độ không khí thoát ấp
