Luận văn Khảo sát mối tương quan giữa độ hoạt động của nước với các yếu tố hàm lượng muối ngấm, độ ẩm ở các nhiệt độ bảo quản sản phẩm khô cá Lóc

an là do trong quá trình tồn trữ ở cá vẫn xảy ra biến đổi hóa học, đó là hiện tượng phân giải glycogen thành thành acid lactic làm cho pH giảm xuống, dẫn đến sự co rút sợi cơ khi pH của myosin gần pI nên muối dễ thấm vào. Tuy nhiên sau khi tê cứng cá trở nên mềm, lúc này pH tăng lên gần trung tính, độ co rút của sợi cơ giảm, muối khó thẩm thấu hơn. Điều này giải thích cho kết quả sau khi tăng đến giá trị tương đối cao thì hàm lượng muối ngấm vào lại giảm. Sự khuếch tán của muối và nước rất phức tạp do sự thẩm thấu rất khác nhau của nó. Sau khi cá chết độ thẩm thấu của cơ thịt tăng, đặc biệt nó không ngừng tăng lên trong thời kỳ tự phân giải. Sự thẩm thấu thay đổi do tác dụng khác nhau của muối. Ban đầu cơ thịt cá sống đặc biệt là da, muối không thể thẩm thấu qua được. Nhưng sau khi cá chết muối bắt đầu ngấm vào cơ thịt phá hủy lớp vỏ solvat hóa của các phân tử protein làm tăng khoảng trống giữa chúng, điều đó tự nó làm tăng tính thẩm thấu của cơ thịt. Ở 20C hàm lượng muối ngấm vào cao nhất sau 40 giờ tồn trữ. Còn ở 80C và 200C thì hàm lượng muối ngấm cao nhất sau 16 và 2 giờ tồn trữ (nhanh hơn). Nguyên nhân là do nhiệt độ bảo quản khác nhau, thời gian tê cứng cũng khác nhau. Cá bảo quản ở nhiệt độ thấp thì thời gian tê cứng chậm và thời gian kéo dài sự tê cứng càng lâu. Ngược lại thời gian tê cứng càng nhanh và thời gian kéo dài sự tê cứng càng được rút ngắn lại (Huỳnh Hồng Hạnh, 2004). 2.3.3 Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình ướp muối • Biến đổi về khối lượng Trong quá trình ướp muối khối lượng nguyên liệu bị giảm. Nguyên nhân là lượng muối ngấm vào nguyên liệu chậm hơn nhiều so với sự hao hụt các chất trong nguyên liệu. Các chất bị hao hụt chính gồm
Nước Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 8 Sự mất nước trong nguyên liệu là nguyên nhân chính ảnh hưởng đến khối lượng và chất lượng thành phẩm. Bởi vì trong quá trình ướp muối, lượng muối ngấm vào cá ít hơn lượng nước thoát ra dẫn đến khối lượng cá giảm xuống. Sự mất nước của cá trong quá trình ướp muối phụ thuộc vào nhiệt độ, phương pháp và thiết bị ướp muối. Khi tiến hành ướp muối ở nhiệt độ càng cao thì lượng nước từ nguyên liệu thoát ra càng nhiều, khối lượng càng giảm. Nếu xét về phương pháp ướp muối thì phương pháp ướp muối khô có khả năng khử nước triệt để hơn phương pháp ướp muối ướt. Trong quá trình ướp muối, lượng nước thoát ra ở giai đoạn 1 là lớn nhất và nhỏ dần theo các giai đoạn ướp muối cho đến khi đạt trạng thái cân bằng.
Chất béo Khi ướp muối cá, chất béo của cá cũng bị tổn thất nhưng tương đối ít do nó không hòa tan trong ding dịch muối. Nguyên nhân chính làm hao hụt chất béo là do sự oxy hóa lipid và sự chảy ra ngoài của một phần mỡ (nhất là khi ướp muối ở nhiệt độ cao) Mức độ hao tổn chất béo phụ thuộc vào sự phân bố của nó trong cơ thể cá và nhiệt độ. Chất béo ở da bị hao tổn nhiều hơn ở nội tạng, ướp muối nóng sẽ gây mất chất béo nhiều hơn ướp muối lạnh.
Protein Protein của cá bị phân giải trong quá trình ướp muối là nguyên nhân chính dẫn đến sự giảm protein của cá. Tuy nhiên, sự hao hụt này tương đối ít. Người ta thấy có nhiều yếu tố liên quan đến sự hao hụt protein cá khi ướp muối. Chẳng hạn, khi thời gian ướp muối càng dài, tổn thất chất hữu cơ có đạm sẽ càng nhiều. Nếu sử dụng dung dịch muối có nồng độ càng thấp thì sự phân giải protein mạnh tương ứng với sự hao hụt protein càng nhiều. Phương pháp ướp muối ướt làm giảm đạm của cá nhiều hơn phương pháp ướp muối khô do sự phân giải protein mạnh hơn. Ngoài ra, nhiệt độ cũng có ảnh hưởng, khi ướp muối ở nhiệt độ càng cao thì protein bị phân giải càng nhiều và tổn thất càng lớn. • Sự tự chín của nguyên liệu trong quá trình ướp muối Sự tự chín của cá mặn là quá trình lên men phân giải các thành phần của nguyên liệu (protein, lipid,) Tốc độ phân giải các chất phụ thuộc vào thành phần hóa học của nguyên liệu, nhiệt độ, thời gian ướp muối, nồng độ nước muối và lượng muối ngấm vào thịt cá. Về bản chất đây là quá trình lên men trong điều kiện có muối. Đầu tiên, các enzyme trong nội tạng và cơ thịt cá hoạt động mạnh thủy phân các chất tạo ra các sản phẩm hòa tan tạo điều kiện cho các vi sinh vật phát triển. Sau đó, các vi sinh vật phát triển càng nhiều và sản sinh ra các enzyme tương ứng góp phần Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 9 vào việc phân giải protein, lipid. Trong môi trường nước muối 12% trở lên thì các vi sinh vật có hại bị ức chế, chỉ còn các vi sinh vật có lợi phát triển và sinh ra các men phân giải. Quá trình tự chín của nguyên liệu làm cho màu sắc của nguyên liệu tươi mất dần và sản sinh ra mùi vị thơm ngon đặc biệt. Các protein trong thịt cá bị phân giải thành các peptone, peptid rồi các acid amin. Còn lipid bị phân giải thành các acid béo và glycerin. Cá nhiều mỡ qua quá trình tự chín sẽ cho mùi vị thơm ngon hơn cá ít mỡ. Qua thực nghiệm người ta thấy các loại cá thể hiện quá trình chín rất tốt còn một số cá lại không thể hiện rõ. Điều đó thể hiện quá trình tự chín của nguyên liệu khi ướp muối phụ thuộc rất nhiều vào giống loài cá. Ngoài ra, nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến quá trình này. Ở nhiệt độ cao quá trình tự chín xảy ra nhanh nhưng mùi vị của sản phẩm kém, còn ở nhiệt độ thấp quá trình tự chín xảy ra chậm nhưng lại cho mùi vị sản phẩm tốt hơn (Nguyễn Trọng Cần và Đỗ Minh Phụng,1990) 2.4 Phương pháp sấy khô cá 2.4.1 Các phương pháp sấy khô cá • Sấy khô tự nhiên (sử dụng năng lượng mặt trời) Năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng cơ bản và quan trọng nhất trong số các nguồn năng lượng có thể thay thế. Việt Nam rất giàu năng lượng mặt trời. Sấy bằng năng lượng mặt trời là một phương pháp phổ biến và rất rẻ tiền. Nhiệt của mặt trời và sự chuyển động của không khí làm tách ẩm để thủy sản trở nên khô. Quá trình làm khô cá bằng năng lượng mặt trời gọi là sấy khô tự nhiên. Theo phương pháp này này nguyên liệu được phơi ngoài ánh nắng có nhiệt độ khoảng 37-400C. Tiện lợi của phương pháp sấy khô bằng năng lượng mặt trời là giá rẻ, lý tưởng cho các sản phẩm ít hoặc không cần tăng giá trị và sản phẩm thường phơi gần nhà. Tuy nhiên, việc sử dụng nó còn rất nhiều hạn chế: - Thời gian sấy dài, có thể làm cho sản phẩm bị hư hỏng. - Không chủ động, phụ thuộc vào thời tiết. - Cần đảo trộn sản phẩm nhiều lần trong ngày. - Sản phẩm dễ bị bẩn do bụi. Khi sấy khô bằng phương pháp tự nhiên cần lưu ý chọn vị trí sân phơi để nguyên liệu nhận được nhiều năng lượng mặt trời nhất. Sân phơi phải khô ráo, thoáng mát. Tốt nhất là phơi trên giàn cao 0,8-1m vừa nhanh khô, vừa đảm bảo vệ sinh đồng thời thao tác dễ dàng. Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 10 Phơi khô cá là phương pháp cổ truyền dùng trong dân gian, nhưng không thích hợp cho công nghiệp chế biến (Phan Thị Thanh Quế, 2005) • Sấy khô nhân tạo Quá trình làm khô bằng năng lượng nhân tạo gọi là phương pháp sấy khô nhân tạo. Theo phương pháp này cá được làm khô trong các thiết bị sấy. Thiết bị sấy là một phòng kín, không khí trong phòng được đốt nóng do bộ phận cung cấp nhiệt đặt phía dưới, bên trên có lá chắn kim loại, nhiên liệu đốt nóng là than đá hoặc năng lượng điện,Cá được xếp trên các sàn thưa đặt trên giàn, có nhiều lớp và mỗi lớp cách nhau 0,3-0,4m. Nguyên tắc làm việc: không khí đi từ ngoài vào qua bộ phận cung cấp nhiệt được đốt nóng rồi đi vào phòng sấy làm nóng nguyên liệu, nước từ nguyên liệu bốc hơi, không khí trong phòng sấy được lưu thông nhờ chênh lệch nhiệt độ và đi từ dưới lên kéo theo hơi nước qua ống khói đi ra ngoài. Nhiệt độ sấy không được quá 650C. Ưu điểm: - Thời gian sấy ngắn hơn - Sấy suốt năm và xuất khẩu đều đặn - Sản phẩm ổn định về chất lượng và độ ẩm. - Ngăn ngừa ruồi và côn trùng gây bẩn sản phẩm. - Sử dụng nguồn năng lượng tại chỗ, tận dụng mặt bằng sản xuất. Nhằm tăng chất lượng sản phẩm cá khô, có thể dùng các cách sau: - Trước khi phơi, sấy cần phải mổ bụng, lấy hết nột tạng, cắt bỏ đầu, vảy và xẻ cá theo chiều dọc xương sống. - Phi lê riêng thịt cá và phơi, sấy nhằm làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm. Trước khi phơi, sấy có thể ướp muối theo phương pháp ướp muối khô, nếu tốc độ phơi, sấy nhanh có thể không cần ướp muối (Phan Thị Thanh Quế, 2005) 2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy khô cá • Nhiệt độ không khí Trong cùng điều kiện về độ ẩm không khí, tốc độ gió,nếu nâng cao nhiệt độ làm khô thì tốc độ làm khô nhanh. Nhưng tăng nhiệt độ chỉ trong giới hạn cho phép vì nhiệt độ làm khô cao quá sẽ làm cho cá dễ bị sấy chín và tạo nên màng cứng ở bề mặt nguyên liệu làm cản trở sự thoát nước từ trong cá ra ngoài. Nhiệt độ làm khô thấp quá cũng không tốt vì như thế tốc độ làm khô chậm, làm giảm năng suất của Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 11 thiết bị, cá dễ bị thối rữa. Nhiệt độ làm khô thích hợp được xác định dựa vào bản chất của từng nguyên liệu. • Tốc độ chuyển động của không khí Đây là nhân tố có ảnh hưởng lớn đến quá trình làm khô. Tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều ảnh hưởng không tốt đến quá trình làm khô. Bởi vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn sẽ khó giữ được nhiệt lượng trên nguyên liệu sấy, còn tốc độ chuyển động của không khí quá nhỏ sẽ làm chậm lại quá trình khô dẫn đến hư hỏng sản phẩm như bị lên mốc, thối rửa. • Độ ẩm tương đối của không khí Khả năng làm khô của không khí phụ thuộc vào độ ẩm của nó. Độ ẩm của không khí càng thấp thì khả năng hút ẩm càng cao và khả năng làm khô càng lớn. Phương pháp sấy khô cá chính là năng cao khả năng hút ẩm của không khí bằng cách sử dụng nhiệt để làm giảm độ ẩm của không khí. Trong quá trình sấy, độ ẩm của không khí tăng lên do tiếp xúc và lấy đi ẩm của nguyên liệu. Các nhà khoa học cho rằng: độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì tốc độ làm khô chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối là 80% thì không những quá trình làm khô dừng lại mà còn xảy ra quá trình ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm của không khí. • Tính chất nguyên liệu Nguyên liệu càng bé và càng mỏng thì tốc độ làm khô càng nhanh. Vì vậy khi làm khô cá to, muốn nâng cao tốc độ làm khô phải cắt mổ và phân nhỏ ra cho phù hợp. Ngoài ra, thành phần hóa học của nguyên liệu (nước, mỡ, protein, chất khoáng,), tổ chức thịt rắn chắc hay lỏng lẻo cũng ảnh hưởng tốc độ làm khô (Nguyễn Trọng Cần và Đỗ Minh Phụng,1990) 2.4.3 Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy khô cá • Biến đổi vật lý Có hiện tượng co thể tích, khối lượng nguyên liệu giảm xuống do mất nước. Có sự biến đổi nhiệt độ do tạo gradient nhiệt độ ở mặt ngoài và mặt trong của nguyên liệu. Có sự biến đổi cơ lý như: có hiện tượng biến dạng, hiện tượng co, tăng độ giòn hoặc nguyên liệu bị nứt nẻ. Có thể có hiện tượng nóng chảy và tụ tập của các chất hòa tan trên bề mặt làm ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm, làm tắc nghẽn các mao quản thoát nước, kèm theo đó là sự đóng rắn trên bề mặt. Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 12 • Biến đổi hóa lý Có hiện tượng khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình làm khô ẩm khuếch tán từ lớp ngoài vào lớp trong vật liệu sấy. Quá trình này được thực hiện bởi nhiệt khuếch tán và do kết quả co dãn của không khí bên trong các mao quản, nhiệt chuyển dời theo hướng có nhiệt độ thấp hơn từ bề mặt nóng bên ngoài vào sâu trong vật liệu kèm theo ẩm. Đây là hiện tượng dẫn nhiệt ẩm làm cản trở quá trình làm khô. Đến khi có hiện tượng bốc hơi nước từ bề mặt vật liệu đến tác nhân sấy, lượng ẩm bên trong vật liệu sẽ di chuyển ra bề mặt để bù vào lượng ẩm bay hơi. Nếu không có quá trình này, bề mặt vật liệu nóng quá và bị phủ kín bằng lớp vỏ cứng ngăn cản sự thoát nước dẫn đến hiện tượng sản phẩm khô không đều,bị nứt. Ngoài sự khuếch tán ẩm, quá trình làm khô còn xảy ra hiện tượng chuyển pha từ lỏng sang hơi ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu sấy. • Biến đổi hóa học Tốc độ phản ứng hóa học có thể tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng như phản ứng oxy hóa, phản ứng Maillard, phản ứng phân hủy protein. Ngoài ra, do hàm lượng nước giảm dần nên cũng có thể làm chậm đi tốc độ của một số phản ứng thủy phân. • Biến đổi sinh hóa Trong giai đoạn đầu của quá trình làm khô, nhiệt độ vật liệu tăng dần và chậm, hàm ẩm chưa giảm nhiều, tạo điều kiện hoạt động tốt cho các loại enzyme gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu. Đến giai đoạn sau khi nhiệt độ tăng cao và ẩm giảm dần nên hoạt động của các enzyme giảm. Tuy nhiên có một số enzyme vẫn còn hoạt động cho đến giai đoạn sau khi làm khô làm biến màu sản phẩm hay thủy phân lipid. • Biến đổi sinh học Đối với cấu tạo tế bào: thường xảy ra hiện tượng tế bào sống biến thành tế bào chết do nhiệt độ làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh và sự mất nước. Đối với vi sinh vật: quá trình làm khô có thể tiêu diệt một số vi sinh vật trên bề mặt vật liệu nhưng làm khô có tác dụng làm yếu hoạt động của chúng nhiều hơn. Do hiện tượng bị ẩm cục bộ (hàm lượng ẩm phân bố không đều trong vật liệu) nên vi sinh vật vẫn có thể phát triển trong vật liệu sấy nhưng rất ít. Về dinh dưỡng: sản phẩm khô thường giảm độ tiêu hóa, lượng Calo tăng do giảm lượng ẩm. Vì thế, có thể sử dụng ít sản phẩm khô mà vẫn đủ Calo. Đây là đặc tính ưu việt của sản phẩm khô • Biến đổi cảm quan Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 13 Màu sắc: sản phẩm được làm khô thường có màu thẫm, nâu do phản ứng caramel, phản ứng maillard. Mùi: sau khi làm khô một số hợp chất mùi tự nhiên của sản phẩm bị mất do phân hủy ở nhiệt độ cao. Bên cạnh đó, cũng có một số hợp chất thơm mới được hình thành nhưng cần chú ý đến mùi ôi khét của sự oxy hóa chất béo tạo ra vì chúng làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm đáng kể. Vị: do độ ẩm giảm nên nồng độ các chất vị tăng lên, cường độ tăng lên nhiều nhất là vị ngọt và vị mặn. Trạng thái: sản phẩm thường tăng tính đàn hồi, tính dai, tính giòn hoặc có biến đổi về hình dạng. Một số sản phẩm bị co trong quá trình làm khô. Hiện tượng co không đều là nguyên nhân làm cho sản phẩm bị cong méo và nứt nẻ, dẫn đến thay đổi hình dạng sản phẩm (Lê Bạch Tuyết, 1994) 2.5 Độ hoạt động của nước (aw) 2.5.1 Định nghĩa Hoạt độ của nước thu được từ các nguyên lý cơ bản của nhiệt động học và hóa lý học. Các nguyên lý cơ bản của nhiệt động học là điều kiện cần thiết để xác định hoạt độ của nước. Những điều kiện cần thiết là: nước tinh khiết (aw=1) là trạng thái chuẩn, hệ thống phải cân bằng và nhiệt độ được xác định. Trong trạng thái cân bằng: µ=µ0 + RTln(f/f0) Trong đó : µ là thế hóa của hệ thống hoạt động nhiệt động học hoặc năng lượng trên mole của chất. µ0 là thế hóa của chất tinh khiết ở cùng điều kiện nhiệt độ T (0K) f là độ dễ bay hơi hoặc khuynh hướng thoát hơi của một chất f0 là khuynh hướng bay hơi của chất tinh khiết (Berg và Bruin, 1981) Độ hoạt động của một chất được định nghĩa là a = f/f0. Đối với nước là aw= f/f0 aw là hoạt độ của nước, hoặc khuynh hướng bay hơi của nước trong hệ thống được phân chia bởi khuynh hướng bay hơi của nước tinh khiết với độ cong không theo bán kính đường tròn. Theo mục đích thực tiễn, với hầu hết các thực phẩm, tính dễ bay hơi gần đúng với áp suất hơi (f∼p) nên: aw= f/f0 ∼ p/p0 Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 14 Hệ thống đạt cân bằng khi µ đều như nhau tại mọi điểm trong hệ thống. Cân bằng giữa pha lỏng và pha hơi có nghĩa là µ đều như nhau ở mọi pha. Từ đó cho phép sự đo lường ở pha hơi để xác định hoạt độ của nước ở cùng một điều kiện Hoạt độ của nước được định nghĩa là tỷ số giữa áp suất hơi trên bề mặt nguyên liệu (p) với áp suất hơi của nước tinh khiết (p0) ở cùng một nhiệt độ. Độ ẩm tương đối của không khí xác định bằng tỷ số áp suất hơi của không khí với áp suất hơi bão hòa của nó. Khi đã đạt được sự cân bằng về hơi và nhiệt độ, hoạt độ của nước của mẫu sẽ bằng độ ẩm tương đối của môi trường không khí xung quanh mẫu khi đặt trong phòng kín. Khi nhân hoạt độ của nước với 100 được độ ẩm tương đối cân bằng (ERH) tính theo phần trăm. aw= p/p0 =ERH(%)/100 Hoạt độ của nước là sự đo lường trạng thái năng lượng của nước trong hệ thống. Có một vài nhân tố có thể điều khiển hoạt độ của nước. Ảnh hưởng của các chất hòa tan (như đường, muối) tương tác với nước thông qua hệ lưỡng cực, các ion và các liên kết hydro. Sự ảnh hưởng là nơi mà áp suất hơi của nước ở trên mặt cong của chất lỏng thấp hơn áp suất hơi của nước tinh khiết vì có sự thay đổi liên kết hydro giữa các phân tử nước. Sự tương tác bề mặt mà có nước tương tác trực tiếp với gốc hóa học trong cấu tử không hòa tan (như tinh bột, protein) thông qua lực liên kết lưỡng cực, liên kết ion (H3O+ hoặc OH-), lực Van de Waals (liên kết kỵ nước) và liên kết hydro. Có sự kết hợp của ba yếu tố trên trong sản phẩm thực phẩm thì sẽ làm giảm bớt năng lượng của nước và vì vậy làm giảm độ ẩm tương đối như khi được so sánh với nước tinh khiết. Những nhân tố này có thể được nhóm lại thành hai loại tổng quát là ảnh hưởng thẩm thấu và ảnh hưởng chất nền (Nguồn www.wateractivity.org) 2.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến aw Hoạt độ của nước (aw) thì phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thay đổi aw có liên quan đến sự thay đổi trong liên kết nước, sự phân ly của nước, độ tan của chất tan trong nước, hoặc trạng thái của chất nền. Mặc dù độ tan của chất tan là nhân tố có thể điều chỉnh được, nhưng thông thường người ta nên điều khiển trạng thái của chất nền. Trạng thái của chất nền thường phụ thuộc vào nhiệt độ và vì thế nhiệt độ ảnh hưởng đến aw trong thực phẩm. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt độ của nước trong thực phẩm thì rất là đặc biệt. Vài sản phẩm aw tăng khi nhiệt độ tăng, vài sản phẩm khác aw giảm khi nhiệt độ tăng, trong khi hầu hết các loại thực phẩm có hàm ẩm cao thì aw có sự thay đổi không đáng kể theo nhiệt độ (Nguồn www.wateractivity.org ) Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 15 Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn đường đẳng nhiệt hấp phụ và phản hấp phụ Hiện tượng trễ hấp thụ phụ thuộc vào lượng nước hút vào của nguyên liệu khô hoặc lượng nước bị loại ra (quá trình sấy) của nguyên liệu ướt. Hiện tượng trễ hấp thụ là do sự thay đổi cấu trúc không thuận nghịch và ảnh hưởng không cân bằng. Có rất nhiều công thức thực nghiệm thử mô tả về hiện tượng này nhưng chỉ ra mà không dự đoán được chính xác và đầy đủ và đường đẳng nhiệt hoạt độ của nước được xác định một cách thực nghiệm từ các nguyên liệu. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, các công thức thực nghiệm kết hợp với sự góp phần từ các cấu tử có thể đưa ra sự ước lượng về aw, và sau đó dùng để ước đoán thời gian bảo quản MFSL (mold-free shelf life) ở 210C MFSL (ngày) =10 wxa1,891,7 − Hoạt độ của nước thường tăng khi nhiệt độ và áp suất tăng. Ví dụ như một sự tăng nhẹ của nhiệt độ (T1→T2) ở một giá trị aw thấp , mối quan hệ được thiết lập như sau:       − ∆ =         21 1 2 11ln TTR H a a T w T w Trong đó ∆H là sự thay đổi enthalpy (ví dụ như hấp thụ hoặc phối trộn) R là hằng số khí lí tưởng T là nhiệt độ (K) Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 16 Sự thay đổi hoạt độ của nước có thể gây ra sự di chuyển của nước giữa các thành phần trong thực phẩm, tăng nhiệt độ sẽ làm giảm thời gian bảo quản (Nguồn www.lsbu.ac.uk) Nhưng đối với các sản phẩm nhạy cảm với độ ẩm thì không bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi nhiệt độ. Khi ở trong điều kiện phòng, aw thay đổi trong khoảng 0,0005 đến 0,005 aw (0,05 đến 0,5% RH) khi nhiệt độ thay đổi 10C. Điều này được giải thích bởi áp suất riêng phần trên bề mặt thực phẩm (p) nhạy cảm với ẩm thì có sự thay đổi rộng về nhiệt độ. Ở trên hầu hết các sản phẩm này, tầm quan trọng của sự thay đổi áp suất hơi nước riêng phần (p) với nhiệt độ là giống như (một cách không chính xác là bằng với) tầm quan trọng của sự thay đổi áp suất bão hòa của nước tinh khiết (p0). Thêm vào đó, sự thay đổi nhiệt độ kéo theo áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt thực phẩm nhạy cảm ẩm thay đổi theo. Ở cùng một thời điểm, áp suất riêng phần của không khí trên sản phẩm thì hầu như không thay đổi. Bất kỳ sự thay đổi nhiệt độ nào của sản phẩm nhạy cảm với ẩm thì tự nhiên làm cho sản phẩm trao đổi ẩm với không khí bao quanh nó. Ẩm sẽ được trao đổi cho đến khi áp suất hơi nước riêng phần trên bề mặt sản phẩm và trong không khí bằng nhau. Khi đo aw, việc quan trọng là giữ nhiệt độ không đổi khi có thể ở mẫu thực phẩm và không khí phía trên nó (Nguồn www.rotronic-usa.com) 2.5.3 Các phương pháp xác định độ hoạt động của nước Thực phẩm có aw để tiếp xúc với không khí có độ ẩm tương đối bằng RH%=aw, thực phẩm sẽ không thay đổi độ ẩm, không thay đổi trọng lượng. Nếu độ ẩm không khí và aw khác nhau, thực phẩm sẽ tăng hoặc giảm trọng lượng. Sự tương tác này cho phép ta đo aw. Phương thức xác định trực tiếp aw có thể theo 3 phương pháp: - Đo giá trị áp suất hơi của nguyên liệu - Đo độ ẩm tương đối cân bằng của không khí xung quanh nguyên liệu - Dựa vào việc đo lường sự giảm điểm đóng băng hay sự gia tăng nhiệt độ sôi - Đo hoạt độ của nước bằng điện dung Ngoài các phương pháp trên còn có các phương pháp dựa vào các công thức thực nghiệm để đo aw (Bùi Hữu Thuận, 1999) 2.5.4 Ảnh hưởng của aw trong quá trình bảo quản thực phẩm Hoạt độ của nước rất quan trọng trong công nghiệp thực phẩm. Khi aw thấp sẽ ngăn cản sự sinh trưởng của vi sinh vật (tăng thời gian bảo quản), thay đổi tốc độ của các phản ứng hóa học (Nguồn www.lsbu.ac.uk) Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 17 Bảng 2.3 Độ hoạt động của nước tối thiểu cho hoạt động sống của một số vi sinh vật Vi sinh vật aw Clostridium botulinum E 0,97 Pseudomonas fluorescens 0,97 Escherichia coli 0,95 Clostridium perfringens 0,95 Salmonella 0,95 Vibrio cholerae 0,95 Clostridium botulinumA, B 0,97 Bacillus cereus 0,93 Listeria monocytogenes 0,92 bacillus subtilis 0,91 Staphylococcus aureus 0,87 Hầu hết các loại nấm 0,70 Không có sự sinh trưởng 0,60 Nguồn Hoạt độ của nước là một nhân tố rất quan trọng trong việc quyết định chất lượng và sự an toàn thực phẩm. Hoạt độ của nước ảnh hưởng đến thời gian bảo quản, sự an toàn, cấu trúc, mùi và vị của sản phẩm. Hoạt độ của nước là một nhân tố rất quan trọng trong việc điều khiển sự hư hỏng. Hầu hết các vi khuẩn không phát triển ở aw<0,91 và hầu hết nấm mốc ngừng phát triển ở aw <0,7. Khi biết được aw, ta có thể đoán được những vi sinh vật nào sẽ là nguồn gây hư hỏng. Bên cạnh đó, aw còn có vai trò rất quan trọng trong việc quyết định hoạt động của enzyme và các vitamin trong thực phẩm và cũng ảnh hưởng nhiều đến màu sắc, vị và mùi thơm của thực phẩm. Hoạt độ của nước cũng có thể điều khiển phản ứng hóa nâu không do enzyme. Tốc độ của phản ứng Maillard có thể tăng khi aw tăng, giá trị lớn nhất trong khoảng 0,6- 0,7. Vì vậy, đo đạc và điều chỉnh aw là cách tốt nhất để để điều khiển phản ứng Maillard. Hoạt độ của nước còn làm chậm lại phản ứng có xúc tác enzyme. Hầu hết các phản ứng có xúc tác enzyme sẽ bị chậm lại ở aw< 0,8. Nhưng một số phản ứng có thể diễn ra thậm chí ở aw thấp hơn (Nguồn www.wateractivity.org) Cuối cùng là aw ảnh hưởng đến phản ứng oxy hóa chất béo. Phản ứng này xảy ra không giống nhau ở các giá trị aw khác nhau với những cơ chế phức tạp. Một cách thực hành được quan sát là sự oxy hóa xảy ra mạnh nhất ở thực phẩm rất khô (aw rất Luận văn tốt nghiệp khóa 29 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm-Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 18 thấp), tốc độ phản ứng cực tiểu ở aw thấp sau đó lại gia tăng ở các thực phẩm có hàm lượng nước cao (aw) cao (Bùi Hữu Thuận, 1999) Theo kết quả nghiên cứu của Huỳnh Ngọc Kim Nguyên (luận văn tốt nghiệp 2005) thì khi tiến hành ngâm cá trong dung dịch muối khoảng 19,5%, sấy đến độ ẩm 43% (theo trọng lượng khô) và giá trị aw ≈ 0,71 được xem là điều kiện tối ưu cho sản phẩm khô cá. 2.6 Sự biến đổi của khô cá trong quá trình bảo quản 2.6.1 Sự hút ẩm Sản phẩm khô cá có độ ẩm thấp, vì thế nên khi độ ẩm không khí cao khô cá sẽ hút ẩm. Hiện tượng này xảy ra khi áp suất hơi nước trên bề mặt