Báo cáo Chlorophyll và những biến đổi trong chế biến và bảo quản thực phẩm

BÀI BÁO CÁO CHLOROPHYLL & NHỮNG BIẾN ĐỔI TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM LỚP : HC 04 BK 01 GVBM : ThS TÔN NỮ MINH NGUYỆT SV THỰC HIỆN : PHẠM THỊ NGỌC HẠNH TRỊNH THỊ NGUYÊN ANH NỘI DUNG TRÌNH BÀY ĐỊNH NGHĨA PHÂN LOẠI & CẤU TẠO TÍNH CHẤT BIẾN ĐỔI TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN ỨNG DỤNG KẾT LUẬN 1.ĐỊNH NGHĨA: Chlorophyll (diệp lục tố) là một sắc tố màu lục ở thực vật, đặc biệt là ở lá, giúp cây sử dụng ánh sáng mặt trời trong quá trình quang hợp (quá trình chủ yếu tạo ra các hợp chất hữu cơ và nguồn oxy duy nhất cho trái đất), cho phép lá cây tạo tinh bột từ dioxyt cacbon và nước. Ở thực vật, Chlorophyll thường có khả năng che khuất những màu khác khiến cho lá cây có màu xanh đặc trưng. Chỉ có vài trường hợp đặc biệt, Chlorophyll mới bị che bởi các màu khác. Nhưng trong quá trình trái cây chín hoặc lá già thì màu xanh này thay đổi là do Chlorophyll bị mất đi, thay thế bằng màu của những chất khác. Chlorophyll có vai trò chuyển đổi năng lượng mặt trời(quang năng) thành năng lượng hóa học (hoá năng). Không có dạng lấy năng lượng này, cây sẽ không thực hiện được các phản ứng phức tạp trong quá trình quang hợp. Oxford Scientific Films/Richard Kirby CHLOROPHYLL DƯỚI KÍNH HIỂN VI Trong các phần xanh của cây, Chlorophyll có trong tổ chức đặc biệt, phân tán trong nguyên sinh chất, gọi là lục lạp (Chloroplast) hay hạt diệp lục. HẠT DIỆP LỤC (CHLOROPLAST) Hàm lượng của Chlorophyll trong cây xanh chiếm khoảng 1% chất khô. 2.PHÂN LOẠI: a) Phân loại: Chlorophyll thường tồn tại dưới hai dạng: Chlorophyll a và Chlorophyll b. Sự khác nhau giữa hai dạng này là Chlorophyll a có nhóm methyl ở Carbon C-7 còn trong khi đó thì ở Chlorophyll b là nhóm aldehyde. Công thức cấu tạo: -Chlorophyll a: C55H72MgN4O5 -Chlorophyll b: C55H70MgN4O6 CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA CHLOROPHYLL Đối với chlorophyll a : * là CH3 Đối với chlorophyll b: * là CHO Ngoài ra còn có diệp lục tố phụ a’ và b’ liên quan tới nhóm chính ở sự nghịch chuyển của nhóm carbomethoxy ở vị trí C10. Chúng cũng có quang phở hấp thụ giớng diệp lục tớ chính. Diệp lục tớ a’ và b’ với diệp lục tố ́ chính có thể chuyển hóa lẫn nhau.Quá trình này xảy ra khá chậm ở nhiệt đợ phòng nhưng ở những mơ thực vật bị đớt nóng thì khá nhanh. Bacon và Holden (1967) đã chứng minh được 10% diệp lục tố a và bị̣ chuyển hóa tương ứng thành diệp lục tớ a’ và b’ khi để lá cây trong nước sơi trong 5 phút. Phản ứng này cũng xảy ra khá nhanh trong dung mơi hữu cơ. Diệp lục tớ a’ là một cấu tử của màng quang hợp. b) Tỷ lệ: Trong đa số thực vật bậc cao thì tỷ lệ giữa Chlorophyll a và Chlorophyll b là : 3/1, tỷ lệ này có thể thay đổi dựa vào nhiều yếu tố như loài, trạng thái, môi trường (độ sáng, độ ẩm, chất khoáng,…) VD: Thực vật sống ở nơi có ánh sáng nhiều thì thường có tỷ lệ Chlorophyll a so với Chlorophyll b cao hơn đổi với thực vật sống ở chỗ mát, tối. Đối với trái cây, khi chín, tỷ lệ này (3/1) có khuynh hướng giảm xuống nhưng trong vài trường hợp đặc biệt thì tỷ lệ này lại tăng lên (do Chlorophyll b bị phân hủy nhanh hơn Chlorophyll a). 3.TÍNH CHẤT: A) TÍNH CHẤT VẬT LÝ: Chlorophyll hấp thu mãnh liệt ánh ánh sáng có bước sóng từ đỏ đến xanh (chàm). B) TÍNH CHẤT HÓA HỌC : Trong quá trình chế biến và bảo quản rau quả diệp lục tớ thường bị mất đi. Diệp lục dễ bị chuyển hóa hoặc thoái biến cả ở trong và ngoài tế bào thành 1 loạt các dẫn xuất nâu và xanh ơliu hoặc thành các phân tử khơng màu có khả năng phát huỳnh quang hoặc khơng do quá trình làm mất màu diệp lục bằng hóa chất hay ánh sáng . Các sản phẩm có màu nâu ơliu gờm: pheophytin, pheophorbide, pyropheophytin, và pyropheophorbide. Các sản phẩm màu xanh ơliu :chlorophyllide, pyrochlorophyll và đờng phân của chlorophyll là hydroxychlorophyll. (hình 8.5) Phản ứng thủy phân Phản ứng oxi hóa: Phản ứng xà phòng hóa: 3.1.Chlorophyllide: Nhóm ester phytyl dễ bị thủy phân cho chlorophyllide và phytol C55H72O5N4Mg + kiềm = (C32H30ON4Mg)(COONa)2 + +CH3OH +rượu phytol C55H70O6N4Mg + kiềm = (C32H28O2N4Mg)(COONa)2 + +CH3OH+ rượu phytol Sự thủy phân có thể diễn ra dưới những điều kiện axit hoặc bazơ nhẹ. Trong tế bào thì sự thủy phân được xúc tác bởi enzym chloropylase có ở tất cả các mơ thực vật, tập tr trung ở lá ,rất ít ở rễ và hạt.Enzym này định vị ở sắc lạp,khá bền với nhiệt và chỉ được hoạt hóa trong thời gian chín. 3.2.Pheophytin: Là dẫn xuất Mg tự do của chlorophyll Dưới tác dụng của axit của dịch bào và nhiệt đơ,̣ diệp lục sẽ biến đởi thành pheophytin a và b tương ứng: Chlorophyll+2HX = Pheophitin + MgX2 Trong quá trình này do enzym Mg dechelatase xúc tác ,ion Mg được thay thế bởi 2 hydro ,làm cho sản phẩm chế biến có màu xanh ơliu.Sự hình thành pheophytin diễn ra trong suớt quá trình xử lý nhiệt ,bảo quản đơng lạnh ,và cất trữ thực phẩm. 3.3.Pheophorbide: Khi thủy phân chlorophyll khơng sinh ra phytol thì ta nhận được pheophorbide. Trong phân tử pheophorbide khơng có ion Mg2+. Ngoài ra ,thủy phân pheophytin bằng enzym chlorophyllase hoặc loại ion Mg2+ ra khỏi chlorophyllide bằng axit của dịch bào hoặc bằng enzym Mg dechelatase thì cũng được sản phẩm là pheophorbide. Việc ngâm nước muới sẽ có lợi cho hoạt đợng của enzym chlorophyllase và pH của nước muới cũng có lợi cho sự thay thế Mg trong diệp lục bởi hydro trong chloropyllide. 3.4.Pyrochlorophyll, pyrochlorophyllide, pyropheophytin và pyropheophorbide: Các chất này bị mất nhóm CO2CH3 ở vị trí C10 của vòng isocyclic và được thay bởi hydro. Gần đây người ta đã chỉ ra rằng pyropheophytin a và b là dẫn xuất chính của diệp lục làm cho rau quả đóng hợp có màu xanh ơliu. 3.5.Các đờng phân của chlorphyll ( hydroxychlorophyll): Chlorophyll bị oxi hóa se cho sản phẩm là hydroxychlorophyll có nhóm OH ở vị trí C10.Sự oxi hóa diễn ra theo cơ chế gớc tự do còn sự tự oxi hóa bị ức chế bởi carotenoit. Chất này được hình thành trong quá trình đun sơi mơ thực vật. Đờng phân của diệp lục tớ a và b tương ứng sẽ là diệp lục tớ a-1 và b-1. 3.6.Phức kim loại: Sự hình thành phức chất kim loại màu xanh lục khi làm mất màu diệp lục tớ trong quá trình xử lý nhiệt là phương pháp hữu hiệu để giữ màu sắc cho rau quả đóng hợp. Kẽm và đờng sẽ thay thế Mg trong vòng porphyrin. Những phức chất này có liên kết khá chắc chắn, bền với axit và nhiệt so với phức của Mg. Vòng porphyrin có Mg bị thay bởi Cu 3.7.Sự mất màu diệp lục tớ: Mất màu xanh ở rau chủ yếu là do sự oxi hóa dưới tác dụng của các enzym như lipoxygenase, peroxidase, oxidase. Ở các loại rau khơng xử lý bởi nhiệt, màu xanh của diệp lục bị mất do quá trình peroxi hoá chất béo. Quá trình này bắt đầu bằng việc tích tụ axit béo ở màng của tế bào thực vật sau khi phơi để làm đơng lạnh hoặc khi bị lão hóa.Các axit béo tự do có thể bị oxi hóa bởi enzym lipoxygenase thành các hydroperoxide, sau đó phản ứng với các thành phần khác như vitamin, carotenoid và kích thích quá trình oxi hoá chlorophyll thành các hỡn hợp khơng màu. 3.8.Sự mất màu diệp lục do tác dụng của ánh sáng (photobleaching): Diệp lục tớ rất nhạy với ánh sáng mặt trời,và đây là 1 trong những cơ chế quan trọng trong việc phá huỷ diệp lục. Quá trình này diễn ra trong tế bào chất, dung dịch diệp lục bị mất màu khi có ánh sáng chiếu và sự có mặt của oxi, hay là quang oxi hóa. Wise và Naylor (1987) đã đưa ra những bằng chứng về vai trò của O2,O2- trong việc phá vỡ chlorophyll trong quá trình photobleaching. 4.BIẾN ĐỞI CỦA CHLOROPHYLL TRONG CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN: 4.1.Biến đởi sau khi thu hoạch: Mất màu xanh là dấu hiệu của sự lão hóa sau khi thu hoạch. Đối với những lá già, màu có thể chuyển từ xanh sang vàng,đỏ,nâu tùy thuợc vào sự biến đởi của chlorophyll thành những sản phẩm khơng màu hoặc bị tẩy màu. Sự lão hóa đưa tới những biến đởi xấu, dẫn đến việc làm chết các tế bào, các mơ, … Sự mất màu ở diệp lục có thể so sánh với sự oxi hóa lipid. Thực vật có cơ chế bảo vệ chớng oxi hóa cao giữ diệp lục tớt hơn thực vật có cơ chế chớng oxi hóa thấp hơn. Ở mợt vài thực phẩm và ở những điều kiện cất trữ nhất định, các mơ có khả năng tởng hợp diệp lục sau khi thu hoạch, sau đó mới bị mất. (H. 8.8) Ethylene (C2H4) thúc đẩy nhanh tớc đợ mất màu chlorophyll ở rau quả trong khi nhiệt độ và nén áp suất (Controlled Atmosphere: CA) cản trở quá trình này. Lers et al (1998) chứng minh được ethylene đẩy nhanh sự mất màu chlorophyll ở rau cần giữ sau 8 ngày trong tới ở nhiệt đợ 250C. Ngược lại, nờng đợ CO2 cao sẽ làm chậm các quá trình lão hóa và vơ hiệu hóa sư lão hoá do methylene thúc đẩy. Paradis(1996), đã chứng tỏ lượng chlorophyll trong cải bơng được giữ lại sau 6 tuần bảo quản ở 2% O2 + 6% CO2 ở 40C. Ngược lại, 60% chlorophyll bị mất sau 4 tuần bảo quản ngoài trời. Tuy nhiên, khi hoa được chuyển ra ngoài trời sau khi bảoquản trong điều kiện CA thì lượng chlorophyll giảm, búp hoa vàng đi và nở rất nhanh. 4.2.Biến đởi trong quá trình chế biến: Để rau quả giữ được lâu và vơ hiệu hóa enzym, người ta thường xử lý nhiệt. Ở nhiệt đợ trên 600C, tế bào sẽ chết, phân tử pectin bị gãy mạch, cấu trúc tế bào khơng thể hời phục lại. Trong quá trình lên men, sự phát triển của vi khuẩn sẽ phá vỡ cấu trúc tế bào. Chlorophyll định vị trong các grana của lục lạp trong tế bào chưa bị phá hủy. Khi tế bào bị chết trong quá trình xử lý nhiệt, lục lạp sẽ mất,các grana bị phân tán và các giọt mỡ được bao trong 1 lớp màng. Khi màng tế bào chất bị vỡ, tính thẩm thấu của màng tăng lên, axit của dịch bào được giải phóng, dẫn tớiquá trình mất màu chlorophyll . Sự chuyển hóa chlorophyll thành pheophytin trong xử lý nhiệt phụ thuộc nhiệt độ, thời gian xử lý và pH. Từ 600C trở lên, quá trình chuyển thành pheophytin tăng nhanh khi nhiệt độ tăng. Chlorophyll a nhạy với nhiệt hơn chlorophyll b. Ở broccoli juice, chlorophyll a mất màu nhanh hơn chlorophyll b gấp 2 lần. Quá trình làm mất màu chlorophyll xảy ra theo 2 giai đoạn và sự thay đởi về màu sắc được nhận thấy khi gia nhiệt broccoli juice đặc biệt ở 90 và1000C. Giai đoạn đầu là pheophytin hóa, giai đoạn sau là phân hủy pheophytin thành pyropheophytin. Haisman và Clark (1975),đưa ra kết luận: 55% chlorophyll bị chuyển thành pheophytin trong 20 phút trong điều kiện xử lý nhiệt Brussels sprout ở 800C. Trái lại, chỉ có 39% bị chuyển hóa ở lá cây thuớc lá. (hình 8.10) . pH của Brussels sprout và lá cây thuớc lá sau khi xử lý nhiệt là 6.2 và 6.0. Haisman và Clark cũng kiểm tra tỉ lệ pheophytin hình thành ở nhiệt độ 600C ở 25 mơ cây với pH tăng dần từ 4,1 đến 7,2. Họ quan sát sự tăng pheophytin khi pH giảm. Tuy nhiên nhìn chung khơng có mới liên hệ chung giữa pheophytin và pH thấp. Haisman và Clark cũng có kết luận rằng sự ởn định chlorophyll trong những tế bào bị phá hủy phụ thuộc vào sự tập trung và dạng tự nhiên của axit dịch bào, và sự liên kết giữa chlorophyll và lipoprotein trong lục lạp. 4.3.Tẩy trắng̣ (blanching): Nếu tẩy khơng đủ thì màu sắc của sản phẩm sẽ thay đởi trong quá trình bảo quản đơng lạnh do hoạt động của enzym chlorophyllase và peroxidase. Ngoài ra dưới tác dụng của enzym lipoxygenase sẽ hình thành lipid hydroperoxide và gớc hydroperoxy tự do có thể làm mất màu chlorophyll. Nếu tẩy quá mức sẽ tạo ra những màu khơng mong muớn cho sản phẩm vì khi đó nó bị pheophytin hóa hoàn toàn, hình thành pyropheophytin và phá hủy luơn lục lạp. Sử dụng phương pháp tẩy trắng bằng nước, nước sẽ vào trong tế bào và những khoảng trớng trong nợi bào, lục lạp sẽ phờng lên và chất diệp lục sẽ khuếch tán qua tế bào, vào đĩa tẩy. Việc tẩy bằng nước nóng, hơi nước và microwave-steam không làm cho sản phẩm có sự khác biệt về màu sắc. 4.4.Nấu: Nấu đậu 3 phút trong nước, ta khơng thấy có ảnh hưởng lớn đến tởng lượng chlorophyll, tuy nhiên chlorophyll a và b thì tăng trong khi lượng chlorophyll a’ và b’ lại giảm. Chen 1993 đã ghi nhận sự thay đởi của các thành phần liên quan tới chlorophyll trong khi xử lý nhiệt bằng sóng viba ở lá khoai tây (bảng 8.4). Trong 8 phút nấu tởng lượng giảm đúng 7 lần. Chlorophyll a biến đởi thành chlorophyll a’, một đờng phân chlorophyll a, và pheophytin a mợt cách đều đặn .Trong khi đó chlorophyll b chuyển thành chlorophyll b’ trong 2 phút đầu, pheophytin b và pyropheophytin a sau 8 phút nấu mới xuất hiện. 4.5.Đóng hộp và diệt khuẩn: Trong quá trình đóng hợp và tiệt trùng màu của rau quả sẽ chuyển từ xanh lục của chlorophyll sang màu xanh oliu của pheophytin do yêu cầu xử lý nhiệt trong thời gian dài để đạt yêu cầu vơ trùng trong cơng nghiệp. Ví du: 100 % chlorophyll ở rau bina biến thành pheophytintrong 30 phút ở 1210C. Trong khi đó chỉ có 16% bị mất trong đơng lạnh. Rau quả đóng hộp có màu nâu oliu của pheophytin a và b cùng với pyropheophytin a và b. 4.6.Dehydrat hoá sấy: Thời gian sấy ở nhiệt đợ cao dẫn tới những sản phẩm kém chất lượng do quá trình caramen hóa, phản ứng Maillard, phản ứng enzym và làm mất màu của các chất màu thực phẩm như sự pheophytin hóa. Sự pheophytin hóa xảy ra ở các thực phẩm có hàm lượng nước thấp trong khi bảo quản. Sấy lá cây rau cần ở 80 và 90 0C, 3-7%chlorophyll chuyển thành pheophytin; còn sấy ở 100 và 1400C thì có 12-15%chuyển thành pheophytin. Những mẫu sấy được giữ trong 2 năm ở nhiệt đợ thấp chứa lượng pheophytin cao hơn những mẫu sấy ở nhiệt đợ cao. Bảo quản lâu chlorophyll b bền hơn chlorophyll a. Điều này ảnh hưởng đến màu của sản phẩm vì chlorophyll a có màu xanh lục còn chlorophyll b màu vàng xanh. Chloropyll bị mất ít nhất khi sấy trong tủ sấy ở 300C. Phương pháp sử dụng hơi nước làm tăng tính thẩm thấu của màng tế bào, có lợi cho sự dịch chuyển của nước và giảm thời gian sấy. 4.7.Ngâm nước muới và quá trình lên men: Dùng giấm hay axit trong muới dưa sẽ ảnh hưởng tới việc duy trì màu xanh của rau.Khi muới dưa ,bắp cải được xắt thành những miếng nhỏ và được để trong thùng kín với áp suất thấp,cho thêm axit trước khi loại khơng khí để giảm mạnh pH của sản phẩm. Trong quá trình lên men, ta phải tạo những điều kiện thích hợp cho sự lên men nhưng điều này cũng gây mất màu diệp lục. Ở quá trình chế biến dầu oli, pH thay đởi khá chậm, nguyên nhân chính làm mất màu chlorophyll là sự biến đởi thành chlorophyllide và sau đó là pheophorbide. Sự chuyển hóa chlorophyll thành pheophorbide là do tác dụng của pH chua, tức mơi trờng axit. Sự biến đởi chlorophyllide và chlorophyll là do hoạt đợng của chlorophyllase. Nếu trong hỡn hợp trơn có chứa các axit ưa nước như axit citric, malic, axit acetic,… sẽ giữ màu xanh của rau tớt hơn những hỡn hợp chứa axit kị nước như axit benzoicvì axit kị nước có thể khuếch tán qua màng lipid của lục lạp và phân ly H+ trong tế bào. 4.8.Sự đơng lạnh: Đơng lạnh là 1 trong những phương pháp quan trọng để giữ chất lượng rau quả trong thời gian bảo quản dài. Hầu hết rau quả được tẩy trước khi đơng lạnh đê ̉ngăn chặn sự mất màu do enzym và sự phát triển của khí thới.Tuy nhiên 1 sớ loại như càrớt thì khơng. Những yếu tớ ảnh hưởng đến chất lượng đơng lạnh là: nhiệt đợ, thời gian bảo quản và sự thay đởi nhiệt đợ trong kho thời gian bảo qủan tăng khi nhiệt đợ đơng lạnh tới thiểu là -25 đến -400C . Sự mất màu của các chất màu thực phẩm liên quan đến nhiệt đợ bảo quản, loại rau quá được xử lý, những bước chuẩn bị cần thiết của ngũ cớc , ưu tiên cho tẩy và đơng lạnh. Buckle và Edwards (1970), theo dõi quá trình mất màu của chlorophyll của đậu được tẩy và bảo quản ở -90C trong N2 suớt 20 tháng.(Hình 8.12) Lượng Chlorophyll giảm; chlorophyllide, pheophytin, pheophorbide tăng. Tuy nhiên sự tăng này không giải thích được lượng bị mất đi. Nguyên nhân là do hoạt động vủa các enzym chlorophillase, oeroxidase, lipoxygenase. 5. ỨNG DỤNG: Chức năng kiến tạo máu : Điểm khác biệt chính giữa cấu tạo của Chlorophyll và haemoglobin là nguyên tử trung tâm của Chlorophyll là Mg, trong khi haemoglobin là Fe, vì vậy, Chlorophyll đóng vai trò quan trong trong việc tái tạo máu. Những nghiên cứu được thực hiện trên những loài động vật khác nhau đã cho thấy Chlorophyll có thể giúp cho hồng huyết cầu trở lại bình thường trong vòng 4-5 ngàyđiều trị bằng Chlorophyll, dù rằng những động vật này được xác định là thiếu máu nghiêm trọng hoặc số lượng hồng cấu thấp. Tác động như một chất kháng sinh: Khoa học đã chứng minh rằng Chlorophyll sẽ chặn đứng sự tăng trưởng và phát triển của vi khuẩn, nó sẽ hoạt động để tạo ra một môi trường không thuận lợi cho vi khuẩn tăng trưởng. (Giáo sư Kapp và Gurney tại ĐH Loyola đã chứng minh rắng Chlorophyll tan trong nước sẽ ức chế tác động của vi khuẩn. Tác dụng khử mùi: Khi Chlorophyll được sử dụng với một liều lượng thích hợp có thể giảm những mùi “khó ưa” xuất phát từ cơ thể bao gồm hơi thối, hôi hoặc các sản phẩm bài tiết. Do có màu xanh đặc trưng nên Chlorophyll còn được ứng dụng trong công nghệ nhuộm (làm thuốc nhuộm), trong xà phòng, dầu ăn và bánh kẹo 6. KẾT LUẬN: Trong công nghệ thực phẩm, người ta phải bảo quản nông phẩm sau thu hoạch để giữ hàm lượng chlorophyll bằng cách: -Bảo quản trong điều kiện nhiệt dộ thích hợp nhất -Loại bỏ ethylene và ánh sáng -Bảo quản ở CA và MA. -Sử dụng nước nóng Trong đó nhiệt độ là nhân tố quan trọng nhất. Trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất đồ hộp, rau quả, người ta thường dùng các biện pháp sau đây: - Gia nhiệt nhanh trong một lượng nước sôi lớn (3-4l/kg) để làm giảm hàm lượng acid. Acid lúc này sẽ bị bay đi cùng với hơi nước. - Cây xanh trong nước cứng, carbonat kiềm thổ sẽ trung hoà một phần acid của dịch. Trong thực tế, để bảo vệ màu xanh của đậu đóng hộp, người ta cho vào hộp một ít dinatri glutamat. Hoặc để nhuộm màu xanh cho đậu vàng, người ta dùng chlorophyllil (chlorophyll + kiềm). Cholrophyll dễ bị hấp thụ trên bề mặt của hạt đậu và giữ được bền màu trên bề mặt đó làm cho màu hạt rất đẹp.