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

6 2.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA PME CÀ CHUA TRONG VIỆC CẢI THIỆN CẤU TRÚC.... Tuy nhiên, cấu trúc của màng tế bào thực vật có thể được cải thiện bằng việc hình th

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

Luận văn đính kèm theo đây, với tựa đề tài: “ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH

TIỀN XỬ LÝ ĐẾN SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC CỦA KHÓM” do Phạm Ngọc Tạo

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

Cần thơ, ngày tháng năm 2007

LỜI CÁM ƠN

Qua ba tháng nghiên cứu đề tài luận văn tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ, đến hôm nay đã hoàn thành quá trình nghiên cứu và thu được những kết quả như mong muốn Tất cả những thành quả có được như ngày hôm nay chính là nhờ sự giúp đỡ của gia đình, thầy cô và bạn bè

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

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

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

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

Xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trường Đại học Cần Thơ đã tận tình truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 5 năm trên giảng đường Đại học

Kính chúc quí thầy cô và các bạn luôn thành công trong công việc và trong cuộc sống

Chân thành cảm ơn!

Cần thơ, ngày … tháng … năm 2007

Sinh viên

TÓM TẮT

được tiến hành ở những khía cạnh khác nhau nhằm hạn chế việc sản phẩm bị quá mềm hay

tác động của việc bổ sung enzyme PME cà chua đến sự cải thiện cấu trúc của khóm Theo đó,

nh ằm tạo điều kiện cho việc hình thành calci- pectate

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

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

k ết hợp với chế độ tiền xử lý ở nhiệt độ 45 o C Đồng thời, khả năng tác động của enzyme PME đạt hiệu quả tốt nhất (1,3 lần) khi khóm sau giai đoạn tiền xử lý được tồn trữ ở nhiệt độ từ 4

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH HÌNH v

DANH SÁCH BẢNG vi

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 TỔNG QUAN 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3

2.1 THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA VÁCH TẾ BÀO THỰC VẬT 3

2.2 ĐẶC TÍNH CỦA THÀNH TẾ BÀO 4

2.3 PECTIN METHYLESTERASE (PME) 5

2.3.1 Giới thiệu chung 5

2.3.2 Pectin methylesterase thực vật 6

2.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA PME CÀ CHUA TRONG VIỆC CẢI THIỆN CẤU TRÚC 7

2.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 7

2.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 8

2.4.3 Ảnh hưởng CaCl2 đến sự thay đổi độ cứng của rau quả 9

2.5 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÃ NGHIÊN CỨU 10

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 12

3.1.1 Thời gian, địa điểm 12

3.1.2 Dụng cụ - Hóa chất 12

3.1.3 Nguyên liệu 12

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH 13

3.2.1 Phương pháp chuẩn bị mẫu 13

3.2.2 Phương pháp đo độ cứng của khóm 13

3.3 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 14

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PME đến khả năng

cải thiện cấu trúc trong môi trường khác nhau 14

3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát sự thay đổi độ cứng theo nhiệt độ của khóm khi có bổ sung PME 17

3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng thời gian tồn trữ sau khi tiền xử lý đến khả năng tác động của PME trong việc cải thiện độ cứng của khóm 18

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 20

4.1 TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC BỔ SUNG ENZYME PME ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CẤU TRÚC CỦA KHÓM 20

4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME PME CÀ CHUA 23

4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN TỒN TRỮ LẠNH ĐẾN SỰ THAY ĐỔI ĐỘ CỨNG CỦA KHÓM 24

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 27

5.1 KẾT LUẬN 27

5.2 KIẾN NGHỊ 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

PHỤ LỤC vii

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1: Vách tế bào thực vật 4

Hình 2: Cấu tạo phân tử pectin 4

Hình 3: Cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân của PME đối với pectin 6

Hình 4: Mô tả vị trí thủy phân của PME đối với nhóm methoxyl 7

Hình 5: Sự phụ thuộc vận tốc phản ứng vào nồng độ cơ chất 8

Hình 6: Sự tạo thành calci-pectate trên tế bào thực vật 9

Hình 7: Sự thay đổi độ cứng của dâu tây khi bổ sung PME 10

Hình 8: Mẫu nguyên liệu khóm 13

Hình 9: Thiết bị đo Rheotex và dao cắt 14

Hình 10: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ PME đến khả năng cải thiện cấu trúc của khóm trong môi trường khác nhau 16

Hình 11: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát độ cứng của khóm (lực cắt) ở các nhiệt độ tiền xử lý khác nhau 18

Hình 12: Mẫu khóm đã bổ sung PME thực vật trong môi trường nước hay dung dịch đệm 21

Hình 13: Mối quan hệ giữa độ cứng và hàm lượng enzyme khi xử lý khóm trong các môi trường khác nhau 22

Hình 14: Mối quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ khi xử lý khóm trong môi trường đệm 24 Hình 15: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng của khóm theo thời gian tồn trữ lạnh (sau quá trình tác động của PME cà chua và CaCl2) 26

Hình 16: Quy trình trích ly PME từ cà chua vii

Hình 17: PME cà chua sau khi trích ly viii

Hình 18: Cà chua dùng cho trích ly enzyme viii

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1: Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme PME và môi trường sử dụng đến khả năng cải thiện độ cứng (g lực) của khóm 21 Bảng 2: Ảnh hưởng nhiệt độ tiền xử lý đến sự thay đổi độ cứng của khóm 23 Bảng 3: Ảnh hưởng của thời gian tồn trữ lạnh (ngày) đến độ cứng và giá trị cảm quan của khóm 25 Bảng 4: Sự thay đổi độ cứng của khóm theo thời gian tồn trữ lạnh (sau quá trình tác động với PME cà chua và CaCl2) 25

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 TỔNG QUAN

Khóm (Ananas comosus) là một trong những trái cây nhiệt đới có giá trị kinh tế cao,

được trồng phổ biến ở Việt Nam Khóm được sử dụng chủ yếu để ăn tươi hoặc dùng chế biến các dạng thành phẩm hay bán thành phẩm Các sản phẩm từ khóm cũng rất

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

Tuy nhiên, việc xử lý nhiệt nhằm tiêu diệt các vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản trong chế biến các sản phẩm trái cây là nguyên nhân làm thay đổi giá trị dinh dưỡng

và cảm quan của sản phẩm cuối, đặc biệt là sự biến đổi cấu trúc Hiện nay, trong quá trình chế biến các sản phẩm đồ hộp khóm, do yêu cầu đảm bảo giữ được cấu trúc của sản phẩm cuối, nguyên liệu khóm ở độ chín 2 (độ chín 2 hàng mắt) thường được chọn

Ở độ chín này, khóm không có vị ngọt cao và màu sắc nhạt Do đó, việc nghiên cứu tìm ra biện pháp cải thiện cấu trúc khóm nhằm có thể sử dụng khóm ở độ chín cao hơn

là một vấn đề cần thiết

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

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

cấu trúc của màng tế bào thực vật có thể được cải thiện bằng việc hình thành phức hợp calci-pectate từ sự kết hợp giữa pectin với ion Ca++ nhờ vào quá trình ngâm nguyên liệu vào dung dịch chứa ion Ca++ hay bổ sung trực tiếp muối Ca vào dung dịch phối

chế (Smout et al., 2004; Vu et al., 2004) Để trợ giúp cho quá trình tạo thành phức

hợp này, thành phần pectin của màng tế bào cần được thủy phân dưới tác động của enzyme PME, tạo thành pectin có độ methoxyl hóa thấp, giúp việc hình thành calci-pectate thuận lợi hơn Quá trình này đã tiến hành trên nhiều loại rau quả bằng cách kích hoạt enzyme pectin methylesterase (PME) có sẵn trong nguyên liệu hay bổ sung

từ bên ngoài (vi sinh vật hoặc thực vật) và thu được nhiều kết quả khả quan

(Luna-Guzmán et al., 2000; Duvutter, 2005; Vu et al., 2006)

Các nghiên cứu cải thiện cấu trúc khóm cũng đã được tiến hành bằng cách tiền xử lý nhiệt kết hợp ngâm khóm trong dung dịch CaCl2 (Trần Thanh Trúc, 2006) Tuy nhiên, khả năng cải thiện cấu trúc theo đường hướng kích hoạt enzyme PME nội bào chưa đạt hiệu quả cao Chính vì thế, việc nghiên cứu bổ sung PME từ bên ngoài nhằm đẩy nhanh tốc độ hình thành acid pectinic, gia tăng sự hình thành phức hợp calci-pectate, cải thiện độ cứng của sản phẩm là điều cần thiết

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

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

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA VÁCH TẾ BÀO THỰC VẬT

Các nghiên cứu về cải thiện độ cứng của rau củ đều có liên quan đến thành phần cấu tạo và tính chất của vách tế bào thực vật

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

vệ tế bào, giữ hình dạng, tránh sự mất nước cũng như chống sự xâm nhập của vi sinh vật (hình 1) Vách ở phía ngoài của màng có thể dày từ 0,1 đến vài µm Thành phần hóa học của vách thay đổi từ loài này sang loài khác và từ tế bào này sang tế bào khác trong cùng một cây, nhưng cấu trúc cơ bản không thay đổi Thành phần cấu tạo chính

là các phân tử cellulose có dạng sợi được kết dính với nhau bằng chất nền gồm các đường đa khác và protein

Các phân tử cellulose cấu trúc thành các sợi cellulose xếp song song nhau tạo ra các tấm, các sợi trong các tấm khác nhau thường tạo ra các góc từ 60 ÷ 90o Đặc điểm sắp xếp này làm vách tế bào rắn chắc Các sợi cellulose có chiều rộng khoảng 20 nm, giữa các sợi có những khoảng trống có thể cho nước, khí và các ion 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 (primarry wall), vách này có tính đàn hồi và cho phép tế bào gia tăng kích thước Giữa hai vách sơ cấp của các tế bào liền kề nhau là phiến giữa hay lớp chung (middle lamella), là một lớp mỏng giàu chất bột đường đa gọi là pectin, thường hiện diện dưới dạng calci-pectate Khi chất pectin bị hóa nhày, các tế bào không còn gắn chặt vào nhau nữa nên khi trái chín trở nên mềm đi

Khi tế bào trưởng thành và ngừng tăng trưởng, một số tế bào tạo thêm lớp cứng hơn gọi là vách thứ cấp (secondary wall) nằm giữa vách sơ cấp và màng tế bào Vách thứ cấp thường dày có nhiều lớp được cấu tạo bằng các sợi cellulose xếp theo nhiều thường khác nhau, nên vách tế bào trở nên rắn chắc hơn Ngoài cellulose vách thứ cấp còn có thể tẩm thêm nhiều chất khác như mộc tố (lignine) Khi vách thứ cấp được thành lập hoàn toàn, tế bào có thể chết đi, khi đó chúng chỉ còn làm nhiệm vụ nâng đỡ hay dẫn truyền

Trên vách của tế bào thực vật có những lỗ nhỏ giúp các chất thông thương với nhau, các lỗ này được gọi là cầu liên bào (plasmodesmata), ở vị trí này tế bào chất của hai tế bào liền kề liên tục nhau (Bùi Tấn Anh, 2002)

Hình 1: Cấu tạo của vách tế bào thực vật

2.2 ĐẶC TÍNH CỦA THÀNH TẾ BÀO

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

Trong thực vật, pectin tồn tại dưới hai dạng:

pectin hoà tan và protopectin

Pectin là một polymer được hình thành nhờ những đơn vị acid polygalacturonic gắn kết nhau bởi các liên kết α-1,4 glycoside Trong pectin tự nhiên có khoảng 2/3 nhóm acid được ester hóa bằng methanol

Pectin có độ ester hóa cao thì có khả năng tạo gel bền trong dung dịch đường có nồng

độ cao hơn 65%, chẳng hạn như các sản phẩm jam, jelly

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

Ca++ ở nồng độ đường thấp hơn

Khi thủy phân hoàn toàn nhóm methyl ester của pectin sẽ tạo thành acid pectic – trong cấu tạo có chứa một nhóm carboxyl tự do trên một đơn vị của acid polygalacturonic Pectin từng được xem là bao gồm cả carbohydrate khác như: arabans, galactans, …các thành phần này được xem như là các thành phần tạp chất không mong muốn Tuy

nhiên, hiện nay các nghiên cứu đã cho thấy các loại đường như L - rhamnose, L-arabinose, D - galactose và vết của một số loại đường khác là thành phần cấu tạo

không thể thiếu của phân tử pectin (Cready và Gee, 1960, được trích dẫn bởi Gerald

Reed, 1966)

Protopectin tạo độ cứng cho quả xanh, không tan trong nước và có cấu tạo hoá học

phức tạp Trong thành phần chính pectin có các phân tử pectin, các phân tử cellulose

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

bị thủy phân bằng acid hoặc dưới tác dụng của enzyme protopectinase hay khi đun

nóng thì giải phóng pectin hoà tan

Trong bào tương, pectin nằm ở dạng hòa tan Trong màng tế bào và gian bào, chúng

nằm ở dạng không hòa tan gọi là protopectin Protopectin ở màng gian bào có chứa

lượng kim loại khá cao và một lượng nhóm methyl đủ để làm protopectin bền vững

Còn protopectin ở màng tế bào chứa một lượng kim loại không nhiều, có độ methoxyl

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

2004)

2.3 PECTIN METHYLESTERASE (PME)

2.3.1 Giới thiệu chung

PME (EC 3.1.1.11) là enzyme rất dễ tìm trong tự nhiên như trong thực vật, vi khuẩn,

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

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

enzyme phá hủy thành tế bào khác như cellulases, polygalacturonase, pectin và

pectate lyases, protease (Goldberg, 1984) Chính vì thế, PME được xem là enzyme

đầu tiên tác dụng lên pectin

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

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

hoạt động của PME tập trung chủ yếu ở từng bộ phận tế bào đã được phân chia này

Tùy thuộc vào nguồn gốc của enzyme mà khả năng hoạt động của PME có thể đạt

được giá trị tối ưu trong các điều kiện khác nhau Nhìn chung, PME rất nhạy cảm đối

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

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

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

sinh vật - chủ yếu từ nấm mốc Aspergillus aculeatus PME Giá trị pH tối thích cho

hoạt động của enzyme PME cà chua là 8,0 trong khi đó giá trị 4,5 là phù hợp cho

Aspergillus PME (Duvetter, 2006)

Phản ứng thủy phân pectin được thực hiện bằng PME ở đơn vị galacturonic chứa ester bên cạnh nhóm carboxyl tự do hoặc từ cuối chuỗi pectin (Rexova-Benkova và Markovic, 1976) (hình 3) và kết quả là hình thành methanol, proton và chất pectin có

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

Hình 3 : Cơ chế xúc tác phản ứng thủy phân của PME đối với pect in

Ngu ồn: Duvetter, 2006

2.3.2 Pectin methylesterase thực vật

Bên cạnh PME vi sinh vật, enzyme PME còn được tìm thấy ở hầu hết các loại trái cây như cà chua, chuối, táo, kiwi, cam,… Enzyme PME thường tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau, nằm trong phần vỏ tế bào PME thực vật nói chung có hoạt độ tối ưu trong khoảng pH hơi kiềm Các cation kim loại ở nồng độ thấp như Ca++ có khuynh hướng làm tăng độ hoạt động của enzyme Các ion Ca++ và Na+ làm tăng hoạt độ của enzyme lên tối đa ở các nồng độ lần lượt là 0,005M và 0,05M (Bordenave, 1996)

Ở thực vật chứa ít nhất là hai dạng enzyme: PME1 và PME2 Cả hai đều tăng trong giai đoạn đầu của quá trình chín Các PME thực vật có khả năng chịu nhiệt tốt hơn những enzyme có nguồn gốc từ nấm mốc PME của cà chua sẽ bị mất 50% hoạt tính sau thời gian gia nhiệt 1 giờ ở nhiệt độ 70oC trong dung dịch NaCl 0,1M tại giá trị pH

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

ở 67oC Các PME acid và kiềm có thể khử gốc methyl của cơ chất pectin theo cùng một kiểu PME kiềm làm hình thành các pectin được ester hóa và pectin này có thể tạo gel mạnh với ion Ca++ PME acid tạo ra pectin bị este hóa có khả năng tạo gel yếu với ion Ca++

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

do và tiến dọc theo phân tử bằng cơ chế chuỗi đơn, tạo ra các khối galacturonic acid không bị ester hóa rất mẫn cảm với calci (hình 4) Các cấu trúc khác nhau của chuỗi galacturonan chẳng hạn như các monomer acetyl hóa, các nhóm ester bị chuyển đổi thành amid hay bị khử đến rượu bậc một, hay sự tồn tại của các vùng có nhiều mạch nhánh có khả năng ức chế hoạt động của PME

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

Th ủy phân ở vị trí gần nhóm carboxyl tự do

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

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

PME có tính đặc hiệu cao đối với nhóm methylester của acid polygalacturonic Các ester khác chỉ bị tấn công rất chậm, còn các nhóm methylester của acid polymanuronic thì không hề bị tấn công Tốc độ loại ester trên mạch pectin phụ thuộc vào độ 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 (Lý Nguyễn Bình, 2004)

2.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA PME CÀ

CHUA TRONG VIỆC CẢI THIỆN CẤU TRÚC

2.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme

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

V = k [E]

Trong đó: V: vận tốc phản ứng

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

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

Ngu ồn: Nguyễn Đức Lượng, 2004

2.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Giống như các phản ứng xúc tác bởi enzyme khác, tốc độ loại methoxyl của pectin nhờ vào tác động của PME được gia tăng cùng với sự gia tăng nhiệt độ Tuy nhiên, do enzyme có bản chất là protein nên nó không bền với tác dụng của nhiệt độ, đa số các enzyme đều mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 70oC (Phạm Thu Cúc, 2002) 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 thì cũng đồng thời có tác dụng ngược lại làm giảm vận tốc phản ứng do hậu quả của việc biến tính enzyme bởi nhiệt gây nên Nhiệt độ ứng với độ hoạt động cao nhất của enzyme được gọi là nhiệt độ tối thích Nhiệt độ tối thích của các enzyme khác nhau thì khác nhau Nhiệt độ tối thích cho hoạt động của enzyme thay đổi trong khoảng 45 – 55oC, một số enzyme khác có khoảng nhiệt độ hoạt động cao hơn, dao động từ 50 – 70oC (Basah và Ramaswamy, 1998), phụ thuộc vào nguồn enzyme Những đặc tính của mô tế bào thực vật còn sống phụ thuộc vào sự sắp xếp cấu trúc và thành phần hóa học của tế bào và khoảng gian bào chứa pectin Quá trình gia nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của tế bào, pectin bị phá vỡ và những đặc tính vật lý của tế bào cũng thay đổi theo

Trong suốt quá trình chế biến nhiệt rau, quả cũng sẽ bị mềm do sự phân cắt tế bào (Van Buren, 1979) Khi xử lý rau quả ở nhiệt độ trung bình (60oC, 30 phút) cấu trúc

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

có ảnh hưởng đến cấu trúc rau, quả ở nhiệt độ 60-70oC và sự ảnh hưởng này theo hướng có lợi Basah và Ramaswamy (1998) khi nghiên cứu về sự hoạt động của enzyme PME và khả năng cải thiện độ cứng cũng cho thấy có sự hoạt động của enzyme PME ở nhiệt độ khoảng 50 ÷ 70oC Trong quá trình xử lý nhiệt ở áp suất cao

có thể làm tăng hoạt tính của enzyme PME Hoạt tính của PME thực vật có thể được gia tăng bởi tác động của áp suất và đạt được cường độ hoạt động tối ưu ở áp suất thay

v

Vmax

0 S

đổi trong khoảng 200 – 500 MPa và nhiệt độ từ 50 – 57oC (Castro et al., 2006; Sila et al., 2007; Verlent et al., 2004)

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

không ảnh hưởng đến cấu trúc của rau, quả (Knorr, 1995) Stute et al., (1996) nhận xét

quá trình xử lý ở áp suất cao không làm mềm rau, quả trong suốt quá trình chế biến và cấu trúc của nó cũng giống như chưa xử lý rau, quả bằng áp suất

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

với ngâm muối Calci) có ảnh hưởng đến cấu trúc của rau, quả Những nghiên cứu của các tác giả cho thấy kết hợp việc ngâm CaCl2 và xử lý ở áp suất cao 300 MPa, 60oC trong 15 phút có thể giảm được sự mềm của rau, quả Ngoài ra, một số tác giả khác

cũng có những ý kiến tương tự trên như Fuchigami et al., (1995) và Vu et al.,

(2004)…

2.4.3 Ảnh hưởng CaCl 2 đến sự thay đổi độ cứng của rau quả

Muối Calci thường được sử dụng trong công nghiệp như một tác nhân tạo sự rắn chắc cho rau, quả Cấu trúc của nhiều loại rau, quả sẽ được cải thiện khi ngâm trong dung

dịch muối calci (Luna-Guzmán et al., 1999 và 2000)

Kết quả quá trình ngâm calci là tạo sự ổn định cho hệ thống màng tế bào và hình

thành calci-pectate, làm phiến giữa và vách tế bào trở nên cứng hơn (Lee et al., 1979;

Jackman và Stanley, 1995) Mặt khác, muối calci có thể tác động lên mô tế bào góp phần làm tăng tính nguyên vẹn của tế bào và kết quả là giữ vững hay tăng lực cứng

của tế bào (Luna-Guzmán et al., 2000) (Hình 6)

Hình 6: Sự tạo thành calci-pectate trên tế bào thực vật

Ngu ồn:Lý Nguyễn Bình, 2004

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

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

et al., (1989) trên quả mơ đóng hộp trong trường hợp sử dụng muối calci chlorua

(CaCl2) Các nghiên cứu của Abbot et al., (1989) hay Lurie và Klein (1992) đã cho

thấy, độ giòn của táo được duy trì và cải thiện nhờ việc ngâm táo sau thu hoạch trong dung dịch CaCl2 1% Đặc biệt, nghiên cứu của Luna-Guzmán et al., (1999) cũng cho thấy độ giòn của dưa (Cucumis melo L var reticulatus) gia tăng 300% so với điều

kiện bình thường khi được ngâm trong dung dịch CaCl2 2,5% với thời gian 1 phút

Độ cứng của cà rốt cũng được cải thiện khi ngâm nguyên liệu 1 giờ trong dung dịch CaCl2 0,5% (Sila et al., 2003; Vu et al., 2004)

2.5 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÃ NGHIÊN CỨU

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

sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu Hoff và Bartolome (1972) đã xác nhận ảnh hưởng tích cực của việc tiền xử lý nhiệt đến việc cải thiện cấu trúc rau quả nhờ vào sự hoạt động của enzyme PME ở nhiệt độ khoảng 45 – 65oC Bên cạnh tiến trình cải thiện cấu trúc nhờ kích hoạt PME có sẵn trong nguyên liệu, đối với một số loại rau quả có chứa hàm lượng PME thấp, việc cải thiện cấu trúc dựa trên phản ứng của Ca2+

và pectin có độ methoxyl thấp tạo calcipectate sẽ được tiến hành nhờ vào việc bổ sung

các chế phẩm PME từ bên ngoài vào Javeri et al., (1991) đã xác nhận tác động của

PME được trích ly từ nước bưởi có thể cải thiện cấu trúc của quả đào một cách đáng

kể Độ cứng của quả đào tăng lên trên 20 lần Robert A Baker (1993) đã nghiên cứu việc cải thiện cấu trúc của khóm đóng hộp tăng từ 38 – 50% bằng cách sử dụng chế phẩm PME kết hợp sử dụng calci-lactate có nồng độ từ 0,3 đến 0,4%

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

Ngu ồn: Duvetter et al., 2005

Đối chứng PME cà chua

trong dd đệm

PME cà chua trong nước

Aspergillus PME trong dd đệm

Aspergillus PME trong nước

Phương pháp bổ sung PME

DE: 67% 50% 55% 25% 34%

Năm 2004, Anjongsinsiri et al., (2004) cũng đã nghiên cứu vấn đề này trên dâu tây và

thu được kết quả tốt Đồng thời, việc đưa PME vi sinh vật vào trong dâu tây sẽ giúp

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

2005)

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

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

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

độ cứng của khóm

Xác định ảnh hưởng của thời gian tồn trữ sau khi tiền xử lý nhằm kích hoạt tối đa hoạt động của PME để cải thiện độ cứng của khóm

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM

3.1.1 Thời gian, địa điểm

- Địa điểm: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm - Khoa Nông nghiệp

và Sinh học Ứng dụng -Trường Đại học Cần Thơ

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

3.1.2 Dụng cụ - hóa chất

(i) Dụng cụ

- Bể điều nhiệt (water bath)

- Máy ly tâm (3000 vòng/phút)

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

- Thiết bị đo cấu trúc (Rheotex)

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

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

3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH

3.2.1 Phương pháp chuẩn bị mẫu

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

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

Chú ý không lấy phần lõi khóm

Hình 8: Mẫu nguyên liệu khóm

3.2.2 Phương pháp đo độ cứng của khóm

Tiến hành đo đạc sự thay đổi cấu trúc (thể hiện qua giá trị độ cứng, g lực) của các mẫu khóm này bằng thiết bị đo cấu trúc (Rheotex) với các thông số:

Sử dụng đầu đo: dao cắt

Quãng đường đo cố định là 10 mm

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

Hình 9: Thiết bị đo Rheotex và dao cắt

Kết quả của thí nghiệm trước được sử dụng cho thí nghiệm sau, kết quả là kết quả trung bình của nhiều lần lặp lại

3.3 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PME đến khả năng cải

thiện cấu trúc của khóm trong môi trường khác nhau

(i) Mục đích

Xác định hàm lượng PME thích hợp cho khả năng cải thiện độ cứng của khóm tốt nhất

ở nhiệt độ cố định 55oC

(ii) Tiến hành thí nghiệm

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

Tiến hành gia nhiệt ở nhiệt độ 55oC trong thời gian 20 phút nhằm kích hoạt enzyme PME Sau khi gia nhiệt, làm nguội mẫu dưới vòi nước chảy tràn Ngâm các mẫu khóm

đã xử lý với dung dịch chứa PME trong dung dịch CaCl2 nồng độ 0,5% với thời gian

30 phút Sau đó, tiến hành đo độ cứng của khóm bằng thiết bị đo cấu trúc (Rheotex)

(iii) Bố trí thí nghiệm

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

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

A1 : 1,0 %

A2 : 1,5 %

A3 : 2,0 %

A4 : 2,5 % Nhân tố B: Môi trường hòa tan PME:

B1 : Nước cất pH 6,2÷7,0

B2 : Dung dịch đệm (pH 8,0) Thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ bố trí ở hình 10

(iv) Kết quả thu nhận

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

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