ảnh hưởng của tiền xử lý nhiệt đến sự thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt

Trên cơ sở đó, đề tài tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:  Khảo sát động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt ở các mức nhiệt độ và thời gian khác nhau

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

ẢNH HƯỞNG CỦA TIỀN XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC CỦA CÀ RỐT TRONG QUÁ

TRÌNH CHẾ BIẾN NHIỆT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Th.S VŨ TRƯỜNG SƠN VÕ TUYẾT NGÂN

MSSV: 2111625

LỚP: CNTP K37

2014

Luận văn với đề tài “Ảnh hưởng của tiền xử lý nhiệt đến sự thay đổi cấu trúc

của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt”, do sinh viên Võ Tuyết Ngân thực hiện

dưới sự hướng dẫn của Th.s Vũ Trường Sơn Luận văn đã được báo cáo và được

Hội đồng chấm luận văn thông qua

Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện

Th.s Vũ Trường Sơn Võ Tuyết Ngân

Cần Thơ, ngày… tháng… năm…

Chủ tịch Hội đồng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài “Ảnh hưởng của tiền xử lý nhiệt đến sự

thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt” hoàn toàn dựa trên

các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả nghiên cứu này chưa được dùng trong bất cứ luận văn cùng cấp nào khác

Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện

LỜI CẢM ƠN

Sau khoảng thời gian ba tháng làm việc trong phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại học Cần Thơ, đến nay em đã hoàn thành quá trình nghiên cứu và thu được kết quả như mong muốn Tất cả là nhờ sự giúp đỡ chân thành từ phía thầy, cô, gia đình và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy Vũ Trường Sơn, giảng viên Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại học Cần Thơ, thầy đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn và hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt là cô Trần Thanh Trúc đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt quá trình nghiên cứu của mình mà không gặp nhiều trở ngại

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn sinh viên của Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp Và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại học Cần Thơ, đã nhiệt tình giúp đỡ trong những lúc em gặp khó khăn

Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô của trường Đại học Cần Thơ đã giảng dạy, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em trong suốt những năm tháng trên giảng đường Đại học

Em xin cảm ơn tất cả mọi người luôn ủng hộ động viên em

Kính chúc quý thầy cô, các anh chị và các bạn luôn may mắn và thành công trong học tập, công việc và cuộc sống

Chân thành cảm ơn!

Cần thơ, ngày… tháng… năm…

Sinh viên thực hiện

Võ Tuyết Ngân

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là khảo sát sự ảnh hưởng của quá trình tiền

xử lý nhiệt đến sự thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt

Trên cơ sở đó, đề tài tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:

 Khảo sát động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến

nhiệt ở các mức nhiệt độ và thời gian khác nhau

 Khảo sát động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở các chế độ tiền xử lý

nhiệt khác nhau

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

 Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) của cà rốt tuân theo mô hình biến đổi cấu trúc phân đoạn cả khi có và không có áp dụng chế độ tiền xử lý nhiệt

 Hằng số tốc độ phản ứng (k) và tỷ lệ độ cứng còn lại (H∞ /H o ) phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian chế biến nhiệt Giá trị tỷ lệ độ cứng còn lại (H ∞ /H o ) của

cà rốt trong trường hợp có và không có áp dụng chế độ tiền xử lý nhiệt đều giảm dần từ chế độ chế biến nhiệt 80 o C đến chế độ chế biến nhiệt 100 o C Tuy nhiên, hằng số tốc độ phản ứng (k) tăng dần từ chế độ chế biến nhiệt 80 o C đến chế độ chế biến nhiệt 100 o C

 Cấu trúc (độ cứng) của cà rốt khi áp dụng chế độ tiền xử lý nhiệt 70o C trong

40 phút cho kết quả cấu trúc (độ cứng) được cải thiện tốt hơn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH BẢNG vii

DANH SÁCH HÌNH viii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 SƠ LƯỢC VỀ CÀ RỐT 2

2.1.1 Nguồn gốc 2

2.1.2 Đặc điểm sinh học 3

2.1.3 Phân loại 3

2.1.4 Thành phần dinh dưỡng 4

2.1.5 Công dụng của cà rốt 6

2.2 SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC 7

2.2.1 Định nghĩa 7

2.2.2 Phương pháp phân tích cấu trúc thực phẩm 8

2.3 CẤU TRÚC CỦA RAU CỦ QUẢ 9

2.3.1 Thành (vách) tế bào thực vật 9

2.3.2 Pectin 10

2.4 PECTIN METHYLESTERASE (PME) 12

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN CẤU TRÚC (ĐỘ CỨNG) CỦA CÀ RỐT 13

2.5.1 Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt 13

2.5.2 Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo nhiệt độ 14

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 17

3.1.1 Địa điểm và thời gian 17

3.1.2 Thiết bị và dụng cụ 17

3.1.3 Nguyên liệu 17

3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

3.2.1 Chuẩn bị mẫu 17

3.2.2 Phương pháp đo cấu trúc 18

3.2.3 Phương pháp thu thập và xử lý kết quả 18

3.2.4 Bố trí thí nghiệm 19

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN CHẾ BIẾN NHIỆT ĐẾN CẤU TRÚC CỦA CÀ RỐT 23

4.2 ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ VÀ THỜI GIAN TIỀN XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN CẤU TRÚC CỦA CÀ RỐT TRONG QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN NHIỆT 24

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 36

5.1 KẾT LUẬN 36

5.2 ĐỀ NGHỊ 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1- Thành phần dinh dưỡng trong cà rốt (trên 100g nguyên liệu tươi) 6 Bảng 3.1: Bố trí thí nghiệm 1 19 Bảng 3.2: Bố trí thí nghiệm 2 21 Bảng 4.1: Giá trị hằng số tốc độ (k)và độ cứng còn lại sau thời gian chế biến nhiệt kéo dài của cà rốt ở các chế chế biến nhiệt khác nhau 23 Bảng 4.2 Giá trị hằng số tốc độ (k) và độ cứng còn lại sau thời gian chế biến nhiệt kéo dài ở 80oC của cà rốt tiền xử lý nhiệt ở các chế chế biến nhiệt và thời gian tiền

xử lý khác nhau 25 Bảng 4.3 Giá trị hằng số tốc độ (k) và độ cứng còn lại sau thời gian chế biến nhiệt kéo dài ở 90oC của cà rốt tiền xử lý nhiệt ở các chế chế biến nhiệt và thời gian tiền

xử lý khác nhau 26 Bảng 4.4 Giá trị hằng số tốc độ (k) và độ cứng còn lại sau thời gian chế biến nhiệt kéo dài ở 100oC của cà rốt tiền xử lý nhiệt ở các chế chế biến nhiệt và thời gian tiền

xử lý khác nhau 28

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Cà rốt 2

Hình 2.2 Hoa cà rốt 3

Hình 2.3 Các giống cà rốt 4

Hình 2.4 Màu sắc của cà rốt 4

Hình 2.5 Công thức cấu tạo của β- carotene và Vitamin A 5

Hình 2.6: Cấu tạo vách tế bào 10

Hình 2.7 Công thức cấu tạo của pectin 11

Hình 2.8 High Methoxyl Pectin 11

Hình 2.9 Low Methoxyl Pectin 12

Hình 2.10 Cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân pectin của PME 13

Hình 2.11: Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo phản ứng bậc một 15

Hình 2.12: Động học sự thay đồ cấu trúc (độ cứng) theo phản biến đổi cấu trúc phân đoạn 16

Hình 3.1 Dụng cụ chứa mẫu và cắt mẫu 17

Hình 3.2 Máy đo cấu trúc Texture Analyser 17

Hình 3.3 Mẫu cà rốt sau xử lý cơ học 18

Hình 3.4 Đồ thị xác định cấu trúc (độ cứng) của cà rốt 18

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chế biến nhiệtđến cấu trúc của cà rốt 20

Hình 3.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo xát sự thay đổi cấu trúc của cà rốtở các chế độ tiền xử lý nhiệt khác nhau 22

Hình 4.1 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở các chế độ chế biến nhiệt khác nhau 23

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 80oC được tiền xử lý nhiệt ở 50o C trong khoảng thời gian khác nhau 29

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 80oC được tiền xử lý nhiệt ở 60oC trong khoảng thời gian khác nhau 29

Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 80oC được tiền xử lý nhiệt ở 70oC trong khoảng thời gian khác nhau 30

Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 90oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 50o

C trong khoảng thời gian khác nhau 30 Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 90oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 60oC trong khoảng thời gian khác nhau 31 Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 90oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 70oC trong khoảng thời gian khác nhau 31 Hình 4.8 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 100oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 50oC trong khoảng thời gian khác nhau 32 Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 100oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 60o

C trong khoảng thời gian khác nhau 32 Hình 4.10 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 100oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 70o

C trong khoảng thời gian khác nhau 33 Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 80oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 40 phút ở các nhiệt độ khác nhau 34 Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 90oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 40 phút ở các nhiệt độ khác nhau 34 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở chế độ chế biến nhiệt 100oC đƣợc tiền xử lý nhiệt ở 40 phút ở các nhiệt độ khác nhau 35

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Cà rốt là một loại rau củ phổ biến với mọi người, trong cà rốt có rất nhiều vitamin

và chất khoáng rất tốt cho sức khỏe Cà rốt chứa nhiều β-carotene, là tiền chất của vitamin A, là thành phần không thể thiếu cho đôi mắt khỏe mạnh, nhiều nghiên cứu cho thấy việc cung cấp đầy đủ vitamin A cho trẻ sơ sinh dưới 6 tháng tuổi giúp cải thiện bệnh khô mắt và mù lòa ở trẻ em đồng thời giảm tỉ lệ tử vong ở trẻ nhỏ

(Beaton et al., 1994) Ngoài ra, cà rốt còn chứa 1 lượng lớn thiamin (0,06g/100g ăn

xanh (Van Buren et al., 1960, 1962; trích bởi Lee et al., 1979) Nhiều nghiên cứu

khác cũng chứng minh sự cải thiện cấu trúc bằng cách tương tự được nghiên cứu

trên cà chua đóng hộp (Hsu et al., 1965), khoai tây (Bartolome and Hoff, 1972) và

một số loại rau đông lạnh (Steinbuch, 1976), nhằm làm cho enzyme Pectin methylesterase trong rau quả hoạt động ngăn cản phản ứng stran-elinination do sự

khử ester hóa của pectin (Bartolome and Hoff, 1972; Lee et al., 1979 )

Song song đó, việc cải thiện cấu trúc cần phải hiểu rõ về động học cấu trúc, tuy nhiên chưa có những nghiên cứu rõ ràng và đầy đủ cho quá trình động học thay đổi cấu trúc trong quá trình chế biến nhiệt

Xuất phát từ vấn đề trên, tôi chọn đề tài “Ảnh hưởng của tiền xử lý nhiệt đến sự

thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt” để nghiên cứu 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Mục tiêu nghiên cứu của để tài là tìm sự ảnh hưởng của tiền xử lý nhiệt đến sự thay đổi cấu trúc của cà rốt trên cơ sở phân tích động học Từ đó tìm ra quy luật của sự thay đổi cấu trúc cà rốt theo nhiệt độ

Đề tài tập trung nghiên cứu những vấn đề sau:

- Khảo sát động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt ở các mức nhiệt độ và thời gian khác nhau

- Khảo sát động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở các chế độ tiền xử lý nhiệt khác nhau

CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 SƠ LƯỢC VỀ CÀ RỐT

2.1.2 Đặc điểm sinh học

Cà rốt là loại cây thân thảo sống 1 - 2 năm, thân rất ngắn, từ thân mọc ra các lá có cuốn dài, phiến lá xẻ nhánh 1 đến 2 lần Rể cọc phình to thành củ có màu đỏ hay vàng Lá cắt thành bản hẹp, mọc so le Cây ra hoa vào năm thứ hai, hoa tập hợp thành tán kép (hình 2.2) Trong mỗi tán, hoa ở chính giữa thì không sinh sản và màu tía, còn các hoa sinh sản ở chung quanh thì màu trắng hay hồng Hạt cà rốt có vỏ gỗ

và lớp lông cứng che phủ (Võ Văn Chi, 2005; Lê Quang Long, 2009)

Hình 2.2 Hoa cà rốt

(Nguồn: http://www.carrotmuseum.co.uk/carrotcolours.html)

2.1.3 Phân loại

Cà rốt có rất nhiều giống (hình 2.3) và nhiều màu khác nhau (hình 2.4)

Ở Việt Nam chủ yếu trồng hai loại cà rốt: cà rốt đỏ và cà rốt đỏ ngả sang da cam

- Loại vỏ đỏ (cà rốt đỏ) được nhập trồng từ lâu, nay nông dân ta tự giữ giống Loại cà rốt này có củ to nhỏ không đều, lõi to, nhiều xơ, hay phân nhánh, kém ngọt (Võ Văn Chi, 2005)

- Loại vỏ màu đỏ ngả sang màu da cam là cà rốt nhập của Pháp (cà rốt Tim Tom) sinh trưởng nhanh hơn loài trên; tỷ lệ củ trên 80%, da nhẵn, lõi nhỏ, ít

bị phân nhánh nhưng củ hơi ngắn, mập hơn, ăn ngon, được thị trường ưa chuộng (Võ Văn Chi, 2005)

Trong cà rốt lượng đường chủ yếu là đường đơn (chủ yếu là các đường glucose, fructose) chiếm 50% tổng lượng đường trong củ Ngoài ra các loại đường dextrose, levulose được hấp thụ trực tiếp (Võ Văn Chi, 2005)

Cà rốt còn chứa rất nhiều vitamin C, D, E và các vitamin nhóm B như vitamin B2,

B3, B6,… (bảng 5) (Võ Văn Chi, 2005)

Ngoài ra chúng còn chứa nhiều carotene, có thể chuyển hóa thành vitamin A (hình 2.5) nên còn được gọi là tiền chất vitamin A (Võ Văn Chi, 2005) β- carotene có hoạt tính provitamin A mạnh nhất Carotene có ảnh hưởng rất tốt làm giảm các

nguy cơ về ung thư ở người (Hu J et al., 2014) và sự làm chậm lão hóa (Ngô Xuân Mạnh et al., 2006; Nguyễn Thị Thu Thủy, 2011)

Hình 2.5 Công thức cấu tạo của β- carotene và Vitamin A

(Nguồn:http://www.hoahocngaynay.com.html)

Cơ thể con người cần vitamin A để sinh trưởng, phát triển và duy trì sức đề kháng với bệnh tật, bảo vệ sự toàn vẹn của biểu mô Khi thiếu vitamin A trẻ em sẽ chậm lớn, thiểu năng, dễ dàng mắc bệnh khô giác mạc và có thể dẫn đến mù lòa (Ngô

Xuân Mạnh et al., 2006)

Bên cạnh đó, cà rốt chứa nhiều muối khoáng: K, Ca, Fe, P, Na,… và một ít tinh bột, chất đạm, chất béo, pectin, enzyme pectinase, oxydase Trong cà rốt còn có một lượng insulin có tác dụng làm giảm lượng đường trong máu

Bảng 2.1- Thành phần dinh dưỡng trong cà rốt (trên 100g nguyên liệu tươi)

9 Khoáng

18

35

240 115,7 Vitamin

(Nguồn: Belizt H-D, W.Grosch, P.Schieberle, 1987; trích bởi Lê Duy Nghĩa, 2012)

2.1.5 Công dụng của cà rốt

Cà rốt có nhiều β- carotene là tiền chất của vitamin A Tuy vậy cà rốt không ngăn ngừa hoặc chữa được cận thị hay viễn thị, nhưng khi thiếu vitamin A, mắt sẽ không nhìn rõ trong bóng tối Ở võng mạc, vitamin A biến đổi thành chất rhodopsin

giúp mắt nhìn vào ban đêm β- carotene còn là chất chống oxy hóa mạnh có thể ngăn ngừa võng mạc thoái hóa và đục thủy tinh thể

Củ cà rốt dùng trong thuốc bổ Đông y, trị suy nhược (rối loạn sinh trưởng, thiếu chất khoáng, còi xương, sâu răng) trị thiếu máu, một số trường hợp kém thị lực Cà rốt trị tiêu chảy ở trẻ em và người lớn, bệnh trực trùng Coli, viêm ruột non, kiết, bệnh đường ruột, táo bón, loét dạ dày, tá tràng, xuất huyết dạ dày và ruột, bệnh phổi (ho gà, ho gà mãn tính, hen) lao hạch, thấp khớp, thống phong, sởi vàng da, xơ vữa động mạch, suy gan mật, giảm sữa nuôi con

Cà rốt còn dùng trị bệnh ngoài da (eczema, nấm, chốc, lở tại chỗ), kí sinh trùng đường ruột (sán xơ mít), dự phòng các bệnh nhiễm trùng và thoái hóa, đề phòng sự lão hóa và các vết nhăn Cà rốt còn dùng để chữa vết thương, loét bỏng nhọt

Trong đời sống hằng ngày, cà rốt được sử dụng để ăn sống (làm nộm, trộn dầu giấm), các món xào, nấu canh Ngoài ra có thể dùng để chế biến các loại thức uống với hàm lượng β- carotene và dinh dưỡng rất cao

2.2 SƠ LƯỢC VỀ CẤU TRÚC

2.2.1 Định nghĩa

Theo Bourne (1982) “cấu trúc được tạo thành từ những đặc tính vật lý, cảm nhận được bằng xúc giác, có liên quan đến sự phá vỡ dưới tác dụng của lực và có thể đo được bằng hàm số về khối lượng, thời gian và khoảng cách”

Một định nghĩa khác của Jowitt (1997; trích dẫn bởi Bourne, 2002) “cấu trúc là những thuộc tính vật chất được kết hợp bởi những đặc tính vật lý và được nhận biết bằng các giác quan (bao gồm sự cảm nhận bằng miệng), nhìn và nghe Những đặc tính vật lý đó có thể gồm kích thước, hình dạng, con số, tự nhiên và sự hợp thành những yếu tố thuộc về cấu trúc”

Cấu trúc được xác định bằng những thông số đặc tính cơ bản bằng cách dùng giác quan hoặc dụng cụ đo đạc (Brennan, 1980; trích bởi Nhị Thành Công, 2014) Các đặc tính của cấu trúc được chia ra làm 3 loại: cơ học, hình học và những đặc tính khác

- Đặc tính cơ học: Nhận dạng cấu trúc thực phẩm bằng cách làm biến dạng thực phẩm

- Đặc tính hình học: Nhận dạng chủ yếu bằng xúc giác, thị giác từ những thao tác trên thực phẩm như cầm nắm, cắn

- Những đặc tính khác: là những đặc tính đại diện cho việc cảm nhận thực phẩm bằng cách làm ướt thực phẩm (nấu, chiên) (Szczemiak, 1963; Christensen, 1984; Bourne, 2002)

Cấu trúc thực phẩm có những đặc điểm sau:

- Cấu trúc là một nhóm các đặc tính vật lý, không có các đặc tính riêng lẽ

- Cấu trúc thường được nhận biết chủ yếu bằng xúc giác

- Cấu trúc không ảnh hưởng đến thành phần hóa học hay mùi vị của thực phẩm

2.2.2 Phương pháp phân tích cấu trúc thực phẩm

2.2.2.1 Phương pháp phân tích cảm quan

Phương pháp phân tích cảm quan là “kỹ thuật sử dụng các cơ quan cảm giác của con người để nhận biết, mô tả và định lượng các tính chất cảm quan của một sản phẩm như màu sắc, hình thái, mùi, vị và cấu trúc” (Hà Duyên Tư, 2006)

Khi phân tích đánh giá cảm quan con người được xem như là một công cụ Mỗi giác quan của con người đều có nhiệm vụ thu nhận thông tin như màu sắc, mùi, vị, kích thước,… qua quá trình phân tích xử lý và đưa ra kết quả ước lượng, so sánh, mô tả thực phẩm cần đo

Khi tiến hành đánh giá cảm quan, người ta thường gắn cho các trạng thái một thang điểm Khi cho điểm các trạng thái sẽ trở thành đại lượng đo lường được và sẽ được tổng kết bằng phương pháp thống kê

Phương pháp đánh giá cảm quan có thể tiết kiệm thời gian cũng như chi phí với một hội đồng ít người (từ 2 đến 8 người), bên cạnh đó cần tuân thủ ba yếu tố: các tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phầm, hội đồng đánh giá được huấn luyện đào tạo, phòng phân tích đánh giá cảm quan phải đạt chuẩn

2.2.2.2 Phương pháp phân tích bằng thiết bị

Ngoài phương pháp phân tích cảm quan, cấu trúc còn có thể được đánh giá bằng phương pháp phân tích bằng thiết bị (phương pháp công cụ) Yêu cầu của phương pháp phân tích bằng thiết bị thường hợp lý với giá thành rẻ, năng suất cao, mang tính khách quan và phép đo cấu trúc bằng thiết bị thường được phát triển với mục đích thay thế phương pháp phân tích cảm quan (Kälviäinen, 2002)

Phương pháp phân tích bằng thiết bị được chia thành 3 loại:

- Phương pháp cơ bản (fundamental methods): bao gồm việc đo những thuộc tính vật lý đã được định nghĩa rõ ràng, có nền tảng khoa học chặt chẽ, mà những thuộc tính này nếu được đo một cách chính xác thì độc lập với phương pháp đo (Andrew, 1999)

- Phương pháp thực nghiệm (empirical methods): chỉ đo các thuộc tính vật lý của thực phẩm Đo những biến số không được định nghĩa rõ ràng, được chỉ

ra theo kinh nghiệm thực hành có liên quan đến cấu trúc đặc trưng Phát triển

dựa trên kinh nghiệm và quan sát, thiếu nền tảng khoa học chặt chẽ Trong phương pháp này có các thiết bị như: máy đo đâm xuyên, đo bằng cách đâm xuyên qua sản phẩm, đo khả năng chống lại của sản phẩm đối với lực đâm xuyên hoặc tổng độ sâu đâm xuyên; máy nén để đo khả năng chống lại của sản phẩm đối với lực ép và dụng cụ cắt để ghi lại lực cần thiết để cắt sản phẩm được kiểm tra đâm xuyên, cắt xé, nén ép,… (Andrew, 1999; Kälviäinen, 2002)

- Phương pháp mô phỏng (imitative methods): mô phỏng theo hoạt động khi

ăn của con người, giống như quá trình nhai Phép đo mô phỏng được thiết kế

để mô phỏng một quá trình giống như khi nhai thực phẩm Một trong những

kỹ thuật nổi tiếng của nhóm phép đo mô phỏng là phương pháp Texture Profile Analysis (TPA) (Andrew, 1999; Kälviäinen, 2002)

2.3 CẤU TRÚC CỦA RAU CỦ QUẢ

2.3.1 Thành (vách) tế bào thực vật

Cũng giống như cơ thể động vật, thực vật cũng được cấu tạo từ nhiều đơn vị tế bào, trong đó thành tế bào là đặc điểm của tế bào thực vật để phân biệt với tế bào động vật

Thành tế bào (hình 2.6) có nhiệm vụ bảo vệ tế bào, giữ hình dạng, tránh sự mất nước cũng như chống sự xâm nhập của vi sinh vật Thành ở phía ngoài của màng có thể dày từ 0,1 đến vài µm Thành phần hóa học của thành 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 dạng sợi được kết dính với nhau bằng chất nền gồm các đường đa khác và protein (Carpita and Gibeaut, 1993; Cosgrove, 1999, 2000; Bùi Tấn Anh, 2002)

Các phân tử cellulose cấu trúc thành các sợi cellulose xếp song song nhau tạo ra các tấm, các sợi trong các tấm khác nhau thường tạo ra các góc từ 60o – 90o Đặc điểm sắp xếp này làm vách tế bào rắn chắc Các sợi cellulose có chiều rộng khoảng 20nm, giữa các sợi có những khoảng trống có thể cho nước, khí và các ion di chuyển tự do qua mạng lưới này, tính thấm 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 (primary 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 liên kề nhau là phiến giữa hay lớp chung (middle lamella), là một lớp mỏng giàu chất polysaccharid gọi là pectin, thường hiện diện dưới dạng là pectat canxi Khi chất pectin bị hóa nhày, các tế bào không còn gắn chặt vào nhau nữa như khi chín trái 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 hướng khác nhau, nên vách tế bào trở nên rắn chắc hơn Ngoài cellulose vách thứ cấp còn có thêm nhiều chất khác như lignin Khi vách thứ cấp được thành lập hoàn toàn, tế bào có thể chết đi, khi đó 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 giữa các

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

Hình 2.6: Cấu tạo vách tế bào

Pectin (hình 2.7) là hợp chất cao phân tử polygalactoronic có đơn phân tử là galactoronic và rượu metylic Thành phần đặc biệt chủ yếu cấu tạo nên pectin là homogalacturonan (HG), rhamnogalacturonan-I (RG-I) và rhamnogalacturonan-II

(RG-II) (O’Neil et al., 1990; Albershein et al., 1996; Mohnen, 1999; trích bởi Willats et al., 2001)

- Homogalacturonan(HGA): là polymer mạch thẳng được hình thành bởi acid D-galacturonic acid, gồm 100-200 đơn vị D-galacturonic acid tạo thành

(Thibault al., 1993; Zhan et al., 1998; trích bởi Willats et al., 2001)

- Rhamnogalacturonan-І (RG-I): RG-I được tạo ra bởi sự lặp đi lặp lại disaccharide (1→2)-α-L- rhamnose-(1→4)-α-D-galacturonic acid (O’Neil et

al., 1990; Albershein et al., 1996; trích bởi Willats et al., 2001)

- Rhamnogalacturonan-II (RG-II): RGII là chuỗi homogalacturonic với chuỗi bên phức tạp gắn liền với các dư lượng galacturonic bằng các liên kết

(1→3)-β- và (1→6)-β-galactan (Nothnagel, 1997; trích bởi Willats et al.,

2001)

Cấu tạo phân tử pectin là một dẫn suất của acid pectic, acid pectic là một polymer của acid D-galacturonic liên kết với nhau bằng liên kết 1-4-glycozide (Harris, 1990)

Hình 2.7 Công thức cấu tạo của pectin

(Nguồn: http://www.scientificpsychic.com/fitness/carbohydrates2.html)

Hợp chất pectin được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng là:

- Chỉ số methoxyl (MI): biểu hiện cho phần trăm khối lượng nhóm methoxyl

(-OCH3) có trong phân tử pectin

- Chỉ số este hóa (DE): thể hiện mức độ este hóa của pectin, là tỉ lệ phần trăm

về số lượng của các gốc acid galactoronic trong phân tử pectin

Dựa trên mức độ methoxy hóa và este hóa, trong thương mại chia pectin thành 2 loại: pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp

- Pectin methoxyl hóa cao (hình 2.8) (High Methoxyl Pectin – HMP): DE

>50% hay MI > 7% Chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm Muốn tạo đông cần phải có điều kiện pH = 3,1 – 3,4 và nồng độ đường trên 60%

Hình 2.8 High Methoxyl Pectin

(Nguồn: http://www.cnpectin.com/product.asp)

- Pectin methoxyl hóa thấp (hình 2.9) (Low Methoxyl Pectin – LMP): DE < 50

% hay MI < 7% Được sản xuất bằng cách giảm nhóm methoxyl trong phân

tử pectin Pectin methoxy thấp có thể tạo đông trong môi trường không có đường Chúng thường được dùng làm màng bao bọc các sản phẩm

Hình 2.9 Low Methoxyl Pectin

(Nguồn: http://www.cnpectin.com/product.asp)

Trong dịch bào pectin ở dạng hòa tan Trong màng tế bào và gian bào chúng tồn tại

ở dạng protopectin không hòa tan Protopectin ở gian bào có chứa lượng kim loại khá lớn và một lượng nhóm methyl vừa đủ để làm protopectin bền vững Còn trong màng tế bào protopectin chứa lượng kim loại không nhiều, có độ methocyl hóa cao

Vì thế thực vật có khả năng trương nở tốt

Trong quá trình sinh trưởng và chin ở rau quả, dưới tác dụng của enzyme

protopectinase, protopectin sẽ được chuyển thành pectin hòa tan (Brinton et al., 1927; trích từ Jayani et al., 2005), làm rau quả sẽ mềm hơn

2.4 PECTIN METHYLESTERASE (PME)

Pectin methylesterase (PME, hay còn gọi là pectinesterase, PE, EC 3.1.1.11)

(Whitaker, 1984; trích bởi Jayani et al., 2005) là enzyme rất dễ tìm trong tự nhiên như trong thực vật, vi khuẩn và nấm mốc (Rexova-Benkova and Markovic, 1976; Versteeg, 1979; trích bởi Sila et al., 2007; Pilnik and Voragen, 1993; Reignault et

al., 1994; trích từ Ray and Ward, 2004)

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

tế bào PME có ảnh hưởng đến đặc điểm cấu trúc trong quá trình chín của trái cây

(Fisher and Bennett, 1991; trích bởi Markovič et al., 2002), phân chia tế bào (Nari

et al., 1991; trích bởi Markovič et al., 2002) trong quá trình nảy mầm (Albani et al.,

1991; Mu et al., 1994; trích bởi Markovič et al., 2002) và có tác dụng chống lại các tác nhân gây bệnh (Collmer and Keen, 1986; trích bởi Markovič et al., 2002)

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 rất nhạy cảm đối với môi trường chứa ion và chịu tác động lớn bởi pH Hầu hết PME thực vật và

vi sinh vật có pH tối ưu từ 6-8, trong khi giá trị pH tối ưu của PME nấm mốc nằm

trong khoảng từ 4-6 (Benne et al., 2003; Jayani et al., 2005; trích bởi Gonzalezi and

Rosso, 2011)

Hình 2.10 Cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân pectin của PME

(Nguồn: Jayani, R.S, Saxena, S, Gupta, R, 2005; Gonzalezi, S.L and Rosso, N.D, 2011)

Phản ứng thủy phân pectin (hình 2.10) được thực hiện bằng PME ở đơn vị galacturonic chứa ester bên cạnh nhóm carboxyl tự do hoặc từ chuỗi pectin (Rexova-Benkova and Markovic, 1976) và kết quả là hình thành methanol và chất

pectin có độ methoxyl thấp hơn (Cosgrove, 1997; trích bởi Jayani et al., 2005)

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

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 dài của mạch trimethyl trigalacturonate không bị tấn công Các PME của nấm khác với PME của thực vật theo cơ cấu đa mạch, các nhóm methoxyl bị lấy đi một cách ngẫu nhiên

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN CẤU TRÚC (ĐỘ CỨNG) CỦA CÀ RỐT

2.5.1 Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt

Quá trình gia nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của tế bào, trong suốt quá trình chế biến nhiệt, pectin bị phá vỡ và những đặc tính vật lý của tế bào cũng thay đổi dẫn đến hiện tượng mềm ở rau quả (Van Buren, 1986)

Nhiều nghiên cứu trên cà rốt được tập trung vào enzyme Pectin methylesterase và

sự ảnh hưởng đến cấu trúc của nó (Noriko et al., 1997; Tijskens et al., 1997; Roy et

al., 2001; Smout et al., 2005)

Dưới sự tác động của PME, tốc độ loại methoxyl của pectin được gia tăng khi tăng nhiệt độ, enzyme PME hoạt động ở nhiệt độ 50-70oC Tuy nhiên, do enzyme có bản chất là protein nên nó không bền với tác dụng của nhiệt độ, đa số các enzyme đều mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 70oC Khi tăng nhiệt lên 10oC thì vận tốc tăng lên từ 1,4-2 lần, nhưng khi tăng nhiệt độ đến một mức độ nào đó sẽ làm giảm tốc độ phản ứng do enzyme bị biến tính ở nhiệt độ cao 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 45-55oC, một số enzyme khác có khoảng nhiệt độ hoạt động cao hơn (50-

70oC) phụ thuộc vào nguồn enzyme

2.5.2 Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo nhiệt độ

2.5.2.1 Phản ứng bậc một

Sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo nhiệt độ có thể tuân theo phương trình phản ứng bậc một Với điều kiện chế biến là đẳng nhiệt, mối quan hệ giữa cấu trúc (độ cứng) sau khi xử lý nhiệt (H) và thời gian (t) được thể hiện bằng phương trình:

H=Ho.e-kt (2.1) Phương trình (2.1) được chuyển đổi thành dạng đường thẳng theo phương trình sau:

Ln(H

Ho) = −𝑘𝑡 (2.2) Trong đó:

H: Cấu trúc (độ cứng) thay đổi theo thời gian t

Ho: Cấu trúc (độ cứng) ở thời điểm to

t: Thời gian xử lý nhiệt

k: Hằng số tốc độ bậc 1 (phút-1)

Hình 2.11: Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo phản ứng bậc một

2.5.2.2 Biến đổi cấu trúc phân đoạn

Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) đôi khi tuân theo phương trình biến đổi cấu

trúc phân đoạn (fractional conversion model) (Rizvi and Tong, 1997), được ứng

dụng trong trường hợp cấu trúc (độ cứng) không chịu được xử lý nhiệt trong trong thời gian dài Khi đó cấu trúc (độ cứng) không đổi và được biểu diễn là H∞

(2.3)

Với:

f: Hệ số chuyển đổi một lần

H∞: Cấu trúc (độ cứng) còn lại sau quá trình xử lý nhiệt kéo dài

H∞ gần như bằng không nên có thể viết lại phương trình (2.3) thành:

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

Vậy phương trình (2.5) gần bằng (2.1) khi H∞ gần bằng không