Nghiên cứu chế biến bột gấc giàu b carotene

Khảo sát các nồng độ chất chống oxy hóa bổ sung vào hỗn hợp chất mang, nguyên liệu đến hàm lượng carotene trong sản phẩm.. 74 Bảng 3.6: Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của các nồng độ chất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LÊ KHẮC LAM ĐIỀN

NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN BỘT GẤC

GIÀU β-CAROTENE Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đống Thị Anh Đào

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS TSKH Ngô Kế Sương

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Dương Tâm Anh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 07 tháng 02 năm 2012

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Dương Thanh Liêm

2 TS Lê Thị Hồng Nhan

3 PGS TS Đống Thị Anh Đào

4 PGS.TSKH Ngô Kế Sương

5 TS Nguyễn Dương Tâm Anh

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………

- -

Tp HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Lê Khắc Lam Điền Phái: Nữ

Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm và Đồ Uống MSHV: 09110150

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu chế biến bột gấc giàu β-carotene

II NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1 Khảo sát các phương pháp tiền xử lý màng gấc đến hàm lượng carotene trong sản phẩm

2 Khảo sát các hàm lượng chất mang phối trộn vào nguyên liệu đến hàm lượng carotene trong sản phẩm

3 Khảo sát các nồng độ chất chống oxy hóa bổ sung vào hỗn hợp chất mang, nguyên liệu đến hàm lượng carotene trong sản phẩm

4 Khảo sát việc bảo quản sản phẩm trong điều kiện tăng cường nhiệt

độ đến hàm lượng carotene

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/ 07/2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/01/2012

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đống Thị Anh Đào

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký)

Họ và tên : Lê Khắc Lam Điền

Ngày tháng năm sinh : 20/07/1978

Địa chỉ liên lạc : B03 Chung cư Lý Văn Phức, đường Lý Văn Phức,

phường Tân Định, Quận 1, Tp HCM

QUÁ TRÌNH HỌC TẬP:

Đại học : 1996-2000 Đại học Khoa Học Tự Nhiên, ngành Sinh Học

Cao học : 2009-2012 Đại học Bách Khoa Tp HCM, ngành Công Nghệ

Thực Phẩm và Đồ Uống

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC:

2000-2001 : Công ty C.P Vietnam

2001-2004 : Công ty Man Spice Processing Vietnam

2004-2010 : Công ty SC Johnson & Son Vietnam

2010-2011 : Công ty Unilever Vietnam

Đầu tiên, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến cô Đống Thị Anh Đào, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thành viên trong gia đình tôi, những người đã tạo điều kiện vật chất và ủng hộ về mặt tinh thần cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn toàn thể quý thầy, cô thuộc bộ môn Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, những người đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Sau cùng, tôi xin cảm ơn các bạn học ở phòng thí nghiệm công nghệ thực phẩm

đã đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn cao học tại trường Đại học Bách Khoa Tp HCM

Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 01 năm 2012

LÊ KHẮC LAM ĐIỀN

ABSTRACT

In the recent years, a number of Vietnamese scientists are interested in Gac fruit because this traditional fruit of Vietnam is very rich of carotenoids

In this study, we researched on:

1 Pretreatment methods: three methods were evaluated, they were blanching, blanching in citric acid solution and steaming The result shows that steaming in 6 minutes is the best pretreatment method for the protection and maintenance of total carotenoid content in gac powder

2 Investigation the different ratios of carier material to find out the appropriate ratio to protect carotenoids in gac powder The result shows that the most appropriate ratio of carier: Gac is 1: 1 (dry matter) in which the ratio of maltodextrin: gellatin is 0.5: 0.5 (w/w)

3 Investigation the ratios of antioxidant supplementation such as vitamin C and vitamin E into the mixure of Gac and carier The result shows that vitamin C at content of 2000ppm (according to weight of wet material) supplemented into the mixture of Gac and carier gives the highest total carotenoid content

4 Investigation the changes of total carotenoid content of Gac powder product in accelerated temperature to find out the appropriate temperature and time of life for product storage The result shows that total carotenoid content maintains at 70% in comparing with the beginning content in three months at 100C or five months at 50C in condition of absent oxygen and light

TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong những năm gần đây, các sản phẩm từ gấc được các nhà khoa học ở Việt Nam quan tâm nghiên cứu vì gấc là loại trái cây truyền thống được trồng ở nông thôn Việt Nam rất giàu các hợp chất carotene

Trong nghiên cứu này, chúng tôi thực hiện các khảo sát sau:

1 Khảo sát các phương pháp tiền xử lý: chần trong nước nóng, chần trong dung dịch acid citric ở các nồng độ khác nhau và phương pháp hấp Kết quả cho thấy: phương pháp tốt nhất để tiền xử lý gấc là phương pháp hấp trong 6 phút

2 Khảo sát các tỷ lệ chất mang để tìm ra hàm lượng chất mang thích hợp nhằm bảo vệ carotene trong bột gấc Kết quả cho thấy: hàm lượng chất mang: gấc là 1:1 (tính trên chất khô) trong đó tỷ lệ phối trộn hai loại chất mang maltodextrin: gelatin 0,5: 0,5(w/w) là tỷ lệ thích hợp nhất

3 Khảo sát và so sánh sự bổ sung các chất chống oxy hóa như vitamin C và vitamin E vào hỗn hợp gấc đã phối trộn với tỷ lệ chất mang thích hợp Kết quả cho thấy: việc bổ sung 2000ppm vitamin C (tính trên khối lượng nguyên liệu ướt) tăng cường tốt nhất khả năng bảo vệ carotene trong sản phẩm

4 Khảo sát sự biến đổi của carotene khi bảo quản sản phẩm trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt Từ đó, suy ra thời gian và nhiệt độ thích hợp để bảo quản sản phẩm bột gấc Kết quả cho thấy: hàm lượng carotene duy trì ở mức 70% so với hàm lượng ban đầu nếu được bảo quản ở 100C trong 3 tháng hay 50C trong 5 tháng trong điều kiện không tiếp xúc với oxy không khí và ánh sáng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iv

ABSTRACT v

TÓM TẮT LUẬN VĂN vi

DANH MỤC BẢNG xi

DANH MỤC HÌNH xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về cây gấc: 2

1.1.1 Nguồn gốc, phân lọai: 2

1.1.2 Đặc điểm: 2

1.1.3 Các thành phần dinh dưỡng trong trái gấc: 4

1.1.4 Các nghiên cứu ở Việt Nam và trên thế giới về gấc: 7

1.2 Carotene: 8

1.2.1 Cấu tạo hóa học của carotene: 8

1.2.2 Tính chất hóa học của carotene: 16

1.2.3 Carotene trong cơ thể sống: 19

1.3 Các chất mang: 19

1.3.1 Maltodextrin: 19

1.4 Hạn sử dụng của sản phẩm thực phẩm: 21

1.4.1 Động học của phương pháp kiểm tra hạn sử dụng: 21

1.4.2 Khái niệm về Q10: 22

1.4.3 Thiết kế thí nghiệm kiểm tra hạn sử dụng: 23

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Nguyên liệu: 24

2.1.1 Nguồn gấc tươi: 24

2.1.2 Chất mang: 25

2.1.3 Chất chống oxy hóa: 25

2.2 Mục đích nghiên cứu: 25

2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất bột gấc trong nghiên cứu: 27

2.4 Sơ đồ nghiên cứu: 28

2.5 Thuyết minh sơ đồ nghiên cứu: 29

2.5.1 Tiền xử lý gấc: 29

2.5.2 Phối trộn màng hạt gấc với chất mang: 32

2.5.3 Ảnh hưởng của nồng độ các chất chống oxy hóa bổ sung: 34

2.5.4 Bảo quản sản phẩm ở điều kiện tăng cường nhiệt độ: 36

2.6 Các phương pháp phân tích: 37

2.6.1 Độ ẩm: 37

2.6.2 Định lượng carotene tổng bằng phương pháp quang phổ: 37

2.6.3 Xác định hàm lượng ß-carotene bằng phương pháp HPLC: 39

2.6.4 Xác định tỷ lệ chất khô màng hạt gấc trong sản phẩm bột gấc: 41

2.7 Phương pháp xử lý số liệu: 42

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43

3.1 Tiền xử lý màng hạt gấc trước khi trộn với chất mang và trước khi sấy 43 3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần màng hạt gấc trước khi sấy:………… 43

3.1.2 Ảnh hưởng của các nồng độ acid citric đến quá trình chần: 44

3.1.3 Ảnh hưởng của thời gian hấp nguyên liệu: 46

3.1.4 So sánh các phương pháp tiền xử lý: 47

3.2 Phối trộn nguyên liệu đã qua tiền xử lý với chất mang: 48

3.2.1 Ảnh hưởng của các nồng độ maltodextrin: 48

3.2.2 Ảnh hưởng của các tỷ lệ chất mang maltodextrin-gelatin: 49

3.3 Bổ sung chất chống oxy hóa vào hỗn hợp chất mang và nguyên liệu màng hạt gấc đã qua tiền xử lý: 52

3.3.1 Ảnh hưởng của các nồng độ vitamin C đến hàm lượng carotene tổng trong bột gấc: 52

3.3.2 Ảnh hưởng của các nồng độ vitamin E đến hàm lượng carotene tổng

3.3.3 So sánh khả năng bảo vệ carotene của vitamin C và vitamin E trong

sản phẩm bột gấc sau sấy: 54

3.3.4 Định lượng β-carotene bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): 56 3.4 Đánh giá sự thay đổi hàm lượng carotene qua các thí nghiệm: 60

3.5 Ảnh hưởng của việc bảo quản sản phẩm trong điều kiện tăng cường nhiệt độ: 63

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

PHỤ LỤC 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Hàm lượng dinh dưỡng của gấc Momordica cochinchinensis Spreng (trên 100g phần ăn được) 6 Bảng 1.2: Thành phần acid béo trong màng hạt gấc 7 Bảng 3.1: Sự biến đổi hàm lượng carotene qua các thí nghiệm 60 Bảng 3.2: Thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hàm lượng carotene trong bột gấc: 73 Bảng 3.3: Thí nghiệm ảnh hưởng của các nồng độ acid citric trong dung dịch chần

ở 800C, 2 phút đến hàm lượng carotene trong bột gấc: 73 Bảng 3.4: Thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian hấp đến hàm lượng carotene trong bột gấc: 74 Bảng 3.5: Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý đến hàm lượng carotene trong bột gấc: 74 Bảng 3.6: Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của các nồng độ chất mang maltodextrin đến hàm lượng carotene trong bột gấc: 75 Bảng 3.7: Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của các tỷ lệ chất mang maltodextrin và gelatin đến hàm lượng carotene trong bột gấc: 75 Bảng 3.8: Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của các nồng độ vitamin C bổ sung vào chất mang- nguyên liệu đến hàm lượng carotene trong bột gấc: 76 Bảng 3.9: Thí nghiệm so sánh ảnh hưởng của các nồng độ vitamin E bổ sung vào chất mang- nguyên liệu đến hàm lượng carotene trong bột gấc: 76 Bảng 3.10: So sánh khả năng bảo vệ carotene khi bổ sung vitamin E và vitamin C trong sản phẩm bột gấc sau sấy: 77 Bảng 3.11: Kiểm tra hàm lượng β-carotene trong thí nghiệm 3.4.9 bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao: 77

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Trái gấc chín 4

Hình 1.2: Trái gấc bổ đôi có màng hạt đỏ bên trong 4

Hình 1.3: So sánh hàm lượng ß-carotene trong gấc và các lọai trái cây khác 6

Hình 1.4: Carotene không vòng 9

Hình 1.5: Carotene vòng 10

Hình 1.6: Carotenols (hydroxycarotenoids) 11

Hình 1.7: Epoxycarotenoid 12

Hình 1.8: A) Cấu trúc cơ bản và số thứ tự chuỗi carotenenoid mạch thẳng (lycopene) và carotenoid hai vòng (β,β-carotene) B) 7 loại nhóm cuối khác nhau tìm thấy ở carotenoid trong tự nhiên.[13] 14

Hình 1.9: A) Nối đôi cis và trans trong phân tử carotene B) Cấu trúc “cản trở” và “không cản trở” trong không gian C) Dạng s-cis và s-trans của nối đơn trong chuỗi polyene D) Dạng 6-s-cis và 6-s-trans của vòng β trong phân tử carotene.[13] 16

Hình 1.10: Maltodextrin 20

Hình 2.1: Trái gấc chín ½ quả 24

Hình 2.2: Trái gấc chín sau 6 ngày 24

Hình 2.3: Quy trình sản xuất bột gấc trong nghiên cứu 27

Hình 2.4: Sơ đồ nghiên cứu 28

Hình 2.5: Đồ thị đường chuẩn ß-carotene ở bước sóng 473nm 39

Hình 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian chần đến hàm lượng carotene tổng trong bột gấc (µg carotene/g màng hạt gấc) (theo chất khô) 43

Hình 3.2: Ảnh hưởng các nồng độ acid citric trong quá trình chần (800C, 2 phút) đến hàm lượng carotene tổng trong bột gấc (µg carotene/g màng hạt gấc) (theo chất khô) 45 Hình 3.3: Ảnh hưởng thời gian hấp đến hàm lượng carotene tổng trong bột gấc

Hình 3.4: Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý đến hàm lượng carotene tổng trong bột gấc (µg carotene/g màng hạt gấc) (chất khô) 47 Hình 3.6: So sánh màu của các mẫu bột gấc với các tỷ lệ phối trộn maltodextrin 49 Hình 3.6: Ảnh hưởng của các tỷ lệ chất mang maltodextrin-gelatin đến hàm lượng carotene trong bột gấc (µg carotene/g màng hạt gấc) (theo chất khô) 49 Hình 3.7: Sản phẩm bột gấc với các tỷ lệ chất mang maltodextrin-gelatin 51 Hình 3.8: Ảnh hưởng của các nồng độ vitamin C bổ sung vào chất mang-nguyên liệu đến hàm lượng carotene trong bột gấc (µg carotene/g màng hạt gấc) (theo chất khô) 52 Hình 3.9: Ảnh hưởng của các nồng độ vitamin E bổ sung vào chất mang-nguyên liệu đến hàm lượng carotene trong bột gấc (µg carotene/g màng hạt gấc) (theo chất khô) 53 Hình 3.10 Ảnh hưởng của việc bổ sung chất chống oxy hóa khác nhau vào hỗn hợp chất mang đến hàm lượng carotene tổng (µg/g màng hạt gấc) (chất khô) 54 Hình 3.12 Mẫu bột gấc không bổ sung chất mang (đã qua bước tiền xử lý) 58 Hình 3.13 Mẫu bột gấc với hàm lượng chất mang: màng hạt gấc 1: 1 trong đó tỷ

lệ chất mang maltodextrin: gelatin là 0,5: 0,5 (theo chất khô) 58 Hình 3.14 Mẫu bột gấc với hàm lượng chất mang: màng hạt gấc 1: 1 trong đó tỷ

lệ chất mang maltodextrin: gelatin là 0,5: 0,5 (theo chất khô) và bổ sung 2000ppm vitamin E 59 Hình 3.15 Mẫu bột gấc với hàm lượng chất mang: màng hạt gấc 1: 1 trong đó tỷ

lệ chất mang maltodextrin: gelatin là 0,5: 0,5 (theo chất khô) và bổ sung 2000ppm vitamin C 59 Hình 3.16 Tỷ lệ hàm lượng carotene của các phương pháp xử lý so với hàm lượng carotene của bột gấc không qua xử lý 61 Hình 3.17: Ảnh hưởng nhiệt độ 550C đến hàm lượng carotene tổng trong sản phẩm bột gấc (µg/g màng hạt gấc) (theo chất khô) 64

HPLC: High Performance Liquid Chromatography (sắc ký lỏng hiệu năng cao)

IPA: Isopropyl Alcohol

Log: Logarithm

M: Maltodextrin

Me : Methyl

PA: Pure Analysis

PA/PE: Polyamide/ Polyethylene

ppm: Parts per million (phần triệu)

rpm: Revolutions per minute (số vòng quay trong một phút)

wb: Wet base (khối lượng ướt)

MỞ ĐẦU Vai trò của các chất chống oxy hóa cho cơ thể trong việc tăng cường hệ miễn dich, ngăn chặn lão hóa đã được nghiên cứu tỉ mỉ Vì vậy, ngày càng có nhiều lọai thực phẩm chức năng mà thành phần đã được bổ sung hay làm tăng cường hàm lượng chất chống oxy hóa

ß-carotene cũng là một chất chống oxy hóa có hàm lượng rất cao trong quả gấc, một lọai trái cây được trồng ở nông thôn Việt Nam Vì vậy, việc nghiên cứu sản xuất bột gấc với mục tiêu giữ gìn, bảo vệ tối đa ß-carotene không những tạo ra nguồn thực phẩm giàu chất chống oxy hóa mang lại lợi ích cho sức khỏe con người mà còn tận dụng được nguồn nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có trong nước

Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài “nghiên cứu chế biến bột gấc giàu carotene” Chúng tôi khảo sát, các phương pháp vật lý, hóa học để hạn chế sự mất carotene, đồng thời sử dụng các chất mang để che chở, hạn chế sự tiếp xúc của oxy với carotene trong quá trình sấy

ß-CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về cây gấc:

1.1.1 Nguồn gốc, phân lọai:

Gấc có tên khoa học là Momordica cochinchinensis thuộc họ bầu bí (Cucurbitaceae), mọc ở vùng Đông nam Á [27] Gấc là lòai thân thảo, dây leo hoa sắc vàng, quả hình bầu dục, ngòai có nhiều gai, sắc xanh, khi chín chuyển sang màu đỏ cam Thịt gấc màu đỏ cam, hạt gấc màu nâu thẫm có khía Ở miền Nam gấc có quanh năm, miền Bắc gấc thường chín vào mùa đông Mỗi năm gấc chỉ thu họach được một mùa nên ít được sử dụng hơn các lọai quả khác

Phân loại khoa học: [1,4]

Bổ đôi quả gấc sẽ có ba phần riêng biệt Ngoài cùng là vỏ, sau đó là thịt và cuối cùng là hạt gấc với màng màu đỏ bao quanh Lớp vỏ cứng, có gai mềm bọc phía ngoài Quả non màu xanh, quả chín có màu vàng đỏ Tiếp theo là lớp thịt màu

vàng nhạt, dày, mềm, xốp như dưa gang chín Tùy theo trái, có độ dày từ 1-3cm

Kế tiếp là những hạt gấc được bao bọc bởi màng màu đỏ, xếp hàng dọc [1,4]

Ở Việt Nam, trọng lượng quả gấc khoảng 500g – 1600g Một kg quả gấc bao gồm khoảng 190g màng và 130g hạt Màng hạt khi chín có vị thơm dễ chịu hoặc không có mùi Tất cả các bộ phận của gấc đều có thể được sử dụng trong y học truyền thống [1,4]

Gấc là loại cây ưa khí hậu ấm áp, độ ẩm không khí cao 60 - 70% và độ ẩm đất 70

- 80%, nhưng kém chịu rét, chịu được hạn nhưng không chịu được úng ngập đọng nước [1,4]

Nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng và phát triển trong khoảng 25 – 350C, lượng mưa hàng năm trung bình 1,600mm/năm [1,4]

Cây gấc không kén đất, đất sỏi đá, đất pha đều trồng được, tốt nhất là đất thịt nhẹ, đất phù sa bồi có đủ ẩm và thoát nước tốt, pH thích hợp trong khoảng 6 đến 7 Đặc biệt cây gấc rất thích hợp với đất giàu lân do đó trên đất nghèo lân cần phải bón phân lân sẽ giúp cho gấc có nhiều quả [1,4]

Gấc là loại cây sống lâu năm (15 – 20 năm), rụng lá về mùa đông Khi thu hoạch xong cắt bỏ toàn bộ thân cành, chỉ để lại 30 – 50cm gốc Đến vụ xuân, từ gốc sẽ mọc lên cây mới [1,4]

Gấc thường được trồng vào tháng 2 -3 âm lịch Gấc ra hoa vào đầu tháng 6, bắt đầu có quả vào tháng 7, tháng 8 dương lịch và chín kéo dài bắt đầu từ tháng 9 cho đến tháng 2 năm sau Năm nào mưa ít, quả gấc chín sớm, mưa nhiều chín muộn (tháng 10) Gấc là loại quả chín không đồng đều, có thời gian thu hoạch dài ngày Chỉ nên thu hái gấc khi quả đã chín đỏ đến 1/2 quả Màng đỏ bọc ngoài hạt dày và

Hình 1.1: Trái gấc chín

Hình 1.2: Trái gấc bổ đôi có màng hạt đỏ bên trong

1.1.3 Các thành phần dinh dưỡng trong trái gấc:

Các nghiên cứu khoa học đã chứng minh quả gấc rất giàu ß-carotene và lycopene, tổng carotenoid dao động từ 3768,3 – 7516µg/g [23], ß-carotene (17-35mg/100g phần ăn được) [28] Trái gấc còn chứa một lượng đáng kể α-tocopherol (Vitamin E) [28] và acid béo [27] Các ß-carotene, lycopene, vitamine E đều là những chất chống oxy hóa, giúp cơ thể tăng khả năng miễn dịch và sức đề kháng, ngăn ngừa ung thư, chống lão hóa cho cơ thể

Các nhà nghiên cứu cũng thừa nhận gấc là lọai quả sạch, an tòan và có hiệu quả

Màng hạt gấc Thịt gấc

Vỏ gấc

chứa lượng ß-carotene cao gấp hai lần so với dầu gan cá thu và khỏang 10 lần so với cà rốt Khi vào cơ thể ß-carotene sẽ được chuyển hóa thành vitamin A dưới tác dụng của enzyme carotenase theo nhu cầu vitamine A của cơ thể, vì vậy sử dụng bột gấc sẽ không bị thừa vitamine A

Trong các thành phần của trái gấc, màng hạt gấc chứa hàm lượng lycopene và carotene cao nhất Lycopene ở màng hạt gấc chiếm 380µg/g, cao hơn khỏang 10 lần so với các lọai trái cây khác [27, 17] Ở trái gấc tươi, lượng lycopene chiếm tới 2227µg/g Phần màng hạt gấc chứa một lương acid béo tới 17% đến 22% khối lượng [29] Dầu chiết từ gấc có hàm lượng tổng carotenoid cao 5700µg/ml, trong

ß-đó lượng ß-carotene chiếm tới 2710µg Dầu gấc còn chứa một lượng vitamin E cao [29] Vỏ gấc (phần màu vàng) chứa một lượng lớn lutein Các hợp chất phenol trong quả gấc là: acid gallic và p-hydroxybenzoic acid có trong cả ba phần

kể trên của quả gấc, trong màng hạt gấc còn chứa acid ferulic [27, 29]

Hình 1.3: So sánh hàm lượng ß-carotene trong gấc và các lọai trái cây khác [27]

Bảng 1.1: Hàm lượng dinh dưỡng của gấc Momordica cochinchinensis Spreng (trên 100g phần ăn được) [27]

Pitn a

Braz )

Bảng 1.2: Thành phần acid béo trong màng hạt gấc [27]

1.1.4 Các nghiên cứu ở Việt Nam và trên thế giới về gấc:

- Hiromitsu Aoki và cộng sự (2002) đã xác định hàm lượng các hợp chất carotene trong gấc và kết luận rằng lycopene trong màng gấc lên đến 380µg/g, cao hơn gấp 10 lần so với các loại trái giàu lycopene khác [17]

- L.T.Vuong và công sự (2005) đã khảo sát việc bổ sung gấc cho trẻ em Việt Nam và cho thấy Gấc làm tăng lượng vitamin A trong cơ thể hơn dùng β-carotene tổng hợp Vuong cũng đã đánh giá lại hàm lượng β-carotene trong gấc tươi 408µg/g [11]

- Tran Hoang Thao và cộng sự (2007) đã nghiên cứu sản xuất bột gấc bằng các phương pháp sấy khác nhau và thấy rằng sấy thăng hoa giữ được hàm lượng β-carotene cao nhất Thao cũng đã nghiên cứu các biện pháp tiền xử

lý để tách màng gấc một cách dễ dàng hơn, đó là phương pháp xử lý nhiệt hoặc enzyme Sự tổn thất carotene qua các phương pháp tiền xử lý này là

35% Sản phẩm nếu được lưu trữ trong điều kiện chân không dưới 250C sẽ giữ được màu đỏ và carotene ở mức 70% trong 4 tháng [23]

- Nguyễn Minh Thủy (2009) đã nghiên cứu chế biến các sản phẩm đa dạng

từ gấc: màng gấc sấy, thạch, kẹo gum gấc, các dạng bánh, chả cá, dầu, nước ép Thủy cũng cho thấy có sự thay đổi rệt của carotene trong màng hạt gấc sau sáu ngày thu hoạch [3]

- Dang Thi Tuyet Nhung và cộng sự (2009) đã nghiên cứu sự thay đổi của lycopene và β-carotene trong màng gấc và dầu gấc trong quá trình bảo quản Màng gấc ban đầu có hàm lượng lycopene từ 2.378 – 3.728mg/g (nguyên liệu tươi), β-carotene từ 0,257 – 0,379mg/g (nguyên liệu tươi), carotene ổn định sau một tuần đầu bảo quản nhưng giảm mạnh sang tuần bảo quản thứ hai Dầu gấc ép từ màng gấc có bổ sung 0,02% BHT, bảo quản từ 15 đến 19 tuần ở nhiệt độ 50C, 400C, 600C, hàm lượng lycopene và β-carotene cũng giảm theo mô hình động học bật nhất [10]

- Tuyen Chan Kha và cộng sự (2010) đã khảo sát phương pháp sản xuất bột gấc bằng sấy phun có bổ sung maltodextrin và kết luận điều kiện sấy thích hợp để giữ được màu sắc của gấc ở nhiệt độ đầu vào 1200C, chất mang 10% maltodextrin (w/v) [25]

1.2 Carotene:

1.2.1 Cấu tạo hóa học của carotene:

Carotene là một dạng sắc tố hữu cơ, trong tự nhiên hiện diện ở lục lạp hay nguyên bào sắc tố của thực vật hay một số sinh vật quang tự dưỡng khác như tảo, nấm, vi khuẩn

Người ta đã biết đến khỏang hơn 600 loại carotene, carotene được chia thành hai nhóm: xanthophylls (chứa oxygen) và carotene (hydrocarbon không chứa oxygen) Carotene hấp thu năng lượng ánh sáng để sử dụng cho quang hợp và bảo

vệ diệp lục tố không bị ánh sáng hủy họai nên đóng một vai trò quan trọng đối với thực vật và tảo [5]

Ở người, có 4 lọai carotenoids có họat tính như vitamin A, nghĩa là có thể chuyển thành retinal đó là β-carotene, α-carotene, γ-carotene và β-cryptoxanthin Các carotenoid đều có tính chất như chất chống oxy hóa vì ngăn chặn singlet oxygen

do có các nối đôi liên hợp và vô họat các gốc tự do.[5]

Các dạng carotene:

Hình 1.4: Carotene không vòng

Hình 1.5: Carotene vòng

Hình 1.6: Carotenols (hydroxycarotenoids)

Hình 1.7: Epoxycarotenoid

Cấu tạo chung:

Carotene là các hợp chất isoprenoid, được sinh tổng hợp từ sự nối 2 nối đôi của 2 phân tử C20 tạo thành khung carbon C40 Hình 1.8.A mô tả cấu trúc cơ bản của lycopene và β-carotene

Khung carbon này có thể thay đổi theo các cách sau:

- Vòng hóa một đầu hoặc 2 đầu phân tử để tạo thành 7 nhóm cuối khác nhau (hình B)

- Thay đổi do sự hydrogen hóa

- Thêm nhóm chức chứa oxygen Các carotenoid tiêu biểu là xanthophylls

Vài carotenoid có cấu trúc mạch carbon nhỏ hơn 40 Nếu các nguyên tử carbon bị mất ở cuối phân tử gọi là apocarotenoid, nếu nguyên tử carbon bị mất trong chuỗi thì gọi là norcarotenoids [13]

Hình 1.8: A) Cấu trúc cơ bản và số thứ tự chuỗi carotenenoid mạch thẳng (lycopene) và carotenoid hai vòng (β,β-carotene) B) 7 loại nhóm cuối khác nhau tìm thấy ở carotenoid trong tự nhiên.[13]

Chuỗi polyene:

Tính chất nổi bật trong cầu trúc của carotene là chuỗi dài nối đôi và đối đơn chuyển động qua lại ở giữa phân tử vì vậy hiệu ứng liên hợp được hình thành trong đó điện tử π dịch chuyển suốt chiều dài chuỗi polyene Hiệu ứng liên hợp chính là điểm tạo ra tính chất đặc trưng của carotene như hình dạng, phản ứng hóa học và tính hấp thu ánh sáng [13]

Đồng phân lập thể:

Đồng phân hình thành quanh nối đôi C=C, do vậy carotene có nhiều cấu trúc phân

tử khác nhau rõ rệt có thể phân tách thành các hợp chất riêng biệt Hơn nữa, nối đơn C-C trong chuỗi polyene có thể xoay quanh trục vì vậy mà carotene hình

Đồng phân hình học:

Trong phân tử carotene, mỗi nối đôi của chuỗi polyene tồn tại ở hai dạng trans hay cis tùy theo sự sắp xếp của nhóm thế Vì vậy, trên lý thuyết carotene có rất nhiều đồng phân monocis hay polycis, nhưng thực tế số đồng phân hình học trong

tự nhiên ít hơn Sự tồn tại của nối đôi cis tạo sự cản trở không gian giữa nguyên

tử hydro và nhóm methyl, vì vậy đồng phân cis kém bền nhiệt hơn đồng phân trans Trong tự nhiên, các carotene ưu tiên tồn tại ở dạng trans, chỉ có một vài nối đôi mang 3 nhóm thế hay nối đôi hai nhóm thế C-15,15’ tạo sự cản trở không gian nhỏ do đó các đồng phân có nối đôi cis ở những vị trí này dễ hình thành và tương đối bền (ví dụ 9-cis-, 13-cis-, và 15-cis-β,β-carotenes) [13]

Hình thể:

Mặc dù carotene ở hai dạng cis/trans sẽ có rất nhiều hình dạng nhưng trên thực tế carotene chỉ tồn tại ở dạng ít năng lượng [13]

Chuỗi polyene: dạng bền nhất của chuỗi polyene là dạng thẳng vì hệ liên hợp chỉ

ổn định khi nối đôi là đồng phẳng và sự cản trở không gian là nhỏ nhất khi mỗi nối đơn C-C ở dạng s-trans [13]

Chuỗi nối vòng: trong vòng β-carotene, nối đôi C-5,6 liên hợp với chuỗi polyene

vì vậy dạng đồng phẳng của vòng và chuỗi nối đôi giúp cấu trúc bền vững Hai cấu trúc đồng phẳng của dạng vòng này là 6-s-cis và 6-s-trans (Hình 1.9.D) Dạng chuỗi nối vòng cùng với dạng vòng (dạng ghế, dạng nửa ghế) quyết định sự hiện diện của nhóm chức, tạo nên hiệu quả của nhóm cuối trong phân tử carotene [13]

Hình 1.9: A) Nối đôi cis và trans trong phân tử carotene B) Cấu trúc “cản trở” và

“không cản trở” trong không gian C) Dạng s-cis và s-trans của nối đơn trong chuỗi polyene D) Dạng 6-s-cis và 6-s-trans của vòng β trong phân tử carotene.[13]

1.2.2 Tính chất hóa học của carotene:

Carotene nằm trong nhóm phân tử kỵ nước, vì vậy trong vùng có nước của tế bào carotene bị hạn chế, nhưng khi carotene tạo liên kết với protein, chúng có thể dễ dàng xâm nhập vào môi trường nước [13]

Kích thước và hình dạng phân tử có ảnh hưởng đến tính chất và chức năng của carotene Tất cả carotene có màu, dạng trans có hệ thống nối đôi liên hợp mạch thẳng, phân tử bền vững Các đồng phân dạng cis do cấu hình khác đồng phân dạng trans, có khả năng biến đổi để gắn vào các cấu trúc tế bào Đồng phân dạng cis ít có khuynh hướng kết hợp lại vì vậy dễ hòa tan, dễ thẩm thấu và dễ vận chuyển hơn đồng phân dạng trans [13]

Kích thước và hình dạng của nhóm cuối có ý nghĩa rất quan trọng đối với tính chất hóa học của carotene Các carotene không vòng như lycopene là phân tử mạch thẳng, nhóm cuối linh hoạt Các phân tử carotene nhóm cuối là mạch vòng, chiều dài ngắn hơn nên ảnh hưởng của nhóm cuối và không gian quanh nhóm cuối rõ hơn và dễ bị biến đổi rõ rệt như bị epoxy hóa hay de-epoxy hóa [13]

“cản trở”

“không cản trở”

Sự hấp thu ánh sáng và tính chất quang hóa:

Sự hấp thu năng lượng ánh sáng làm phân tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích Ở carotene, điện tử π trong hệ nối đôi liên hợp sẽ chuyển sang trạng thái orbital π* không có liên kết đôi Điện tử π sẽ không cố định ở vị trí ban đầu mà chuyển sang trạng thái kích thích Năng lượng đưa điện tử π sang trạng thái kích thích khá nhỏ, tương ứng với ánh sáng ở vùng khả kiến 400 – 500nm Vì vậy, carotene có màu từ vàng, cam hay đỏ Mối tương quan giữa màu sắc của carotene và tính hấp thu ánh sáng được ứng dụng phổ biến để kiểm tra carotene [13]

Do carotene hấp thu ánh sáng mạnh ở vùng khả kiến nên phân tử carotene dễ dàng chuyển từ mức năng lượng cơ bản S0 sang trạng thái kích thích thứ S1, S2, từ trạng thái S2 (singlet) dễ dàng chuyển sang trạng thái kích thích T1 (triplet) Vì năng lượng ở trạng thái kích thích T1 của carotene thấp nên các phân tử chlorophyll hay các vòng porphyrins ở trạng thái kích thích (triplet) dễ dàng truyền năng lượng cho carotene hơn truyền năng lượng cho oxy Nếu năng lượng truyền cho oxy sẽ tạo thành oxy ở trạng thái kích thích 1O2 (singlet oxygen), 1O2

là một chất oxy hóa mạnh Carotene cũng có thể nhận năng lượng kích thích khi 1

O2 hình thành Trạng thái năng lượng kích thích T1 của phân tử carotene rất thấp nên việc truyền năng lượng cho các phân tử xung quanh không gây hại tế bào Vì

lý do đó, phân tử β- carotene có thể bảo vệ tế bào khỏi tác hại của ánh sáng và oxy [13]

Vì khả năng truyền năng lượng một cách hiệu quả ở trạng thái kích thích singlet hay triplet nên phải quan tâm đến các phản ứng xảy ra khi cất giữ, bảo quản carotene [13]

Tính chất hóa học:

- Sự oxy hóa: các gốc oxy hóa với thế oxy hóa khử cao có thể lấy một điện tử của carotene tạo gốc cation

CAR + ROO•
•CAR-OOR

Sự nhận thêm điện tử hoặc liên kết với nhóm khác làm phân tử carotene trở nên không bền, phân tử dễ gãy đôi tạo thành hai phân tử mới

Nhóm cuối của carotene có vai trò trong việc định tính Tuy nhiên, chuỗi polyene

là nơi phản ứng mạnh nhất trong phân tử do vùng này giàu điện tử và vì vậy dễ liên kết với các gốc thiếu điện tử khác Chuỗi polyene làm phân tử carotene trở nên không bền với tác nhân oxy hóa Sự oxy hóa làm gãy phân tử carotene nếu cất giữ sản phẩm trong điều kiện có dấu vết của oxy, biểu hiện qua sự mất màu

Các gốc tự do như peroxy ROO. hay hydroxyl HO. là những gốc oxy hóa gây nên

bệnh tật cho con người Carotene có vai trò như chất chống oxy hóa vì có khả năng phản ứng với các gốc tự do để tạo nên các sản phẩm vô hại hay phá vỡ phản

trò chất chống oxy hóa, carotene cần liên kết với các mô để định vị ở những vị trí thích hợp và phải ở nồng độ tương thích với tác nhân oxy hóa và phân tử carotene cần phải được bảo vệ [13]

1.2.3 Carotene trong cơ thể sống:

Những tính chất lý hóa của carotene được nghiên cứu trong môi trường dung môi hữu cơ Trong cơ thể sống, carotene tồn tại trong các hệ thống phức tạp như protein, lipid, màng tế bào ở dạng gắn xen vào và được định vị, định hướng trong những phức hệ này [13]

Hình dạng, kích thước và tính kỵ nước của carotene quyết định khả năng giúp carotene gắn xen vào các cấu trúc phụ của tế bào [13]

Khi carotene cố định trên màng tế bào, chúng có thể hoạt động hữu hiệu cả trong môi trường kỵ nước ở bên trong màng, trong khi đó nhóm cuối của chúng có thể quay ra hoạt động trong môi trường phân cực như nước Vì vậy, carotene (như zeaxanthin) có hai nhóm cuối phân cực có thể gắn xuyên qua màng làm màng thêm vững chắc [13]

Carotene có thể kết hợp với phần kỵ nước của protein hay thành phần lipid của lipoprotein, điều này khiến carotene có thể được vận chuyển và hoạt động trong môi trường nước [13]

1.3 Các chất mang:

1.3.1 Maltodextrin:

Maltodextrin là một polysaccharide thường được sử dụng như một chất phụ gia thực phẩm Maltodextrin được sản xuất từ quá trình thủy phân một phần tinh bột tạo thành những đọan dextrose có chiều dài trung bình, có khả năng giải phóng

Trong phân tử maltodextrin các D-glucose nối với nhau qua liên kết 1,4 glucosidic, số lượng phân tử glucose trong maltodextrin dao động từ 3 đến 19 phân tử [7, 16, 22]

Maltodextrin được phân lọai chủ yếu qua chỉ số DE (dextrose equivalent) Chỉ số

DE giao động từ 3 đến 20 Chỉ số DE càng cao thì số chiều dài chuỗi phân tử gluose càng ngắn, độ ngọt và độ hòa tan càng cao [7, 16, 22]

Khi hòa tan trong nước gelatin hình thành dung dịch có độ nhớt cao

Gelatin tan trong các dung môi phân cực Gelatin tạo gel ở trong một khoảng nhiệt độ hẹp Trên khoảng này là điểm nóng chảy của gelatin, dưới khoảng nhiệt

độ này là nhiệt độ đông, tức gelatin sẽ kết tinh lại Gelatin thường được sử dụng như chất ổn định, chất làm đặc, chất tạo gel, tạo cấu trúc trong công nghiệp thực phẩm [12, 16]

Gelatin ít có giá trị dinh dưỡng do ít chứa các acid amin thiết yếu, thành phần amino acid chính trong gelatin là glycine và prolin Thành phần amino acid của gelatin khác nhau tùy theo nguyên liệu sản xuất gelatin [12, 16]

1.4 Hạn sử dụng của sản phẩm thực phẩm:

Hạn sử dụng cung cấp thông tin quan trọng về chất lượng của thực phẩm trong suốt quá trình lưu trữ, bảo quản Việc nghiên cứu hạn sử dụng trong một thời gian dài không phù hợp với yêu cầu về thời hạn phát triển một sản phẩm thực phẩm Chính vì vậy, người ta nghiên cứu hạn sử dụng trong điều kiện khắc nghiệt để rút ngắn thời gian nghiên cứu, qua đó các yếu tố gây suy giảm chất lượng được nghiên cứu như ảnh hưởng của nhiệt độ, nước, …[6, 21]

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến việc hư hỏng của sản phẩm thực phẩm có thể kể

ra như sau:

- Sự hư hại do vi sinh vật, đôi khi kèm theo sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh

- Hoạt động của các chất hóa học hay các enzyme làm gãy phân tử lipid từ đó màu sắc, mùi vị và cấu trúc thay đổi

- Độ ẩm làm thay đổi cấu trúc, hoạt độ nước và cả hương vị

Các công thức và qui trình của một sản phẩm tác động vào các yếu tố gây hư hỏng thực phẩm như trên bao gồm: (1) độ ẩm và hoạt độ nước; (2) pH; (3) trao đổi nhiệt; (4) hệ nhũ hóa; (5) chất bảo quản và phụ gia; và (6) bao bì [21]

1.4.1 Động học của phương pháp kiểm tra hạn sử dụng:

Việc dự đoán trước hạn sử dụng của sản phẩm thực phẩm dựa trên nguyên lý nhiệt độ của phản ứng động học Tốc độ phản ứng tùy thuộc vào thành phần của

n A

Qkdt

dQ

)(

1.4.2 Khái niệm về Q10:

Khi nghiên cứu hạn sử dụng của thực phẩm, điều mà người nghiên cứu muốn biết

là thời gian sản phẩm duy trì chất lượng ở điều kiện nhiệt độ tăng cường tương đương với thời gian bao lâu ở nhiệt độ phòng [6, 21]

Mỗi phản ứng phân hủy hóa học cần một năng lượng khởi động, đó chính là năng lượng hoạt hóa, đơn vị kcal/mol Phản ứng có năng lượng hoạt hóa càng cao thì tốc độ phân hủy ở nhiệt độ tăng cường cũng cao Q10 là khái niệm diễn tả sự gia tăng tỷ lệ phản ứng khi nhiệt độ tăng 100C [21]

Ví dụ: Một thực phẩm ổn định trong 20 tuần ở 200C và 10 tuần ở 300C thì Q10bằng 20/10 là 2, nghĩa là tốc độ phản ứng phân hủy tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng

100C Giá trị này tính được khi thực hiện lưu trữ sản phẩm ở hai giá trị nhiệt độ hay nhiều hơn, mỗi giá trị cách nhau 100C

Các loại ngũ cốc có các enzyme oxy hóa chất béo, giá trị Q10 khoảng bằng 2, trong khi ngũ cốc ít chất béo và không có enzyme oxy hóa chất béo có Q10khoảng bằng 3 Bột cà chua do không có enzyme gây sự hóa nâu và có năng

1.4.3 Thiết kế thí nghiệm kiểm tra hạn sử dụng:

Bước đầu tiên khi nghiên cứu hạn sử dụng của một sản phẩm là chọn phản ứng phân hủy sẽ diễn ra trong sản phẩm khi lưu trữ ở nhiệt độ tăng cường Phản ứng này phải đo lường được và là yếu tố chỉ thị cho sự suy giảm chất lượng sản phẩm Thông tường các phản ứng này là sự oxy hóa lipid, sự mất vitamin, sự tăng hay giảm độ ẩm, … [6, 21]

Bước thứ hai là chọn bao bì để chứa đựng sản phẩm và điều kiện nhiệt độ lưu trữ phù hợp sao cho thu được kết quả đáng tin cậy trong thời gian thích hợp Các nhiệt độ thường được chọn là 20, 30, 40 và 550C Ít nhất phải chọn hai điều kiện

về nhiệt độ nếu điều kiện nhiệt độ là ba hay bốn điều kiện sẽ cho kết quả chính xác hơn Có thể sử dụng mẫu đối chứng ở 00F Điều kiện nhiệt độ càng cao, tần suất kiểm tra phải càng dày [21]

Labuza đưa ra công thức cho tần suất kiểm tra như sau: [21]

10 / 10

Chuẩn bị nguyên liệu:

Gấc đem thí nghiệm được bổ đôi, tách lấy màng hạt gấc, bỏ hạt Thí nghiệm chỉ

sử dụng phần màng hạt gấc, bỏ phần vỏ, thịt quả và hạt gấc

2.1.2 Chất mang:

2.1.2.1 Maltodextrin:

Maltodextrin sử dụng trong thí nghiệm có xuất xứ từ Đức

Chọn maltodextrin có DE cao thì lượng đường khử trong đó nhiều dẫn đến khả năng hút ẩm tăng làm quá trình sấy kéo dài tốn kém năng lượng cũng như khả năng tạo màng bao không tốt Do đó, trong nghiên cứu này chúng tôi chọn maltodextrin có DE = 10