Chlorophyll trong rau quả và những biến đổi của nó trong quá trình bảo quản và chế biến

ĐẶT VẤN ĐỀ Chất lượng của các sản phẩm thực phẩm không chỉ bao gồm giá trị về mặt dinh dưỡng mà còn cả giá trị về mặt cảm quan cũng như vệ sinh an toàn thực phẩm. Trong đó, màu sắc là chỉ tiêu bắt buộc và rất quan trọng khi đánh giá chất lượng của bất kỳ một sản phẩm thực phẩm nào. Chính vì vậy mà hiện nay trên thế giới, người ta đang tập trung nhiều nghiên cứu để tìm cách hạn chế tối đa những tổn thất của sắc tố trong quá trình bảo quản, chế biến đồng thời tách chiết các nhóm sắc tố từ những loại nguyên liệu tự nhiên rẻ tiền để thu nhận các nhóm sắc tố làm chất màu tổng hợp và ứng dụng vào ngành công nghệ thực phẩm. Đó là do sắc tố tự nhiên có ưu điểm vượt trội hơn, chúng không gây độc tính cho con người, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm hơn mặc dù chúng lại có nhược điểm là rất dễ bị biến đổi và tổn thất trong các điều kiện môi trường… Đề tài Chlorophyll trong rau quả và những biến đổi của nó trong quá trình bảo quản và chế biến” nhằm tìm hiểu một cách sâu sắc và toàn diện về bản chất và tác dụng của Chlorophyll, tính chất của nó và những biến đổi của chúng trong các sản phẩm rau quả. Từ đó rút ra được các biện pháp để phát huy tối đa giá trị của nhóm sắc tố này trong công nghệ thực phẩm.

Trường Đại Học Nông Lâm HuếKhoa Cơ Khí-Công Nghệ

-o0o -ĐỀ TÀI: CHLOROPHYLL TRONG RAU QUẢ VÀ NHỮNG BIẾN ĐỔI

CỦA NÓ TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN

GVHD: TS VÕ VĂN QUỐC BẢO

SVTH: N01-21: Trần Thị Hiếu

N01-22: Tạ Minh Hiếu

ĐẶT VẤN ĐỀ

Chất lượng của các sản phẩm thực phẩm không chỉ bao gồm giá trị về mặtdinh dưỡng mà còn cả giá trị về mặt cảm quan cũng như vệ sinh an toàn thựcphẩm Trong đó, màu sắc là chỉ tiêu bắt buộc và rất quan trọng khi đánh giá chấtlượng của bất kỳ một sản phẩm thực phẩm nào

Chính vì vậy mà hiện nay trên thế giới, người ta đang tập trung nhiều nghiêncứu để tìm cách hạn chế tối đa những tổn thất của sắc tố trong quá trình bảo quản,chế biến đồng thời tách chiết các nhóm sắc tố từ những loại nguyên liệu tự nhiên rẻtiền để thu nhận các nhóm sắc tố làm chất màu tổng hợp và ứng dụng vào ngànhcông nghệ thực phẩm Đó là do sắc tố tự nhiên có ưu điểm vượt trội hơn, chúngkhông gây độc tính cho con người, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm hơn mặc dùchúng lại có nhược điểm là rất dễ bị biến đổi và tổn thất trong các điều kiện môitrường…

Đề tài Chlorophyll trong rau quả và những biến đổi của nó trong quá trình bảo quản và chế biến” nhằm tìm hiểu một cách sâu sắc và toàn diện về bản chất và

tác dụng của Chlorophyll, tính chất của nó và những biến đổi của chúng trong cácsản phẩm rau quả Từ đó rút ra được các biện pháp để phát huy tối đa giá trị củanhóm sắc tố này trong công nghệ thực phẩm

1 Tổng quan về sắc tố trong rau quả

Sắc tố là những hợp chất hóa học quy định màu sắc của nguyên liệu hoặcsản phẩm Mỗi loại nguyên liệu rau quả thì có một màu sắc đặc trưng khác nhau,

đó là do thành phần và tỷ lệ hàm lượng cũng như cường độ màu của các loại sắc tố

có trong nguyên liệu đó Khi ăn uống, màu sắc của sản phẩm sẽ gây ấn tượng tốt,tạo cho con người cảm giác hấp dẫn, dễ chịu, ăn uống thấy ngon hơn, thích thú hơnnhờ đó tăng đươc mức độ tiêu hóa và làm tăng giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.Chính vì vậy, sắc tố được xem như một chỉ tiêu để đánh giá chất lượng cảm quan

về màu sắc của các sản phẩm thực phẩm đặc biệt là trong các sản phẩm rau quả

tác dụng của nhiệt độ, oxy, ánh sáng, pH…và những gì thuộc về thiên nhiên thìcũng thường có tính hữu hạn không đáp ứng hết nhu cầu của con người.

Sắc tố tự nhiên gồm có một số nhóm chính:

Carotenoid

Nhóm sắc tố màu vàng, da cam và màu đỏ Carotenoid có mặt trong cà rốt,

cà chua, ớt đỏ, cam, quýt, xoài… Một số sắc tố tiêu biểu của nhóm chất màu nàylà: caroten (C40H56), xanthophyl (C40HnOm), capxanthin, licopen…

Hình 1.2 Carotenoid Flavonoid

2 Sắc tố chlorophyll

2.1 Giới thiệu chung

Chlorophyll là sắc tố màu lục ở thực vật, tồn tại khắp nơi trong các bộ phận

ăn đc của rau quả: rễ, thân, lá, hoa, quả, hạt, chồi

Hình 2.1 Sắc tố chlorophyll

Đây là sắc tố chịu trách nhiệm cho quá trình quang hợp ở thực vật Nó cómàu từ xanh oliu đến xanh lục thẫm tùy thuộc vào lượng magie kết hợp

Gồm có clorofil a, b, c, d nhưng chiếm chủ yếu là clorofil a, b

Clorofil có màu xanh lá (màu lục), còn gọi là diệp lục tố Clorofil a có màuxanh lam, Clorofil b có màu xanh vàng Tỷ lệ của hai loại là 3/1 Hàm lượng chấtdiệp lục càng cao thì màu xanh càng đậm

Clorofil đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp, là nguồn chủ yếutạo ra hợp chất hữu cơ và là nguồn duy nhất sinh ra oxy tự do

 Khi đun nóng trong môi trường acid Mg2+ ¿¿ bị thay thế bởi H+ ¿¿ tạothành pheophytin có màu vàng úa, đôi khi có màu đen sẫm

 Dưới tác dụng của Fe, Sn, Al, Cu thì Mg trong clorofil sẽ thay thế

và sẽ cho màu sắc khác nhau:

+ Fe cho màu nâu+ Sn và Al cho màu xám+ Cu cho màu xanh sáng

2.2 Cấu trúc của Chlorophyll

Cấu trúc hoá học của chlorophyll là gần giống hemoglobin ở máu người,cũng gồm 4 nhóm heme gắn với một nguyên tố kim loại, ở người là nguyên tố sắt,còn ở thực vật và tảo, nguyên tố magiê (Mg) thay thế cho nguyên tố sắt Người tacòn gọi chất diệp lục (chlorophyll) là máu của thực vật

Hình 2.2 Cấu trúc chlorophyll

Có nhiều loại phân tử chloropyll Các loại chlorophyll đều có phần cấu trúcgiống nhau, đó là nhân porphyrin và 2 gốc rượu Mỗi loại chloropyll được đặctrưng riêng bởi các nhóm bên khác nhau tạo nên một số tính chất khác nhau.Chlorophyll là chất có hoạt tính hoá học cao, vừa có tính acid, vừa có tính kiềm.Đặc biệt chloropyll có những tính chất lý học quan trọng giúp cho chúng thực hiệnchức năng trong quang hợp

ta do đó ta thấy lá có màu lục.

2.3.2 Chlorophyll b (C55H70O6N4Mg)

Chlorophyll b giống hệt chlorophyll a ngoại trừ tại một vị trí là C-7, nơi mộtnhóm formyl (-CHO) thay thế nhóm methyl (-CH3) Sự thay đổi này thay đổi sựhấp thu tối đa các bước sóng ngắn hơn Chlorophyll b phần lớn có trong các sinhvật nhân chuẩn quang hợp, ngoại trừ các tảo đỏ và tảo nâu

2.3.3 Chlorophyll c

Chất diệp lục c phần lớn hiếm thấy, trong đó nó không có đuôi isoprenoid vàcũng không có vòng D giảm ( thiếu gốc phytol tail_ C20H39OH) Chlorophyll cđược tìm thấy riêng biệt trong các nhóm khác nhau của tảo biển như tảo cát Nóhoạt động như là một phụ kiện thu ánh sáng, trong sắc tố phức hợp protein tương

tự chlorophyll b ở thực vật và tảo xanh

2.2.3.4.Chlorophyll d

Chlorophyll d khác chlorophyll a chỉ một vài điểm Chlorophyll d là độnglực và cấu trúc trung gian giữa chlorophyll a và bacteriochlorophyll a

3 Hàm lượng và thành phần chlorophyll trong rau quả

Trong các phần xanh của cây, chlorophyll có trong tổ chức đặc biệt, phân tán trong nguyên sinh chất gọi là lục lạp ( Chloroplast ) hay hạt diệp lục

Lục lạp thực hiện quá trình quang hợp Nhờ chlorophille chứa trong lục lạp mà câyxanh hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và biến chúng thành nănglượng hoá học trong ATP để tổng hợp các chất hữu cơ Quá trình quang hợp đượctổng quát bằng sơ đồ sau:

6CO2 + 6H2O (năng lượng ánh sáng/ Chlorophille) -> C6H12O6 + O2

4 Tính chất và các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định của chlorophyll

Sự có mặt của sắc tố chlorophyll trong các nguyên liệu thực vật đã làm chochúng có màu xanh lục đặc trưng Màu xanh tự nhiên đặc trưng này thường bị biếnđổi trong quá trình chế biến nhiệt

(1) Dưới tác dụng của nhiệt độ và acid chứa trong dịch bào của rau quả hoặc acid có trong dung dịch

Các acid chiếm lấy ion Mg2+ trong phân tử chlorophyll và thay thế bằng 2ion H+ làm cho chúng chuyển hóa thành pheophytin có màu xanh oliu sẫm Thờigian đun nóng càng lâu thì sự sẫm màu xảy ra càng mạnh Và sự sẫm màu này xảy

ra mạnh hơn nữa đối với các loại rau quả có hàm lượng acid cao Vì vậy, nhữngsản phẩm thực phẩm chua như lá me, khế, xoài bị mất màu xanh và có màu oliungay trong quá trình chần Điều này có thể được giải thích là do:

 Một mặt protein bị đông tụ làm vỏ tế bào bị phá hủy

 Liên kết giữa chlorophyll và protein bị đứt làm chlorophyll dễ dàngtham gia phản ứng

Chlorophyl + 2HX  Pheophytin (màu sẫm oliu) + MgX2

COOCH3 COOCH3

C32H30ON4Mg + 2HCl C32H30ON4H2 + MgCl2

COOC20H39 COOC20H39

Chlorophyll a Pheophytin

(2) Khi chlorophyll tác dụng với kiềm nhẹ (carbonat kiềm và kiềm thổ)

Khi đó, acid và muối acid của dịch bào sẽ bị trung hoà, tạo thành các muối phứctạp có chứa Mg gọi là chlorophylinic acid Vì kiềm có tác dụng làm mất nhómphytin do quá trình xà phòng hoá tạo thành chlorophyllinic acid, metanol, rượuphytol

Acid chlorophylinicc hay muối của nó làm cho sản phẩm có màu xanh đậm.C55H72O5N4Mg + NaOH C32H30ON4Mg(COONa)2 + CH3OH + C20H39OH

Chlorophyll a Chlorophilinic acid Metanol Rượu phitol

C55H70O6N4Mg + NaOH C32H28O2N4Mg(COONa)2 + CH3OH + C20H39OH

Chlorophyll b

(3) Dưới tác dụng của Fe, Sn, Al, Cu, thì Mg 2+

Khi đó,cấu trúc chlorophyll sẽ bị thay thế và cho ra các màu khác:

- Với Fe cho màu nâu

- Với Sn, Al cho màu xám

- Với Cu cho màu xanh sáng bền

(4) Chlorphyll cũng có thể bị oxy hóa do

- oxy và ánh sáng

- tiếp xúc với các lipid bị oxy hóa

- tác dụng của enzyme lipoxydase

Hình 4.1 Sơ đồ chuyển hoá của chlorophyll

5 Vai trò của chlorophyll

5.1 Vai trò chlorophyll trong rau quả

Trong quá trình quang hợp chlorophyll giữ vai trò vô cùng quan trọng, làchất đầu tiên nhận năng lượng ánh sáng cho hệ quang hợp để tổng hợp các chấthữu cơ từ chất vô cơ nuôi sống mọi sinh vật trên trái đất Chlorophyll hấp thụ ánhsáng chuyển về dạng năng lượng ATP, trong quá trình này xảy ra các phản ứngchuyển dịch electron (phản ứng oxy hóa khử) tạo thành các sản phẩm oxy hóa vàkhử

Hay nói cách khác là giúp cây sử dụng ánh sáng mặt trời trong quá trìnhquang hợp (tạo ra các hợp chất hữu cơ và nguồn oxy duy nhất cho trái đất), chophép lá cây tạo tinh bột từ dioxyt cacbon và nước

Ánh sáng6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

5.2 Vai trò chlorophyll đối với sức khỏe con người

 Tăng cường hồng cầu và cải thiện sức khỏe tim mạch

Do có cấu trúc tương tự Hemoglobin, Chlorophyll có tác dụng làm tăng sốlượng tế bào Hồng cầu, đặc biệt chống thiếu máu não, giảm triệu chứng mệt mỏi,mất ngủ, hoa mắt và chóng mặt Ngoài ra, dưỡng chất này còn có khả năng phângiải gốc tự do và giảm lượng Cholesterol trong máu, tăng cường sức khỏe timmạch

 Thải độc tố khỏi cơ thể

Cơ chế đào thải độc tố ra khỏi cơ thể bao gồm: kích thích lưu lượng máu vàtăng hàm lượng Oxygen trong máu, đẩy mạnh quá trình thải khí thừa và kim loạinặng Ngoài ra, chlorophyll có khả năng chống lại tác hại của bức xạ, phòng ngừabệnh ung thư

Chlorophyll tạo môi trường ái khí, tăng cường sự phát triển vi khuẩn ưa axit

ở đường ruột Đây là loại vi khuẩn tự nhiên có lợi, sự gia tăng của loại vi khuẩnnày giúp loại bỏ hệ vi khuẩn có hại kị khí, đồng thời có tác dụng kích hoạt enzim

và bạch cầu, tăng sức đề kháng của cơ thể

Do tác dụng chống lại quá trình oxy hóa, loại bỏ gốc tự do nên tế bào bịthương tổn được bảo vệ khỏi sự viêm nhiễm Những chất có hại thuộc nhómCarsinogen (Aflatoxin, Nitrosamin, Amin dị vòng …) sẽ bị bất hoạt và trung hòa

Chlorophyll tăng hiệu quả hoạt động của vi khuẩn Probiotics, vi khuẩnLactobacilus có lợi cho đường ruột, chống táo bón và tăng lưu thông mật

6 Những biến đổi của chlorophyll trong chế biến và bảo quản

Hình 6.1 Cơ chế phản ứng cho sự suy giảm của chlorophyll trong rau quả

chế biến và lưu trữ a = gây ra bởi nhiệt .

Trong quá trình chế biến và bảo quản rau quả chlorophyll thường bị mất đi.Chlorophyll dễ bị chuyển hóa hoặc thoái biến cả ở trong và ngoài tế bào thành mộtloạt dẫn xuất nâu và xanh ôliu hoặc thành các phần tử không màu (có hoặc không

có khả năng phát huỳnh quang), do quá trình làm mất màu chlorophyll bằng hóachất hay ánh sáng

Các sản phẩm có màu nâu ôliu: pheophytin, pheophorbide, pyropheophytin

và pyropheophorbide

Các sản phẩm có màu xanh ôliu: chlorophyllide, pyrochlorophyll và đồngphân của chlorophyll là hydroxychlorophyll

6.1 Trong quá trình bảo quản

Rau quả giảm hay mất màu xanh là dấu hiệu của sự lão hóa sau khi thuhoạch Tùy thuộc vào sự biến đổi của chlorophyll mà màu của lá có thể chuyển từxanh sang đỏ hay nâu Các yếu tố môi trường có thể kìm hãm hoặc thúc đẩy quátrình này

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi chlorophyll trong quá trình bảo quản:+ Loài thực vật:

- Ở cải xoong thì sự giảm hàm lượng chlorophyll nhanh hơn ở ngò tây

- Quả có đỉnh hô hấp thì sự phá hủy chlorophyll trong quá trình chín diễn

ra nhanh hơn quả không có đỉnh hô hấp

Hình 6.2 Hàm lượng chlorophyll ở cải xoong giảm nhanh hơn ngò tây

+ Enzyme:

Trong quá trình chín, các enzyme chlorophyllase, Mg-dechetase được hoạthóa và thực hiện các phản ứng làm biến đổi màu sắc của chlorophyl Ngoài sự mấtmàu của chlorophyll còn diễn ra song song với quá trình oxy hóa được xúc tác bởicác enzyme lipoxygenase, peroxydase, oxygenase Quá trình oxy hóa lipid bắt đầubằng sự tích tụ các acid béo no của màng tế bào trong suốt qusa trình chín, các acidbéo tự do có thể bị oxy hóa bởi lipoxygenase tạo thành hydroperoxide sau đóhydroperoxide tiếp tục phản ứng với các thành phần khác, đặc biệt là oxy hóachlorophyll thành các hợp chất không màu

+ Ethylene:

Ethylene có khả năng thúc đẩy quá trình chín, do đó nó cũng đẩy nhanh tốc

độ mất màu Chlorophyll ở rau quả

Khi chín mày chlorophyll bị mất đi và màu vàng β-caroten sẽ xuất hiện

Hình 6.3 Sự biến đổi màu sắc của xoài trong quá trình bảo quản và chế biến

 Bảo quản lạnh:

Làm lạnh là phương pháp hiệu quả để duy trì chất lượng rau quả trong thờigian bảo quản lâu dài Rau quả thường được chần trước khi bảo quản lạnh nhằm vôhoạt các enzyme làm mất màu và hương vị

Trong quá trình bảo quản rau quả lạnh kéo dài thì hàm lượng chlorophyllgiảm còn hàm lượng chlorophyllide, pheophytin và pheophobide tăng Nguyênnhân là do hoạt động của các enzyme chlorophyllase và peroxydase.

Sự nhạt màu phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản, loại rau quả, thời gian làmlạnh

Hình 6.4 Sự biến đổi màu sắc của bông cải trong quá trình bảo quản

6.2 Trong quá trình chế biến

Để rau quả giữ được lâu và vô hiệu hóa enzym, người ta thường xử lí nhiệt

Ở nhiệt độ trên 60C, tế bào sẽ chết, phân tử pectin bị bẽ gãy, cấu trúc tế bàokhông thể phục hồi lại Trong quá trình lên men sự phát triển của vi khuẩn sẽ phá

vỡ cấu trúc tế bào

Chlorophyll định vị trong các grana của lục lạp trong tế bào chưa bị phá hủy.Khi tế bào bị chết trong quá trình xử lí nhiệt, lục lạp sẽ mất, các grana bịphân tán và các giọt mỡ được bao trong một lớp màng Khi tế bào chất bị vỡ, tínhthẩm thấu của màng tăng lên, acid của dịch bào được giải phóng, dẫn tới quá trìnhmất màu chlorophyll

Sự chuyển hóa chlorophyll thành pheophytin trong xử lí nhiệt phụ thuộcnhiệt độ, thời gian xử lí và pH

Từ 60C trở lên, quá trình chuyển thành pheophytin tăng nhanh khi nhiệt độtăng Chlorophyll a nhạy với nhiệt hơn chlorophyll b

Quá trình làm mất màu chlorophyll xảy ra theo 2 giai đoạn và sự thay đổi vềmàu sắc được nhận thấy khi gia nhiệt Giai đoạn đầu là pheophytin hóa và giaiđoạn sau là phân hủy pheophytin thành pyropheophytin.

6.2.1 Quá trình cắt

Sau quá trình chế biến thối thiểu như cắt gọt thì tế bào rau quả bị phá vở lớpmàng bảo vệ làm cho các thành phần trong rau quả tiếp xúc với các tác nhân oxy,ánh sáng, ci sinh vật,… gây biến đổi chất lượng và thay đổi cảm quan, màu sắc,trạng thái

Chlorophyll rất nhạy cảm với ánh sáng, dưới tác dụng của ánh sángchlorophyll bị phân hủy tạo hợp chất đơn giản không màu Đồng thời dưới tácdụng của oxy sẽ gây ra phản ứng quang oxy hóa phá hủy chlorophyll

Dưới tác dụng của ánh sáng và enzyme lipoxygenase, chất béo bị oxy hóatạo thành các gốc tự do, các gốc tự do này sẽ bị oxy hóa làm mất màu chlorophyll.6.2.2 Quá trình xử lý nhiệt

 Chần:

Rau quả có thể mất màu trong quá trình bảo quản lạnh là do hoạt động của cácenzyme chlorophyll và peroxydase Ngoài ra dưới tác dụng của enzymelipoxygenase sẽ hình thành gốc hydroperoxy tự do làm mất mày chlorophyll

Khi chần sẽ giúp vô hoạt các enztme làm màu chlorophyll ít bị biến đổi

Khi chần quá mức sẽ tạo ra những màu không mong muốn cho sản phẩm vì khi

đó rau quả bị phyophytin hóa hoàn toàn, hình thành phyropheophytin và phá hủylục lạp

 Nấu:

Tùy thuộc vào quá trình gia nhiệt mà sự biến màu chlorophyll của rau quả khácnhau

Nấu đậu 3 phút trong nước, ta thấy không có ảnh hưởng lớn đến tổng lượngchlorophyll, tuy nhiên chlorophyll a va b thì tăng trong khi đó chlorophyll a' và b'lại giảm.

Chen (1993) đã ghi nhận sự thay đổi của các thành phần có liên quan tớichlorophyll trong khi xử lí nhiệt bằng sóng viba ở lá khoai tây (bảng 2.4) Trong 8phút nấu tổng lượng chlorophyll giảm đúng 7 lần Chlorophyll a biến đổi thànhchlorophyll a', một đồng phân của chlorophyll a và pheophytin a một cách đều đặn.Trong khi đó chlorophyll b chuyển thành chlorophyll b' trong 2 phút đầu,pheophytin b và pyropheophytin a sau 8 phút nấu mới xuất hiện

 Đóng hộp và thanh trùng:

Trong quá trình đóng hộp và thanh trùng tau quả xanh màu của chlorophyll cuốicùng sẽ chuyển đổi từ màu xanh sang màu oliu của pheophytin do yêu cầu xử lýnhiệt trong thời gian dài để đạt yêu cầu vô trùng trong công nghiệp

VD: 100 chlorophyll ở rau bina biến thành pheophytin trong 30 phút ở 121C.Trong khi đó chỉ có 16 bị mất trong đông lạnh Rau quả đóng hộp có màu nâuoliu của pheophytin a và b cùng với pyropheophytin a và b

 Dehydrat hóa:

Thời gian sấy ở nhiệt độ cao dẫn tới những sản phẩm kém chất lượng do quátrình caramen hóa, phản ứng Maillard, phản ứng enzym và làm mất màu của cácchất màu thực phẩm như sự pheophytin hóa Sự pheophytin hóa xảy ra ở các thựcphẩm có hàm lượng nước thấp trong khi bảo quản

Sấy lá cây rau cần ở 80 và 900C, 3-7% chlorophyll chuyển thành pheophytin;còn sấy ở 100 và 1400C thì có 12-15% chuyển thành pheophytin

Bảo quản lâu chlorophyll b bền hơn chlorophyll a Điều này ảnh hưởng đếnmàu của sản phẩm vì chlorophyll a có màu xanh lục còn chlorophyll b màu vàngxanh

Chloropyll bị mất ít nhất khi sấy trong tủ sấy ở 300C