ĐỘNG HỌC SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC KHÓM Ở CÁC ĐIỀU KIỆN TIỀN XỬ LÝ KHÁC NHAU

- ĐỘNG HỌC SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC CỦA KHÓM Ở CÁC ĐIỀU KIỆN TIỀN XỬ LÝ KHÁC NHAU.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các quá trình tiền xử lý đến sự cải thiện cấu trúc của khóm đã được tiến hành để quả không bị mềm hoặc dai khi chế biến.
- Động học thay đổi cấu trúc của khóm được khảo sát khi xử lý khóm theo 3 mức nhiệt độ (50, 55 và 60 o C) ứng với 3 mức thời gian (10, 20 và 30 phút), kết hợp ngâm khóm trong dung dịch 0,5% CaCl 2 .
- Kết quả nghiên cứu cho thấy, mức độ cải thiện cấu trúc của khóm tùy thuộc vào việc áp dụng các chế độ tiền xử lý nhiệt khác nhau, trong đó giá trị độ cứng của sản phẩm là cao nhất khi xử lý nhiệt ở 55 o C trong 10 phút.
- Sự cải thiện cấu trúc khóm tốt nhất khi kết hợp chế độ tiền xử lý nhiệt với ngâm trong dung dịch CaCl 2 và ngược lại.
- Động học sự thay đổi cấu trúc của khóm ở các quá trình tiền xử lý khác nhau tuân theo phương trình chuyển đổi một phần (fractional conversion model)..
- Từ khóa: cấu trúc, độ cứng, tiền xử lý, Calcium choride, xử lý nhiệt.
- Tuy nhiên, việc xử lý nhiệt nhằm tiêu diệt vi sinh vật, kéo dài thời gian bảo quản trong chế biến các sản phẩm trái cây đóng hộp là nguyên nhân chính làm thay đổi giá trị dinh dưỡng và cảm.
- quan của sản phẩm cuối, đặc biệt là sự biến đổi cấu trúc.
- Chính vì thế, việc nghiên cứu tìm ra biện pháp xử lý thích hợp nhằm cải thiện cấu trúc khóm được sử dụng trong chế biến sản phẩm đóng hộp cần được quan tâm..
- Vai trò tích cực của dung dịch CaCl 2 trong cải thiện cấu trúc đã được ứng dụng đối với nhiều loại rau quả.
- reticulatus) gia tăng 300% so với điều kiện bình thường khi được ngâm trong dung dịch CaCl 2.
- Độ cứng của carrot cũng được cải thiện khi ngâm nguyên liệu 1 giờ trong dung dịch CaCl 2 0,5% (Sila et al., 2003.
- Sự cải thiện cấu trúc (độ cứng, độ giòn của rau quả) do tác động của việc ngâm nguyên liệu trong dung dịch CaCl 2 chủ yếu nhờ vào vai trò của ion Ca 2+ trong việc tạo sự ổn định hệ thống màng tế bào và hình thành Calcium pectate, làm phiến giữa và vách tế bào trở nên rắn chắc hơn (Lee et al., 1979.
- Mặt khác muối Calcium 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 độ cứng của tế bào (Luna-Guzmán et al., 2000).
- Đồng thời với tác động của Ca 2+ đến pectin trong việc cải thiện cấu trúc, việc tiền xử lý nhiệt rau quả ở chế độ nhiệt độ trung bình, từ 5070 o C (Basah and Ramaswamy, 1998) cũng đã được ứng dụng trong việc cải thiện chất lượng, đặc biệt trong ổn định cấu trúc đối với một số loại nguyên liệu như táo (Klein và Lurie, 1992), khoai tây (Aguilar et al., 1997).
- Thêm vào đó, việc áp dụng các chế độ tiền xử lý kết hợp (nhiệt và ngâm trong dung dịch CaCl 2 ) đã góp phần cải thiện đáng kể độ cứng của khoai tây (Hoff và Bartolome, 1972), ớt (Mohammed et al., 1991) hay carrot (Fuchigami et al., 1995;.
- Mục tiêu chủ yếu của nghiên cứu là xác định ảnh hưởng của các điều kiện tiền xử lý khác nhau (nhiệt độ, CaCl 2 ) đến sự thay đổi cấu trúc của khóm sau quá trình xử lý nhiệt.
- 2.2 Phương pháp đo đạc và xử lý số liệu 2.2.1 Phương pháp đo đạc.
- Tiến hành đo cấu trúc (g lực) của các mẫu khóm tươi và khóm sau xử lý bằng thiết bị đo cấu trúc (Texture Analyser TA-TX2i) với các thông số:.
- Số liệu sau khi thu thập được phân tích, tiến hành xử lý thống kê bằng phần mềm Statgraphic 3.1 và phân tích biến đổi động học bằng chương trình SAS 9.1.
- 2.2.2 Phân tích động học.
- Các nghiên cứu về động học sự thay đổi cấu trúc của các loại rau quả cho thấy, các biến đổi này thường tuân theo phương trình bậc một chuyển đổi một phần (fractional conversion model).
- Khi đó, độ cứng của nguyên liệu không đổi và được biểu diễn là H.
- Trong đó: H cấu trúc thay đổi theo thời gian t H o cấu trúc ban đầu.
- H  cấu trúc còn lại sau quá trình xử lý nhiệt kéo dài t: thời gian xử lý nhiệt (phút).
- 2.3.1 Khảo sát sự thay đổi cấu trúc của khóm khi ngâm trong dung dịch CaCl 2 ở các nồng độ khác nhau.
- Sau khi ngâm, vớt ráo mẫu khóm và cho vào ống chứa mẫu bằng thép không rỉ (10 mẫu/ống) đem xử lý nhiệt ở 90 o C trong 20 phút.
- không được ngâm trong dung dịch CaCl 2 trước khi xử lý nhiệt chính ở 90 o C trong 20 phút.
- Chọn chế độ ngâm thích hợp dựa vào kết quả phân tích thống kê theo chương trình Statgraphic 3.1..
- 2.3.2 Khảo sát sự thay đổi cấu trúc của khóm theo các quá trình tiền xử lý nhiệt khác nhau.
- Nguyên liệu khóm cũng được xử lý tương tự thí nghiệm 1.
- Khóm sau khi xử lý cơ học (cắt thành mẫu hình trụ với kích thước 20 mm x 15 mm) được đem tiền xử lý nhiệt nhằm kích hoạt PME ở 3 mức nhiệt độ o C ứng với 3 mức thời gian 10 phút, 20 phút, và 30 phút.
- Sau quá trình tiền xử lý, mẫu được ngâm trong dung dịch muối CaCl 2 với nồng độ ngâm tối ưu được chọn ở thí nghiệm 1.
- Các mẫu khóm sau khi ngâm trong dung dịch CaCl 2 sẽ được cho vào các ống hình trụ làm bằng thép không rỉ và đem xử lý nhiệt ở 90 o C (sử dụng bộ điều nhiệt).
- Tiến hành đo đạc sự thay đổi độ cứng khóm sau mỗi khoảng thời gian phút..
- Từ kết quả đã thu thập được, tiến hành phân tích quy luật động học sự thay đổi cấu trúc của khóm sau quá trình xử lý ở các chế độ khác nhau thông qua hằng số tốc độ k và xác định chế độ tiền xử lý nhiệt phù hợp nhằm cải thiện độ cứng của khóm..
- 2.3.3 Khảo sát sự thay đổi cấu trúc của khóm theo các chế độ tiền xử lý kết hợp Khóm sau khi xử lý cơ học (cắt thành mẫu hình trụ với kích thước 20 mm x 15 mm) được đem tiền xử lý ở 5 điều kiện khác nhau: khóm không qua quá trình tiền xử lý (đối chứng), khóm chỉ được ngâm trong dung dịch CaCl 2 có nồng độ tối ưu từ thí nghiệm 1, khóm chỉ được tiền xử lý nhiệt riêng lẻ ở chế độ nhiệt độ - thời gian thích hợp được lựa chọn từ thí nghiệm 2 và cuối cùng mẫu khóm được tiến hành tiền xử lý kết hợp nhiệt độ trước và sau khi ngâm trong dung dịch CaCl 2 .
- Các mẫu khóm sau quá trình tiền xử lý sẽ được cho vào các ống hình trụ làm bằng thép không rỉ và đem xử lý nhiệt ở 90 o C (sử dụng bộ điều nhiệt).
- Tiến hành đo đạc sự thay đổi cấu trúc khóm sau mỗi khoảng thời gian phút..
- Chế độ xử lý thích hợp dựa trên kết quả phân tích động học được xác định..
- 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối ngâm CaCl 2 đến độ cứng của khóm.
- Độ cứng (g lực) là thông số ban đầu và quan trọng nhất để đánh giá cấu trúc của rau quả (Van Buren, 1979).
- Tiến hành đánh giá độ cứng của khóm đã qua xử lý nhiệt ở 90 o C trong thời gian 20 phút sau khi các mẫu khóm này được ngâm trong dung dịch CaCl 2 với các nồng độ ngâm khác nhau.
- Kết quả nghiên cứu ở hình 1 cho thấy, đặc tính cấu trúc của khóm được cải thiện khi khóm được ngâm trong dung dịch CaCl 2 ở các nồng độ khác nhau.
- Ở nồng độ CaCl 2 trong dịch ngâm là 0,5%, độ cứng của khóm cao và có sự khác biệt đáng kể khi so sánh với khóm không được tiền xử lý hóa chất hay khóm được ngâm trong dung dịch CaCl 2 1%..
- Đồng thời dưới sự hiện diện của ion Ca 2+ cũng làm bất hoạt enzyme PG (enzyme phá vỡ cấu trúc) khi đó nguyên liệu khóm tránh được sự tác động của enzyme này và hạn chế sự giảm cấu trúc.
- những làm bất hoạt enzyme PME (Sam et al., 1993), giảm độ cứng của khóm mà lượng thừa này còn có tác động không mong muốn đến tính chất cảm quan sản phẩm, tạo vị đắng, chát và mặn…(Luna-Guzmán et al., 2000).
- Hình 1: Đồ thị biễu diễn sự thay đổi độ cứng của khóm theo nồng độ CaCl 2.
- 3.2 Động học sự thay đổi cấu trúc của khóm theo nhiệt độ và thời gian ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau.
- Việc kích hoạt enzyme PME có sẵn trong nguyên liệu sẽ góp phần làm cải thiện độ cứng của sản phẩm nhờ vào sự hình thành thêm các pectin có độ methoxyl thấp, tăng khả năng gắn kết của Ca 2+ và tạo mạch Calcium pectate trong tế bào.
- Tùy thuộc vào từng loại rau quả mà khả năng hoạt động enzyme PME sẽ thay đổi trong phạm vi nhiệt độ khác nhau, dao động trong khoảng từ 50 70 o C (Basah and Ramaswamy, 1998).
- Kết quả các thí nghiệm thăm dò cho thấy, khi khóm được tiền xử lý nhiệt ở khoảng nhiệt độ từ 65  70 o C có giá trị độ cứng thấp, không có sự cải thiện khi so sánh với mẫu đối chứng (không qua giai đoạn tiền xử lý).
- Chính vì thế, nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ tiền xử lý nhiệt đến sự thay đổi cấu trúc của khóm được thực hiện ở 3 mức nhiệt độ 50, 55 và 60 o C ứng với 3 mức thời gian 10, 20 và 30 phút..
- Nghiên cứu biến đổi động học của cấu trúc được khảo sát với khoảng thời gian kéo dài và số nghiệm thức lớn, chính vì thế nguyên liệu khóm tươi chỉ được đảm bảo thu tại cùng một ruộng khóm và cùng một vụ thu hoạch nhưng ở các thời điểm khác nhau.
- Do đó, độ cứng tương đối (tỷ lệ của độ cứng của các mẫu khóm đã qua chế độ tiền xử lý so với độ cứng của nguyên liệu khóm ban đầu) được sử dụng thay thế giá trị độ cứng.
- Kết quả sau khi đo đạc được thu thập và xử lý được tổng hợp ở Bảng 1và Bảng 2..
- Kết quả thí nghiệm cho thấy dưới tác động của nhiệt độ, cấu trúc khóm có sự thay đổi rất lớn, điển hình giá trị độ cứng còn lại (H.
- ở các quá trình tiền xử lý khác nhau có thể được mô tả theo phương trình chuyển đổi một phần.
- Bảng 1: Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển đổi một phần của sự thay đổi cấu trúc khóm (độ cứng tương đối) ở các chế độ tiền xử lý nhiệt.
- Chế độ tiền xử lý H ∞ k (1/phút) R 2 SD.
- 60 o C 10 phút phút phút Bảng 2: Phương trình động học sự thay đổi cấu trúc khóm (độ cứng tương đối) theo nhiệt độ.
- và thời gian ở các quá trình tiền xử lý khác nhau.
- Chế độ tiền xử lý H o H ∞ k (1/phút) Phương trình.
- Khi tiến hành tiền xử lý khóm ở nhiệt độ 50 o C và ứng với 3 mức độ thời gian 10 phút, 20 phút và 30 phút, kết quả thu được (bảng 1, bảng 3) cho thấy tốc độ thay đổi cấu trúc giảm đi theo thời gian tiền xử lý và tỷ lệ độ cứng còn lại cũng tăng theo thời gian.
- Điều này cho phép khẳng định có sự cải thiện độ cứng của khóm (do sự hình thành cầu nối Calcium pectate) ở chế độ tiền xử lý nhiệt 50 o C kết hợp với việc ngâm khóm trong dung dịch CaCl 2 0,5.
- 30 phút và sự thay đổi này phụ thuộc vào hoạt động của enzyme PME trong nguyên liệu khóm.
- Kết quả tương tự cũng xảy ra đối với trường hợp tiền xử lý nhiệt ở 2 mức nhiệt độ 55 và 60 o C.
- Tỷ lệ độ cứng còn lại giảm theo nhiệt độ tiền xử lý từ 55 đến 60 o C và tỷ lệ độ cứng còn lại cao nhất ở chế độ tiền xử lý nhiệt 55 o C-10 phút kết hợp với ngâm CaCl 2 0,5 % trong 30 phút (bảng 2, hình 2).
- Kết quả này cho thấy khả năng hoạt động của enzyme PME ổn định nhất là ở 55 o C và sự hoạt động này bị yếu dần theo nhiệt độ và thời gian tiền xử lý, do đó sự cải thiện cấu trúc từ đó cũng giảm dần.
- Hình 2: Động học sự thay đổi độ cứng của khóm ở chế độ tiền xử lý 55 o C.
- Dựa trên các kết quả đã thu thập được, chế độ tiền xử lý nhiệt ở 55 o C trong 10 phút được lựa chọn là thông số tiền xử lý tối ưu trong cải thiện cấu trúc của nguyên liệu khóm Queen (nguồn được trồng ở Vị Thanh)..
- 3.3 Động học sự thay đổi cấu trúc của khóm ở các chế độ tiền xử lý kết hợp Sự cải thiện độ cứng của khóm nhờ vào việc kích hoạt enzyme PME trong sự hiện diện của ion Ca 2+ được khảo sát nhằm tìm ra quy luật sự thay đổi độ cứng của khóm sau các quá trình tiền xử lý kết hợp.
- Sự thay đổi độ cứng của khóm theo các chế độ tiền xử lý kết hợp, dựa trên các thông số đơn lẻ về nhiệt độ, thời gian tiền xử lý cũng như nồng độ và thời gian ngâm trong dung dịch CaCl 2 được xác định nhằm tìm ra tương tác phù hợp, có khả năng cải thiện cấu trúc khóm tốt nhất.
- Các kết quả sau đo đạc được tính toán, xử lý và tổng hợp ở bảng 3 và bảng 4.
- Đồ thị biểu diễn phương trình động học sự thay đổi cấu trúc của khóm ở các chế độ tiền xử lý kết hợp được thể hiện ở Hình 3..
- Thông số và phương trình động học thu được ở Bảng 4 và Hình 3 cho thấy động học sự thay đổi cấu trúc của khóm ở các quá trình tiền xử lý khác nhau cũng tuân theo phương trình chuyển đổi một phần, vẫn có sự tồn tại một phần dạng cấu trúc bền nhiệt và dạng cấu trúc không bền nhiệt trong vách tế bào của khóm..
- Khi áp dụng các chế độ tiền xử lý khác nhau thì độ cứng của khóm cũng thay đổi khác nhau.
- Độ cứng tương đối còn lại (H.
- của khóm khi áp dụng các chế độ tiền xử lý nhiệt độ và hóa chất riêng lẻ hay kết hợp cả hai chế độ tiền xử lý nhiệt và ngâm trong dung dịch CaCl 2 đều cho kết quả khóm có độ cứng cao hơn so với mẫu đối chứng ban đầu không tiền xử lý.
- Tuy nhiên, khả năng cải thiện độ cứng khóm khi chỉ tiền xử lý nhiệt tỏ ra kém hiệu quả hơn khi so sánh với các chế độ tiền xử lý khác.
- Khả năng cải thiện cấu trúc của khóm khi áp dụng chế độ tiền xử lý nhiệt trước khi ngâm trong dung dịch CaCl 2 tỏ ra hiệu quả hơn trường hợp ngược lại.
- COOH tự do của pectin nhiều nhất đồng nghĩa với việc ion Ca 2+ sẽ gắn vào COO - tự do để tạo Calcium pectate góp phần cải thiện cấu trúc tốt nhất (Backer and Wicker,1996).
- Như vậy, chế độ tiền xử lý nhiệt ở 55 o C trong thời gian 10 phút trước khi được ngâm 30 phút trong dung dịch CaCl 2 0,5% là chế độ tối ưu được đề nghị nhằm cải thiện cấu trúc (thể hiện qua thông số độ cứng) của nguyên liệu khóm Queen..
- Bảng 3: Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển đổi một phần của sự thay đổi độ cứng khóm theo chế độ tiền xử lý khác nhau.
- Không tiền xử lý Chỉ tiền xử lý nhiệt Chỉ ngâm CaCl .
- tiền xử lý nhiệt Tiền xử lý nhiệt.
- 7 Bảng 4: Phương trình động học sự thay đổi độ cứng khóm theo nhiệt độ và thời gian ở các.
- quá trình tiền xử lý khác nhau.
- Chế độ tiền xử lý H o H ∞ k.
- Không tiền xử lý H/H o exp(-0,0203t) Chỉ tiền xử lý nhiệt H/H o = 0,75195+exp(-0,0116t) Chỉ ngâm CaCl H/H o exp(0,0184t) Ngâm CaCl 2 + tiền.
- xử lý nhiệt H/H o exp(-0,0128t) Tiền xử lý nhiệt.
- Ngâm CaCl 2 + Tiền xử lý 0 Tiền xử lý.
- x Tiền xử lý + Ngâm CaCl 2.
- Hình 3: Động học sự thay đổi độ cứng khóm ở các chế độ tiền xử lý kết hợp.
- Những kết quả nghiên cứu cho phép kết luận, việc áp dụng các chế độ tiền xử lý ở mức nhiệt độ trung bình và kết hợp ngâm khóm trong dung dịch CaCl 2 có khả năng cải thiện đáng kể độ cứng của khóm.
- Sự giảm độ cứng ở chế độ tiền xử lý nhiệt 55 o C là thấp nhất và tốc độ hoạt động của enzyme PME cao nhất khi xử lý nhiệt ở 55 o C trong thời gian khoảng 10 phút.
- Độ cứng của khóm được giữ ở giá trị cao khi áp dụng chế độ tiền xử lý nhiệt 10 phút ở 55 o C trước khi ngâm khóm trong dung dịch CaCl 2 0,5% trong thời gian 10 phút.
- Động học sự thay đổi cấu trúc của khóm ở các quá trình tiền xử lý khác nhau tuân theo phương trình chuyển đổi một phần (fractional conversion model).
- Điều này có nghĩa là trong nguyên liệu khóm không những có một phần dạng cấu trúc không bền nhiệt mà còn tồn tại một dạng cấu trúc khác (cấu trúc bền với nhiệt).