ứng dụng kỹ thuật rào cản trong bảo quản khô cá rô phi có độ ẩm trung bình

Công nghệ rào cản đã được xác định bởi Leistner 2000 như là một sự kết hợp chặt chẽ các rào cản đảm bảo an toàn vi sinh vật, ổn định chất lượng, tính kinh tế của sản phẩm thực phẩm.. Các

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

Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Lớp CNTP 37LT

Cần Thơ, 5/2013

Luận văn đính kèm theo đây với tên để tài “Ứng dụng kỹ thuật rào cản trong bảo

quản khô cá rô phi có độ ẩm trung bình” do sinh viên Lý Thị Diệu Trang thực

hiện và được hội đồng chấm luận văn thông qua

Cần Thơ, ngày tháng năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng

LỜI CAM ĐOAN



Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung và số liệu được trình bày trong luận văn là công trình nghiên cứu của tôi được sự hướng dẫn của Ts.Võ Tấn Thành

Cần Thơ, ngày 13 tháng 5 năm 2013

Lý Thị Diệu Trang

LỜI CẢM TẠ



Sau gần ba tháng thực hiện đề tài, dù gặp không ít khó khăn với sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, bạn bè và các anh chị đã giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn:

Ban giám hiệu trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện cho tôi có cơ sở vật chất và tinh thần tốt nhất

Quý thầy cô khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, bộ môn Công nghệ thực phẩm đã nhiệt tình tận tụy truyền đạt cho tôi những kiến thức cần thiết cho ngành học, góp phần định hướng cho tương lai

Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn thầy Võ Tấn Thành người đã hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên lớp Công nghệ thực phẩm K37 liên thông và các bạn Công nghệ thực phẩm K35 đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày tháng năm 2013

Sinh viên thực hiện

Lý Thị Diệu Trang

có cấu trúc tốt Thời gian ngâm để sản phẩm đạt bão hòa là 90 - 150 min Sấy sản phẩm tại 60 o C đến độ ẩm không đổi từ 17,28 – 26,42% tương ứng với a w ghi nhận

từ 0,296 – 0,392

MỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ iii

TÓM LƯỢC iv

MỤC LỤC v

DANH SÁCH BẢNG viii

DANH SÁCH HÌNH ix

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.1 TỔNG QUAN 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2

2.1 NGUYÊN LIỆU CÁ RÔ PHI 2

2.1.1 Giới thiệu chung 2

2.1.1.1 Nguồn gốc và sự phân bố 2

2.1.1.2 Ðặc điểm hình thái một số giống cá rô phi nuôi phổ biến 2

2.1.1.3 Thành phần dinh dưỡng của 100 g thịt cá 3

2.1.2 Tính chất của động vật thuỷ sản 4

2.1.2.1 Tính chất vật lý 4

2.1.2.2 Tính chất hoá học của thuỷ sản 5

2.1.2.3 Những biến đổi xảy ra của động vật thuỷ sản sau khi chết 6

2.2 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT RÀO CẢN 7

2.3 CÁC PHỤ GIA SỬ DỤNG TRONG CHẾ BIẾN 8

2.3.1 Muối NaCl 8

2.3.2 Glycerol 9

2.4 TRẠNG THÁI VÀ HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG THỰC PHẨM 10

2.5 HOẠT ĐỘ CỦA NƯỚC 10

2.5.1 Phương pháp xác định hoạt độ nước 13

2.5.2 Phương pháp điều chỉnh hoạt độ nước 14

2.5.3 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất biến đổi và chất lượng của các sản phẩm thực phẩm 15

2.5.3.1 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng oxy hóa chất béo 15

2.5.3.2 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng sẫm màu phi enzyme 16

2.5.3.3 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng enzyme trong các sản phẩm thực phẩm 16

2.5.3.4 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến sự phát triển của vi sinh vật 17

2.5.3.5 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất lưu biến của thực phẩm 18

2.5.3.6 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến giá trị dinh dưỡng 18

2.6 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN 19

2.6.1 Tách nước thẩm thấu (osmotic dehydration – OD) 19

2.6.1.1 Các ưu thế của tách nước thẩm thấu 19

2.6.1.2 Cơ chế của quá trình tách nước thẩm thấu 19

2.6.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu 20

2.6.2 Quá trình sấy 20

2.7 SẢN PHẨM CÁ SẤY KHÔ 21

2.7.1 Nguyên lý 21

2.7.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm khô 21

2.7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian bảo quản sản phẩm sấy khô 22

2.7.3.1 Hàm lượng nước 22

2.7.3.2 Phương pháp sấy khô 23

2.7.3.3 Sự biến đổi của cá khi làm khô 23

2.7.3.4 Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy khô cá 24

2.7.3.5 Những biến đổi của khô trong quá trình bảo quản 25

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27

3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 27

3.1.1 Địa điểm 27

3.1.2 Thời gian tiến hành 27

3.1.3 Thiết bị và dụng cụ 27

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 30

3.2.1 Phân tích nguyên liệu 30

3.2.2 Bố trí thí nghiệm 30

3.2.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát sự thay đổi a w của dung dịch ngâm ở các nồng độ muối (10 g, 15 g, 20 g) sau khi thêm glycerol vào với ba mức độ (10 g, 20 g, 30 g) tại nhiệt độ 30 o C 30

3.2.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng các mức nhiệt độ tâm khác nhau đến khả năng giảm ẩm và độ đàn hồi của nguyên liệu 32

3.2.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch ngâm và thời gian ngâm đến sự thay đổi khối lượng và độ đàn hồi cá 34

3.2.2.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hưởng quá trình sấy đến sự thay đổi khối lượng của sản phẩm khi ngâm trong các nồng độ dung dịch khác nhau 36

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 38

4.1 A W CỦA DUNG DỊCH NGÂM TẠI 30 o C 38

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TÂM SẢN PHẨM ĐẾN SỰ MẤt KHỐI LƯỢNG VÀ ĐỘ ĐÀN HỒI CỦA SẢN PHẨM SAU KHI HẤP 39

4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN NGÂM ĐẾN SỰ GIẢM ẨM VÀ a W CỦA SẢN PHẨM 41

4.3.1 Sự thay đổi khối lượng 42

4.3.2 Sự thay đổi cấu trúc 45

4.3.3 Sự thay đổi a w 47

4.4 SỰ THAY ĐỔI KHỐI LƯỢNG CÁ TRONG QUÁ TRÌNH SẤY 49

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 52

5.1 KẾT LUẬN 52

5.2 ĐỀ NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 1 xi

PHỤ LỤC 2 xiii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Thành phần dinh dưỡng của 100 g thịt cá 3

Bảng 2: Rào cản chủ yếu được sử dụng để bảo quản thực phẩm 8

Bảng 3: Hàm lượng nước trong thực phẩm 10

Bảng 4: Hoạt độ nước trong một số sản phẩm 11

Bảng 5: Nồng độ molan của một số chất hòa tan ứng với các giá trị aw khác nhau ở 25oC 12

Bảng 6: Độ ẩm cân bằng của một số muối ở nhiệt độ phòng 14

Bảng 7: Giá trị aw tối thiểu của một số vi sinh vật 18

Bảng 8: Các mô hình phỏng đoán quá trình sấy 21

Bảng 9: Phương pháp phân tích hóa học 30

Bảng 10: Giá trị aw của dung dịch qua các nồng độ NaCl và glycerol khác nhau ở 30ºC 38

Bảng 11: Sự giảm ẩm (%) của nguyên liệu theo nhiệt độ tâm 39

Bảng 12: Hàm lượng ẩm, aw của cá sau khi ngâm các dung dịch 15 g muối và 10 g, 20 g, 30 g glycerol 42

Bảng 13: Hàm lượng ẩm và aw của cá khi sấy 49

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Cá rô phi 2

Hình 2: Một số thiết bị, hóa chất sử dụng trong quá trình thí nghiệm 29

Hình 3: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1 31

Hình 4: Đo aw của dung dịch ngâm 32

Hình 5: Quá trình hấp và đo cấu trúc mẫu 33

Hình 6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2 33

Hình 7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 35

Hình 8: Quá trình ngâm mẫu 35

Hình 9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4 36

Hình 10: Máy sấy 37

Hình 11: Sự thay đổi ẩm theo nhiệt độ tâm 39

Hình 12: Sự thay đổi độ đàn hồi của cá sau khi hấp tại các mức nhiệt độ tâm sản phẩm 40

Hình 13: Sự thay đổi khối lƣợng cá theo thời gian ngâm của dung dịch 15 g NaCl và 10 g glycerol 43

Hình 14: Sự thay đổi khối lƣợng cá theo thời gian ngâm của dung dịch 15 g NaCl và 20g glycerol 44

Hình 15: Sự thay đổi khối lƣợng cá theo thời gian ngâm của dung dịch 15 g NaCl và 30 g glycerol 45

Hình 16: Sự thay đổi trúc cá theo thời gian ngâm của dung dịch 15 g NaCl và 10 g glycerol 46

Hình 17: Sự thay đổi cấu trúc cá theo thời gian ngâm của dung dịch 15 g NaCl và 20 g glycerol 46

Hình 18: Sự thay đổi cấu trúc cá theo thời gian ngâm của dung dịch 15 g NaCl và 30 g glycerol 47

Hình 19: Sự thay đổi aw của cá theo thời gian ngâm của trong dung dịch 15 g NaCl và 10 g glycerol 48

Hình 20: Sự thay đổi aw của cá theo thời gian ngâm trong dung dịch 15 g NaCl và 20 g glycerol 48

Hình 21: Sự thay đổi aw theo thời gian ngâm của dung dịch 15 g NaCl và 30 g glycerol 48

Hình 22: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi ẩm trong quá trình sấy của các dung dịch ngâm với tỷ lệ glycerol/ 100ml NaCl 15% 50

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 TỔNG QUAN

Trong những năm gần đây, nguồn lợi thủy hải sản ở Đồng bằng sông Cửu Long ngày càng dồi dào và phong phú về chủng loại và sản lượng với giá trị kinh tế ngày càng cao Cá rô phi là một trong những loài thủy sản đang được đầu tư đẩy mạnh vùng nuôi, tăng cường chất lượng Hằng năm với sản lượng ngày càng cao đã đem lại lợi nhuận cao cho đất nước Cá rô phi có giá tri kinh tế, với đặc tính sinh trưởng

và phát triển mạnh, thích nghi với nhiều môi trường sống khác nhau Cá rô phi là loài cung cấp nguồn protein cao, thịt cá ngọt, bùi, giàu khoáng, ít mỡ, vị ngọt, tính bình Không độc và có tác dụng bồi bổ cơ thể

Các nước có nhu cầu cao tiêu thụ cá rô phi cao gồm có Hoa Kỳ, Liên minh Châu

Âu và Nhật Bản Cá rô phi được xếp thứ 8 trong danh sách 10 loài thủy sản được tiêu thụ nhiều nhất Là mặt hàng thủy sản được nhập khẩu lớn thứ ba vào Mỹ sau tôm và cá hồi Ở Việt Nam, cá rô phi được coi là những sản phẩm xuất khẩu chủ lực, với diện tích nuôi ngày càng gia tăng, sản lượng tăng từ 120.000 ÷ 150.000 tấn, đem lại kim ngạch cao cho đất nước từ khoảng 100 ÷ 120 triệu USB mỗi năm

Cá rô phi thường sử dụng ở dạng tươi, lạnh đông Thịt cá có thể chế biến thành những món ăn quen thuộc, nấu nướng, chiên, hấp,…Sản phẩm khô cá rô phi rất được nhiều người biết đến với dạng cá khô nguyên con Để đa dạng hóa sản phẩm

cá rô phi, tìm đầu ra cho nguyên liệu Từ đó nghiên cứu quy trình chế biến khô có cấu trúc, hình dạng hấp dẫn với bề mặt mềm, bóng láng, tạo hương vị thơm ngon, rẻ tiền, tiện dụng và có thể sử dụng ngay Sản phẩm khô cá rô phi với ứng dụng kỹ thuật rào cản làm giảm aw cho sản phẩm, tăng khả năng bảo quản và giữ cho sản phẩm có cấu trúc và hương vị tốt

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Tìm các điều kiện để chế biến sản phẩm khô cá rô phi có độ ẩm cao Để thực hiện mục tiêu trên đề tài tiến hành:

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình chế biến có khả năng làm ảnh hưởng đến việc làm giảm giá trị aw, sự giảm ẩm của sản phẩm Tăng cường khả năng bảo quản, giữ cấu trúc và mùi vị cho sản phẩm

- Khảo sát các tham số liên quan đến quá trình chế biến, nhằm đưa ra quy trình chế biến thích hợp theo quy mô công nghiệp

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 NGUYÊN LIỆU CÁ RÔ PHI

2.1.1 Giới thiệu chung

2.1.1.1 Nguồn gốc và sự phân bố

Hình 1: Cá rô phi

(Nguồn: http://sokhcn.baria-vungtau.gov.vn/phuong12/newslist.aspx?mnid=18)

Cá rô phi (Tilapia) có nguồn gốc từ Châu Phi thuộc họ Cichlidae, bộ cá vược

Perciformes Hiện có khoảng 100 loài, trong đó khoảng 10 loài có giá trị kinh tế Những loài đượcnuôi phổ biến là cá rô phi vằn, rô phi xanh, rô phi đỏ và rô phi đen trong đó loài nuôi phổ biến nhất là cá rô phi vằn

Ngày nay cá rô phi được phát tán và nuôi ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới Trong vài chục năm trở lại đây, chúng mới thực

sự trở thành loài cá nuôi công nghiệp, sản lượng lớn và giá trị kinh tế cao

Cá rô phi vằn có tên khoa học là Oreochromis niloticus, là loài cá có thịt ngon, giá

trị thương phẩm cao, nhanh lớn và dễ nuôi ở các mô hình nuôi khác nhau Kết quả nghiên cứu những năm gần đây cho thấy nuôi đơn cá rô phi hay nuôi ghép với các loài cá khác, cá sinh trưởng nhanh và rất ít khi bị bệnh Cá rô phi có khả năng chống chịu tốt với các môi trường sống khác nhau và cho hiệu quả kinh tế cao

(Nguồn: http://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1_r%C3%B4_phi)

2.1.1.2 Ðặc điểm hình thái một số giống cá rô phi nuôi phổ biến

- Loài cá rô phi vằn Oreochromis niloticus:

Toàn thân phủ vảy, ở phần lưng có màu xám nhạt, phần bụng có màu trắng ngà hoặc xanh nhạt Trên thân có từ 7 ÷ 9 vạch chạy từ phía lưng xuống bụng Các vạch đậm dọc theo vây đuôi ở từ phía lưng xuống bụng rất rõ Cá rô phi vằn là loài có kích cỡ thương phẩm lớn, lớn nhanh và đẻ thưa hơn cá rô phi đen Ðây là loài được nuôi phổ biến nhất trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay

- Loài cá rô phi đen Oreochromis mossambicus:

Toàn thân phủ vảy, vảy ở lưng có màu xám tro đậm hoặc xanh đến hơi nhạt Phần bụng có màu trắng xám hoặc xám ngà Trên thân và vây đuôi không có các sọc chạy

từ phía lưng xuống bụng như ở cá rô phi vằn Cá rô phi đen (còn cọi là cá rô phi cỏ,

rô phi sẻ) là loài lớn chậm, kích cỡ thương phẩm nhỏ, đẻ mau nên không được ưa chuộng

Ngoài ra còn một số giống cá rô phi khác như cá rô phi đỏ (cá diêu hồng) cũng được nuôi khá phổ biến hiện nay, đặc biệt là ở đồng bằng sông Cửu Long

Cá rô phi là một loại cá tăng trưởng nhanh, khỏe mạnh mà từ lâu đã trở thành nguồn protein chủ yếu ở nhiều quốc gia đang phát triển và gần đây có nhu cầu cao ở các nước phát triển Thịt cá rô phi ngọt, bùi, trong thịt cá rô phi giàu khoáng, ít mỡ, lượng đạm vừa phải, thịt cá rô phi có vị ngọt, tính bình, không độc, có tác dụng bồi

bổ cơ thể

(Nguồn: http://agriviet.com/nd/870-mot-so-dac-diem-sinh-hoc-ca-ro-phi/)

2.1.1.3 Thành phần dinh dưỡng của 100 g thịt cá

Giá trị dinh dưỡng của 100 g cá, thành phần ăn được chứa:

(Nguồn:http://www.anxuyen.com.vn/news/detail/dinh-huong-phat-trien-san-pham-cua-cong-ty-an-xuyen-tilapia-26/)

Về phương diện dinh dưỡng, cá rô phi được xem là loài cá nạc, bổ dưỡng Tuy nhiên nên lựa chọn cá ở các dưỡng ngư vì phẩm chất cá tùy thuộc nhiều vào môi sinh nhất là môi trường nước để nuôi cá: cá hoang sống ở nước bùn nên mùi thịt tanh hơn Cá chứa trên 20% chất đạm và thành phần của amino acid trong protein của cá (tính theo 100 g thịt cá) rất cân bằng Trong đó glutamic acid chiếm đến 3,213 g, aspartic acid 2,297 g, lysine 1,810 g (lysine là một trong những acid amin rất quan trọng đối với cơ thể) Tilapia là nguồn cung cấp khá tốt về vitamin B12,

giúp bổ máu, bảo vệ hệ thần kinh Lượng folat cao là một thực phẩm tốt cho phụ nữ mang thai Lượng khoáng chất trong cá như Calcium, sắt, magnesium,… tương đối cao Cá có thể chế biến thành những món kho, nấu canh, hấp, luộc, nướng, thay thế thịt, giúp giảm cân, hạ lipid trong máu, chống xơ vữa động mạch

Cá rô phi là loại thủy sản phổ biến nhất và được tiêu thụ rộng rãi ở các quốc gia trên thế giới, đứng thứ năm ở Hoa kỳ Cá rô phi được cung cấp với dạng tươi hoặc lạnh đông chủ yếu cá rô phi fillet Cá có hàm lượng protein cao, ít béo, là nguồn vitamin

và khoáng chất rất cần thiết cho sức khỏe Với Niacin hỗ trợ trong việc chuyển hóa năng lượng cùng với vitamin B12, hỗ trợ chức năng của hệ thần kinh B12 chỉ tìm thấy ở các loại thực phẩm động vật, tăng cường hỗ trợ trong việc hình thành tế bào máu, các chất dẫn truyền hệ thần kinh Phosphor, canxi, Magie giúp hình thành xương và răng, là thành phần không thể thiếu của tất cả các tế bào Kali cần thiết để điều chỉnh nhịp tim và huyết áp Selenium hỗ trợ chức năng tuyến giáp và thúc đẩy khả năng miễn dịch

Cá rô phi là loại cá giàu chất đạm, hàm lượng chất béo tương đối thấp, không chứa các chất béo bão hòa rất tốt cho sức khỏe, tốt cho hệ tim mạch Cá rô phi cung cấp nhiều giá trị dinh dưỡng với hàm lượng cao Cá chứa Selen có tác dụng làm giảm nguy cơ phát triển một số loại ung thư Cá rô phi chứa omega - 3 và acid béo omega

- 6, các loại chất béo thiết yếu Tuy nhiên những giống này cung cấp omega - 3 ít hơn và nhiều omega - 6 so với hầu hết các loại cá khác Omega - 3 thường được coi

là chất chống viêm tốt nhất trong khi đó omega - 6 là gây viêm, dễ bị oxy hóa do đó

có thể làm tăng nguy cơ đông máu, viêm khớp, bệnh viêm ruột và ung thư

2.1.2 Tính chất của động vật thuỷ sản

2.1.2.1 Tính chất vật lý

- Hình dạng cơ thể và chức năng của cá hoàn toàn thích nghi với cuộc sống bơi lội tự do trong nước Cá có nhiều hình dạng: hình thoi, hình tên, hình dẹp, hình rắn,… cá có thể chia thành hai dạng cơ bản: cá thân tròn và cá thân dẹt

- Vi sinh vật được tìm thấy ở trên bề mặt ngoài của cá sống và cá vừa mới đánh bắt Nếu cá có tỉ lệ diện tích bề mặt so với khối lượng của nó (còn gọi là diện tích bề mặt riêng) càng lớn thì càng dễ bị hư hỏng do hoạt động của vi sinh vật ở bề mặt cá Vì vậy trước khi xử lý và bảo quản cần phải rửa sạch cá để loại bỏ nhớt ở trên bề mặt cá chứa vi sinh vật Hình dạng của cá ảnh hưởng đến quá trình tinh chế, quá trình truyền nhiệt và thoát nhiệt trong chế biến

+ Độ chặt chẽ của thịt:

Độ chặt chẽ của cơ thịt được sử dụng để đánh giá phẩm chất của thịt Thịt cá chặt

nhất định sẽ tăng lên cực đại rồi sau đó giảm xuống, trong giai đoạn đầu chất lượng

cá còn tốt

+ Tỉ trọng của cá: gần bằng tỉ trọng của nước, thay đổi tuỳ theo bộ phận

trên cơ thể của cá, phụ thuộc vào thân nhiệt của cá, cá có nhiệt độ càng lớn thì tỷ trọng càng nhỏ

+ Điểm băng:

Điểm băng là điểm ở đó nhiệt độ làm cho cá bắt đầu đóng băng, nước trong cơ thể

cá tồn tại ở dạng dung dịch do đó điểm băng tuân theo định Raoult Dung dịch càng loãng đóng băng càng nhanh, điểm đóng băng của cá gần bằng điểm đóng băng của nước (0o

C) Thông thường điểm băng của các loài cá từ - 0,6 ÷ - 2,6 o

C Điểm băng của cá tỷ lệ nghịch với pH của dung dịch trong cơ thể cá Nhiều nghiên cứu cho thấy, nguyên tắc hạ điểm băng của động vật thuỷ sản tỷ lệ nghịch với áp suất thẩm thấu của dung dịch trong cơ thể chúng Do áp suất thẩm thấu của động vật thuỷ sản nước ngọt thấp hơn nước mặn do đó điểm băng của thuỷ sản nước ngọt cao hơn so với nước mặn

+ Nhiệt dung riêng: là lượng nhiệt cần thu vào hoặc tỏa ra để làm cho một

đơn vị vật thể tăng lên hay giảm 1oC đơn vị kcal/kgo

C hoặc kJ/kgoC

+ Hệ số dẫn nhiệt: chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng mỡ, cá có hàm lượng

mỡ càng lớn thì hệ số dẫn nhiệt càng nhỏ.Tuy nhiên, hệ số dẫn nhiệt còn phụ thuộc vào nhiệt độ Thịt cá đông kết có hệ số dẫn nhiệt lớn hơn cá chưa đông kết, nhiệt độ đông kết càng thấp thì hệ số dẫn nhiệt càng cao

2.1.2.2 Tính chất hoá học của thuỷ sản

 Tính chất hoá học thể keo của động vật thuỷ sản

Do cấu tạo từ hợp chất nitrogen, các chất này cấu tạo nên cơ quan của cá và tạo cho cấu trúc của cá có độ chắc, độ đàn hồi, dẽo dai nhất định (cấu tạo từ những thành phần phức tạp nhưng chủ yếu là protein) Cấu tạo của cơ thể cá là một hỗn hợp năng lượng chất hoá học mà trước hết là các loại protein, lipid, các muối vô cơ và những chất khác tạo thành một dung dịch keo nhớt trong đó nước là dung môi

 Trạng thái tồn tại của nước trong thuỷ sản: tồn tại ở 2 trạng thái là nước kết

 Hình thức tồn tại của nước: thường tồn tại dưới hai hình thức với hạt thân

nước và chất thân nước

- Hạt thân nước: tồn dạng nước khuếch tán, nước tự do, nước hấp phụ

+ Nước hấp phụ: là lớp nước bên trong, kết hợp với các hạt thân nước bằng

lực phân tử trên bề mặt hoặc một gốc nhất định nào đó

+ Nước khuếch tán: là lớp nước ở giữa, không kết hợp với các hạt thân

nước, độ dày lớp nước khuếch tán dày hơn lớp nước hấp thụ rất nhiều

- Chất thân nước: tồn tại dưới hai hình thức nước kết hợp và nước tự do

+ Nước kết hợp:

Nước kết hợp với protein ở dạng keo đặc tức nước do protein ở dạng keo đặc hấp thụ

Nước kết hợp protein keo tan: là nước kết hợp với protein ở trạng thái hoà tan, muối

vô cơ và các chất ở trạng thái keo hoà tan khác, nước này là do keo hoà tan hấp thụ

+ Nước tự do: gồm nước cố định, nước có kết cấu tự do, nước dính ướt

Nước cố định: là nước chứa rất nghiêm ngặt trong kết cấu hình lưới, nó là một dạng keo đặc nước này rất khó ép ra

Nước có kết cấu tự do: tồn tại ở những lỗ nhỏ và khe hở của kết cấu hình lưới của màng sợi cơ hoặc ở những tổ chức xốp nhiều lỗ rỗng của mô liên kết, nước này dễ

ép ra

Nước dính ướt: rất mỏng, thường dính sát trên bề mặt của cơ thịt cá

Nước có ý nghĩa rất quan trọng trong cuộc sống của thuỷ sản Bên cạnh đó nước kết hợp còn tạo giá trị cảm quan cho thuỷ sản, tạo mùi vị thơm ngon

2.1.2.3 Những biến đổi xảy ra của động vật thuỷ sản sau khi chết

Sau khi lên khỏi mặt nước cá sẽ chết rất nhanh do bị ngạt thở Nguyên nhân dẫn đến

sự chết là do sự tích tụ của acid lactic và các sản phẩm phân giải khác làm cho thần kinh bị tê liệt Cá có thể chết ngay trong lưới do vùng vẫy, thiếu oxy do mật độ quá cao trong lưới Sau khi chết trong cơ thể cá bắt đầu xảy ra hàng loạt thay đổi về vật

lý, hoá học những thay đổi này có thể chia làm bốn giai đoạn:

1 Sự tiết nhờn ra ngoài cơ thể

2 Sự tê cứng sau khi chết

3 Sự tự phân giải

4 Quá trình thối rửa

Những biến đổi này không tuân theo trình tự nhất định nào mà thường gối lên nhau, thời gian dài ngắn phụ thuộc vào loài, điều kiện đánh bắt, nhiệt độ và phương pháp bảo quản Thịt cá dễ bị ươn hỏng hơn thịt của động vật trên cạn là do những đặc điểm sau:

- Hàm lượng nước trong thịt cá cao

- Hàm lượng glycogen thấp vì thế thời gian tê cứng ngắn, thịt dễ chuyển sang môi trường kiềm thuận lợi cho vi sinh vật lên men thối phát triển

- Ở nhiệt độ bình thường vi sinh vật sống trên cơ thể cá nhiều, đặc biệt ở da cá

có nhiều nhớt là môi trường tốt cho vi khuẩn hoạt động

- Có nhiều enzyme nội tại và có hoạt tính enzyme mạnh

- Hàm lượng chất trích ly cao và là môi trường tốt cho vi khuẩn hoạt động

2.2 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT RÀO CẢN

Rào cản công nghệ là phương pháp đảm bảo rằng các tác nhân gây bệnh trong sản phẩm thực phẩm có thể được loại bỏ hoặc được kiểm soát Điều này có ý nghĩa giúp cho các sản phẩm thực phẩm sẽ được an toàn cho người tiêu dùng và giúp kéo dài thời gian sử dụng

Công nghệ rào cản thường hoạt động bằng cách kết hợp nhiều phương pháp tiếp cận Những cách tiếp cận này có thể được coi là các rào cản, các tác nhân gây bệnh phải vượt qua nó nếu không sẽ được loại trừ ra khỏi thực phẩm Sự kết hợp của các rào cản có thể đảm bảo tất cả các rào cản có thể đảm bảo các tác nhân gây bệnh được loại bỏ hoặc làm cho nó vô hại trong sản phẩm cuối cùng

Công nghệ rào cản đã được xác định bởi Leistner (2000) như là một sự kết hợp chặt chẽ các rào cản đảm bảo an toàn vi sinh vật, ổn định chất lượng, tính kinh tế của sản phẩm thực phẩm

Các rào cản trong hệ thống thực phẩm: là nhiệt độ cao trong quá trình xử lý, nhiệt

độ thấp trong thời gian lưu trữ, tăng tính acid, làm giảm hoạt độ nước hoặc thế oxi hóa khử, các chất bảo quản,… Tùy theo các loại mầm bệnh và rủi ro của nó, cường

độ của các trở ngại mà có thể được điều chỉnh thích hợp để vừa đáp ứng được thị hiếu người tiêu dùng, vừa có tính kinh tế, vừa đảm bảo an toàn cho sản phẩm thực phẩm

Mỗi trở ngại nhằm mục đích loại bỏ, làm ngừng hoạt động, hoặc ít nhất là ức chế các vi sinh vật không mong muốn Muối hoặc các acid hữu cơ cũng được sử dụng như là rào cản để kiểm soát thực phẩm Nhiều kháng sinh tự nhiên như nisin, Natamycin, bacteriocins khác và các loại tinh dầu có nguồn gốc từ cây hương thảo hoặc thyme cũng có tác dụng tốt

Bảng 2: Rào cản chủ yếu được sử dụng để bảo quản thực phẩm

 Tác dụng bảo quản của muối

- NaCl có khả năng tiêu diệt tất cả vi sinh vật do ion Cl- tham gia vào quá trình oxi hóa - khử thành Cl2 làm mất khả năng hoạt động của hệ men vi sinh vật

- Hòa tan trong nước và phân ly thành Na+ và Cl-, tạo nên áp suất thẩm thấu lớn bên trong tế bào vi sinh vật, do đó ức chế hoạt động của vi sinh vật

thành

ascorbate

như vi khuẩn lên men

- NaCl liên kết hóa học với các chất bên trong tế bào của vi sinh vật làm ngừng các hoạt động của vi sinh vật

2.3.2 Glycerol

Glycerine (Glycerol, Glycerin) là một poly đơn giản, không màu, không mùi, nhớt, được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm Glycerol có 3 nhóm OH nên tan hoàn toàn tốt trong nước Hầu hết các chất béo có sườn glycerol, còn gọi là các triglycerides Glycerol có vị ngọt và độc tính thấp

- Tính chất:

Công thức phân tử:C3H8O3

Màu sắc: là chất lỏng không màu

Mùi: không mùi,

Tính tan trong nước: tan vô hạn trong nước

 Ứng dụng

- Trong thức ăn và đồ uống, glycerine được sử dụng như một chất tạo ẩm, chất tạo ngọt, chất bảo quản Ngoài ra nó còn được sử dụng làm chất độn trong các sản phẩm ít béo như bánh ngọt Glycerine và nước được sử dụng để bảo quản một số loại lá Như một chất thay thế cho đường, glycerine chứa khoảng 27 calories trong một thìa café (đường chứa 20) và có vị ngọt gần giống đường sucrose, tuy nhiên nó cũng không làm tăng lượng đường huyết trong máu và cũng không làm sâu răng

- Glycerine còn được gọi là E422 Glycerine còn được sử dụng để sản xuất mono và di-glyceride, được dung chất tạo nhũ, cũng như các ester poly glycerol trong việc sản xuất mỡ và bơ thực vật Nó được sử dụng như một chất giữ ẩm cùng với propylene glycol với tên E1520 và E422 trong sản xuất snus (một sản phẩm thuốc lá không khói) Khi được sử dụng trong thực phẩm, Glycerol được Hiệp hội dinh dưỡng Hoa Kỳ phân loại như một carbohydrate Cục quản lý dược và thực phẩm Mỹ (FDA) phân định carbohydrate là những chất dinh dưỡng có tạo ra năng lượng Glycerol có hàm lượng calo cao tương đương như đường ăn nhưng chỉ số đường huyết thấp và có cách trao đổi các chất trong cơ thể nên được những người

ăn kiêng chấp nhận thay cho đường ăn

- Vai trò:

Chất giữ ẩm

Dung môi và là chất tạo ngọt

Giảm aw của thực phẩm, tăng khả năng bảo quản

(Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thủy, 2011)

Thực phẩm có hàm lượng nước càng cao càng khó bảo quản Tùy theo cách liên kết của nước trong thực phẩm, người ta chia làm hai nhóm: nước liên kết và nước tự do

- Nước tự do: là thành phần ở giữa các mixen và có đầy đủ tính chất của nước nguyên chất

- Nước liên kết: tùy theo mức độ liên kết người ta chia làm ba nhóm:

+ Nước liên kết hóa học: lớp nước này liên kết rất chặt với vật liệu và chỉ có thể tách ra khi có tương tác hóa học hoặc khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ tương đối mạnh

mẽ

+ Nước liên kết hấp phụ hay nước liên kết hóa lý có độ bền liên kết ở mức trung bình, được tạo thành do các phân tử có cực nằm trên bề mặt vật liệu hút các lưỡng cực của nước Các phân tử nước dạng này có khả năng bảo toàn các tính chất của nước

+ Nước liên kết mao quản hay nước liên kết cơ lý được hấp thụ bởi các phân tử bề mặt mao quản rồi đi vào bên trong, ngưng tụ và làm đầy các mao quản

2.5 HOẠT ĐỘ CỦA NƯỚC

Giá trị thực phẩm, tính chất cảm quan cũng như độ bền của các sản phẩm khi bảo quản phụ thuộc vào thành phần các chất hữu cơ và vô cơ có mặt trong thực phẩm Trong các thành phần đó, nước có ảnh hưởng lớn hơn cả Tuy nhiên chất lượng của thực phẩm được bảo quản không chỉ phụ thuộc vào hoạt động của nước (aw - water

activity) trong thực phẩm đó Hoạt độ nước trong một số thực phẩm thể hiện ở bảng

sau:

Bảng 4: Hoạt độ nước trong một số sản phẩm

Loại thực phẩm Hoạt độ nước Loại thực phẩm Hoạt độ nước

(Nguồn: Nguyễn Thị Thu Thủy, 2011)

Giá trị hoạt độ nước được tính theo công thức sau:

Với : P: áp suất hơi riêng phần của dung dịch hay thực phẩm ở nhiệt độ T

Po: áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất nước ở cùng nhiệt độ

Như vậy, aw của một dung dịch hay thực phẩm luôn luôn nhỏ hơn 1 (do trong cùng điều kiện P < Po)

 Đặc điểm

- Hoạt độ nước nguyên chất được quy ước là một đơn vị

- Ở điều kiện cân bằng, có sự cân bằng giữa aw của dung dịch hay thực phẩm

và áp suất hơi tương đối do dung dịch hay thực phẩm đó tạo ra trong khí quyển bao xung quanh nó

aw = Độ ẩm tương đối của không khí/100 = RH%

- Ở điều kiện cân bằng, cũng có sự tương đương giữa độ ẩm tương đối của không khí và hoạt độ nước của thực phẩm đặt trong không khí đó

- Áp suất hơi sẽ không bị giảm khi dung dịch hay thực phẩm có chứa các chất không hòa tan Các chất hòa tan chứa trong thực phẩm không phải là lý tưởng do đó

sẽ làm giảm áp suất hơi lớn hơn khi tính theo định luật Raoult

- Phần lớn các loại hóa chất đều làm giảm hoạt độ nước nhiều hơn khi tính toán lý thuyết vì các lý do sau: do có sự liên kết mạnh mẽ giữa phân tử nước và phân tử các loại trong dung dịch; có sự phân ly ít nhiều hoàn toàn của các chất điện

ly có mặt; các lực tác dụng đến cấu trúc của nước

- Có thể coi aw là số đo nồng độ hiện hiện hữu của nước ở trong sản phẩm Ở nồng độ nước hiện hữu nào đó sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật và các phản ứng hóa học tiến triển

- Hoạt độ nước là hàm số của độ ẩm, thành phần hóa học và cấu trúc của sản phẩm thực phẩm

Bảng 5: Nồng độ molan của một số chất hòa tan ứng với các giá trị a w khác nhau ở 25 o C

molan lý tưởng

- aw trước tiên liên quan với tổng số nước ở trong sản phẩm Sản phẩm có hàm

ẩm cao thường chứa nhiều nước tự do, do đó có hoạt độ nước cao

- aw có thể bị giảm bằng cách tách nước, thêm các chất hòa tan khác vào sản phẩm để làm cho lượng nước liên kết tăng lên aw không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học mà còn phụ thuộc vào trạng thái vật lý của sản phẩm Protein và tinh bột thường giữ một lượng nước nhiều hơn các lipid và các chất kết tinh

- Việc tạo hạt các vật liệu cũng ảnh tới khả năng giữ nước Với các thực phẩm

có chứa tinh bột thì khi gia nhiệt trước cũng làm biến đổi khả năng hấp thụ nước của các tinh bột vì chúng bị hồ hóa làm biến đổi từ mạng lưới tinh thể không thấm nước sang một trạng thái vô định hình

- Thay đổi pH và lực ion sẽ có ảnh hưởng đến khả năng giữ nước của các thực phẩm chứa protein Các tương tác tĩnh điện giữa các chuỗi protein sẽ tạo ra các gel trương đầy nước Nếu các chuỗi protein hút lẫn nhau thì nước hấp thụ nhất là nước

tự do sẽ bị đẩy ra và có thể bị chảy và bốc hơi Ở pH đẳng điện khả năng giữ nước

là cực tiểu Ở các pH cực trị các chuỗi protein sẽ tích điện cùng dấu và sẽ đẩy nhau Các mô trương lên và độ mềm của thịt cũng tăng lên

- Các loại đường cũng ảnh hưởng đến tính chất vật lý cũng như tính chất lưu biến của thực phẩm Khi đường từ trạng thái vô định hình hút ẩm sang trạng thái kết tinh nếu tới một hàm lượng nước nhất định dạng vô định hình không bền sẽ kết tinh trở lại và nhả nước ra Nước giải phóng ra bởi sự biến đổi này có thể hòa tan các phân tử saccharose bên ngoài và làm kết tinh các phân tử ở sâu bên trong Trường hợp này sẽ dẫn đến đóng khối

- aw có thể giảm do hậu quả của các lực mao dẫn Nước bị nhốt trong mao quản là nước tự do, còn lớp nước ở thành mao quản là lớp nước liên kết Khi làm giảm ẩm đều đặn thì áp suất hơi nước trên các chỗ lõm sẽ thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt phẳng Sự giảm hoạt độ nước cũng phụ thuộc vào đường kính của mao quản và cấu trúc của sản phẩm thực phẩm Theo Karel 1973 nếu mao quản có đường kính bằng 10-6

cm thì sẽ có aw xấp xỉ 0,90

2.5.1 Phương pháp xác định hoạt độ nước

- Đo độ ẩm cân bằng: đặt thực phẩm tiếp xúc thật tốt với một lượng nhỏ

không khí trong hệ thống kín, để một thời gian cho hệ thống cân bằng Đo độ ẩm tương đối của không khí lúc cân bằng sẽ xác định được hoạt độ nước trong thực phẩm

- Phương pháp nội suy: đặt các mẫu thực phẩm có trọng lượng nhất định ở

trong bình hút ẩm có độ ẩm tương đối khác nhau Sau 2 ÷ 4 giờ , cân khối lượng mẫu từ đó biết được trọng lượng nước mất đi hay nhận vào ở mỗi mẫu Vẽ đồ thị y= f(aw) Đường biểu diễn cắt trục x tại một điểm Điểm đó chính là aw của mẫu thực phẩm

- Dựa vào công thức thực nghiệm:

Phương pháp Money Born:

Hoạt độ nước tính theo công thức:

).27,01(

Với: 

).(

).100(

w

q M A

S N

Trong đó: S: lượng chất tan (g)

Aq: lượng nước hiện diện (g)

Mw: khối lượng phân tử chất tan (g)

Bảng 6: Độ ẩm cân bằng của một số muối ở nhiệt độ phòng

2.5.2 Phương pháp điều chỉnh hoạt độ nước

- Cho dòng không khí trực tiếp qua thực phẩm đó có được aw định trước Độ

ẩm tương đối của dòng không khí có thể thu được bằng cách pha trộn hỗn hợp dòng không khí ẩm và dòng không khí khô qua dung dịch H2SO4 có aw đã biết hoặc qua dung dịch muối bão hòa có aw biết trước

- Các dung dịch muối bão hoà nguồn hữu cơ và vô cơ thường được dung trong phòng thí nghiệm để thu được aw mong muốn Các dung dịch này có thể điều chỉnh

aw trong dòng khí, làm dung dịch chuẩn dể khắc các dụng cụ đo aw hoặc để làm dung dịch cân bằng cho các mẫu thực phẩm nhỏ

Cần lưu ý: trong trường hợp này tốc độ cân bằng rất chậm nên có thể tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển, nhất là aw thực phẩm lớn hơn 0,7 Từ hỗn hợp muối bão hòa thường tạo ra aw thấp hơn từ dung dịch muối đơn

Ví dụ: dung dịch muối NaCl bão hòa (aw = 0,75) và dung dịch KCl bão hòa (aw = 0,85) theo tỷ lệ 1:1 sẽ tạo được aw = 0,715 (chú ý: hai muối phải có chung cation

- aw của thực phẩm có thể điều chỉnh bằng cách thêm các hợp phần hoặc những phụ gia có aw khác nhau

- aw của thực phẩm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi phương pháp chế biến Với sản phẩm khô thì bằng cách đóng bánh để phân phối lại ẩm Có thể thêm nước vào sản phẩm thực phẩm khô bằng cách thăng hoa từ nước đó ở nhiệt độ quá lạnh

- Hợp chất hữu cơ glucose, glycerin và propylene glycecol à ba hợp chất thường được sử dụng để hạ thấp aw của sản phẩm Các đường khác như: fructose, mantose cũng được sử dụng nhưng hạn chế Đường nghịch đảo là tác nhân làm giảm aw quan trọng trong một số bánh kẹo NaCl, glucose là chất ẩm được sử dụng rộng rãi Propylenglycol cũng là chất làm ẩm thực phẩm rất tốt vì nó có tính chất chống vi sinh vật

2.5.3 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất biến đổi và chất lượng của các sản phẩm thực phẩm

Cường độ hư hỏng của các dạng sản phẩm thực phẩm là do một loạt các yếu tố bên trong và bên ngoài chủ yếu là do hoạt độ nước của sản phẩm quyết định Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến cường độ hoạt động của các quá trình gây hư hỏng thực phẩm Nhìn chung, các sản phẩm thực phẩm có hoạt độ nước cao thì quá trình sinh học chiếm ưu thế hơn Tuy nhiên trong những sản phẩm có hàm lượng lipid nhiều thì ngay cả khi có aw cao quá trình phi sinh học (oxy hóa) vẫn trội hơn

Đối với những sản phẩm có hàm ẩm thấp và trung bình thì các quá trình phi sinh học như sự oxy hóa và sự sẫm màu rất thường xảy ra Tốc độ của các quá trình này phụ thuộc rất mạnh vào hoạt độ nước

2.5.3.1 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng oxy hóa chất béo

Lipid có trong thành phần các sản phẩm thực phẩm, so với những hợp phần hóa học khác, thường kém bền vững nhất đối với tác dụng của oxy khí quyển Sản phẩm trung gian quan trọng của quá trình oxy hóa chất béo là hydro peroxyt (RCOOH)

Từ RCOOH sẽ tạo thành những sản phẩm khác làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm thực phẩm

Các nghiên cứu cho thấy rằng lượng nước trong các sản phẩm chứa chất béo (hoặc trong chất béo) và các dạng liên kết của nước với các yếu tố cấu thành khác của sản phẩm có ý nghĩa rất lớn

Khi hoạt độ nước thấp, tương ứng với vùng hình thành lớp nước đơn phân ở trên bề mặt sản phẩm, sự oxy hóa chất béo xảy ra mạnh mẽ Cùng với sự tăng hoạt độ nước thì cường độ oxy hóa lại bị giảm và khi aw = 0,3 thì cường độ oxy hóa là cực tiểu

Sau đó cườngđộ oxy hóa lại bắt đầu tăng cho đến khi aw = 0,7 thì cường độ oxy hóa cực đại và sau đó giảm dần

2.5.3.2 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng sẫm màu phi enzyme

Nước cũng đóng vai trò quyết định trong phản ứng sẫm màu phi enzyme Sự sẫm màu này có thể là do phản ứng caramen hóa, phản ứng Melanoidin, phản ứng của các sản phẩm oxy hóa các lipid với protein, hoặc phản ứng thoái phân các hợp chất cacbonyl có nối kép đôi luân hợp như vitamin C, các reduction,… Thông thường, các sắc tố có màu sẫm sẽ được tạo ra ở trong các sản phẩm có hàm ẩm thấp hay trung bình khi aw >0,5

Ví dụ: phản ứng melanoidin sẽ tăng lên mạnh trong khoảng hoạt độ nước từ 0,5 ÷ 0,75 và đạt cực đại khi aw = 0,75 Nghiên cứu mô hình phản ứng casein - glucose ở các nhiệt độ và aw = 0,65 ÷ 0,70 ( tại nhiệt độ 37ºC, 70ºC, 90ºC) và bị giảm xuống khi độ ẩm cao hơn và thấp hơn

Hoạt độ nước ảnh hưởng theo nhiệt độ Năng lượng hoạt hóa của các phản ứng sẫm màu phi enzyme sẽ tăng dần cùng với sự giảm aw, do đó phản ứng sẽ chậm lại khi ở

aw thấp

Phản ứng sẫm màu phi enzyme là vấn đề rất quan trọng trong sản xuất các sản phẩm có độ ẩm trung gian Các thực phẩm thường có hoạt độ nước từ 0,6 ÷ 0,8 là môi trường rất thuận lợi cho phản ứng làm sẫm màu Để làm giảm phản ứng này trong các sản phẩm trung gian thường bổ sung glycerin như là chất làm ẩm Khi dùng glycerin có thể làm giảm aw từ 0,75 ÷ 0,65 đến 0,5 ÷ 0,4

Ở các sản phẩm thực vật và quả, phản ứng đạt cực đại ở aw = 0,65 ÷ 0,75, các sản phẩm thịt là 0,3 ÷ 0,6 và các sản phẩm sữa khô (không chất béo) là 0,70 Có thể bảo quản tốt các sản phẩm có độ ẩm trung bình khi aw vượt qua điểm đặc trưng cho tốc

độ sẫm màu cực đại nhưng chưa đạt được giá trị bắt đầu gây hư hỏng do vi sinh vật Tuy nhiên trong các điều kiện đó có thể xảy ra các quá trình oxy hóa làm khó khăn cho việc dự đoán mức độ hư hỏng do hàm số của ẩm

Ví dụ: trong sản phẩm có hàm ẩm trung bình nước đóng vai trò chất kìm hãm của phản ứng oxy hóa chất béo nhưng lại làm oxy hóa protein (vì nước sẽ làm trương nở protein)

2.5.3.3 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng enzyme trong các sản phẩm thực phẩm

Enzyme xúc tác phản ứng qua hai giai đoạn:

- Liên kết enzyme với cơ chất để tạo nên ra phức phi đồng hóa trị hoặc hợp chất axyl - enyme

- Phân ly hợp chất này thành sản phẩm phản ứng và enzyme

Trong các phản ứng thủy phân bởi enzyme thì nước tham gia rất tích cực Lượng nước được sử dụng trong quá trình này phụ thuộc vào số lượng vào bản chất và enzyme

Các sản phẩm thực phẩm có hàm ẩm thấp có giá trị aw nằm dưới điểm uốn của vùng đơn tầng thì hoạt động của enzyme là cực bé hoặc coi như không có vì nước tự do chưa đủ để thực hiện phản ứng

Các sản phẩm thực phẩm có độ ẩm trung bình thì phản ứng enzyme là do hoạt độ nước quyết định

Các phản ứng của enzyme có khả năng tiến hành ở trong nước di động tự do Nước

tự do là dung môi của cơ chất và cũng là điểu kiện cần thiết cho cơ chất tiếp xúc với

cơ chất Hoạt động của phản ứng enzyme bắt đầu xuất hiện khi aw > 0,45

- Tốc độ phản ứng của enzyme phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Sự phân bố các chất tham gia phản ứng ở trong sản phẩm

+ Độ linh động của cơ chất do trạng thái tập hợp và cấu trúc của sản phẩm quyết định

+ Hoạt độ nước và nhiệt độ

Trong các sản phẩm có độ ẩm thấp và trung bình thì quá trình thủy phân là chủ yếu

và thường xảy ra Hoạt độ của enzyme là do hoạt độ nước quyết định Do vậy, hoạt

độ nước phải thấp hơn điểm lên dốc của đường đặng nhiệt hấp thụ

2.5.3.4 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến sự phát triển của vi sinh vật

Sự thay đổi của vi sinh vật có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm hoặc là góp phần bảo quản thực phẩm hoặc làm hư hỏng thực phẩm

Sự phát triển của vi sinh vật là khác nhau ở vi khuẩn, nấm men, mấn mốc

Chỉ tiêu quan trọng nhất trong mối quan hệ với nước của từng vi sinh vật riêng biệt

là aw tối thiểu để vi sinh vật phát triển được

Bảng 7: Giá trị a w tối thiểu của một số vi sinh vật

- Nấm men và nấm mốc phát triển ở aw < 0,85 (nấm men phát triển ở aw cao hơn)

- aw là chỉ một trong số các nhân tố quan trọng của môi trường của vi sinh vật

Sự phát triển và sự sống còn của vi sinh vật còn bị ảnh hưởng đồng thời của nhiệt

độ, pH, oxy, CO2, sự có mặt của các chất kìm hãm và chất bảo vệ

2.5.3.5 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất lưu biến của thực phẩm

Độ cứng, độ đàn hồi, độ dai, độ dẻo là những tính chất lưu biến của thực phẩm Ẩm của thực phẩm khô hoặc bán khô có vai trò quan trọng trong việc tạo ra tính chất lưu biến của chúng Nếu tăng độ ẩm tương đối cân bằng của thực phẩm có độ ẩm trung gian gần điểm uốn của vùng đơn tầng (20% ẩm) tới mức ẩm 66% sẽ tăng độ cứng, độ dính của hầu hết thực phẩm)

2.5.3.6 Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến giá trị dinh dưỡng

Hoạt độ nước cũng có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của một số vitamin nhất là các vitamin tan trong nước

- Vitamin C tương đối bền ở aw thấp Khi tăng aw thì sự phân hủy vitamin càng tăng nhanh Để bảo quản vitamin C trong các thực phẩm một thời gian dài thì cần bảo quản thực phẩm ở nhiệt độ thấp, a càng thấp càng tốt

- Sự tổn thất vitamin B1 trong bột mì, nếu tăng độ ẩm từ 9,2% ÷ 14,5% thì sẽ làm tăng tổn thất vitamin B1

- Riêng các vitamin hòa tan trong chất béo thì sự phân hủy sẽ giảm khi aw tăng Chỉ có α - tocopherol sẽ tăng sự mất mất khi tăng hàm ẩm

2.6 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN

2.6.1 Tách nước thẩm thấu (osmotic dehydration – OD)

Là một trong những phương pháp bảo quản thực phẩm đầu tiên và đang trở thành quá trình xử lý bổ sung hấp dẫn trong dây chuyền chế biến thực phẩm phổ biến Việc thực hiện tách nước thẩm thấu mang lại hiệu quả kinh tế và góp phần tích cực

trong việc bảo vệ môi trường ( Rastogi et al.,2002) Chính vì thế, việc quan tâm về

quá trình tách nước thẩm thấu ngày càng được tăng lên

2.6.1.1 Các ưu thế của tách nước thẩm thấu

- Cải thiện hoặc di trì thuộc tính dinh dưỡng: thực phẩm qua xử lý thẩm thấu

có hợp phần các vitamin tự nhiên và các nguyên tố vi lượng cao đồng thời cũng có thể được bổ sung trong các chất thẩm thấu

- Cải thiện các thuộc tính chức năng: giảm độ hoạt động của nước, tăng tính

ổn định cho vi khuẩn và làm trì hoãn các phản ứng gây hư hỏng Điều này có ảnh hưởng tích cực đến thời hạn sử dụng

- Giảm bớt năng lượng và thời gian cần thiết cho sự khử nước

- Đơn giản, chi phí trang thiết bị và hoạt động thấp

( Nguồn : Moreno et al., 2000; moreira et al., 2003, trích dẫn bởi Warczok, 2005)

2.6.1.2 Cơ chế của quá trình tách nước thẩm thấu

Động học của quá trình tách nước thẩm thấu (OD) là gradient hoạt động được cung cấp bởi dung dịch thẩm thấu (Osmotic Solution – OS) với áp suất thẩm thấu thắng

áp suất thẩm thấu của tế bào Nói cách khác, động học của quá trình tách nước thẩm thấu là do sự chênh lệch nồng độ chất tan giữa dung dịch thẩm thấu và nguyên liệu Hầu hết truyền khối diễn ra xuyên qua màng tế bào bán thấm Trong thời gian thực hiện quá trình tách nước thẩm thấu (OD), dòng nước xuất phát từ bên trong thực phẩm đến dung dịch thẩm thấu và các chất tan từ dung dịch thẩm thấu đi vào thực phẩm Thông thường nước chuyển đi nhiều hơn là chất tan bởi vì tính thẩm thấu của các màng tế bào khác nhau (Rodriges & Mauro, 2004 trích dẫn bởi Warczok, 2005) Đồng thời các chất hòa tan thực phẩm (đường, acid hữu cơ, khoáng chất, vitamin,…)

từ các màng tế bào không chọn lọc hoàn toàn chảy vào dung dịch thẩm

thấu.( Mayor et al., 2005, trích dẫn bởi Warczok, 2005)

2.6.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu

Các biến quá trình chính (nồng độ, thành phần của dung dịch thẩm thấu, nhiệt độ và thời gian ngâm, cách xử lý, trạng thái tự nhiên và hình dạng của thực phẩm, tỷ lệ mẫu/ dung dịch đã được chứng tỏ là các yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến cơ chế truyền khối Trong đó, đặc điểm của nguyên liệu, vị trí trong mô tế bào là yếu tố bên trong

và nồng độ dung dịch thẩm thấu là yếu tố bên ngoài có tác động rất lớn đến tốc độ khuếch tán của nguyên liệu trong suốt quá trình truyền khối (Matusek & Meresh, 2002)

- Quá trình thẩm thấu và khuếch tán:

Khi có sự tiếp xúc giữa dung môi và chất tan hoặc giữa hai dung dịch có nồng độ chất tan khác nhau sẽ xảy ra hiện tượng tự san bằng nồng độ của các chất Trong một phạm vi nhất định, các phân tử chất tan di động từ nơi có nồng độ cao đến nơi

có nồng độ thấp hơn gọi là quá trình khuếch tán Quá trình di động ấy diễn ra cho đến khi nồng độ chất tan của hai nơi bằng nhau mới dừng lại Quá trình khuếch tán phụ thuộc nhiệt độ, bản chất của chất khuếch tán và môi trường khuếch tán

Trong quá trình ướp muối, ngoài hiện tượng khuếch tán của muối vào nguyên liệu còn có hiện tượng thẩm thấu Thẩm thấu là quá trình di động của các phân tử chất tan khắc phục trở lực của màng bán thấm để san bằng nồng độ Nói chính xác hơn, thẩm thấu là quá trình di chuyển tự động của dung môi phải khắc phục trở lực của màng bán thấm để đi từ dung dịch có nồng độ thấp vào dung dịch có nồng độ cao hơn Màng bán thấm có tính chất đặc biệt là chỉ cho các hạt nhỏ của dung môi đi qua, còn các hạt nhỏ của chất tan thì không qua được Nhưng màng tế bào động thực vật không phải là màng bán thấm hoàn toàn, do đó trong dung dịch nước muối

sẽ có một phần muối ngấm vào tế bào, còn nước thì thấm qua màng tế bào ra ngoài Người ta lợi dụng tính chất đó để ướp muối thủy sản và các sản phẩm khác Khi ướp muối cá, muối không chỉ thẩm thấu vào tế bào thịt cá mà còn thẩm thấu vào tế bào vi khuẩn trong thịt cá Điều này có ý nghĩa lớn trong khả năng bảo quản của cá khi ướp muối

Trong quá trình sấy việc phỏng đoán thời gian sấy và thay đổi độ ẩm của vật liệu trong quá trình sấy là 2 vấn đề luôn được quan tâm để có thể kiểm soát và điều khiển quá trình Hiện nay có nhiều mô hình được sử dụng để tính toán và phỏng đoán tiến trình Ba mô hình được sử dụng phổ biến để phỏng đoán quá trình sấy dựa trên lý thuyết khuếch tán ẩm được liệt kê dưới bảng sau:

Bảng 8: Các mô hình phỏng đoán quá trình sấy

e Me Mi

Me t

Me t

)

Me t

Mt: độ ẩm cân bằng ở thời điểm t (% căn bản khô)

Me: độ ẩm cân bằng của vật liệu (% căn bản khô)

Mi: độ ẩm ban đầu của vật liệu (% căn bản khô)

T: thời gian sấy

- Khô sống: là sản phẩm chế biến từ khô sống, không qua xử lý bằng muối hay nấu chín

- Khô chín: là sản phẩm chế biến từ nguyên liệu đã nấu chín

- Khô mặn: là sản phẩm chế biến từ nguyên liệu đã qua quá trình xử lý muối

2.7.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm khô

- Nhiệt độ không khí: nhiệt độ không khí tăng thì tốc độ làm khô tăng nhanh Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao sẽ làm cho thịt cá bị khét, sản phẩm có màu đen

- Ẩm độ của không khí: khi độ ẩm không khí khoảng 80% thì quá trình sấy sẽ ngừng và có sự hút ẩm vào sản phẩm Độ ẩm càng thấp, tốc độ sấy càng nhanh

- Tốc độ gió: vận tốc nhỏ thời gian dài, phẩm chất thịt kém Tốc độ sấy lớn, nhiệt độ sấy không đều Thường vận tốc trung bình khoảng 0,4 ÷ 0,6m/s, không khí lưu thông với bề mặt cá, quá trình làm khô nhanh hơn, không khí lưu thông tạo thành góc 45º so với bề mặt cá, tốc độ sấy chậm nhất

- Ủ ấm: nhằm xúc tác sự chuyển động của nước trong thịt cá (quá trình sấy gián đoạn), rút ngắn thời gian sấy và nâng cao hiệu suất

- Nguyên liệu: mức độ to, nhỏ, dày, mỏng, da cứng hay da mềm, có vảy hay không có vảy, mổ xẻ hay để nguyên con,… đều ảnh hưởng đến thời gian sấy

2.7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian bảo quản sản phẩm sấy khô

Việc thay đổi tính chất, chất lượng của cá do các nguyên nhân sau: sự tăng số lượng

vi khuẩn trên thịt cá, sự chậm khô trong quá trình sấy và thời gian bảo quản lâu, nấm mốc sẽ phát triển trên sản phẩm, kèm theo là ruồi và ấu trùng,… cũng góp phần vào sự phá hoại

Mục đích của sản phẩm sấy khô: nhằm giảm hoạt độ của nước đến mức chấp nhận được, lượng muối bổ sung vào quá trình chế biến cá sấy khô ở mức cho phép Lượng muối và độ ẩm mong muốn có thể điều chỉnh độ hoạt động của nước

2.7.3.1 Hàm lượng nước

Hàm lượng nước trong cá tươi chiếm khoảng 80%, khi giảm ẩm xuống còn 25% giúp ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây hư hỏng và dưới 15% ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc Giá trị này được tính trên căn bản ướt

Hàm lượng nước được định nghĩa:

Mw = Khối lượng nước trong sản phẩm x 100 / tổng khối lượng sản phẩm

Hàm lượng nước cũng tính theo căn bản khô, được định nghĩa:

Md = khối lượng nước trong sản phẩm x 100/ tổng khối lượng sản phẩm dựa trên hàm lượng chất khô

2.7.3.2 Phương pháp sấy khô

1 Sấy khô tự nhiên (sử dụng năng lượng mặt trời): là một phương pháp phổ biến và rất rẻ tiền Nhiệt của mặt trời và sự chuyển động của không khí làm tách ẩm

để thủy sản trở nên khô Nhiệt độ sấy khoảng 37 ÷ 40º

C

* Ưu điểm: sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên, giá rẻ, thích hợp cho các sản

phẩm ít hay không cần tăng giá trị

* Nhược điểm

- Thời gian sấy dài, có thể làm sản phẩm bị hư hỏng

- Không chủ động, phụ thuộc vào thời tiết

- Cần đảo trộn sản phẩm nhiều lần, tốn nhân công

- Sản phẩm dễ bị bẩn

2 Sấy khô nhân tạo: sử dụng nguồn năng lượng nhân tạo

Sản phẩm được sấy khô trong thiết bị sấy Thiết bị là một phòng kín, không khí trong phòng được đốt nóng do bộ phận cung cấp nhiệt đặt phía dưới, bên trên có các

lá chắn kim loại, năng lượng đốt nóng là than đá hay năng lượng điện Cá được đặt lên các sàn thưa đặt trên giàn, có nhiều lớp và mỗi lớp cách nhau khoảng 0,3 ÷ 0,4

mm

Nguyên tắc làm việc: không khí đi từ ngoài vào bộ phận cung cấp nhiệt được đốt nóng rồi đi vào phòng sấy làm nóng nguyên liệu, nước từ nguyên liệu bốc hơi, không khí trong phòng sấy được lưu thông nhờ sự chênh lệch nhiệt độ và đi từ dưới lên kéo theo hơi nước đi ra ngoài Nhiệt độ sấy không quá 65º

C

* Ưu điểm

- Thời gian sấy ngắn

- Liên tục, năng suất ổn định

- Sản phẩm có chất lượng cao

2.7.3.3 Sự biến đổi của cá khi làm khô

Khi làm khô cá để bảo quản, cá giảm thể tích và trọng lượng do sự bốc hơi nước, đồng thời màu sắc cá cũng thay đổi do hàm lượng chất khô tăng lên và do sự oxy hóa các sắc tố, thịt cá trở nên dai, chắc

 Yêu cầu chất lượng cảm quan

- Màu tự nhiên

- Mùi thơm không khét

- Vi ngọt không đắng chát

- Trạng thái: thịt dai, không nát

2.7.3.4 Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy khô cá

 Biến đổi vật lý

- Hiện tượng co thể tích, khối lượng nguyên liệu giảm xuống do mất nước

- Biến đổi nhiệt do tạo gradient nhiệt độ ở mặt ngoài và mặt trong của nguyên liệu

- Biến đổi cơ lý: hiện tượng biến dạng, hiện tượng co, tăng độ giòn hay nguyên liệu bị nứt nẻ

- Hiện tượng nóng chảy và tụ tập các chất hòa tan trên bề mặt làm ảnh hưởng đấn bề mặt sản phẩm, làm tắt ngẽn các mao quản thoát nước, kèm theo đó là sự đóng rắn trên bề mặt

 Biến đổi hóa lý

- Hiện tượng khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình làm khô ẩm khuếch tán từ lớp ngoài vào lớp trong vật liệu sấy Quá trình này được thực hiện bởi nhiệt khuếch tán và do kết quả co dãn của không khí trong các mao quản, nhiệt chuyển dời theo hướng có nhiệt độ thấp hơn từ bề mặt nóng bên ngoài vào sâu bên trong vật liệu kèm theo ẩm Đây là hiện tượng dẫn nhiệt ẩm làm cản trở quá trình làm khô Đến khi có hiện tượng bốc hơi nước từ bề mặt vật liệu đến tác nhân sấy, lượng ẩm ở bên trong bề mặt vật liệu sẽ di chuyển ra bề mặt để bù lượng ẩm mất bay hơi Nếu không có quá trình này, bề mặt vật liệu nóng quá và bị phủ kín bằng lớp vỏ cứng ngăn cản sự thoát nước dẫn đến hiện tượng sản phẩm khô không đều,

bị nứt

Ngoài sự khuếch tán ẩm, còn có sự chuyển pha từ lỏng sang hơi ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu sấy

 Biến đổi hóa học

Tốc độ phản ứng hóa học có thể nhanh lên do nhiệt độ vật liệu tăng Các phản ứng như phản ứng oxy hóa, phản ứng Maillard, phản ứng phân hủy protein

Ngoài ra, do hàm lượng nước giảm dần nên có thể làm chậm tốc độ của một số phản ứng

 Biến đổi sinh hóa

Trong giai đoạn đầu của quá trình sấy khô, nhiệt độ vật liệu tăng dần và chậm, hàm

ẩm chưa giảm nhiều, tạo điều kiện hoạt động tốt cho các loài enzyme gây ảnh

nên hoạt động của ezyme giảm Tuy nhiên, có một số enzyme vẫn còn hoạt động cho đến giai đoạn sau khi làm khô làm biến đổi màu sắc sản phẩm hay thủy phân lipid

 Biến đổi sinh học

- Đối với cấu tạo tế bào: thường xảy ra hiện tượng tế bào sống biến thành tế bào chết do nhiệt độ làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh và sự mất nước diễn ra

- Đối với sinh vật: quá trình làm khô có thể tiêu diệt một số vi sinh vật trên bề mặt vật liệu nhưng làm khô có tác dụng làm yếu hoạt động của chúng nhiều hơn

- Do hiện tượng bị ẩm cục bộ (hàm ẩm phân bố không đều trong vật liệu) nên

vi sinh vật vẫn có thể phát triển trong vật liệu sấy nhưng ít hơn

- Về dinh dưỡng: sản phẩm khô thường giảm độ tiêu hóa, lượng Calo tăng do giảm lượng ẩm Vì thế có thể sử dụng ít sản phẩm khô mà vẫn đủ calo Đây là đặc tính ưu việt của sản phẩm khô

 Biến đổi cảm quan

2.7.3.5 Những biến đổi của khô trong quá trình bảo quản

- Sự hút ẩm:

Sản phẩm khô cá có độ ẩm thấp, vì thế khô cá sẽ dễ hút ẩm trở lại Hiện tượng này xảy ra khi áp suất hơi nước trên bề mặt khô cá nhỏ hơn áp suất hơi nước riêng phần

của không khí Sản phẩm khô cá hút ẩm dễ bị thối rửa và biến chất do sự hoạt động

của vi sinh vật và hệ thống men trong khô cá Vì thế việc ngăn ngừa sự hút ẩm là

vấn đề quan trọng hàng đầu trong quá trình bảo quản khô cá

- Sự thối rữa và biến chất:

Sau quá trình chế biến một số vi sinh vật vẫn còn tồn tại trong sản phẩm, chúng chỉ

bị kìm hãm trong quá trình chế biến và do hàm ẩm thấp Khi gặp các điều kiện

thuận lợi như độ ẩm cao, oxy không khí,… chúng sẽ phát triển trở lại và gây hư

hỏng sản phẩm Ngoài ra, vi khuẩn và nấm mốc trong không khí cũng góp phần vào

sự thối rửa của khô cá nếu như chúng có điều kiện tiếp xúc với khô cá Hàm lượng

nước trong sản phẩm càng nhiều thì sự hư hỏng càng dễ xảy ra Ngoài ra, khô cá

thường xảy ra hiện tượng biến đỏ Sự biến đỏ xảy ra nhanh nhất trong điều kiện

nhiệt độ 37ºC và độ ẩm không khí 80% Có thể sử dụng chất phòng thối như acid

acetic và bảo quản sản phẩm ở độ ẩm không khí nhỏ hơn 75%

- Sự oxy hóa của khô cá:

Trong mỡ của động vật thủy sản có chứa nhiều acid béo chưa bão hòa, khi tiếp xúc

với không khí dễ bị oxy hóa Quá trình oxy hóa xảy ra làm màu sắc của chất béo

biến đổi từ vàng sang nâu sẫm gọi là hiện tượng “ dầu cháy” và có mùi thối gọi là

hiện tượng “ôi dầu”, kết quả là chất béo bị cháy thối

Các nhân tố làm cho sản phẩm khô cá bị oxy hóa là do không khí, ánh sáng, nhiệt

độ, hàm lượng nước, acid béo tự do, ion kim loại Do đó để đề phòng hiện tượng

oxy hóa, bao gói phải đảm bảo nguyên tắc bao gói thật kín, sử dụng thêm các chất

chống oxy hóa

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU

- Cảm biến độ ẩm không khí DHT11 độ chính xác 3% (Hình 2 (a))

- Analog Keithley 2700 (Hình 2 (e))

- Nồi hấp KATOMO (Hình 2 (f))

- Máy sấy thí nghiệm (Hình 2 (g))

- Các dụng cụ cần thiết trong phòng thí nghiệm

(a) Cảm biến độ ẩm không khí (b) Máy đo cấu trúc RHEO TEX

(c) Hệ thống đo độ ẩm không khí (d) Cân điện tử VIBRA