Đề tài Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm

Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM LÊ TRUNG HẬU MSSV: 2021480 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG VITAMIN C TRONG KHÓM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Mã ngành: 08 Người hướng dẫn TRẦN THANH TRÚC NĂM 2007 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 1 LỜI CẢM TẠ Sau ba tháng nghiên cứu đề tài luận văn tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ thực phẩm, Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ, đến hôm nay đã hoàn thành quá trình nghiên cứu và thu được kết quả. Chân thành cảm ơn cô Trần Thanh Trúc đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và truyền đạt kiến thức, những kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn thầy Lý Nguyễn Bình, trưởng Bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình. Chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Mười đã luôn quan tâm, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn thầy cố vấn học tập Nhan Minh Trí đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường. Chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện cho em học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài luận văn. Cảm ơn các bạn cùng lớp Công nghệ thực phẩm K28 đã giúp đỡ và đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian học tập tại trường. Kính chúc quý thầy cô và các bạn luôn vui và thành công! Chân thành cảm ơn! Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 2 TÓM LƯỢC Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt lên sự phân hủy vitamin C trong khóm. Thí nghiệm được tiến hành trên cơ sở thay đổi nhiệt độ và thời gian xử lý, từ đó rút ra động học sự phân hủy vitamin C trong khóm. Động học sự phân hủy vitamin C trong khóm sau quá trình xử lý ở các chế độ xử lý nhiệt kết hợp với bổ sung hóa chất (đường, muối Calcium) cũng được khảo sát. Kết quả nghiên cứu cho thấy: - Động học sự phân hủy vitamin C trong khóm tuân theo phương trình chuyển đổi một phần (fractional conversion model), nghĩa là vitamin C trong khóm tồn tại ở hai dạng: dạng bền nhiệt và dạng không bền nhiệt. - Khi nhiệt độ càng tăng thì tốc độ phân hủy vitamin C càng lớn, hàm lượng vitamin C còn lại giảm thấp. Đồ thị tương quan giữa ảnh hưởng của nhiệt độ (T) đến hằng số phá hủy vitamin C (k) khi xử lý nhiệt khóm ở các chế độ nhiệt khác nhau tuân theo phương trình bậc 1: lnk = -3782,4( T 1 ) +8,2599 với R2 = 0,9196. - Nồng độ muối CaCl2 bổ sung trực tiếp càng cao thì hàm lượng vitamin C mất mát càng giảm, nhưng nồng độ Calcium bổ sung vượt qua ngưỡng nồng độ tối thích cho hoạt động của enzyme PME (0,05% - 0,15%) thì khả năng hạn chế sự mất mát vitamin C sẽ giảm thấp. Nồng độ muối CaCl2 bổ sung 0,15% có khả năng ngăn cản sự phá hủy vitamin C tốt nhất. - Đường có khả năng hạn chế sự phá hủy hàm lượng vitamin C trong quá trình xử lý nhiệt, điều này thể hiện ở hằng số tốc độ k nhỏ và tỉ lệ hàm lượng vitamin C tương đối còn lại sau khi xử lý nhiệt cao ở cùng nhiệt độ xử lý. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 3 MỤC LỤC CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 1 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .............................................................. 2 2.1 Sơ lược về nguyên liệu ...................................................................................... 2 2.1.1 Giới thiệu về khóm ...................................................................................... 2 2.1.2 Thành phần hóa học của nguyên liệu khóm................................................. 2 2.1.3 Nguồn gốc và phân loại khóm ..................................................................... 3 2.1.4 Thu hoạch và chế biến khóm ....................................................................... 4 2.2 Các thành phần bổ sung trong quá trình xử lý nhiệt ............................................ 5 2.2.1 Đường .......................................................................................................... 5 2.2.2 Muối Calcium .............................................................................................. 5 2.3 Sự biến đổi của vitamin C trong quá trình chế biến ........................................... 6 2.3.1 Giới thiệu .................................................................................................... 6 2.3.2 Vai trò của vitamin C.................................................................................. 7 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự biến đổi hàm lượng vitamin C trong quá trình chế biến ................................................................................................................ 9 2.4 Động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm theo nhiệt độ ................ 11 2.4.1 Phản ứng bậc một........................................................................................ 11 2.4.3 Sự phụ thuộc của hằng số tốc độ (k) vào nhiệt độ (T) ................................ 13 2.5 Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự thay đổi chất lượng rau quả .............................................................................................................14 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN - PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM .................15 3.1 Phương tiện nghiên cứu ....................................................................................... 15 3.1.1 Thời gian và địa điểm ................................................................................. 15 3.1.2 Nguyên liệu................................................................................................. 15 3.1.3 Dụng cụ ....................................................................................................... 15 3.1.4 Hóa chất ...................................................................................................... 15 3.2 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 15 3.2.2 Phương pháp phân tích ............................................................................... 15 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 4 3.2.3 Phương pháp thí nghiệm............................................................................. 15 3.3 Nội dung và bố trí thí nghiệm.............................................................................. 16 3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm theo các quá trình xử lý nhiệt khác nhau .................................................16 3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm sau khi bổ sung muối Calcium ở các nồng độ khác nhau..........................17 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THẢO LUẬN ...............................................................20 4.1 Khảo sát động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm theo các quá trình xử lý nhiệt khác nhau............................................................................20 4.2 Động học ảnh hưởng của nồng độ muối CaCl2 bổ sung trực tiếp đến sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau .........24 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...............................................................28 5.1 Kết luận..........................................................................................................28 5.2 Đề nghị...........................................................................................................28 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................29 PHỤ LỤC..................................................................................................................vii PHỤ LỤC 1: Phương pháp phân tích hàm lượng vitamin C......................................... vii PHỤ LỤC 2:Kết quả đo hàm lượng vitamin C và tỉ lệ hàm lượng vitamin C tương đối trong khóm ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau (thí nghiệm 2).................viii PHỤ LỤC 3: Phương pháp xác định R2 và độ lệch chuẩn SD ............................xii PHỤ LỤC 4: Kết quả thống kê sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau .........................................................................xiii PHỤ LỤC 5: Hình nguyên liệu khóm và dụng cụ, thiết bị tiến hành thí nghiệmxviii Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 5 DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 1: Công thức cấu tạo của vitamin C..................................................................7 Hình 2: Sơ đồ phản ứng giữa acid ascorbic và quinon ..............................................10 Hình 3: Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C của khóm theo phản ứng bậc một ...............................................................................................12 Hình 4: Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C theo phản ứng bậc một chuyển đổi một phần ....................................................................................13 Hình 5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số tốc độ phản ứng.................................14 Hình 6: Sơ đồ thí nghiệm phân tích động học sự thay đổi hàm lượng của khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau .....................................................................................17 Hình 7: Sơ đồ thí nghiệm động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các điều kiện xử lý khác nhau....................................................................................18 Hình 8: Động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau ..........................................................................................................22 Hình 9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ (T) đến hằng số phá hủy vitamin C (k) trong trường hợp xử lý nhiệt khóm ở các chế độ nhiệt khác nhau.......................23 Hình 10: Động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau có bổ sung CaCl2 trực tiếp...............................................................26 Hình 11: Mối quan hệ giữa nhiệt độ xử lý và nồng độ CaCl2 sử dụng đến sự thay đổi tốc độ phá hủy vitamin C...........................................................................................xviii Hình 12: Nguyên liệu khóm ban đầu sử dụng tiến hành thí nghiệm .........................xviii Hình 13: Mẫu khóm được xử lý trong dung dịch CaCl2............................................xviii Hình 14: Mẫu khóm tươi và mẫu khóm sau khi gia nhiệt .........................................xviii Hình 15: Dụng cụ đo nhiệt độ trung tâm ...................................................................xix Hình 16: Ống chứa mẫu được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt (Waterbath) ............xix Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 6 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học của khóm tính trên 100g ăn được ...............................3 Bảng 2: Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển đổi một phần (fractional conversion model) của sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau.....................................................20 Bảng 3: Phương trình động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm theo nhiệt độ và thời gian ở các quá trình xử lý nhiệt khác nhau ......................................20 Bảng 4: Hàm lượng vitamin C còn lại sau quá trình xử lý nhiệt ở các nhiệt độ xử lý khác nhau: 800C, 850C, 900C .....................................................................................21 Bảng 5: Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển đổi một phần của sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm khi xử lý nhiệt ở các chế độ khác nhau ...................................................................................................................24 Bảng 6: Phương trình động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm khi xử lý nhiệt ở các chế độ khác nhau............................................................................25 Bảng 7: Sự thay đổi hàm lượng vitamin C tương đối trong khóm sau khi gia nhiệt ở 80oC với các nồng độ CaCl2 bổ sung khác nhau ....................................................viii Bảng 8: Sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm sau khi gia nhiệt ở 850C với các nồng độ CaCl2 bổ sung khác nhau.................................................................ix Bảng 9: Sự thay đổi hàm lượng vitamin C tương đối trong khóm sau khi gia nhiệt ở 900C với các nồng độ CaCl2 bổ sung khác nhau ....................................................x Bảng 10: Thông số động học sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau xii Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 7 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm rau quả xuất khẩu ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ. Vì thế, việc đảm bảo chất lượng của sản phẩm sau khi chế biến là rất cần thiết để hạn chế tối đa hàm lượng dinh dưỡng mất đi và giữ được đặc tính cảm quan đặc trưng cho sản phẩm. Khóm là loài cây có hiệu quả kinh tế cao, quả khóm không chỉ phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ tươi trong nước mà còn là thế mạnh xuất khẩu của Việt Nam. Các mặt hàng khóm xuất khẩu ở nước ta rất phong phú và đa dạng: khóm đóng hộp, khóm đông lạnh, đồ hộp khóm nước đường, các sản phẩm nước trái cây, jam hay jelly từ khóm…Vì vậy, việc hạn chế tổn thất dinh dưỡng trong chế biến khóm và nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm để tạo thế mạnh mở rộng thị trường xuất khẩu, đồng thời đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng. Các quá trình xử lý nhiệt trong chế biến khóm đóng hộp có ảnh hưởng mạnh mẽ đến giá trị dinh dưỡng và tính chất cảm quan của sản phẩm sau khi bảo quản và tiêu thụ. Quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao là một trong những nguyên nhân gây ra sự biến đổi cấu trúc, màu sắc và giá trị dinh dưỡng. Chính vì vậy, muốn ổn định chất lượng sản phẩm đóng hộp thì cần phải tiến hành nghiên cứu chi tiết và đưa ra các chế độ xử lý tối ưu nhất. Quá trình xử lý nhiệt độ và hóa chất được tiến hành nhằm cải thiện cấu trúc và thời gian bảo quản của khóm miếng trong chế biến sản phẩm khóm đóng hộp. Tuy nhiên, sự cải thiện về cấu trúc và kéo dài thời gian bảo quản có thể là nguyên nhân tạo nên mối nguy về biến đổi giá trị dinh dưỡng, mà chủ yếu là sự thay đổi vitamin C do tác động nhiệt. Vì vậy, nghiên cứu “Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt đến sự thay đổi hàm lượng vitamin C trong khóm” được thực hiện. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu chính của đề tài là tìm hiểu tác động của nhiệt độ đến sự thay đổi chất lượng (thể hiện qua sự thay đổi hàm lượng vitamin C) trong khóm, trên cơ sở phân tích động học. Từ đó, tìm ra quy luật của sự biến đổi vitamin C trong khóm theo nhiệt độ. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 8 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1. SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1.1. Giới thiệu về khóm Cây khóm có tên khoa học là Ananas comosus L. Merr, là một trong những loại trái cây nhiệt đới có giá trị kinh tế cao. Cây khóm được trồng phổ biến ở Việt nam. Ở đồng bằng sông Cửu Long, khóm được trồng chủ yếu ở Long An, Tiền Giang, Cần Thơ, Kiên Giang. Khóm là một trong ba loại quả nhiệt đới có giá trị kinh tế cao, được trồng và sử dụng rộng rãi không chỉ ở Việt Nam mà còn phổ biến trên thế giới (Bartholomew et al., 2003). Hơn 70% sản lượng khóm sau thu hoạch ở các nơi trên thế giới được sử dụng để ăn tươi, lượng khóm này còn được sử dụng trong chế biến các sản phẩm xuất khẩu. Khóm thích hợp với điều kiện nhiệt độ và ẩm độ cao, sợ rét và sương muối, trong điều kiện thích hợp có thể sinh trưởng quanh năm. Khóm là loại cây ăn quả không kén đất (Chan et al., 2003). Ở đồng bằng sông Cửu Long, khóm là cây tiên phong đi mở đường cho các loại hoa màu và các cây trồng khác như mía, chuối, cam, đậu…trên đất phèn. Quả khóm là một trong các loại quả có hương thơm ngon và giàu chất dinh dưỡng, có nhiều công dụng. 2.1.2. Thành phần hóa học của nguyên liệu khóm Trong thành phần dinh dưỡng của khóm hầu như không chứa tinh bột và vitamin D, trong khi hàm lượng các loại vitamin khác đều hiện diện đủ, đặc biệt vitamin C chiếm một tỷ lệ tương đối cao. Các thành phần hóa học cơ bản của khóm được tổng hợp ở bảng 1. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 9 Bảng 1: Thành phần hóa học của khóm tính trên 100g ăn được Thành phần g/ 100g ăn được Nước 90,5 Protein tổng số 0,8 Protein thực vật 0,8 Glucid tổng số 6,5 Cellulose 0,8 Chất tro 0,4 Khoáng mg/ 100g ăn được Calcium 15 Sắt 0,5 Photpho 17 Magiê 22 Kali 166,9 Kẽm 0,26 Natri 26,7 Mangan 0,11 Vitamin mg/100g ăn được Acid ascorbic 24 β - caroten 0,13 Acid folic (Bc) 0,0025 Vitamin PP 0,2 Thiamin (B1) 0,08 Riboflavin (B2) 0,02 Acid pantothenic (B3) 0,0075 Vitamin B6 0,09 Nguồn: Viện dinh dưỡng, 1995 2.1.3. Nguồn gốc và phân loại khóm Cây khóm có nguồn gốc ở Nam Mỹ, chủ yếu ở miền Nam Braxin, miền Bắc Achentina và Paragoay (Rohrbach et al., 2003). Khóm thuộc họ Bromeliaceae, chi Ananas( linn) merr. Có ba nhóm chính là: nhóm Cayenne, nhóm Queen, nhóm Spanish (Coppens d’Eeckenbrugge et al., 2003). Nhóm Cayenne: Khóm thuộc nhóm này có lá dài, phần lớn lá không có gai, chỉ một số có gai ở đầu chóp lá. Lá có phiến dày, lòng phiến lá sâu, có thể dài 100cm. Hoa có màu xanh nhạt hơi đỏ. Quả có dạng hình trụ, mắt rất nông. Quả nặng bình quân 1,2- 2 kg, rất phù hợp cho chế biến làm đồ hộp. Khi chưa chín quả có màu xanh đen, sau đó chuyển dần sang màu đỏ cho đến lúc chín hoàn toàn có màu hơi Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 10 pha đồng. Cây có tốc độ sinh sản yếu, trung bình chỉ có 1- 2 chồi từ gốc trong năm. Trong điều kiện chăm sóc kém có thể không có chồi cuống. Quả khóm Cayenne chứa nhiều nước và vỏ mỏng nên rất dễ thối khi vận chuyển xa. Nhóm Queen: Khóm thuộc nhóm này có cấu tạo lá hẹp, cứng, có nhiều gai ở mép. Hoa có màu xanh hồng, quả có nhiều mắt, mắt nhỏ, lồi, cứng nên tương đối dễ vận chuyển. Thịt quả vàng, ít nước và có vị thơm hấp dẫn. Ưu điểm của nhóm này là không kén đất, có thể trồng trên các loại đất nghèo chất dinh dưỡng. Nhóm Queen cho chất lượng tốt với độ ngọt cao, độ acid thấp so với nhóm Cayenne và ít chất xơ. Thịt quả giòn có màu sắc và hương vị tốt, thích hợp cho nhu cầu ăn tươi.