Luận văn Ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý đến sự thay đổi cấu trúc của Khóm

Khi lượng cơ chất đầy đủ thì vận tốc phản ứng tỷ lệ thuận với nồng độ enzyme tức là nồng độ enzyme càng lớn thì vận tốc phản ứng càng lớn. V = k [E] Trong đó: V: vận tốc phản ứng k: hằng số tốc độ (hằng số vận tốc) [E]: nồng độ enzyme 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 Trang 8 Hình 5: Sự phụ thuộc vận tốc phản ứng vào nồng độ cơ chất Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, 2004 2.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ Giống như các phản ứng xúc tác bởi enzyme khác, tốc độ loại methoxyl của pectin nhờ vào tác động của PME được gia tăng cùng với sự gia tăng nhiệt độ. Tuy nhiên, do enzyme có bản chất là protein nên nó không bền với tác dụng của nhiệt độ, đa số các enzyme đều mất hoạt tính ở nhiệt độ trên 70oC (Phạm Thu Cúc, 2002). Khi tăng nhiệt lên 10oC thì vận tốc tăng lên từ 1,4÷2 lần, nhưng khi tăng nhiệt độ đến một mức độ nào đó thì cũng đồng thời có tác dụng ngược lại làm giảm vận tốc phản ứng do hậu quả của việc biến tính enzyme bởi nhiệt gây nên. Nhiệt độ ứng với độ hoạt động cao nhất của enzyme được gọi là nhiệt độ tối thích. Nhiệt độ tối thích của các enzyme khác nhau thì khác nhau. Nhiệt độ tối thích cho hoạt động của enzyme thay đổi trong khoảng 45 – 55oC, một số enzyme khác có khoảng nhiệt độ hoạt động cao hơn, dao động từ 50 – 70oC (Basah và Ramaswamy, 1998), phụ thuộc vào nguồn enzyme. Những đặc tính của mô tế bào thực vật còn sống phụ thuộc vào sự sắp xếp cấu trúc và thành phần hóa học của tế bào và khoảng gian bào chứa pectin. Quá trình gia nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc của tế bào, pectin bị phá vỡ và những đặc tính vật lý của tế bào cũng thay đổi theo. Trong suốt quá trình chế biến nhiệt rau, quả cũng sẽ bị mềm do sự phân cắt tế bào (Van Buren, 1979). Khi xử lý rau quả ở nhiệt độ trung bình (60oC, 30 phút) cấu trúc của rau, quả bị ảnh hưởng mạnh (Fuchigami et al., 1995). Tuy nhiên, enzyme PME có ảnh hưởng đến cấu trúc rau, quả ở nhiệt độ 60-70oC và sự ảnh hưởng này theo hướng có lợi. Basah và Ramaswamy (1998) khi nghiên cứu về sự hoạt động của enzyme PME và khả năng cải thiện độ cứng cũng cho thấy có sự hoạt động của enzyme PME ở nhiệt độ khoảng 50 ÷ 70oC. Trong quá trình xử lý nhiệt ở áp suất cao có thể làm tăng hoạt tính của enzyme PME. Hoạt tính của PME thực vật có thể được gia tăng bởi tác động của áp suất và đạt được cường độ hoạt động tối ưu ở áp suất thay v Vmax 0 S 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 Trang 9 đổi trong khoảng 200 – 500 MPa và nhiệt độ từ 50 – 57oC (Castro et al., 2006; Sila et al., 2007; Verlent et al., 2004). Thêm vào đó, khi tế bào thực vật chịu tác động của áp suất lớn hơn 350 MPa thì cũng không ảnh hưởng đến cấu trúc của rau, quả (Knorr, 1995). Stute et al., (1996) nhận xét quá trình xử lý ở áp suất cao không làm mềm rau, quả trong suốt quá trình chế biến và cấu trúc của nó cũng giống như chưa xử lý rau, quả bằng áp suất. Del Valle et al., (1998) đã nghiên cứu ở các quá trình tiền xử lý (xử lý nhiệt kết hợp với ngâm muối Calci) có ảnh hưởng đến cấu trúc của rau, quả. Những nghiên cứu của các tác giả cho thấy kết hợp việc ngâm CaCl2 và xử lý ở áp suất cao 300 MPa, 60oC trong 15 phút có thể giảm được sự mềm của rau, quả. Ngoài ra, một số tác giả khác cũng có những ý kiến tương tự trên như Fuchigami et al., (1995) và Vu et al., (2004) 2.4.3 Ảnh hưởng CaCl2 đến sự thay đổi độ cứng của rau quả Muối Calci thường được sử dụng trong công nghiệp như một tác nhân tạo sự rắn chắc cho rau, quả. Cấu trúc của nhiều loại rau, quả sẽ được cải thiện khi ngâm trong dung dịch muối calci (Luna-Guzmán et al., 1999 và 2000). Kết quả quá trình ngâm calci là tạo sự ổn định cho hệ thống màng tế bào và hình thành calci-pectate, làm phiến giữa và vách tế bào trở nên cứng hơn (Lee et al., 1979; Jackman và Stanley, 1995). Mặt khác, muối calci 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 lực cứng của tế bào (Luna-Guzmán et al., 2000) (Hình 6). Hình 6: Sự tạo thành calci-pectate trên tế bào thực vật Nguồn:Lý Nguyễn Bình, 2004 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 Trang 10 Main et al.,(1986) nhận thấy việc sử dụng muối Calci lactate sẽ cải thiện được cấu trúc của quả dâu tây đóng hộp. Kết quả này cũng được nghiên cứu bởi tác giả French et al., (1989) trên quả mơ đóng hộp trong trường hợp sử dụng muối calci chlorua (CaCl2). Các nghiên cứu của Abbot et al., (1989) hay Lurie và Klein (1992) đã cho thấy, độ giòn của táo được duy trì và cải thiện nhờ việc ngâm táo sau thu hoạch trong dung dịch CaCl2 1%. Đặc biệt, nghiên cứu của Luna-Guzmán et al., (1999) cũng cho thấy độ giòn của dưa (Cucumis melo L. var. reticulatus) gia tăng 300% so với điều kiện bình thường khi được ngâm trong dung dịch CaCl2 2,5% với thời gian 1 phút. Độ cứng của cà rốt cũng được cải thiện khi ngâm nguyên liệu 1 giờ trong dung dịch CaCl2 0,5% (Sila et al., 2003; Vu et al., 2004). 2.5 MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐÃ NGHIÊN CỨU Vai trò của enzyme pectinase trong việc cải thiện độ cứng của rau quả đã thu hút được sự quan tâm của rất nhiều nhà nghiên cứu. Hoff và Bartolome (1972) đã xác nhận ảnh hưởng tích cực của việc tiền xử lý nhiệt đến việc cải thiện cấu trúc rau quả nhờ vào sự hoạt động của enzyme PME ở nhiệt độ khoảng 45 – 65oC. Bên cạnh tiến trình cải thiện cấu trúc nhờ kích hoạt PME có sẵn trong nguyên liệu, đối với một số loại rau quả có chứa hàm lượng PME thấp, việc cải thiện cấu trúc dựa trên phản ứng của Ca2+ và pectin có độ methoxyl thấp tạo calcipectate sẽ được tiến hành nhờ vào việc bổ sung các chế phẩm PME từ bên ngoài vào. Javeri et al., (1991) đã xác nhận tác động của PME được trích ly từ nước bưởi có thể cải thiện cấu trúc của quả đào một cách đáng kể. Độ cứng của quả đào tăng lên trên 20 lần. Robert A. Baker (1993) đã nghiên cứu việc cải thiện cấu trúc của khóm đóng hộp tăng từ 38 – 50% bằng cách sử dụng chế phẩm PME kết hợp sử dụng calci-lactate có nồng độ từ 0,3 đến 0,4%. Hình 7: Sự thay đổi độ cứng của dâu tây khi bổ sung PME Nguồn: Duvetter et al., 2005 ab ab a de e a bc cd f f 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Đối chứng PME cà chua trong dd đệm PME cà chua trong nước Aspergillus PME trong dd đệm Aspergillus PME trong nước Phương pháp bổ sung PME đ ộ c ứ n g (fir m n e s s ) (g ) sau 4giờ sau 4 ngày DE: 67% 50% 55% 25% 34% 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 Trang 11 Năm 2004, Anjongsinsiri et al., (2004) cũng đã nghiên cứu vấn đề này trên dâu tây và thu được kết quả tốt. Đồng thời, việc đưa PME vi sinh vật vào trong dâu tây sẽ giúp cải thiện cấu trúc hiệu quả hơn nhiều so với PME cà chua (hình 7) (Duvetter et al., 2005). Từ các kết quả đã nghiên cứu trên các loại rau quả trên, đề tài tiến hành nghiên cứu khả năng cải thiện độ cứng của khóm bằng cách bổ sung PME cà chua theo các nội dung nghiên cứu chủ yếu:
Tìm ra hàm lượng PME cà chua bổ sung thích hợp có khả năng cải thiện độ cứng của khóm tốt nhất.
Xác định chế độ tiền xử lý nhiệt tối ưu nhằm kích hoạt enzyme PME để cải thiện độ cứng của khóm.
Xác định ảnh hưởng của thời gian tồn trữ sau khi tiền xử lý nhằm kích hoạt tối đa hoạt động của PME để cải thiện độ cứng của 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 Trang 12 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 3.1.1 Thời gian, địa điểm - Địa điểm: Phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực phẩm - Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng -Trường Đại học Cần Thơ. - Thời gian thực hiện : 12 tuần (từ ngày 26/2/2007 đến 21/5/2007) 3.1.2 Dụng cụ - hóa chất (i) Dụng cụ - Bể điều nhiệt (water bath) - Máy ly tâm (3000 vòng/phút) - Dao cắt mẫu bằng thép không rỉ có đường kính 21 mm - Thiết bị đo cấu trúc (Rheotex) - Thiết bị ghép mí bao bì - Dụng cụ thủy tinh thông thường (ii) Hóa chất - CaCl2 - NaCl - Muối (NH4)2SO4 - Dung dịch đệm photphate pH7,5 - Dung dịch đệm photphate pH 8,0 3.1.3 Nguyên liệu - Cà chua: Lựa chọn loại trái dài, có độ chín đồng đều, sử dụng cho trích ly PME. - Khóm loại Queen (trái hình chóp), độ chín kỹ thuật 2, được thu mua từ ruộng khóm ở Vị Thanh – Hậu Giang dùng để làm mẫu thí nghiệm. 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 Trang 13 3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH 3.2.1 Phương pháp chuẩn bị mẫu Trái khóm được chặt bỏ hai hàng mắt đầu, sử dụng dao cắt hình trụ có đường kính 21 mm, tiến hành cắt khóm thành những miếng hình trụ có kích thước 21 mm x 15 mm. Chú ý không lấy phần lõi khóm. Hình 8: Mẫu nguyên liệu khóm 3.2.2 Phương pháp đo độ cứng của khóm Tiến hành đo đạc sự thay đổi cấu trúc (thể hiện qua giá trị độ cứng, g lực) của các mẫu khóm này bằng thiết bị đo cấu trúc (Rheotex) với các thông số:
Sử dụng đầu đo: dao cắt
Quãng đường đo cố định là 10 mm Kết quả phân tích là trung bình cộng của mười lần đo đạc. 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 Trang 14 Hình 9: Thiết bị đo Rheotex và dao cắt Kết quả của thí nghiệm trước được sử dụng cho thí nghiệm sau, kết quả là kết quả trung bình của nhiều lần lặp lại. 3.3 BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM 3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PME đến khả năng cải thiện cấu trúc của khóm trong môi trường khác nhau (i) Mục đích Xác định hàm lượng PME thích hợp cho khả năng cải thiện độ cứng của khóm tốt nhất ở nhiệt độ cố định 55oC. (ii) Tiến hành thí nghiệm Các mẫu khóm được chuẩn bị với kích thước như nhau (21 mm  15 mm) cho vào bao bì PA với kích thước cố định là 70 mm  200 mm. Rót dung dịch ngâm có chứa PME cà chua ở các hàm lượng khác nhau với tỷ lệ khóm:dịch ngâm = 100g khóm/125ml dung dịch, sau đó ghép mí. Chú ý dung dịch phải ngập hết các mẫu theo dõi. Tiến hành gia nhiệt ở nhiệt độ 55oC trong thời gian 20 phút nhằm kích hoạt enzyme PME. Sau khi gia nhiệt, làm nguội mẫu dưới vòi nước chảy tràn. Ngâm các mẫu khóm đã xử lý với dung dịch chứa PME trong dung dịch CaCl2 nồng độ 0,5% với thời gian 30 phút. Sau đó, tiến hành đo độ cứng của khóm bằng thiết bị đo cấu trúc (Rheotex). (iii) Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên hai nhân tố và 3 lần lặp lại 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 Trang 15 Nhân tố A: Hàm lượng PME sử dụng, thay đổi ở 4 mức độ: A1 : 1,0 % A2 : 1,5 % A3 : 2,0 % A4 : 2,5 % Nhân tố B: Môi trường hòa tan PME: B1 : Nước cất pH 6,2÷7,0 B2 : Dung dịch đệm (pH 8,0) Thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ bố trí ở hình 10. (iv) Kết quả thu nhận Độ cứng của các mẫu khóm sau khi tiền xử lý trong dung dịch có bổ sung PME ở các hàm lượng khác nhau trong hai loại môi trường. Chọn hàm lượng PME phù hợp và dung dịch ngâm cho kết quả cải thiện độ cứng tốt nhất. 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 Trang 16 Hình 10: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ PME đến khả năng cải thiện cấu trúc trong môi trường khác nhau Xử lý cơ học Xử lý nhiệt ở 55oC, 20 phút Khóm (độ chín 2) Làm nguội và ngâm CaCl2 0,5% Thời gian: 30 phút Chọn hàm lượng PME, dung dịch ngâm tốt nhất Cho vào bao bì PA Đo độ cứng A1 A2 A3 A4 A1B1 A1B2 A2B1 A2B2 A3B1 A3B2 A4B1 A4B2 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 Trang 17 3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát sự thay đổi độ cứng của khóm theo nhiệt độ khi có bổ sung PME (i) Mục đích Tìm chế độ nhiệt thích hợp để tạo được sản phẩm có cấu trúc tốt nhất nhằm phục vụ cho quá trình chế biến tiếp theo. (ii) Tiến hành Các mẫu khóm được chuẩn bị với kích thước như nhau (21 mm  15 mm) cho vào bao bì PA với kích thước cố định là 70 mm  200 mm với tỷ lệ khóm: dịch ngâm = 100 g khóm/125 ml dung dịch, sau đó ghép mí. Chú ý dung dịch phải ngập hết các mẫu theo dõi. Tiến hành xử lý nhiệt các mẫu thí nghiệm ở các mức nhiệt độ khác nhau (40oC, 45oC, 50oC, 55oC, 60oC). Sau khi gia nhiệt, làm nguội mẫu dưới vòi nước chảy tràn. Ngâm các mẫu khóm đã xử lý với dung dịch chứa PME trong dung dịch CaCl2 nồng độ 0,5% với thời gian 30 phút. Sau đó, tiến hành đo cấu trúc của khóm bằng thiết bị đo cấu trúc (Rheotex), thể hiện qua lực cắt. (iii) Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí 1 nhân tố với 3 lần lặp lại Nhân tố C: Nhiệt độ tiền xử lý (oC) C1: 40oC C4: 55oC C2: 45oC C5: 60oC C3: 50oC Thời gian xử lý nhiệt là 20 phút Sơ đồ bố trí thí nghiệm được trình bày ở hình 11. (iv) Kết quả thu nhận - Độ cứng của các mẫu khóm sau quá trình tiền xử lý nhiệt. - Chế độ tiền xử lý nhiệt tốt nhất. 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 Trang 18 Hình 11: Sơ đồ thí nghiệm khảo sát sự thay đổi độ cứng của khóm (lực cắt) ở các nhiệt độ tiền xử lý khác nhau 3.3.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hưởng thời gian tồn trữ sau khi tiền xử lý đến khả năng tác động của PME trong việc cải thiện độ cứng của khóm (i) Mục đích Tìm thời gian tác động của PME đến khả năng cải thiện độ cứng của khóm. (ii) Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm được tiến hành theo các thông số tối ưu đã được lựa chọn từ thí nghiệm 1 và 2 (loại môi trường, hàm lượng PME sử dụng, nhiệt độ phản ứng). Sau khi ngâm các mẫu khóm đã qua tiền xử lý với PME vào trong dung dịch CaCl2 nồng độ 0,5%; mẫu được tồn trữ ở nhiệt độ ổn định từ 4 – 6oC trong các khoảng thời Xử lý cơ học Khóm (độ chín 2) Cho vào bao PA Làm nguội và ngâm CaCl2 0,5% Thời gian: 30 phút Đo độ cứng C1 C2 C4 C5 Chọn nhiệt độ thích hợp C3 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 Trang 19 gian khác nhau (1, 2, 4, 8 giờ). Tiến hành đo độ cứng khóm bằng thiết bị đo cấu trúc (Rheotex) ở các thời gian tồn trữ khác nhau. (iii) Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí 1 nhân tố với 3 lần lặp lại Nhân tố D: Thời gian theo dõi (giờ) ở nhiệt độ từ 4 - 6oC D1: 1 giờ D2: 2 giờ D3: 4 giờ D4: 8 giờ (iv) Kết quả thu nhận - Độ cứng của các mẫu khóm sau quá trình tồn trữ nhiệt độ thấp. - Chế độ tiền xử lý nhiệt tốt nhất 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 Trang 20 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 4.1 TÁC ĐỘNG CỦA VIỆC BỔ SUNG ENZYME PME ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CẤU TRÚC KHÓM Trong quá trình chế biến nhiệt, cấu trúc khóm cũng như các loại trái cây, rau củ rất dễ bị biến đổi (Van Buren, 1979). Khóm trở nên mềm nhưng dai và mất đi tính chất giòn ban đầu. Chính vì thế, việc nghiên cứu làm tăng độ cứng của khóm cũng đã được quan tâm. Quá trình cải thiện cấu trúc nguyên liệu thường được tiến hành theo hai hướng chủ yếu: kích hoạt PME có sẵn trong nguyên liệu hay bổ sung PME từ nguồn bên ngoài (PME thực vật hay vi sinh vật). Các nghiên cứu bước đầu về việc cải thiện độ cứng của khóm bằng việc kích hoạt PME có sẵn trong nguyên liệu cũng đã cho một số kết quả khả quan. Tuy nhiên, mức độ cải thiện không cao (Trần Thanh Trúc et al., 2006). Điều này cho phép dự đoán hàm lượng PME trong khóm khá thấp. Thêm vào đó, do đặc tính cấu trúc mô tế bào của khóm rỗng và nhiều xơ, nước được hấp thu vào các khoang trống, làm giảm độ cứng của nguyên liệu. Chính vì thế, việc nghiên cứu cải thiện cấu trúc bằng cách bổ sung PME từ bên ngoài được tiến hành nhằm tăng nhanh hiệu quả phân cắt pectin thành acid pectinic, tăng tốc phản ứng tạo thành calci- pectate (Baker and Wicker, 1996). Phụ thuộc vào điều kiện khách quan của nghiên cứu, PME được trích ly từ cà chua được sử dụng bổ sung vào quá trình tiền xử lý nhiệt khóm. Theo các khảo sát về tính chất của PME cà chua cho thấy, enzyme này có khả năng hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ khoảng 40 - 55oC và pH từ trung tính đến kiềm (Giovane et al., 1994 ) PME cà chua trong môi trường nước và dung dịch đệm có pH 8,0 (gần với khoảng pH hoạt động tối thích của PME cà chua) được bổ sung vào khóm với các hàm lượng khác nhau (1%, 1,5%, 2% và 2,5%- tính theo trọng lượng thô), tỷ lệ khóm: dịch chứa PME là 100 g khóm: 125 ml dịch ngâm, chú ý các mẫu được ngâm ngập trong dịch chứa enzyme (hình 12) Tỷ lệ 100 g nguyên liệu: 125 ml dịch ngâm cũng là tỷ lệ tối ưu trong các nghiên cứu bổ sung PME đối với dâu tây, đào (Duvetter et al., 2005; Javeri et al., 1991). Các mẫu chứa nguyên liệu và dịch ngâm sau các quá trình xử lý nhiệt ở 55oC trong thời gian 20 phút sẽ được ngâm trong dung dịch CaCl2 0,5% để hình thành phức hợp calci-pectate. Mẫu khóm sau các quá trình xử lý này được đem đo độ cứng, thể hiện qua lực cắt. Kết quả được so sánh với mẫu khóm tươi ban đầu (bảng 1). Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng của khóm khi bổ sung enzyme PME ở các hàm lượng khác nhau được thể hiện ở hình 13. 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 Trang 21 Hình 12: Mẫu khóm đã bổ sung PME thực vật trong môi trường nước hay dung dịch đệm Bảng 1: Ảnh hưởng của hàm lượng enzyme PME và môi trường sử dụng đến khả năng cải thiện độ cứng (g lực) của khóm HL enzyme 0 1 1,5 2 2,5 Trung bình Nước cất 1275,8 1289 1334,8 1391,5 1377,5 1333,7b Đệm 1398,6 1403,2 1435,6 1549,3 1433,5 1444,0a Trung bình 1337,2b 1346,1b 1385,2b 1470,4a 1405,5ab Các chữ cái giống nhau biểu thị sự khác biệt không có ý nghĩa ở mức độ 5% trên cùng một hàng hoặc một cột Từ kết quả thống kê ở bảng 1 và đồ thị ở hình 13 cho thấy, độ cứng của khóm được cải thiện khi bổ sung PME cà chua. Tuy nhiên, không có sự khác biệt về độ cứng giữa mẫu đối chứng và khóm được bổ sung PME ở các mức hàm lượng 1,0% và 1,5%. Ở hàm lượng PME cà chua bổ sung là 2%, độ cứng cải thiện đáng kể, và có khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê ở độ tin cậy 95% khi so sánh với mẫu đối chứng cũng như với mẫu bổ sung enzyme ở hàm lượng thấp hơn 2%. Điều này chứng tỏ rằng enzyme có tác dụng cải thiện cấu trúc nếu cho vào một lượng vừa đủ kết hợp với việc ngâm Calci tạo thành calci-pectate. Với hàm lượng PME sử dụng từ 1% đến 1,5% là còn khá thấp, không đủ cho quá trình phân cắt lượng lớn gốc methoxyl của pectin, chính vì thế khả năng cải thiện độ cứng của khóm không cao. Ngược lại, khi ở hàm lượng lớn (2,5%) thì có thể xảy ra quá trình phân cắt chuỗi polygalacturonic thành những phần nhỏ hơn bởi enzyme PG sau khi phân cắt hoàn toàn nhóm methoxyl bằng PME, làm phá vỡ 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 Trang 22 cấu trúc ban đầu của nguyên liệu do đó làm mềm hóa nguyên liệu (Van Buren, 1984). Chính vì thế, độ cứng của khóm khi bổ sung PME hàm lượng 2,5% không có khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê khi so sánh với mẫu bổ sung PME 2% nhưng không được lựa chọn do hàm lượng sử dụng cao. Giá trị độ cứng thu được ở nghiệm thức này (khóm được bổ sung PME hàm lượng 2,5%) cũng không có khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê so với mẫu đối chứng. Điều này chứng tỏ hàm lượng PME bổ sung 2,5% không tạo được sự cải thiện độ cứng vượt trội khi so sánh với mẫu chỉ sử dụng PME 2%. Đồ thị ở hình 13 cũng cho thấy hiệu quả của việc bổ sung PME 2%, đặc biệt trong trường hợp sử dụng môi trường dung dịch đệm đến khả năng cải thiện cấu trúc khóm. 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 0 1 1.5 2 2.5 Hàm lượng enzyme PME (%) Đ ộ c ứ n g (g lự c ) nước cất pH6,2÷7,0 đệm pH8,0 Hình 13: Mối quan hệ giữa độ cứng và hàm lượng enzyme khi xử lý khóm trong các môi trường khác nhau Khi so sánh khả năng cải thiện độ cứng giữa hai trường hợp xử lý trong môi trường nước cất và môi trường đệm, kết quả cho thấy môi trường có tác động rất lớn đến hoạt động của enzyme PME. Khi xử lý khóm bằng PME cà chua trong môi trường đệm có pH 8,0 thì độ cứng của nguyên liệu tăng rất nhiều khi so sánh với việc xử lý trong môi trường nước cất. Điều đó chứng tỏ rằng khi xử lý trong môi trường đệm có pH tương ứng với giá trị pH tối thích cho hoạt động của PME cà chua, enzyme này có khả năng hoạt động tốt, khả năng phân cắt các nhóm methoxyl của pectin tăng nên làm cho nguyên liệu trở nên dễ dàng kết hợp với Calci khi ngâm trong dung dịch CaCl2 0,5%. 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 Trang 23 Ngược lại trong môi trường nước cất, enzyme PME vẫn có khả năng hoạt động nhưng hoạt tính yếu hơn do giá trị pH của môi trường nước (6,2 – 7,0) không là điều kiện tối thích của enzyme này. Chính vì thế, việc phân cắt tạo thành các pectin có độ methoxyl thấp tương đối ít hơn khi xử lý trong môi trường đệm, giá trị độ cứng của nguyên liệu khi xử lý bằng PME trong môi trường nước cất giảm thấp hơn. Như vậy, độ cứng của khóm được cải thiện tốt nhất khi bổ sung PME cà chua trong môi trường dung dịch đệm có pH 8,0, với hàm lượng tối ưu là 2% (tính theo dịch trích PME thô). 4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME PME CÀ CHUA Việc cải thiện độ cứng của khóm trong quá trình chế biến nhiệt có thể được thực hiện bằng cách tìm ra điều kiện tối ưu cho enzyme PME hoạt động tốt nhất. Mỗi loại enzyme có một khoảng nhiệt độ hoạt động tốt nhất gọi là nhiệt độ tối thích của nó (Nguyễn Đức Lượng, 2004). Nhiệt độ tối thích của mỗi enzyme là khác nhau tùy theo nguồn gốc của nó. Chính vì thế, việc khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hoạt động của enzyme PME là điều cần thiết. Thí nghiệm được tiến hành theo các điều kiện tối ưu đã được lựa chọn từ thí nghiệm trước, với môi trường phản ứng là dung dịch đệm phosphate có pH 8,0 và hàm lượng enzyme PME sử dụng 2%. Nhiệt độ khảo sát dao động trong khoảng từ 40÷60oC, đây là khoảng nhiệt độ tối ưu của hầu hết PME thực vật. Độ cứng của khóm ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau được đo đạc và thống kê, kết quả được tổng hợp ở bảng 2. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự cải thiện độ cứng của khóm được trình bày ở hình 14. Bảng 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tiền xử lý đến sự thay đổi độ cứng của khóm Nhiệt độ (oC) 40 45 50 55 60 Độ cứng (g lực) 1423,7b 1550,4a 1430,2b 1396,1cb 1311c Các chữ cái giống nhau biểu thị sự khác biệt không có ý nghĩa ở mức độ 5% Kết quả thống kê ở bảng 2 cho thấy, khi xử lý khóm với dung dịch có chứa PME ở các mức nhiệt độ khác nhau, có sự thay đổi rõ về giá trị độ cứng của nguyên liệu. Điều này có nghĩa là nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt tính của PME. Ở nhiệt độ xử lý là 45oC, độ cứng của khóm thu được có giá trị cao nhất và khác biệt có ý nghĩa về mặt thống kê so với các nhiệt độ còn lại. Kết quả thu được có thể chứng tỏ, khả năng hoạt động của PME cà chua được trích ly và sử dụng cho nghiên cứu này đạt tối ưu ở nhiệt độ 45oC. 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 Trang 24 Nhiệt độ xử lý 40oC chưa phải là điều kiện tối ưu cho hoạt động của PME, do đó việc tạo thành các pectin có độ methoxyl thấp chưa cao nên khi xử lý với dung dịch CaCl2, phức hợp calci-pectate tạo thành không nhiều, độ cứng của khóm có giá trị thấp hơn ở mức nhiệt độ xử lý 45oC. Khi nhiệt độ vượt qua khoảng nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của enzyme này (từ 50 - 60oC), cấu trúc của nguyên liệu giảm dần. Điều này xảy ra có thể là do nhiều nguyên nhân: các enzyme khác bắt đầu hoạt động chúng phân cắt các phân tử PME làm mất khả năng thủy phân của chúng đối với thành tế bào do đó làm giảm khả năng hình thành pectate - calci giảm hoặc khi nhiệt độ tăng do enzyme PME cũng có bản chất là protein nên chúng bị biến tính làm giảm khả năng xúc tác phản ứng. Thêm vào đó, dưới tác dụng của nhiệt độ cao, cấu trúc mô tế bào cũng bị phá vỡ, nguyên liệu trở nên mềm hơn, độ cứng giảm (hình 14) (Waldron et al., 2003) 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 40 45 50 55 60 Nhiệt độ (oC) Đ ộ cứ n g (g lự c) độ cứng Hình 14: Mối quan hệ độ cứng và nhiệt độ khi xử lý trong môi trường đệm Từ các phân tích dựa trên các thông số đã thu thập được, nhiệt độ xử lý 45oC được lựa chọn làm thông số tối ưu cho việc kích hoạt enzyme PME cà chua, giúp cải thiện độ