Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình ép đùn và sấy đến hàm lượng anthocyanin trong sản phẩm cháo huyết rồng ăn liền (oryza sativa l )

Tuy nhiên những nghiên cứu hiện nay chỉ tập trung đến các sản phẩm ngũ cốc có bổ sung nước quả cô đặc, hay bột trái cây giàu anthocyanin Camire và cs, 2007; Chaovanalikit và cs, 2003, mà

NGUYỄN BẢO TOÀN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH ÉP ĐÙN VÀ

SẤY ĐẾN HÀM LƯỢNG ANTHOCYANIN TRONG

SẢN PHẨM CHÁO HUYẾT RỒNG ĂN LIỀN (Oryza sativa L.)

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HCM, THÁNG 07 NĂM 2013

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Lê Minh Hùng

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Lê Văn Việt Mẫn

3 PGS TS Lê Văn Việt Mẫn Ủy viên

Xác nhận của Giáo viên hướng dẫn, Cán bộ chấm phản biện, Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Bảo Toàn Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 19-05-1988 Nơi sinh: Tp Phan Thiết Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống MSHV: 11110220

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH ÉP ĐÙN

VÀ SẤY ĐẾN HÀM LƯỢNG ANTHOCYANIN TRONG SẢN PHẨM CHÁO

HUYẾT RỒNG ĂN LIỀN (Oryza Sativa L.)

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu gạo lứt huyết rồng Khảo sát quá trình ép đùn

Khảo sát và tối ưu quá trình sấy

Khảo sát điều kiện bao gói sản phẩm

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/2013

IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Lê Minh Hùng

LỜI CẢM ƠN

Kết quả con đạt được hôm nay xin dành cho ba mẹ và gia đình, những người đã luôn ở bên cạnh động viên, ủng hộ con

Em xin chân thành cảm ơn TS Lê Minh Hùng đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ em hoàn thành luận văn Thạc sĩ này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Công nghệ Thực phẩm và

Đồ uống, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp HCM, đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo và các anh chị Phân Viện Cơ Điện Nông Nghiệp & Công Nghệ Sau Thu Hoạch, cùng các thầy cô trường Đại học Công Nghệ Sài Gòn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em thực hiện luận văn này

Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học viên cao học khoá 2011

đã giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tp HCM, tháng 07 năm 2013

Học viên cao học

ABSTRACT

The phytochemical profiles such as total anthocyanins, phenolicsand

studied The red rice materials sourced from Long An were investigated on total anthocyanin content, total phenolic content and antioxidant activity (%I) The

277.19 + 6.26 mg GAE/100 gDW and % I was 84.58 + 0.51%, respectively The extrusion caused a significant decrease in TAC and TPC of red rice whilst that resulted in a significant increase (5.6-8.3%) in the antioxidant activity (%I) A further decrease of 32-45% in TAC and 31-42% in TPC was observed, respectively when the feed moisture were increased The moisture levels of feed from 16% to 24% significantly (p < 0.05) increased the TAC and TPC of extruded red rice And the highest increase was found in the red rice feed containing 18% of moisture content The 18% feed also resulted in the highest porosity and expansion ratio value among the extruded red rice samples as High temperature and long drying time caused significant reduction (p<0.05) in TAC, TPC and %I of the instant red rice porridge Drying at 48oC for 3.7 h obtained the highest levels of TAC (4.18

(mg/100 gDW) Anthocyanin, phenolic and antioxidant activity of instant red rice

porridge were highly or moderately resistant to the light and oxygen factors Packaging in vacuum condition and darkness helped maintain TAC, TPC and %I over 2 months of storage

TÓM TẮT

Các hợp chất chống oxy hoá: anthocyanin, polyphenol trong gạo lứt huyết rồng được khảo sát qua quá trình ép đùn và sấy trong sản xuất cháo ăn liền Hàm lượng anthocyanin trong nguyên liệu gạo lứt huyết rồng khảo sát là 8.62 + 0.49 mg/100 gCK, hàm lượng TPC là 277.19 + 6.26 mg GAE/100 gCK, hoạt tính chống oxy hoá tính theo phần trăm ức chế DPPH (%I) là 84.58 + 0.51% Qua quá trình ép đùn, hàm lượng anthocyanin trong nguyên liệu giảm 32 - 45%, hàm lượng TPC giảm 31- 42% trong khi đó %I lại tăng 5.6 - 8.3% ở mức ý nghĩa P<0.05 Hàm lượng anthocyanin trong bán thành phẩm tăng theo độ ẩm nhập liệu Ở độ ẩm nhập liệu 18%, hàm lượng TAC và TPC khác biệt không có ý nghĩa với 20 và 22% Độ xốp và độ nở ở độ ẩm nhập liệu 18% cũng cho kết quả tốt nhất Nhiệt độ càng cao, thời gian sấy càng kéo dài làm giảm TAC, TPC trong bán thành phẩm ở mức ý nghĩa P<0.05 Sấy bán thành phẩm ở nhiệt độ 48oC trong 3.7 giờ cho kết quả TAC tốt nhất là 4.18 (mg/100gCK) Ánh sáng và hàm lượng oxy cũng ảnh hưởng đến TAC và TPC trong sản phẩm suốt quá trình bảo quản Sau 2 tháng bảo quản, phương pháp bao gói sản phẩm là hút chân không và chắn sáng giúp giữ được hàm lượng TAC, TPC và %I tốt hơn so với các phương pháp bao gói còn lại

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sĩ: ―Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình ép đùn và sấy đến hàm lượng anthocyanin trong sản phẩm cháo huyết rồng ăn liền‖ là của riêng tôi Luận văn đã sử dụng thông tin từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau và được trích rõ nguồn gốc trong phần tài liệu tham khảo Mọi kết quả ghi nhận được trong luận văn

là số liệu thật thu được từ các thí nghiệm

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

LỜI CẢM ƠN ii

ABSTRACT ii

TÓM TẮT iii

LỜI CAM ĐOAN iv

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC BẢNG v

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN 3

1.1 Gạo huyết rồng (Oryza sativa L.) 3

1.2 Thuyết gốc tự do và chất chống oxy hóa 5

1.3 Anthocyanins 6

1.4 Kỹ thuật ép đùn 11

1.4.1 Khái niệm 11

1.4.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện 12

1.4.3 Cấu tạo của hệ thống thiết bị ép đùn 12

1.5 Kỹ thuật sấy 20

1.5.1 Khái niệm 20

1.5.2 Đặc trưng của quá trình sấy: 20

1.5.3 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiên 22

1.5.4 Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy 23

CHƯƠNG 2 NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Vật liệu nghiên cứu 26

2.1.1 Nguyên liệu 26

2.1.2 Hoá chất và thiết bị 26

2.2 Quy trình nghiên cứu 26

2.2.1 Các bước tiến hành thí nghiệm 26

2.2.2 Các thí nghiệm 28

2.3 Phương pháp nghiên cứu 30

2.3.1 Phương pháp xác định độ ẩm 30

2.3.2 Phương pháp xác định hàm lượng anthocyanin 30

2.3.3 Phương pháp xác định phenolic tổng 31

2.3.4 Phương pháp xác định phần trăm ức chế DPPH 32

2.3.5 Xác định độ nở của bán thành phẩm 33

2.3.6 Xác định độ xốp của bán thành phẩm 33

2.4 Phân tích và xử lý thống kê 34

CHƯƠNG 3KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Thí nghiệm: Khảo sát nguyên liệu 35

3.1.1 Hàm lượng anthocyanin 35

3.1.2 Hàm lượng phenol tổng 35

3.1.3 Phần trăm ức chế DPPH 36

3.1.4 Mối tương quan giữa TAC, TPC với %I 36

3.2 Thí nghiệm: Ảnh hưởng của độ ẩm nhập liệu đến TAC, TPC, %I của bán thành phẩm 36

3.2.1 Ảnh hưởng đến TAC 38

3.2.2 Ảnh hưởng đến TPC 39

3.2.3 Phần trăm ức chế DPPH 40

3.2.4 Độ nở theo chiều dọc sản phẩm 41

3.2.5 Độ xốp của sản phẩm 41

3.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của quá trình sấy đến TAC, TPC, %I trong bán thành phẩm 42

3.3.1 Ảnh hưởng đến độ ẩm bán thành phẩm 42

3.3.2 Ảnh hưởng đến TAC 43

3.3.3 Ảnh hưởng đến TPC 44

3.4 Thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện bao gói sản phẩm đến TAC, TPC, %I trong sản phẩm 50

3.4.1 Ảnh hưởng đến TAC 51

3.4.2 Ảnh hưởng đến TPC 52

3.4.3 Ảnh hưởng đến %I 53

CHƯƠNG IV 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

4.1 KẾT LUẬN 54

4.2 KIẾN NGHỊ 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cấu tạo hạt lúa 4

Hình 1.2: Cấu trúc hoá học của flavylium hay 2-phenylbenzopyrilium 7

Hình 1.3: Các dạng cấu trúc của anthocyanin trong dung dịch 8

Hình 1.4: Sự phá huỷ cấu trúc cyanidin-3-glucoside 9

Hình 1.5: Thành phần cấu tạo thiết bị ép đùn 12

Hình 1.6: Biến đổi độ nở của vật liệu qua quá trình ép đùn 14

Hình 1.7: Đường cong sấy 22

Hình 1.8: Đường cong tốc độ sấy 22

Hình 2.1: Quy trình sản xuất cháo ăn liền 27

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình thí nghiệm 28

Hình 3.1: Đường ẩm gạo lứt huyết rồng 37

Hình 3.2: Hàm lượng anthocyanin trong bán thành phẩm theo độ ẩm nhập liệu 38

Hình 3.3: Hàm lượng TPC trong bán thành phẩm theo độ ẩm nhập liệu 39

Hình 3.4: Phần trăm ức chế DPPH của bán thành phẩm theo độ ẩm nhập liệu 40

Hình 3.5: Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ sấy lên TAC của bán thành phẩm 43 Hình 3.6: Ảnh hưởng cuả nhiệt độ và thời gian sấy đến TPC của bán thành phẩm 44 Hình 3.7: Ảnh hưởng cuả nhiệt độ và thời gian sấy đến %I 45

Hình 3.8: Ảnh hưởng của điều kiện bao gói đến TAC trong sản phẩm 51

Hình 3.9: Ảnh hưởng của điều kiện bao gói đến hàm lượng TPC trong sản phẩm 52

Hình 3.10: Ảnh hưởng của điều kiện bao gói đến %I trong sản phẩm 53

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt huyết rồng và gạo lứt thường 4

Bảng 1.2: Các anthocyanidin phổ biến trong tự nhiên 7

Bảng 1.3: Tổng hợp một số nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện ép đùn lên các chất có hoạt tính sinh học 19

Bảng 1.4: Tổng hợp một số nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện sấy lên các chất có hoạt tính sinh học 25

Bảng 3.1: Hàm lượng anthocyanin, TPC và hoạt tính chống oxy hoá trong nguyên liệu gạo lứt huyết rồng 35

Bảng 3.2: Mối tương quan giữa anthocyanin, TPC với %I 36

Bảng 3.3: Hàm lượng TAC, TPC, %I ở các độ ẩm nhập liệu 38

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của độ ẩm nhập liệu đến độ nở của bán thành phẩm 41

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của độ ẩm nhập liệu đến độ xốp bán thành phẩm 41

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của chế độ sấy đến độ ẩm trong bán thành phẩm 42

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của các điều kiện bao gói sản phẩm đến TAC, TPC, %I trong sản phẩm 51

LỜI MỞ ĐẦU

Sự tiêu thụ ngũ cốc nguyên cám đã được khuyến khích mạnh mẽ bởi chính phủ nhiều nước và những tổ chức y tế do lợi ích về sức khỏe mà chúng đem lại (Byungrok Min, 2012) Nhiều nghiên cứu dịch tễ học cho thấy tiêu thụ ngũ cốc nguyên cám có liên quan lớn trong việc giảm tỷ lệ mắc phải các bệnh mãn tính (Anderson, 2003)

Phần lớn các hợp chất sinh học của gạo nguyên hạt nằm trong lớp cám và mầm Các hợp chất này có thể ở dạng ưa béo, ưa nước hay dạng không tan Theo NSGC (National Small Grains Collection) cám gạo được phân loại thành 7 nhóm màu: trắng, nâu nhạt, nâu lốm đốm, nâu, đỏ, tím, và các loại gần giống tím Gần đây, càng có nhiều chú ý đối với gạo lứt đỏ và tím do chúng chứa hàm lượng lớn hợp chất phenolic ưa nước trong đó bao gồm anthocyanin và proanthocyanidin (B Min

và cs, 2012), có khả năng làm giảm biểu hiện của bệnh ung thư, bệnh tim mạch, suy giảm hệ thống miễn dịch, rối loạn chức năng não, đục thủy tinh thể… (Acquaviva

và cs, 2003; Harborne & Williams, 2000; Lazze và cs, 2003) Do vậy, việc sử dụng các loại gạo màu là nguyên liệu thực phẩm có các hợp chất sinh học để cải thiện sức khỏe ngày nay càng được phát triển, mà điển hình ở đây là nguyên liệu gạo lứt

huyết rồng (Oryza sativa L.) có chứa hợp chất anthocyanin Tuy nhiên, cũng như

nhiều hợp chất hoạt tính sinh học khác, anthocyanin rất nhạy cảm với các điều kiện nhiệt độ, pH, ánh sáng,… và thường bị mất đi trong các điều kiện chế biến công nghiệp hiện nay

Kỹ thuật ép đùn là một trong những kỹ thuật chế biến thực phẩm đã được sử dụng từ giữa những năm 1930 để sản xuất sản phẩm ngũ cốc ăn sáng, snack ăn liền,

….Ngoài những ưu điểm về tính linh hoạt, tốn ít chi phí và năng lượng, sản phẩm

ép đùn còn giúp cải thiện khả năng tiêu hoá (Singh và cs, 2010), tăng cường hoạt tính sinh học của các dưỡng chất (Charles Brennan và cs, 2011; Gu House và cs, 2008) hơn so với các phương pháp chế biến khác

Ngũ cốc hay gạo là những nguyên liệu thông thường trong sản xuất các sản phẩm ép đùn, người tiêu dùng ngày càng hiểu rõ và đòi hỏi cao hơn về thành phần

dinh dưỡng của thực phẩm mà họ tiêu thụ (Brennan, 2005), do đó sự hiện diện của các thành phần có hoạt tính sinh học sẽ giúp thoả mãn một phần nhu cầu bảo vệ sức khoẻ của người tiêu dùng Tuy nhiên những nghiên cứu hiện nay chỉ tập trung đến các sản phẩm ngũ cốc có bổ sung nước quả cô đặc, hay bột trái cây giàu anthocyanin (Camire và cs, 2007; Chaovanalikit và cs, 2003), mà vẫn còn khuyết thiếu những nghiên cứu ảnh hưởng của ép đùn cũng như quá trình sấy làm giảm độ

ẩm hoàn thiện sản phẩm đến các chất có hoạt tính sinh học như anthocyanin, phenol trong chính các nguyên liệu gạo màu và hoạt tính sinh học của các hợp chất này Dựa vào các cơ sở đó, trong bài này, thông qua quá trình chế biến cháo ăn liền đơn giản, chúng tôi xin khảo sát ảnh hưởng của quá trình ép đùn và sấy đến hàm

lượng anthocyanin trong nguyên liệu gạo lứt huyết rồng (Oryza sativa L.)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Gạo huyết rồng (Oryza sativa L.)

Cây lúa thuộc họ Poaceae (hay họ hoà thảo), phụ họ Pryzoideae, tộc Oryzae, dòng Oryza, loài Oryza sativa (trồng chủ yếu ở Châu Á) và Oryza glaberrima

(trồng chủa yếu ở Châu Phi)

Cấu tạo hạt lúa: gồm các thành phần chính là râu, mày thóc, vỏ (vỏ trấu, vỏ quả,

vỏ hạt), lớp aleuron, nội nhũ và phôi

Vỏ hạt là lớp vỏ mỏng bao bên ngoài nội nhũ, có màu trắng đục hoặc đỏ cua Tuỳ theo độ chín của lúa mà lớp vỏ này dày hay mỏng Trung bình lớp vỏ này chiếm từ 5.6-6.1% khối lượng hạt gạo lật Lớp aleuron có cấu tạo chủ yếu là protid

và lipid Khi xay xát lớp vỏ hạt, chủ yếu là lớp aleuron bị vụn vỡ tạo ra cám Nếu lớp aleuron này còn sót lại sẽ làm cho hạt gạo dễ bị hư hỏng trong quá trình bảo quản

Nội nhũ: chủ yếu là glucid, chiếm tới 90% thành phần của nội nhũ Tuỳ giống lúa và điều kiện canh tác mà nội nhũ có màu trắng đục hay màu trắng trong Khi xay xát, hạt lúa có nội nhũ màu trắng đục dễ bị gãy vỡ và nấu lâu chín hơn màu trắng trong

Phôi: nằm ở góc dưới nội nhũ, đây là bộ phận dự trữ và chuyển hoá chất dinh dưỡng cung cấp cho mộng khi hạt nảy mầm Do đó phôi chứa nhiều protid, lipid và vitamin, trong phôi chứa tới 60% lượng vitamin B1 trong toàn bộ hạt thóc Khi xay xát, phôi cũng dễ bị vụn nát và tạo thành cám

Gạo màu (phổ biến là gạo đỏ và gạo đen) là loại gạo quen thuộc của người Châu Á, nó chứa hàm lượng anthocyanin cao hơn so với gạo trắng (M.T Escribano-Bail´on và cs, 2004) Trong quá trình sản xuất gạo, người ta thường loại bỏ lớp cám

vì chúng chứa nhiều enzyme, chất béo, vitamin dễ bị hư hỏng, khó bảo quản do đó

đã gây tổn thất một nguồn dinh dưỡng có giá trị do hầu hết các hợp chất có hoạt tính sinh học (bao gồm cả anthocyanin) trong gạo nguyên hạt đều hiện diện trong lớp cám và phôi

Hình 1.1 Cấu tạo hạt lúa (nguồn: http://www.ricebranoil.info/)

Ở Việt Nam, gạo huyết rồng (Oryza sativa L.) (hay còn gọi là gạo đỏ) được

trồng chủ yếu ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long như Đồng Tháp, Sóc Trăng, đặc biệt là ở Long An Từ năm 2009, tỉnh Long An đã phát triển vùng chuyên canh lúa huyết rồng tại xã Thái Trị, huyện Vĩnh Hưng Đây là giống lúa 6 tháng, được canh tác một vụ trong bắt đầu từ tháng 5-6 âm lịch (http://www.baomoi.com)

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt huyết rồng và gạo lứt thường

Chỉ tiêu Đơn vị Gạo lứt huyết rồng Gạo lứt thường

(Nguồn: Nguyễn Thị Ngọc Yến, 2011)

Theo Abdel-Aal và cs (2006), cyanidin-3-glucose là thành phần anthocyanin chính trong gạo huyết rồng và hàm lượng anthocyanin tổng trong khoảng 93.5 µg/g, với cyanidin-3-glucoside (chiếm chủ yếu) 14+0.3, cyanidin diglucoside 1.7+0.1, cyanidin-3- rufinoside 1.3+0.1, peonidin-3-glucoside 2.5+0.1 (µg/g)

Báo cáo khảo sát hai loại gạo đỏ và gạo trắng của Finocchiaro và cs (2007), cho kết quả gạo đỏ có sắc tố đỏ đã bỏ trấu có khả năng chống oxy hóa cao hơn ba lần so

với loại gạo trắng đã bỏ trấu, và đặc điểm này là do sự có mặt của proanthocyanidin

và hợp chất phenol liên quan ở gạo đỏ

Hiện tượng sử dụng gạo lứt, hay các loại gạo xay xát không kĩ chỉ mất một phần hay còn nguyên cám để chữa một số bệnh như tiểu đường, tim mạch, kể cả ung thư được xem như là xu hướng hiện nay Tuy vậy, những nghiên cứu khảo sát về các sản phẩm chế biến gạo lứt, đặc biệt là loại gạo lứt huyết rồng, và những khảo sát về biến đổi anthocyanin trong gạo lứt huyết rồng sau quá trình chế biến ở trong và ngoài nước vẫn còn rất ít

1.2 Thuyết gốc tự do và chất chống oxy hóa

Thuyết này xuất phát từ ý kiến của BS Denham Harman đưa ra vào năm 1950: Các gốc tự do là nguyên nhân chính gây xáo trộn hoạt động của các ty lạp thể (mitochondries), bám vào các ADN là nguyên liệu chính của các mật mã di truyền, gây đột biến bên trong các tế bào Nói một cách khác là các gốc tự do là nguyên nhân của sự tự hủy hoại, của sự lão hóa ở cấp tế bào

Gốc tự do là những nguyên tử, những nhóm nguyên tử hay phân tử mà lớp điện

tử ngoài cùng có chứa điện tử không cặp đôi Gốc tự do có thể mang điện tích âm (phổ biến là gốc superoxide), điện tích dương (có nguồn gốc là hydrocarbon) hoặc không mang điện tích (các hợp chất thiol, các phenol như vitamin E khi bị mất đi nguyên tử Hidro) (Nguyễn Hữu Chấn và cs, 1999) Gốc tự do là cần thiết cho tồn tại của tế bào và sinh vật sống (Nagy, 2001) Một vài loại gốc tự do như nitrit oxide, superoxide anion, và các sản phẩm trung gian liên quan đến oxy xảy ra trong tế bào, bảo vệ các chức năng của cơ thể chúng ta hoạt động bình thường Tuy nhiên, cân bằng bên trong của hệ thống oxy hóa nội sinh có thể mất đi khi cơ thể ở tình trạng stress hay ở trong môi trường cực đoan, tạo ra các gốc tự do vượt quá nhu cầu của

cơ thể (Pu Jing, 2006) Sự vượt quá mức của gốc tự do có thể dẫn đến lão hóa và một số bệnh như ung thư, bệnh tim mạch, suy giảm hệ thống miễn dịch, rối loạn chức năng não, đục thủy tinh thể… (Harman, 1956, Allen và cs, 2000) Để chống lại sự bội tăng của các gốc tự do mà hệ thống oxy hóa nội sinh không đủ sức cân

bằng để vô hiệu hóa, các nhà khoa học đặt vấn đề dùng các chất chống oxy hóa ngoại sinh với mục đích phòng ngừa

Những nghiên cứu dịch tễ cho thấy việc tiêu thụ một lượng lớn các loại rau quả,

và trái cây hằng ngày có liên quan đến việc giảm thấp nguy cơ mắc bệnh mãn tính: đục thủy tinh thể, huyết áp cao, béo phì (Pu Jing, 2006), và báo cáo của Glade (1999) cho rằng khoảng 20% hoặc nhiều hơn của trường hợp bệnh ung thư có thể phòng ngừa với việc tiêu thụ khoảng 400-800 g rau quả/ ngày Điều này cho thấy có những tác dụng bảo vệ của những hợp chất chống oxy hóa ngoại sinh từ thực vật có trong khẩu phần ăn hằng ngày giúp cơ thể chống lại bệnh tật và tử vong có nguồn gốc do hoạt động quá mức của các gốc tự do

Và các chất chống oxy hóa ngoại sinh này đã được xác dịnh, đó là hợp chất flavonoid, polyphenol,…chúng tồn tại và dễ tìm thấy trong tự nhiên, trong những

mô rau quả và trái cây, hay cũng có thể được tìm thấy trong các loại ngũ cốc (gạo, lúa mì,…) Tuy nhiên thật không may, các hoạt chất này lại không có hoặc có rất ít trong các sản phẩm thực phẩm chế biến công nghiệp hiện nay, do tính chất không bền, dễ bị biến tính ở các điều kiện chế biến

Anthocyanin là dẫn xuất của anthocyanidin (aglycon) với các nhóm đường (gồm rhamnose, glucose, galactose, và arabinose) (Miki Hiemori và cs, 2009) Anthocyanidin rất không bền, hiếm khi tìm thấy trong nguyên liệu thực vật, chúng xuất hiện chủ yếu dưới dạng glycosyl hóa, với nhóm thế đường có vai trò làm tăng

sự ổn định và khả năng hòa tan của phân tử anthocyanin tạo thành (Araceli Castaneda-Ovando và cs, 2009) Các anthocyanin khác nhau phụ thuộc vào số lượng, loại, vị trí các gốc đường gắn vào phần aglycol và vị trí của các aliphatic hay

aromatic acid gắn vào gốc đường Chúng liên kết với aglycon bởi liên kết tại vị trí C

3, 5, 7, 3’, 4’ và 5’ (F Delgado-Vargas và cs, 2000)

Hình 1.2: Cấu trúc hoá học của flavylium hay 2-phenylbenzopyrilium

(Nguồn: Ma Teresa Escribano-Bail´on và cs, 2004) Bảng 1.2: Các anthocyanidin phổ biến trong tự nhiên

(Nguồn: Ma Teresa Escribano-Bail´on và cộng sự, 2004) Hiện nay, đã có khoảng 600 loại anthocyanin được xác định (O Andersen và cs, 2004) Trong đó, 3 loại là anthocyanin cyanidin, delphinidin và pelargonidin là phổ biến nhất trong tự nhiên, chúng hiện diện trong các loại lá có màu (80%), trong trái cây (69%) và trong các loại hoa (50%) (Ghosh D và cs, 2007)

Các anthocyanin thường bị acyl hoá trên vị trí C3 của đường bởi các aromatic acid như p-coumaric, caffeic, ferulic, sinapic, gallic, p-hydroxybenzoic acid hay các aliphatic acid như malonic, acetic, malic, succinic, oxalic acid

Sự phân bố màu của các anthocyanin phụ thuộc vào các nhóm thế trong cấu trúc của vòng B, số lượng và vị trí các gốc đường, acyl hoá gốc đường bởi các acid, pH, nhiệt độ, loại dung môi cũng như sự hiện diện của các co-pigment (Mazza G, 2007) Trong dung dịch, anthocyanin tồn tại ở 4 dạng cấu trúc: quinonoidal (anhydro) bazo (A) cho màu xanh, cation flavylium (AH+) màu đỏ, carbinol pseudobase (B)

và chalcone (C) không màu

Hình 1.3: Các dạng cấu trúc của anthocyanin trong dung dịch

Trong môi trường pH 1-3, anthocyanin tồn tại chủ yếu dạng cation flacylium nên cho màu đỏ Tại pH 5 nó tồn tại ở dạng carbinol pseudo base không màu và khi

pH tăng khoảng 7 -8 các anthocyanin có dạng quinoidal base nên cho màu xanh tím Màu sắc của anthocyanin sẽ bị phá huỷ bởi sự hiện diện của oxy, ion kim loại, ánh sáng, acid ascorbic, enzyme (Jaclyn Shipp và cs, 2010)

Độ bền màu và cường độ màu của anthocyanin tăng lên theo số nhóm methoxyl trong vòng B và giảm khi tăng số nhóm hydroxyl Sự ổn định của các loại anthocyanidin giảm theo thứ tự malvidin, peonidin, petunidin, cyanidin và delphinidin

Các gốc đường được glycosyl hóa và acyl hóa cũng giúp làm tăng tính ổn định của anthocyanin, do đó các dạng diglycoside sẽ ổn định hơn dạng monoglycoside (Ma Teresa Escribano-Bail´on và cs, 2004) Sự phá huỷ của anthocyanin tăng khi nhiệt độ tăng và giá trị pH cao Khi một cấu trúc của anthocyanin bền với sự gia tăng của pH thì nó cũng bền với sự gia tăng của nhiệt độ

Các anthocyanidin-3 glucoside khi được nung nóng ở pH 2-4, đầu tiên, ở 100oC

sẽ bị phân huỷ liên kết glycoside sau đó là sự biến đổi cấu trúc aglycone thành dạng chalcone Sự biến tính hơn nữa dẫn đến hình thành dạng sản phẩm màu nâu, đặc biệt là khi có mặt của oxy

Hình 1.4: Sự phá huỷ cấu trúc Cyanidin-3-glucoside

(Nguồn: Miki Hiemori, 2009) Anthocyanin có khoảng hấp thu rộng 500-535 nm, tuỳ thuộc vào dạng anthocyanidin, chẳng hạn đối với pelargonidin-based sẽ hấp thu cực đại ở 502-506

nm, cyaniding là 512-520 nm, peonidin là 517-520 nm, delphinidin 525 nm, petunidin 526-529 nm, malvidin 530 nm (Abdel-Aal E-S và cs, 2006)

Một vài nghiên cứu cho thấy có sự liên quan giữa hàm lượng anthocyanin và hoạt tính chống oxy hóa trong nguyên liệu rau quả, góp phần chống lại các căn bệnh suy giảm và mãn tính (Heinonen và cs, 1998; Record và cs, 2001) Hoạt tính chống oxy hoá của anthocyanin là do sự hiện diện của nhóm hydroxyl tại vị trí số 3 trong vòng C, vị trí 3’, 4’ và 5’ trong vòng B Anthocyanidin có khả năng chống oxy hoá tốt hơn là anthocyanin (dạng glycoside) và hoạt tính này càng giảm khi số gốc đường trong phân tử tăng lên

Bên cạnh đó, theo các báo cáo từ thập niên 70, anthocyanin là loại flavonoid có nhiều trong khẩu phần ăn hàng ngày cho một người với lượng tiêu thụ khoảng 200

mg (Kühnan, 1976), cao hơn hẳn lượng tiêu thụ hằng ngày của các loại flavonoid

khác như quercetin, kaempferol, myricetin, apigenin, và luteolin (23mg) (Hertog và

cs, 1993), giải thích cho việc anthocyanin nhận nhiều sự chú ý từ giới khoa học, không chỉ vì chúng là hợp chất từ thực vật chủ yếu trong khẩu phần ăn từ rau quả, cung cấp những lợi ích tiềm năng đến cơ thể con người, mà còn bởi người ta hi vọng một điều tương tự như ―nghịch lý Pháp‖ (French Paradox) mà rượu vang đỏ

đã làm được (Pu Jing, 2006)

Thập kỉ vừa qua, các nghiên cứu trên thế giới tập trung vào khai thác và sử dụng anthocyanin từ các loại quả: blackberry, raspberry,… (Costantino và cs, 1992; Wang và Lin, 2000), nho và các sản phẩm từ nho (Vian và cs, 2006; Haibo Wang

và cs, 2003) đưa ra kết quả về thành phần, hàm lượng cũng như khả năng chống oxy hóa của anthocyanin trong từng loại nguyên liệu

Hiện nay với những mục đích khám phá và mở rộng phạm vi nghiên cứu người

ta dần quan tâm đến anthocyanin trong các loại ngũ cốc cho thấy sự đa dạng của anthocyanin trong các loại ngũ cốc chứa các sắc tố tím, đỏ, đen,… (El-Sayed M Abdel-Aal và cs, 2006)

Báo cáo của Abdel-Aal và cs (2006) phân tích thành phần anthocyanin trong các loại bắp tím, xanh, đỏ và gạo đỏ, đen cho thấy hàm lượng anthocyanin trong các loại ngũ cốc trên dao động 7 - 3276 µg/g, có 42 loại anthocyanin được quan sát Sompong và cs (2011) quan sát 9 loại gạo đỏ và 3 loại gạo đen khác nhau có nguồn gốc từ Thái Lan, Trung Quốc và Srilanka cho thấy khả năng chống oxy hóa ở gạo

đỏ nguồn gốc Thái Lan là cao nhất và khả năng chống oxy hóa không có sự khác biệt giữa 2 màu gạo đỏ và đen

Xiao Qiong Chen và cs (2012) tiến hành khảo sát 3 thành phần chính của anthocyanin là cyanidin-3-glucoside, peonidin-3-glucoside và malvidin cyanidin-3-glucoside trong gạo đen và 4 loại gạo đỏ

MiKi Hiemori và cs (2009) khảo sát các thành phần và tính bền đối với nhiệt của anthocyanin trong gạo đen Mặc dù vậy, các nghiên cứu chỉ dừng lại ở thành phần tính chất hay định lượng của anthocyanin, mà chưa đi sâu về ảnh hưởng các quá trình chế biến đến anthocyanin có trong nguyên liệu ngũ cốc, đặc biệt là trong

gạo màu

Trong nước cũng có những nghiên cứu về hợp chất anthocyanin trong các loại nguyên liệu rau củ quả, tuy nhiên chỉ tập trung vào việc chiết tách, định lượng, chẳng hạn đề tài chiết anthocyanin từ quả dâu bằng nước sulfured và một số đặc tính của chúng của Huỳnh Thị Kim Cúc và cộng sự (2009), đề tài nghiên cứu trích

ly hợp chất màu anthocyanin từ bắp cải tím và ứng dụng trong chế biến nước giải khát do các tác giả Nguyễn Duy Tân, Đống Thị Anh Đào (2008) thực hiện, hay nghiên cứu ảnh hưởng của hệ dung môi đến khả năng chiết tách chất màu anthocyanin có độ màu cao từ quả dâu Hội An của Nguyễn Thị Lan và Lê Thị Lạc Quyên (2011)

1.4 Kỹ thuật ép đùn (Lê Văn Việt Mẫn và cs, 2011)

1.4.1 Khái niệm

Kỹ thuật ép đùn bao gồm việc nén ép và gia công nguyên liệu để hình thành nên khối bán rắn dưới các điều kiện kiểm soát áp suất và nhiệt độ, và sau đó đẩy chúng qua những khe, lỗ nhỏ với vận tốc định trước để hình thành nên sản phẩm ép đùn

Ép đùn là một quá trình tổ hợp nhiều tác động vật lý khác nhau như trộn, nhào, gia nhiệt, chảy dẻo, cắt, đồng hoá, làm nguội, tạo hình, định dạng … lên hỗn hợp nguyên liệu để tạo ra sản phẩm có hình dạng và chỉ tiêu theo yêu cầu

Ưu điểm:

- Đây là một phương pháp sản xuất cho nhiều loại sản phẩm khác nhau với cấu trúc, hình dạng, kích thước đa dạng

- Chất lượng sản phẩm tốt: ép đùn là kỹ thuật nấu chín thực phẩm ở nhiệt độ

và áp suất cao trong thời gian ngắn nên không chỉ giúp cải thiện khả năng tiêu hoá

mà còn cải thiện giá trị dinh dưỡng sinh học so với những phương pháp chế biến thông thường khác

- Giảm chi phí cho quá trình sản xuất: kỹ thuật ép đùn có chi phí chế biến thấp hơn và năng suất cao hơn các quy trình làm chín hay tạo hình thực phẩm khác

- Không tạo nhiều sản phẩm phụ: kỹ thuật ép đùn là một phương pháp chế biến có độ ẩm thấp, không sinh ra sản phẩm phụ Điều này sẽ loại trừ việc xử lý nước và không có các vấn đề về ô nhiễm môi trường

1.4.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện

Ngoài mục đích chính là hoàn thiện – tạo hình cho sản phẩm, ép đùn áp lực cao còn có khả năng đáp ứng được nhiều mục đích công nghệ khác Quá trình ép đùn có mục đích công nghệ là chế biến vì thực hiện các quá trình làm chín sản phẩm như biến tính protein, hồ hóa tinh bột và tạo ra mùi vị, màu sắc do phản ứng Maillard Ngoài ra, nhiệt độ cao trong quá trình ép đùn cũng sẽ làm vô hoạt enzyme

và tiêu diệt vi sinh vật nên ép đùn áp lực cao còn có mục đích bảo quản

Hiện nay, trong công nghiệp thực phẩm, quá trình ép đùn được thực hiện trong công nghệ chế biến lương thực, một số loại đậu, sản xuất bánh kẹo, chế biến thịt, thủy sản,…

1.4.3 Cấu tạo của hệ thống thiết bị ép đùn

1.4.3.1 Thành phần của một máy ép đùn

Bộ phận nhập liệu (feed assemble), trục vít (screw), buồng ép (barrel), lỗ

khuôn (die head assembly), dao cắt (cutters)

Hình 1.5 Thành phần cấu tạo thiết bị ép đùn

1.4.3.2 Cấu tạo của thiết bị ép đùn

- Bộ phận nhập liệu: gồm thiết bị nhập liệu nguyên liệu khô và thiết bị nhập liệu nguyên liệu ướt Nguyên liệu khô đã trộn trước sẽ được chứa trong một thùng ở trên thiết bị nhập liệu, có thể được rung lắc/ có khả năng thay đổi tốc độ nhập liệu / dạng giảm khối lượng Các nguyên liệu lỏng được định lượng qua van tiết lưu, có thể thay đổi kích thước lổ, đầu van (variable head), hay tuần hoàn nước (water wheels) Nếu như preconditioner được sử dụng, các nguyên liệu khô được trộn với nước, hơi nước, hay các nguyên liệu khác trong thùng kín (closed vessel), có thể vận hành dưới áp suất nếu cần Việc nạp liệu đồng đều của nguyên liệu khô hay

nguyên liệu lỏng là cần thiết cho sự vận hành thích hợp của máy ép đùn

- Trục vis đơn: Trục vis có thể là một khối hay bao gồm nhiều trục vít riêng biệt, tập hợp lại trên một trục Trục vis thường được được tách ra ở các phần nhập liệu, phần chuyển tiếp, phần định lượng trong máy ép đùn trục đơn Phần nhập liệu

có chức năng tiếp nhận các thành phần thực phẩm từ thiết bị nhập liệu Trong phần chuyển tiếp, các thành phần thực phẩm được trộn lẫn, gia nhiệt, gia công thành một khối liên tục Vì thế, phần chuyển tiếp cũng được gọi là phần nén ép bởi vì nguyên liệu được chuyển đổi từ trạng thái bột, xốp sang bột nhào dẻo Bộ phận định lượng

có tác dụng làm tăng tốc độ phân cắt khối bột nhào, vì thế nhiệt độ của nguyên vật liệu tăng nhanh trong phần này

- Buồng ép: là các bộ phận được lắp chặt khít xung quanh trục vis quay và nó được lắp ráp bằng cách bắt bulong hay kẹp chặt các phân đoạn khác nhau lại với nhau Một thông số quan trọng trong đặc điểm kỹ thuật của máy ép đùn là tỷ lệ L/D của nó, tức là tỷ số giữa chiều dài của tang - trống trong máy ép đùn và đường kính của nó Đặc biệt, các tang - trống và các lớp lót tháo được của nó thường được chế tạo bởi một hợp kim đặc biệt cứng nhằm chống ăn mòn Mặt trong của tang trống vừa trơn nhẵn, vừa có khía rãnh Sự hiện diện của các rãnh làm tăng khả năng bơm chống lại áp suất cao ở đầu ra (high back pressure)

- Lỗ khuôn: Bộ phận đầu khuôn ra được đặt tại cuối thùng tang - trống của máy ép đùn và giữ đĩa khuôn của máy ép đùn, đôi khi được dùng để hỗ trợ bộ phận

cắt Đĩa khuôn có thể mang nhiều lỗ khuôn, tạo hình cho sản phẩm thực phẩm trước khi nó ra khỏi máy ép đùn

1.4.3.3 Các biến đổi của nguyên liệu

Hình 1.6: Biến đổi độ nở của vật liệu qua quá trình ép đùn

(nguồn: C.I Moraru and J.L Kokini , 2003)

Các biến đổi trong quá trình ép đùn phụ thuộc vào cấu hình và quá trình vận hành thiết bị cũng như tính chất của nguyên liệu đầu vào Sau đây là một vài quy luật biến đổi chính trong thiết bị ép đùn áp lực cao

Quá trình ép đùn thường được sử dụng trong công nghệ chế biến các nguyên liệu dạng cao phân tử như protein và tinh bột Khi nguyên liệu được nhập vào trong thiết bị, dọc theo chiều dài máy có thể trải qua ba giai đoạn: Giai đoạn phối trộn, giai đoạn nhào trộn và giai đoạn nấu – định hình Mỗi giai đoạn sẽ có những biến đổi khác nhau của nguyên liệu Khi thoát ra ngoài thiết bị, nguyên liệu sẽ được định dạng thành sản phẩm cuối

Giai đoạn phối trộn là giai đoạn đầu khi nguyên liệu mới nhập vào trong thiết

bị Ở vùng này, đường kính trục vis thường nhỏ hay bước vis thưa, tức là không gian chứa nguyên liệu nhiều Áp lực và nhiệt độ chưa cao nên cấu trúc của nguyên liệu không có biến đổi đáng kể Biến đổi chính trong vùng thứ nhất là sự phối trộn đều các nguyên liệu với nhau

Khi nguyên liệu được đẩy tiếp qua vùng thứ hai, nhiệt độ và áp suất tăng dần cũng như các cấu tử nhất là nước đã được trộn đều, khuếch tán vào bên trong cấu

trúc của nguyên liệu, hình thành các liên kết hydro giữa nước và các phân tử có chứa nhóm háo nước như protein, pentosane, tinh bột…Nguyên liệu trương nở lên, một số phần tử dễ tan sẽ khuếch tán ra ngoài môi trường lỏng Khối nguyên liệu trở nên đặc hơn Giai đoạn này được gọi là giai đoạn nhào trộn

Khi nguyên liệu được đẩy đến vùng thứ ba, vùng không gian dành cho nguyên liệu rất ít, nguyên liệu bị dồn nén tạo nên áp suất và nhiệt độ cao, đây là giai đoạn nguyên liệu bị biến đổi sâu sắc nhất Dưới áp lực cao, các lực cơ học tác dụng lên nguyên liệu theo hai hướng ngược nhau có tác dụng phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột hay xé rách bó sợi protein Mức độ phá hủy này phụ thuộc vào độ lớn của lực ―cắt‖

do trục vis tác dụng lên khối nguyên liệu Đồng thời phụ thuộc vào mức độ tăng cao của nhiệt độ sẽ làm tăng chuyển động nhiệt của các phân tử Các chuyển động nhiệt hỗn loạn này có khuynh hướng phá vỡ cấu trúc bậc ba, làm biến tính protein Đối với tinh bột, chuyển động nhiệt lớn cộng với sự có mặt của nước giúp tách rời các phân tử tinh bột và chuyển chúng thành dạng ―dung dịch‖, thực hiện quá trình hồ hóa tinh bột Nếu năng lượng lớn hơn có thể làm cắt ngắn mạch phân tử hay thậm chí có thể phá hủy cấu trúc của phân tử Các biến đổi này làm cho khối nguyên liệu thay đổi từ trạng thái hạt rời thành trạng thái chảy dẻo Ở trạng thái này, các phân tử linh động hơn, có khuynh hưởng duỗi mạch, tạo ra các liên kết mới, đặc biệt là thông qua cầu nối của liên kết hydro giữa các phân tử với nhau tạo thành khung mạng cho sản phẩm sau này Các phân tử khí và hơi nước được phân bố đều giữa các khung mạng chính là các ―mầm’ khí tạo nên độ xốp cuối cho sản phẩm Trong giai đoạn này, nguyên liệu biến đổi giống như trong quá trình gia nhiệt thực phẩm thông thường nên còn được gọi là giai đoạn nấu

Kết thúc giai đoạn nấu, nguyên liệu có dạng khối dẻo hay lỏng và chịu áp lực rất cao Dòng chất lỏng nhớt này sẽ chảy qua lỗ khuôn và định hình dòng chảy theo hình dạng của khuôn Khi thoát ra khỏi đầu lỗ khuôn, áp lực giảm đột ngột, các chất khí và chất lỏng quá nhiệt bị nén trong khối nguyên liệu chảy dẻo sẽ bốc hơi nhanh chóng, do đó sản phẩm thu được tăng thể tích, được làm khô, giảm nhiệt và trương

nở

Nếu các phân tử nhỏ có số lượng và năng lượng đều lớn trong khi tổng năng lượng liên kết giữa các biopolymer tạo nên khung mạng nhỏ, các phân tử khí và hơi

sẽ phá vỡ cấu trúc mạng, sản phẩm cuối sẽ có dạng bột Liên kết giữa các hợp chất cao phân tử tạo khung mạng càng yếu và năng lượng tổng của các khí càng cao thì bột sẽ càng mịn Ngược lại, nếu cấu trúc khung mạng đủ lớn để ―nhốt‖ một phần các phân tử khí và hơi, cấu trúc của sản phẩm sẽ có dạng xốp Độ xốp của sản phẩm cũng phụ thuộc vào mối tương quan năng lượng giữa các phần tử như đã nêu trên Nếu số lượng các liên kết giữa các hợp chất cao phân tử càng nhiều, tổng các năng lượng liên kết này sẽ càng lớn và số lượng mầm khí càng lớn thì sản phẩm cuối sẽ càng nở xốp Ngược lại nếu năng lượng liên kết giữa các hợp chất cao phân tử tạo khung mạng lớn mà năng lượng của các phân tử khí và hơi thấp thì sản phẩm sẽ nở rất ít hoặc không nở Trong giai đoạn này, nếu phân tử nước có năng lượng lớn và thoát ra ngoài nhiều, sản phẩm sẽ trở nên khô giòn hay cứng và cố định hình dạng Trong trường hợp ngược lại, sản phẩm sẽ xốp, mềm và hình dạng có thể bị biến đổi tiếp Sản phẩm dạng này có thể được xử lý tiếp bằng phương pháp sấy hay chiên Trong giai đoạn sấy hay chiên, nếu gia nhiệt nhanh sản phẩm vẫn có thể nở thêm

Trong nguyên liệu, ngoài protein và tinh bột có vai trò tạo khung mạng, các chất khác cũng có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của sản phẩm cuối Các chất xơ có phân tử lượng lớn như cellulose và lignin khá bền và hầu như không bị thay đổi về kích thước Các phân tử này khi liên kết với khung mạng sẽ làm sản phẩm giảm độ

nở xốp Tuy nhiên, các loại chất xơ hòa tan như hemicellulose và pectin có thể bị cắt mạch, giảm khối lượng phân tử và tham gia các liên lết với phân tử tinh bột thông qua liên kết hydro nên không ảnh hưởng lớn đến độ xốp của sản phẩm Nếu trong nguyên liệu giàu chất béo, tác động cơ học của trục vis sẽ phá vỡ cấu trúc tế bào và giải phóng chất béo dưới dạng chất béo tự do Khi nhiệt độ tăng cao, chất béo sẽ nóng chảy, bôi trơn và làm nhiệt độ của sản phẩm tăng cao hơn Chất béo cũng có thể liên kết với khung protein thông qua các nhóm ưa béo hay với tinh bột hay thông qua quá trình hấp thụ vào các vòng xoắn của amylose Các liên kết này tạo thành màng chất béo nhốt các bóng khí và hơi nước nên sản phẩm sẽ phồng nở tốt hơn Nếu nhiệt độ quá cao, các acid béo tự do có thể bị oxi hóa, ảnh hưởng đến

hương vị sản phẩm cuối cùng, làm giảm chất lượng dinh dưỡng và cảm quan của sản phẩm

Muối và các khoáng chất hầu như không bị ảnh hưởng nhưng đường trong nguyên liệu có thể bị caramel hóa hay tham gia phản ứng Maillard ảnh hưởng đến màu sắc và mùi vị sản phẩm ép đùn Các viatmin tan trong dầu như D, K hầu như không bị biến đổi sau ép đùn Trong quá trình ép đùn, một số hợp chất tạo màu và hương của nguyên liệu có thể bị phân hủy bởi nhiệt độ cao trong buồng ép, một số

có thể bị cuốn theo hơi nước thoát ra từ sản phẩm ép đùn Nhiệt độ cao trong ép đùn còn có tác dụng ức chế một số chất gây tác động xấu đến dinh dưỡng có trong

nguyên liệu đầu

1.4.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng

- Trong quá trính ép đùn áp lực cao, hai thông số công nghệ chính ảnh hưởng

đến chất lượng sản phẩm là áp suất và nhiệt độ Áp lực cao dọc thành thiết bị sẽ làm nguyên liệu giảm dần độ rời, biến dạng và chảy dẻo Áp lực tại đầu khuôn sẽ kiểm soát và điều chỉnh quá trình định dạng sản phẩm Hơn nữa, áp suất và nhiệt độ cao giữ cho nước trong nguyên liệu ở dạng chất lỏng quá nhiệt để có thể bốc hơi nhanh khi thoát ra ngoài môi trường làm nở sản phẩm Áp suất của máy ép đùn có thể thay đổi trong khoảng rộng từ 10 đến hơn 200 atm

- Ảnh hưởng của cấu hình thiết bị: cùng một lượng nguyên liệu cung cấp vào thiết bị, nếu đường kính trục vis càng lớn, bước vis càng nhỏ thì không gian dành cho nguyên liệu trong máy càng bị giảm, áp lực càng tăng Số lượng lỗ khuôn càng nhiều, đường kính lỗ khuôn càng lớn sẽ càng làm giảm áp suất tác động lên nguyên liệu trước khi thoát ra ngoài thiết bị Ngoài ra, áp lực lỗ khuôn còn ảnh hưởng đến

áp lực tạo ra dọc theo chiều dài thiết bị và ảnh hưởng đến nhiệt độ trong buồng ép Chiều dài của phần làm việc trong máy sẽ ảnh hưởng đến thời gian chịu áp lực và

do đó ảnh hưởng đến mức độ biến dạng của nguyên liệu Bề mặt trong của buồng ép

và trục vis càng nhám, lực ma sát càng tăng dẫn tới nhiệt lượng sinh ra càng lớn

- Ảnh hưởng của vận tốc quay của trục vis: cùng một lượng nguyên liệu cung cấp vào thiết bị, tốc độ quay của trục vis càng nhanh, cấu trúc bên trong của vỏ máy

càng nhám thì lực tác động lên khối nguyên liệu càng lớn, khả năng biến dạng chảy dẻo của nguyên liệu càng cao

- Ảnh hưởng của lưu lượng nhập liệu và thời gian lưu nguyên liệu trong thiết bị: cùng một tốc độ quay của trục vis, nếu lưu lượng nhập vào càng nhiều và thời gian lưu càng lâu thì áp suất và nhiệt độ của khối nguyên liệu bên trong thiết bị sẽ càng tăng

- Ảnh hưởng của tính chất nguyên liệu:

Cấu trúc của nguyên liệu sẽ ảnh hưởng rất lớn đến lực ma sát giữa các phần

tử của nguyên liệu với nhau, do đó ảnh hưởng đến nhiệt độ sinh ra trong máy Nếu hạt quá mịn, khi xử lý ẩm, nguyên liệu dễ bị vón cục và không được nhào trộn đồng đều Ngược lại, nếu hạt quá lớn, phải tốn nhiều năng lượng để làm biến đổi trạng thái từ dạng hạt rời rạc sang dạng paste, nếu không sẽ có thể tạo cảm giác nhám, sạm khi sử dụng sản phẩm Độ rời của nguyên liệu ban đầu càng cao, có nghĩa là lượng khí bên trong buồng ép càng nhiều thì các mầm khí tại đầu lỗ khuôn càng nhiều nhưng áp suất sẽ giảm

Thành phần hóa học của nguyên liệu, đặc biệt là hàm lượng ẩm sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên độ phồng nở và độ cứng, giòn của sản phẩm Độ ẩm của nguyên liệu có thể được điều chỉnh từ ban đầu bằng các thiết bị phụ trợ hay bổ sung nước hoặc hơi nước trực tiếp vào trong thiết bị ép đùn Chất béo làm gia tăng độ nhớt, làm giảm lực kéo – đẩy tác động lên nguyên liệu nên tốn nhiều năng lượng hơn, nhất là khi hàm lượng béo vượt quá 7% Hàm lượng béo tối đa của nguyên liệu đưa vào ép đùn

có thể lên đến 27% tùy thuộc vào cấu trúc của thiết bị

Kỹ thuật ép đùn đã được nghiên cứu rộng rãi đối với những hợp chất có hoạt tính sinh học như nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình ép đùn đến beta carotene, anthocyanin, lycopen, thiamin…

Bảng 1.3: Tổng hợp một số nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện ép đùn lên các chất

1 năm

Tocoferol (giảm), Oryzanol

sunsihin và cộng sự,

phenolic, tổng flavonoid,

Paras Sharma và cộng sự,

2012 Hỗn hợp bột mì (8-

Tổng anthocyanin (tăng), tổng procyanidin

Flavonol (tăng), tổng anthocyanin (giảm)

White và cộng sự,

Tổng procyanidin, lycopene

Shoar và cộng sự ,

Dehghan-2010 Bột đậu nành phối

trộn với bột cỏ

Digitaria (25%)

Độ ẩm nguyên liệu (25%), tốc độ trục (150rpm), nhiệt

độ (150oC)

Tannin (giảm), ascorbic acid, riboflavin, phenol (giảm)

Anuonye

và cộng

sự, 2010

1.5 Kỹ thuật sấy

Sản phẩm sau khi ép đùn độ có độ ẩm còn khá cao, việc sử dụng phương pháp sấy đối lưu giúp giảm độ ẩm sản phẩm ở giai đoạn cuối, tạo sự đồng nhất ẩm trong toàn bộ sản phẩm Tuy nhiên, quá trình sấy sử dụng tác nhân sấy là không khí nóng trao đổi trực tiếp với nguyên liệu do đó sẽ ảnh hưởng đến hàm lượng và hoạt tính chống oxy hoá của anthocyanin

1.5.1 Khái niệm

Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Trong đó, cả hai quá trình truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng phương pháp đối lưu

Trong phương pháp sấy này, người ta thường sử dụng không khí nóng làm tác nhân sấy Mẫu nguyên liệu sẽ được tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng trong buồng sấy, một phần ẩm trong nguyên liệu sẽ được bốc hơi Động lực của quá trình sấy là sự chênh lệch áp suất hơi tại bề mặt nguyên liệu và trong tác nhân sấy làm cho các phân tử nước trên bề mặt nguyên liệu sẽ bốc hơi vào tác nhân sấy, sự chênh lệch ẩm bề mặt và tâm của nguyên liệu sẽ khuếch tán ra vùng bề mặt (Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự, 2011)

1.5.2 Đặc trưng của quá trình sấy:

Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trưng cho tính không thuận nghịch và không

ổn định Nó diễn ra đồng thời bốn quá trình:

- Truyền nhiệt cho vật liệu

- Dẫn ẩm trong lòng vật liệu

- Chuyển pha

- Tách ẩm vào môi trường xung quanh

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy:

- Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hoá học, đặc tính liên kết ẩm…

- Các dạng liên kết ẩm trong nguyên liệu Trong đó phổ biến nhất là cách phân loại theo bản chất hình thành liên kết của P.H Robinde (Hoàng Văn Chước, 1999)

- Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề mặt lớp vật liệu…

- Độ ẩm ban đầu, độ ẩm cuối, độ ẩm tới hạn của vật liệu

- Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của tác nhân sấy

Quá trình sấy có thể được được xúc tiến nhanh nhờ sự tăng nhiệt độ không khí, giảm độ ẩm tương đối của không khí, tăng vận tốc không khí nhờ sự giảm áp suất không khí trong môi trường

- Chênh lệch nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy

- Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy

Các giai đoạn của quá trình sấy:

Giai đoạn đun nóng vật liệu:

- Toàn bộ nhiệt cung cấp để đun nóng vật liệu, ẩm bốc hơi không đáng kể

- Nhiệt độ tăng đến nhiệt độ bầu ướt của tác nhân sấy

- Độ ẩm vật liệu thay đổi không nhiều

- Tốc độ sấy tăng nhanh đến cực đại

- Giai đoạn này diễn ra rất nhanh

Giai đoạn sấy đẳng tốc:

- Nhiệt cung cấp dùng để bốc hơi ẩm trên bề mặt vật liệu

- Nhiệt độ của vật liệu bằng nhiệt độ bầu ướt và không đổi

- Độ ẩm của vật liệu giảm nhanh

- Tốc độ sấy không đổi

- Giai đoạn này, tốc độ khuếch tán ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt vật liệu lớn hơn tốc độ bốc hơi từ bề mặt, trên bề mặt vật liệu luôn bão hoà ẩm

Giai đoạn sấy giảm tốc

- Nhiệt độ của vật liệu tăng dần

AB: giai đoạn đun nóng vật liệu BC: giai đoạn sấy đẳng tốc CD: giai đoạn sấy giảm tốc 1: đường cong sấy

2: đường nhiệt của vật liệu

Hình 1.7: Đường cong sấy Đường cong tốc độ sấy: là đường biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu sấy

AB: giai đoạn đun nóng vật liệu BC: giai đoạn sấy đẳng tốc CD: giai đoạn sấy giảm tốc 1: vật liệu dạng bản mỏng, xốp: giấy, bìa…

2: vật liệu keo 3: vật liệu xốp: có điểm uốn (thay đổi cơ chế vận chuyển ẩm)

5: vật liệu có điểm gãy khúc (điểm tới hạn thứ 2)

Hình 1.8: Đường cong tốc độ sấy

1.5.3 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiên

- Khai thác: quá trình sấy sẽ tách bớt nước ra khỏi nguyên liệu Do đó, hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong một đơn vị khối lượng sản phẩm sấy sẽ tăng lên

- Chế biến: quá trình sấy làm biến đổi nguyên liệu và tạo ra nhiều tính chất đặc trưng cho sản phẩm

- Bảo quản: quá trình sấy làm giảm giá trị hoạt độ của nước trong nguyên liệu nên ức chế vi sinh vật và một số enzyme giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm

- Hoàn thiện: quá trình sấy có thể làm cải thiện một vài chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

1.5.4 Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy

- Vật lý

+ Trong quá trình sấy sẽ xuất hiện gradient nhiệt trong nguyên liệu Nhiệt độ

sẽ tăng cao tại vùng bề mặt của nguyên liệu và sẽ giảm dần tại vùng tâm

Sự khuếch tán ẩm sẽ xảy ra do sự chêch lệch ẩm tại các vùng khác nhau ở bên trong mẫu nguyên liệu Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, các phân tử nước tại vùng trung tâm của nguyên liệu sẽ dịch chuyển sang vùng biên

+ Các tính chất vật lý của nguyên liệu sẽ thay đổi như hình dạng, kích thước, khối lượng, tỷ trọng, độ giòn… Các sản phẩm khác nhau có sự dao động đáng kể về cấu trúc như mức độ co ngót và khả năng hấp thụ nước trở lại

- Hóa học: khi tăng nhiệt độ thì tốc độ của các phản ứng hóa học cũng tăng theo

+ Phản ứng oxi hóa:

Một số vitamin trong thực phẩm, ví dụ vitamin C rất dễ bị oxi hóa trong quá trình sấy, các hợp chất màu như carotenoids, chlorophyll cũng bị oxi hóa và làm cho sản phẩm bị nhạt màu hoặc mất màu, các hợp chất polyphenol trong rau quả rất

dễ bị oxi hóa trong quá trình sấy và làm cho sản phẩm sấy hóa nâu

Các hợp chất lipid, đặc biệt là các chất béo tự do khi tham gia phản ứng oxi hóa sẽ hình thành nên các peroxide và nhiều sản phẩm phụ khác tạo nên mùi ôi cho sản phẩm

+ Phản ứng thủy phân các hợp chất có trong nguyên liệu, ví dụ triglyceride bị thủy phân thành glycerol và các acid béo

+ Phản ứng Maillard: đây là phản ứng thường gặp khi sấy nguyên liệu có chứa đường khử và các hợp chất có nhóm –NH2 tự do Phản ứng sẽ tạo ra các hợp chất melanoidin và làm cho sản phẩm sấy bị sậm màu

Ngoài các phản ứng nói trên, trong quá trình sấy thực phẩm còn có thể xảy ra các phản ứng hóa học khác như dehydrate hóa, phân hủy, trùng hợp…

- Hóa lý: biến đổi chủ yếu là sự chuyển pha của nước từ lỏng thành hơi

- Sinh học

Trong quá trình sấy, sự trao đổi chất của các tế bào và mô nguyên liệu động thực vật sẽ ngừng lại nếu nhiệt độ sấy tăng quá cao Nguyên nhân chính là do hệ emzyme trong tế bào bị vô hoạt bất thuận nghịch Ngoài ra, các thành phần khác trong tế bào như DNA cũng có thể bị biến tính nhiệt Các vi sinh vật trong nguyên liệu cũng có thể bị ức chế hoặc tiêu diệt trong quá trình sấy do tác dụng nhiệt và do hoạt độ của nước giảm đi

- Hóa sinh: trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, do nhiệt độ của nguyên liệu chưa tăng cao, các phản ứng enzyme trong nguyên liệu tiếp tục diễn ra mạnh

mẽ Khi nhiệt độ tăng cao, các enzyme sẽ bị vô hoạt và các phản ứng hóa sinh sẽ dừng lại

Nhiệt độ cho sản xuất thực phẩm thường sử dụng là từ 50-150o

C (Ankit Patras, 2010) Anthocyanin đã được ứng dụng và nghiên cứu rộng rãi không chỉ vì màu sắc của nó mà còn vì nó có vai trò là hợp chất có hoạt tính sinh học Tuy nhiên anthocyanin khá nhạy cảm với nhiệt độ, do đó trong các nghiên cứu về sự ổn định của anthocyanin trong các sản phẩm có quy trình xử lý nhiệt, người ta chỉ khảo sát một khoảng nhiêt độ thấp 30-98oC Và nhiều nghiên cứu đã báo cáo rằng anthocyanin bị phá huỷ ở nhiệt độ cao Chẳng hạn trong một nghiên cứu của El-Sayed M Abdel-Aal và cs (2003) về thành phần và sự ổn định của anthocyanin trong hạt lúa mì xanh đã báo cáo ràng tăng nhiệt độ sấy từ 65 đến 95°C sẽ làm giảm anthocyanin của lúa mì Trong một nghiên cứu khác của Sadilova và cs (2006) cho thấy anthocyanin trong quả cây cơm cháy rất nhạy cảm với nhiệt Sau 3 giờ xử lý nhiệt tại 95oC đã phá huỷ 50% anthocyanin trong quả cây cơm cháy (elderberry) Nghiên cứu về anthocyanin trong bắp tím, Z Yang và cs(2008) đã lựa chọn khoảng

nhiệt độ xử lý 70 - 90oC, kết quả chỉ ra rằng nhiệt độ làm phá huỷ anthocyanin và làm giảm màu của sản phẩm

Bảng 1.4: Tổng hợp một số nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện sấy lên các chất có

hoạt tính sinh học Nguyên liệu Điều kiện sấy Hợp chất sinh học Nguồn

Bã vỏ nho đỏ Nhiệt độ sấy (60,

Mónika Stéger-Máté và

cs, 2010

Bã táo nhão Nhiệt độ sấy (50, 60,

70, 80oC)

Hợp chất phenolic, anthocyanin, flavonoid

María Elena Heras-Ramírez

và cs, 2012 Mận khô Nhiệt độ (60, 70,

80oC)

Cinnamates, anthocyanin, flavonol, polyphenol

Alessandra Del Caro và cs,

2004 Bông cải xanh

(Brassica

oleracea L.)

Nhiệt độ (50÷

100oC), tốc độ dòng khí nóng (1,2÷

2,25m/s), thời gian sấy (25÷ 90 phút)

Polyphenols;

ascorbic acid;

hydroxymethylfurfural

Monica A Madrau và cs,

2009

CHƯƠNG 2

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Vật liệu nghiên cứu

3 Cyanidin-3 glucoside Sigma Aldrich 1g ≥ 99%

Thiết bị phòng thí nghiệm: Thiết bị ép đùn, tủ sấy đối lưu, UV-Vis [Genegys 2000], tủ sấy, máy đo ẩm hồng ngoại – Thuỵ Điển, máy nghiền, Máy đo pH [Jenway – 3510pH Meter] – Mỹ, cân 4 số lẻ - Đức, Rây chuyên dụng [kích thước lỗ

0.25mm], Thước kẹp [Digital Caliper 0 – 150mm và các dụng cụ cần thiết khác 2.2 Quy trình nghiên cứu

2.2.1 Các bước tiến hành thí nghiệm

Để thực hiện quá trình nghiên cứu quy trình sản xuất cháo ăn liền từ nguyên liệu gạo lứt huyết rồng bằng phương pháp ép đùn, chúng tôi dựa trên quy trình sản

xuất cháo ăn liền truyền thống, chúng tôi sẽ tiến hành khảo sát các thành phần hóa học chính của nguyên liệu, tìm hiểu các vùng biến đổi tốt nhất của các thông số trên từng công đoạn của quy trình, từ đó đưa ra các thông số công nghệ tối ưu đảm bảo chất lượng của sản phẩm tạo thành Để thực hiện các bước nghiên cứu trên, chúng tôi đề xuất quy trình công nghệ sản xuất như sau :

Hình 2.1: Quy trình sản xuất cháo ăn liền (Nguồn : quy trình sản xuất cháo ăn liền của xưởng FOLI thuộc phân Viện Cơ Điện

Nông Nghiệp & Công Nghệ Sau Thu Hoạch)

Gạo lứt huyết rồng

Ép đùn

Nghiền

Bảo quản

Sản phẩm Sấy Gia ẩm

Ủ

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình thí nghiệm

2.2.2 Các thí nghiệm

2.2.2.1 Thí nghiệm khảo sát thành phần hoá lý của nguyên liệu

Mục đích: Phân tích thành phần hóa lý của nguyên liệu làm cơ sở cho các thí nghiệm sau

Chỉ tiêu theo dõi:

- Độ ẩm

- Hàm lượng anthocyanin

- Hàm lượng phenolic tổng

- Khả năng chống oxy hoá

2.2.2.2 Khảo sát độ ẩm của nguyên liệu nhập liệu

Mục đích: xác định lượng nước bổ sung và thời gian ngâm nguyên liệu đến hoạt tính của anthocyanin và giá trị cảm quan của sản phẩm

Chỉ tiêu khảo sát: Độ ẩm nhập liệu 16 -18 -20- 22- 24 (%)

Gạo lứt huyết rồng

Phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu

Nghiên cứu độ ẩm nhập liệu quá trình ép đùn

Nghiên cứu các thông số quá trình sấy ổn định

sản phẩm Nghiên cứu các phương pháp bao gói sản

phẩm