Các kỹ thuật chế biến thực phẩm hiện đại

Lò vi sóng được xem là một trong những phát minh vĩ đại của loài người. Không chỉ dùng để gia nhiệt thực phẩm, lò vi sóng còn dùng để nấu, nướng, làm tan giá, thậm chí nấu sôi nước. Nam tước Percy Le Baron Spencer, kỹ sư vật lý hãng Raytheon – một trong những hãng chế tạo radar lớn nhất thế giới nhận thấy rằng năng lượng tỏa ra từ các ống sử dụng cho radar đã tạo nhiệt, nhờ tình cờ nhìn thấy miếng chocolate để gần bộ hướng sóng bị mềm đi khi ông làm việc về radar cho viện kỹ thuật MIT ở Massachusetts năm 1945. Năng lượng điện từ này làm cho ông nảy ra một ý: lấy bắp khô gói vào giấy rồi đặt gói bắp trong vùng của ống thì tức khắc những hạt bắp nổ thành bắp rang. Vào ngày 08101945 Spencer được cấp bằng sáng chế của U.S cho phát minh nấu thực phẩm bằng vi sóng. Năm 1947 công ty Raytheon đã phát minh ra lò vi sóng đầu tiên trên thế giới có tên là Radarange, với chiều cao 6 feet, nặng 750 pounds và giá khoảng 5000 đô la Mỹ cho mỗi chiếc. Năm 1954 mô hình lò vi sóng thương mại được sản xuất với công suất 1600 watts với giá từ 20003000 đô.Mãi đến năm 1967 hãng Amana, một chi nhánh của Raytheon mới sản xuất hàng loạt microwave ra thị trường.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP – SINH HỌC ỨNG DỤNG BÀI BÁO CÁO CÁC KỸ THUẬT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM HIỆN ĐẠI Cần Thơ, năm 2011 2727ii MỤC LỤC Mục lục Chuyên đề Microwave I Giới thiệu II Lịch sử phát minh III Cấu tạo nguyên lý hoạt động IV Ảnh hưởng microwave đến chất lượng thực phẩm Về phương diện hóa học Về phương diện vi sinh vật Về phương diện dinh dưỡng V Bao bì sử dụng chế biến thực phẩm microwave VI Những lưu ý sử dụng microwave Chuyên đề Hiện tượng khuếch tán ứng dụng công nghệ thực phẩm I Giới thiệu Khuếch tán Thẩm thấu Thẩm thấu ngược- Lịch sử đời phát triển Cân nước Động lực trở lực tiến trình II Ứng dụng Bơm thẩm thấu Chế biến thực phẩm III Tác dụng thẩm thấu đến chất lượng thực phẩm Về phương diện dinh dưỡng Về phương diện hóa học Kết hợp với tiến trình thẩm thấu IV Bảo quản chế biến Chuyên đề Ảnh hưởng phương pháp chế biến áp suất cao đến độ bền chất dinh dưỡng I Giới thiệu i II Ảnh hưởng áp suất cao đến sản phẩm thực phẩm Tính chất chức Về phương diện dinh dưỡng Ảnh hưởng đến phản ứng Maillard Ảnh hưởng lipid Ảnh hưởng carbolhydrate Chuyên đề Dụng cụ đo công nghệ thực phẩm I Đo đạc quản lý sản xuất Mục đích Nguyên lý đo đạc Phân loại loại cảm biến II Kỹ thuật đo đạc trực tuyến III Kỹ thuật mô hình hóa cơng nghệ thực phẩm Chuyên đề Phân tích chức protein công nghệ thực phẩm (Proteomics) Khái niệm Cấu trúc proteomic Chuẩn bị dịch chiết tế bào để tinh protein Sử dụng sắc ký cột tinh chế protein Phân tích protein gel polyacrylamid Hệ protein học (proteomics) Chuyên đề Kỹ thuật chế biến thực phẩm áp suất cao (high pressure processing) Giới thiệu Ảnh hưởng áp suất cao đến thực phẩm Ứng dụng Thiết bị ii Tài liệu tham khảo CÁC KỸ THUẬT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM HIỆN ĐẠI CHUYÊN ĐỀ 1: MICROWAVE (PGs.Ts NGUYỄN VĂN MƯỜI) I Giới thiệu Lị vi sóng xem phát minh vĩ đại lồi người Khơng dùng để gia nhiệt thực phẩm, lị vi sóng cịn dùng để nấu, nướng, làm tan giá, chí nấu sôi nước II Lịch sử phát minh Nam tước Percy Le Baron Spencer, kỹ sư vật lý hãng Raytheon – hãng chế tạo radar lớn giới - nhận thấy lượng tỏa từ ống sử dụng cho radar tạo nhiệt, nhờ tình cờ nhìn thấy miếng chocolate để gần hướng sóng bị mềm ơng làm việc radar cho viện kỹ thuật MIT Massachusetts năm 1945 Năng lượng điện từ làm cho ông nảy ý: lấy bắp khơ gói vào giấy đặt gói bắp vùng ống tức khắc hạt bắp nổ thành bắp rang Vào ngày 08/10/1945 Spencer cấp sáng chế U.S cho phát minh nấu thực phẩm vi sóng Năm 1947 cơng ty Raytheon phát minh lị vi sóng giới có tên Radarange, với chiều cao feet, nặng 750 pounds giá khoảng 5000 đô la Mỹ cho Năm 1954 mơ hình lị vi sóng thương mại sản xuất với cơng suất 1600 watts với giá từ 2000-3000 đô Mãi đến năm 1967 hãng Amana, chi nhánh Raytheon sản xuất hàng loạt microwave thị trường III Cấu tạo ngun lý hoạt động Hình Lị vi sóng Magnetron máy phát điện có tần số lớn, dịng điện chuyển đổi thành xạ vi-ba có tính điện từ, nên magnetron máy phát sóng Magnetron gồm hình trụ rỗng kim loại, bên ngồi cực dương (anot), phía người ta đặt khoang cộng hưởng (cavity resonance) Để làm tăng tần số từ 50 Hz đến 2450 Hz, người ta dùng dao động mà phận thiết yếu mạch cộng hưởng song song Mỗi khoang cộng hưởng tương đương mạch cộng hưởng song song Ở trụ rỗng cực âm (catot) có dây để đốt nóng (filament) Bên magnetron chân khơng, điện cực âm dương người ta dùng hiệu điện khoảng 2300 volt để tạo từ trường Từ trường làm di chuyển electron từ cực âm sang cực dương Để tạo giữ cho dao động tần số cao, điện từ phải di động theo đường xoắn ốc trước khoang cộng hưởng Sóng viba từ máy phát truyền theo ống dẫn sóng đến quạt phát tán để đưa sóng phía Ở lị, sóng phân tán đếu đặn cách phản chiếu lên thành lò Thức ăn đốt nóng phân tử nước phân tử nước cấu tạo nguyên tử oxygen (O) hai nguyên tử hydrogen (H) Chúng không mang điện Tuy nhiên electron có khuynh hướng kéo ngun tử oxygen (vì oxygen có tầng ngồi chứa điện tử nên có khuynh hướng thu thêm điện tử để bão hồ, bền có âm tính), kết ngun tử hydrogen bị bớt tính âm điện nên có khuynh hướng mang điện tích dương Nghĩa phân tử nước có hai đầu dương hydrogen đầu âm oxygen Sự thăng tạo điện trường nhỏ phân tử nước Ðiều gây cho phân tử nước trở nên nhạy cảm tia điện từ, đặc biệt tia sóng viba Dưới tác dụng điện từ trường, nguyên tử hydrogen oxygen thay đổi cực 2,45 tỉ lần giây tạo nên chuyển động gây ma sát nên phát sinh nhiệt Cơng suất 1200 đến 1700 watts 600-700 watts dùng cho xạ, cơng suất cịn lại dùng cho magnetron quạt Ngoài thiết bị microwave cịn có tường lị có chất cách nhiệt để chống thất nhiệt ngồi lị Cửa lị có lưới để quan sát thức ăn hai van khóa an tồn khép kín ngăn sóng ngồi Vách kim loại giúp phản xạ sóng vi-ba IV Ảnh hưởng microwave đến chất lượng thực phẩm Về phương diện hóa học HCAs nhóm hợp chất thường diện mơ thịt nấu chín cách nướng vỉ, nướng barbecue hay chiên dầu Theo viện nghiên cứu ung thư (IARC) tổ chức sức khỏe giới xác định 2-amino3methylimidzo[4,5-f] quinoline gây ung thư cho người (group 2A) (1993) hợp chất HCAs khác có chứa gen gây ung thư Gia nhiệt hay luộc thực phẩm microwave không tạo HCAs sản phẩm Thịt nấu sơ microwave trước nướng barbecue làm giảm đáng kể hình thành HCAs (Hill et al., 1998) Thịt bò viên tiền xử lý microwave trước chiên giảm HCAs từ 3-9 lần (Felton et al., 1994) Đùi gà chế biến microwave giảm hình thành HCAs (Chiu et al., 1988) PAHs (Polyaromatic hydrocarbons) nhóm chất hữu chứa hay nhiều vịng thơm có nhánh, tạo thành từ nguyên tử H C Chế biến thực phẩm microwave hay chưng cách thủy tạo lượng thấp PAHs (Phillip, 1999) Không tìm thấy PAHs thực phẩm thay trình chiên microwave Nitrosamine tạo thành nitrit phản ứng với amin bậc 2, bậc hợp chất phổ biến gây ung thư cho người (group 2) Sử dụng microwave chế biến thịt heo thấy giảm đáng kể hình thành Nitrosamin Thủy sản khơ gia nhiệt gián tiếp thông qua microwave làm giảm thấp hình thành Nitrosamin so với gia nhiệt trực tiếp bếp gas (Lee et al., 2003) Về phương diện vi sinh vật Chế biến thực phẩm microwave tạo nhiệt độ bề mặt thấp, thời gian gia nhiệt ngắn nên tiêu diệt vi sinh vật, bào tử gây bệnh hiệu truyền nhiệt đối lưu Nhưng phải đảm bảo nhiệt độ nước thực phẩm lớn 75 °C để tiêu diệt vi sinh vật Ngoài nhiệt độ truyền không đồng nơi thức ăn nên có chỗ nóng (giữa lõi), chỗ khơng đủ nóng để giết vi khuẩn Salmonella, Listeria… Về phương diện dinh dưỡng Khi gia nhiệt microwave protein giữ giá trị dinh dưỡng tương đương truyền nhiệt đối lưu Tính chất lipid ổn định điều kiện xử lý microwave Hạn chế peroxy hóa acid béo đa nối đơi thịt, lịng đỏ trứng Chế biến thực phẩm microwave với thời gian gia nhiệt ngắn trì tốt vitamin thực phẩm Các chất khống khơng bị phá hủy gia nhiệt microwave Phosphour kali thịt bò trì tốt sử dụng micwrowave truyền nhiệt đối lưu V Bao bì sử dụng chế biến thực phẩm microwave Bao bì plastic: bao bì phổ biến gia nhiệt microwave cụ thể HDPE (high density polyethylene) thích hợp cho thực phẩm có hàm lượng ẩm cao Không dùng hộp làm chất dẻo đựng thực phẩm bán sẵn, hộp xốp, bao giấy nâu, hóa chất độc từ bao bì nóng thấm vào thức ăn Tuyệt đối khơng sử dụng PVC chế biến thực phẩm microwave hạt nhựa di-(2-ethylhexyl) adipate bổ sung để cải thiện độ đàn hồi tác nhân gây ung thư Bao bì giấy carton hấp thu lượng microwave độ bền giảm gặp điều kiện ẩm Một số bao bì giấy khơng thích hợp cho microwave giấy sáp, thực phẩm bị nhiễm sáp chế biến microwave gây khó tiêu hóa Không nên dùng giấy tái chế để đựng thực phẩm lượng kim loại vụn diện nhiều đưa vào lò vỡ gây tia lửa điện dẫn đến cháy nổ Bao bì thủy tinh loại bao bì chuyên dùng cho microwave suốt với vi sóng nên hấp thụ lượng lớn vi sóng Bên cạnh sử dụng bao bì thủy tinh tạo nhiệt độ tâm sản phẩm lớn nhiệt độ bên nên dễ lấy sản phẩm khỏi thiết bị Bao bì gốm thích hợp cho gia nhiệt microwave, số bát đĩa có hoa văn trang trí kim loại làm chùm vi sóng phản xạ theo nhiều hướng tạo tia lửa điện gây nổ Bao bì kim loại khơng thích hợp cho sử dụng microwave lượng vi sóng bị phản xạ kim loại Nhưng trường hợp ngoại lệ sử dụng bao bì phức tạp có lớp kim loại tạo hóa nâu lớp vỏ cứng cho sản phẩm VI Những lưu ý sử dụng microwave Thực phẩm dạng khơ khơng thể nấu chín lị viba, muốn nấu chín phải làm cho thức ăn có độ ẩm có nước Thức ăn đậy kín sữa, cá bọc giấy, trứng nguyên vỏ đưa vào lị dễ dẫn đến nổ vỡ tích tụ bên Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình gia nhiệt microwave: - Thành phần thực phẩm - Kích cỡ - Số lượng - Hình dạng - Khối lượng riêng - Tính chất vật lý thực phẩm CHUYÊN ĐỀ 2: HIỆN TƯỢNG KHUẾCH TÁN VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC PHẨM (Ts BÙI HỮU THUẬN) I Giới thiệu: Khuếch tán Sự khuếch tán tượng tự nhiên xảy để điều hòa nồng độ vật chất diện có nồng độ khác Trong mơi trường có nồng độ áp suất không đổi, chất khuếch tán theo chiều gradient nồng độ, nghĩa di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp Tốc độ khuếch tán tùy thuộc vào chất chất khuếch tán, tượng xảy mạnh mẽ thể khí, thể lỏng chậm thể rắn Thẩm thấu Sự thẩm thấu khuếch tán nước qua màng có tính chất thấm dung mơi tốt chất tan Màng gọi màng bán thấm Nước khuếch tán qua màng từ vùng có nồng độ chất tan thấp (lượng nước nhiều) đến vùng có nồng độ chất tan cao (lượng nước ít) Thẩm thấu trường hợp đặc biệt khuếch tán Sự thẩm tách khuếch tán phân tử chất tan qua màng thấm chọn lọc Hiện tượng thường gặp thể sinh vật hay nông sản thực phẩm Sự khuếch tán chất qua màng sinh học gọi vận chuyển thụ động chúng không cần tế bào cung cấp lượng Áp suất thẩm thấu dung dịch biểu lực hút nước dung dịch Áp suất thẩm thấu dung dịch tỉ lệ trực tiếp với nồng độ chất tan tỉ lệ nghịch với nồng độ nước dung dịch nghĩa dung dịch có nồng độ cao áp suất thẩm thấu lớn ngược lại Thẩm thấu ngược- Lịch sử đời phát triển Lịch sử thẩm thấu ngược ( Reverse Osmosis ) thức khởi nguồn từ kỷ 18 Nhiều chứng ghi nhận nhà vật lý thực hành người Pháp, thành viên Viện Hàn lâm Paris, Jean-Antoine Noilett nhân vật nghiên cứu sử dụng thuật ngữ Thẩm thấu ngược vào năm 1748 Thẩm thấu ngược tiến trình thẩm thấu nước di chuyển theo chiều hướng ngược lại thẩm thấu tự nhiên cách dùng bơm để tác động ngoại lực tạo nên áp suất cao đủ thắng áp suất thẩm thấu, nước di chuyển từ nơi có nồng độ chất tan cao đến nơi có nồng độ chất tan thấp Cân nước Tính trương khả dung dịch làm cho tế bào hút nước hay nước Dung dịch đẳng trương có nồng độ dung dịch bên ngồi với nồng độ dịch bào; lượng nước vào khỏi tế bào Dung dịch ưu trương nồng độ dung dịch bên lớn bên tế bào, tế bào nước Dung dịch nhược trương nồng độ dung dịch bên nhỏ bên tế bào, tế bào hút nước Hình Thẩm thấu tế bào động vật thực vật Động lực trở lực tiến trình Gradient nồng độ chất hệ thống khuếch tán xem động lực tiến trình Trở lực tiến trình thể qua thơng số tính chất truyền vật chất hệ số truyền vật chất dung dịch thẩm thấu hay hệ số khuếch tán hiệu vật liệu sinh học Hệ số truyền vật chất bên dung dịch phụ thuộc nhiệt độ, nồng độ tốc độ chảy xác định qua việc thiết lập hệ thức gồm số không thứ nguyên Sherwood, Reynolds, Shimidt II ỨNG DỤNG Bơm thẩm thấu Sự khác biệt nồng độ dùng nguồn lượng để vận hành bơm công suất cực nhỏ ổn định, áp dụng việc lấy mẫu hay tiêm liên tục vật liệu vào nơi mong muốn Năng lượng thẩm thấu nguồn lượng tự nhiên vô tận có từ khác biệt nồng độ muối nước biển nước sông Chế biến thực phẩm Để tiết kiệm lượng chế biến thực phẩm, đặc biệt tiến trình tách nước sấy hay bốc hơi, người ta dùng lượng nồng độ để lấy nước dạng lỏng Ứng dụng thẩm thấu ngược cô đặc sữa, cô đặc nước trái cây… để đảm bảo giữ phẩm chất vật chất nhạy cảm với nhiệt độ cao tiết kiệm lượng Vào năm cuối thập kỷ 40 kỷ 20, nhà nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm tách nước từ dung dich muối Nhưng đến năm 1959, UCLA quan cho mắt dây chuyền công nghệ lấy nước từ biển ứng dụng thực tế Trong sản xuất, chế biến rau khô, công nghệ thẩm thấu áp dụng để lấy lượng nước lớn, tiết kiệm lượng sấy đồng thời cải thiện chất lượng sản phẩm Sản phẩm thịt, cá khô thẩm thấu ứng dụng rộng rãi giới III TÁC DỤNG CỦA THẨM THẤU ĐẾN CHẤT LƯỢNG THỰC PHẨM Về phương diện vi sinh vật Dung dịch thẩm thấu có aw thấp thực nhiệt độ lạnh nên ức chế vi sinh vật gây hại, tạo an tồn cho tiến trình xử lý Phương pháp tách nước thẩm thấu tốt mặt an toàn vệ sinh thực phẩm Về phương diện hóa học Các chất chống oxy hóa quý giá dễ bị hư hỏng tiếp xúc với khơng khí chế biến Cần tiến hành thực chế biến điều kiện chân khơng, khơng có tiếp xúc với oxy 10 II Ảnh hưởng áp suất cao đến sản phẩm thực phẩm Tính chất chức Áp suất cao ảnh hưởng đến thành phần có trọng lượng phân tử thấp chất mùi, màu vitamin nhỏ so với trình chế biến nhiệt Thực phẩm chế biến áp suất cao giống với thực phẩm tươi giảm chất lượng sau chịu ảnh hưởng nhiều trình tồn trữ phân phối xử lý áp suất Trong số trường hợp áp suất sử dụng để tạo cấu trúc gel cho protein làm tăng độ nhớt mà không cần nhiệt Về phương diện dinh dưỡng Acid ascorbic (AA) bền trình xử lý áp suất cao Vitamin C trái rau củ bị ảnh hưởng không đáng kể: Khoảng 82% AA chứa lê giữ lại sau xử lý áp suất 900 Mpa 20°C vòng 5-10 phút (Qualia et al, 1996) Khoảng 95-99% AA dâu tây mức đơng kiwi bảo vệ áp suất 40-600 Mpa 10-30 phút (Kimura, 1992; Kimura, 1994 ) Với áp suất cao 350 Mpa suốt phút, Aa nước cam không bị ảnh hưởng đáng kể Thanh trùng Pasteur (88-90°C) áp suất cao (600 Mpa/ 15 phút) AA puree ổi không thay đổi tồn trữ 4°C 60 ngày Xử lý áp suất cao (200, 400, 600 MPa) 20°C 30 phút vitamin C bị ảnh hưởng mức không đáng kể (Sancho et al., 1999) Tại 850 Mpa, 50°C giờ, AA không bị (Van den Broeck et al, 1998) AA không giảm giảm mức giới hạn quan sát 100 phút (ở áp suất 700 MPa nhiệt độ 70°C) (Nguyen, MT et al, 2007) Ảnh hưởng áp suất cao folate nghiên cứu Butz et al (2004) nước ép cam mơ hình nước ép 600 Mpa kết hợp với nhiệt độ 25°C 80°C có diện AA Kết cho thấy: Xử lý 600 Mpa 25°C vài phút trì tốt folate nước ép cam Sự diện vitamin C chất chống oxy hố khác bảo vệ folate khơng bị phá huỷ suốt trình Indrawati et al (2004) nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ (60°C) áp suất (500 MPa) đến ổn định nước ép cam, puree kiwi, nước ép cà rốt măng tây→ ổn định 5-CH3H4PteGlu tất trái rau nghiên cứu có mối liên quan đến kết hợp nhiệt độ/áp suất so sánh với mơ hình hệ thống 13 Nguyen MT et al.(2002, 2003, 2004, 2005, 2006) tìm thấy ổn định folate (acid folic 5-formyltetrahydrofolic acid) pH = xử lý áp suất cao, ổn định giảm với tăng acid Sự ổn định folate (5-myltetrahydrofolate 5-formyltetrahydrofolate) nâng cao cách thêm chất chống oxy hoá (như AA) (Nguyen MT et al., 2003, 2006, 2007) Các Vitamin như: riboflavin, thiamin thiamin monophosphate (TMP) ổn định vùng nhiệt độ từ 25°C đến 100°C điều kiện áp suất thông thường (0,1 MPa) áp suất cao (600 MPa) với mơi trường đệm acetate (pH=5,5) có bổ sung fructose, hemoeglobin acid ascorbic Sự ổn định Thiamin riboflavin tìm thấy thịt heo fillet bằm điều kiện có khơng có xử lý áp suất 600 Mpa từ 20 - 100°C Ảnh hưởng đến phản ứng Maillard Phản ứng hóa nâu ngăn chặn đáng kể áp suất khoảng 50-200 MPa Kết cho thấy áp suất cao ngăn chặn hiệu q trình hóa nâu q trình cô đặc Hill et al.(1996) nghiên cứu ảnh hưởng áp suất cao (600 MPa) pH đến tốc độ hóa nâu Maillard hỗn hợp glucose-lysine → tốc độ phản ứng hóa nâu Maillard 50°C ngăn chặn dung dịch có áp suất pH đầu 5,1 6,5, ức chế tăng đáng kể pH 8,0 10,1 Tuy nhiên lại không ảnh hưởng pH 7,0-7,5 Điều áp suất gây ion hóa nhóm acid cacboxylic lysine pH thấp gây giảm độ pH (Heremans, 1995) Ảnh hưởng lipid Điểm nóng chảy triglycerides tăng điều kiện áp suất cao Với chất béo trạng thái lỏng kết tinh áp suất cao Áp suất cao tạo chất béo rắn trạng thái ổn định nhất; trạng thái có lượng thấp điểm nóng chảy cao (Cheftel, 1992) Sự oxy hóa acid béo khơng bão hịa tăng áp suất cao (Tanaka et al, 1991; Heremans et al, 2002) Sự oxy hóa lipid cá mòi với thịt tăng lên với cường độ thời gian xử lý áp suất cao tương tác lipid cá mòi protein tăng cường áp suất Oxy hóa lipid thịt heo nghiền tồn trữ ngày áp suất 800 Mpa (Chean Ledward, 1996) Tại áp suất thấp 300 Mpa oxy hóa lipid có xuất ảnh hưởng vùng áp suất 300-400 Mpa Ảnh hưởng carbohydrates 14 Tinh bột bị ảnh hưởng q trình xử lý áp suất cao Thevelien et al (1991) cho 1000 Mpa nhiệt độ hồ hóa tăng từ 3-5°C, không tăng 1500 Mpa Điều áp suất cao hình thành nên liên kết hydro làm trì cấu trúc ban đầu Hayashi Hayashida (1989) xử lý áp suất cao lúa mì, bắp dung dịch tinh bột khoai tây (5% w/w), phân tích ảnh hưởng áp suất đến khả phân cắt tinh bột Tinh bột xử lý áp suất 4000 kgf cm2 (400 Mpa) 5000 kgf cm2 (500 Mpa) 25°C tương đối bền với phân cắt amylase Tuy nhiên, áp suất tương tự kết hợp với tăng nhiệt độ (40-50°C) làm tăng tính nhạy cảm tinh bột đến hoạt tính amylase 15 CHUYÊN ĐỀ 4: DỤNG CỤ ĐO TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (Ts: VÕ TẤN THÀNH) I Đo đạc quản lý sản xuất Mục đích Đảm bảo an toàn hoạt động sản xuất nhà máy Đảm bảo điều kiện kiểm soát chất lượng thực phẩm trình chế biến Sử dụng nguồn lượng, vật liệu, thiết bị hiệu giảm chất thải sản xuất Các thơng số đo đạc trực tiếp như: áp suất, nhiệt độ, pH, lưu lượng khối lượng, thể tích, chiều cao mực chất lỏng, độ nhớt, khối lượng riêng… Các thông số đo đạc trực tiếp: thành phần hóa học thực phẩm, tính chất lưu biến thực phẩm (hệ số đàn hồi, biến dạng dẻo…), kích thước giọt chất lỏng, bọt, kích thước hạt…, bay trình nấu, nướng, sấy… Nguyên lý đo đạc Các thông số cần đo đạc → biến đổi đại lượng có liên quan đến đại lượng điện (hiệu điện thế, điện trở, điện dung…) → ghi nhận chuyển đổi tín hiệu thể kết đo đạc Phân loại loại cảm biến Tự phát sinh tín hiệu: cặp nhiệt điện, pH… Cần cung cấp nguồn để có tín hiệu đo đạc: đo lực, RTD… Loại tín hiệu sóng vng Loại tín hiệu Digital II Kỹ thuật đo đạc trực tuyến Các loại cảm biến hệ thống chuyển đổi khuếch đại tín hiệu, sau chuyển đổi tín hiệu Analog/Digital, ghi nhận tín hiệu digital, sau thiết bị kết nối với máy tính dùng phần mềm kết nối máy tính dụng cụ đo để ghi nhận điều khiển 16 Các loại cảm biến Các hệ thống chuyển đổi khuếch đại tín hiệu Kết nối với máy tính Các phần mềm kết nối máy tính dụng cụ đo để ghi nhận, điều khiển Chuyển đổi tín hiệu Analog/Digital, ghi nhận tín hiệu digital Hình Kỹ thuật đo đạc trực tuyến III Kỹ thuật mơ hình hóa cơng nghiệp thực phẩm Mơ hình hóa giúp: - Hiểu biết biến đổi Mơ hình động - Phỏng đốn - Điều khiển q trình - Hiểu biết diễn biến Mơ hình tĩnh - Phỏng đoán → Cố gắng làm cho biến đổi trạng thái ổn định Các cơng đoạn tiến hành: Thí nghiệm → Khái niệm để thiết kế → Pilot → Thiết kế khí → Nhà máy 17 Mơ hình vật lý Hộp trắng (có thể so sánh tham số) Vi mơ Trung gian Mơ hình quan sát Hộp đen (không thể so sánh tham số) Vĩ mô Mơ hình điều khiển Thống kê cổ điển Vận chuyển chất lỏng Truyền nhiệt Truyền khối Động học phản ứng Data Mining Neural network Genetic Algorithm Mặt đáp ứng Fractal analysis Truyền nhiệt truyền khối Phân tích nhiều biến Vận chuyển chất rắn Fuzzy logic Hình Kỹ thuật mơ hình hóa cơng nghệ thực phẩm Các bước để mơ hình hóa Định nghĩa q trình, vấn đề cần giải Lựa chọn tham số liên quan đến tiến trình, xác định tham số biến độc lập, biến phụ thuộc Bố trí thí nghiệp với tham số xác định Lựa chọn kiểu mơ hình (cần lựa chọn mơ hình đốn nhiều trường hợp) tìm mơ hình Kiểm tra tính xác mơ hình Sử dụng mơ hình  Chú ý: Khơng có đơn vị Sử dụng nhiệt độ tuyệt đối (K) Nên chọn lựa phương trình gần giống với biến đổi vật lý 18 CHUYÊN ĐỀ 5: CÁC KỸ THUẬT PHÂN TÍCH PROTEIN HỌC (PROTEOMICS) PROTEIN VÀ HỆ 1.Khái niệm Proteomics khoa học nghiên cứu proteome, thành phần protein có genome Proteomics thuật ngữ tượng trưng cho đặc tính sinh học chức hoạt động protein hệ thống thể sống Proteoms thuật ngữ số lượng loại protein (enzyme) có thực phẩm Proteomics nghiên cứu cách hoàn chỉnh đầy đủ protein khía cạnh sinh học bao gồm: Giải mã hay tổng hợp protein Nghiên cứu protein góc độ tế bào, mơ tổ chức thể sinh vật Nghiên cứu proteomics cách phân tích protein phạm vi lớn với lĩnh vực: cấu trúc, biểu tương tác lẫn Cấu trúc Proteomics Sự định lượng lớn cấu trúc 3D (không gian chiều) protein Có thể xác định dự đốn cấu trúc loại protein Xác định trực tiếp: kỹ thuật MRN Dự đốn: Mơ hình hố tương đối Nhận hình dạng, nếp gấp… Nghiên cứu protein dạng hoạt động để ứng dụng bào chế thuốc kỹ thuật protein 3.Chuẩn bị dịch chiết tế bào để tinh protein Việc phân lập tinh loại protein riêng rẽ có ý nghĩa định đến khả tìm hiểu chức chúng Mặc dù số trường hợp, nghiên cứu chức protein dạng hỗn hợp phức tạp, phần lớn nghiên cứu thường dẫn đến kết luận “mù mờ” Chẳng hạn nghiên cứu hoạt tính enzym ADN polymerase hỗn hợp protein thô (chẳng hạn từ dịch phân giải tế bào), enzym ADN polymerase protein thành phần khác ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp ADN quan sát thực nghiệm Vì vậy, việc tinh protein bước quan trọng trình tìm hiểu chức chúng 19 Mỗi protein thường có số đặc tính riêng, việc tinh chúng thường có tính đặc thù Điều trái ngược với ADN, vốn giống cấu trúc thành phần, khác trình tự nucleotic Các bước tinh loại protein thường dựa đặc tính đặc thù kích thước, hình dạng, điện tích nhiều chức chúng Vật liệu khởi đầu cho hầu hết trình tinh protein từ sinh vật dịch chiết tế bào Khơng giống ADN vốn có tính phục hồi cao điều kiện nhiệt độ sống khác nhau, protein dễ bị biến tính phá hủy sau bị giải phóng khỏi tế bào Vì lý này, hầu hết trình chuẩn bị dịch chiết tinh protein tiến hành nhiệt độ lạnh (4 0C) Có số cách chuẩn bị dịch chiết tế bào Các tế bào phân giải sử dụng chất tẩy, lực làm vỡ thành tế bào, xử lý với dung dịch nhược trương (làm tế bào trương lên nước vào vỡ ra), thay đổi đột ngột áp suất Điểm chung tất phương pháp làm thành tế bào vỡ protein giải phóng Trong số trường hợp, tế bào chuyển trạng thái đông lạnh trước nghiền máy nghiền mẫu phịng thí nghiệm Sử dụng sắc ký cột tinh chế protein Phương pháp chiết xuất tinh protein phổ biến sắc ký cột Trong trường hợp này, phân đoạn protein cho chạy qua cột nhồi hạt agarose polyacrylamit nhỏ cải biến cho phù hợp Có số phương án khác việc sử dụng cột tách chiết tinh protein Các quy trình khác thiết lập khác đặc tính khác loại protein Sắc ký trao đổi ion: Trong phương pháp này, phân tử protein phân lập dựa điện tích ion hóa bề mặt chúng việc sử dụng vật liệu làm cột hạt mang nhóm chức tích điện âm dương (đây gọi pha tĩnh) Các phân tử protein tương tác yếu với hạt (chẳng hạn phân tử protein tích điện dương cho chạy qua cột mang hạt tích điện âm) hồi lưu sử dụng dung dịch muỗi lỗng chảy qua cột sau (dung dịch chạy mẫu gọi pha động) Các phân tử tương tác với pha động mạnh, cần dung dịch hàm lượng muối cao để hồi lưu mẫu (bởi muối làm “trung hịa” vùng mang điện tích) cho phép phân tử protein giải phóng khỏi cột Bằng việc tăng dần nồng độ muối dung dịch đệm thu hồi 20 mẫu, phân tử protein khác nhau, kể phân tử có đặc tính tích điện gần giống phân tách thành phân đoạn khác chúng hồi lưu từ cột Sắc ký lọc gel: Kỹ thuật cho phép phân tách loại protein cở sở đặc điểm khác loại protein hình dạng kích thước Khác với kỹ thuật sắc ký trao đổi ion, hạt sử dụng để nhồi cột kỹ thuật không mang nhóm tích điện mà thay vào mang lỗ có kích thước khác Các phân tử protein nhỏ có nhiều khả thâm nhập vào tất lỗ, vậy, thời gian chạy qua cột dài thời gian hồi lưu muộn Ngược lại, phân tử protein kích thước lớn có thời gian hồi lưu (chạy qua toàn cột) sớm Đối với loại cột, phân đoạn sắc ký thu nồng độ muối khác thời gian hồi lưu khác để thu loại protein quan tâm nghiên cứu Các phân đoạn có hoạt tính protein quan tâm cao tích lũy tiến hành tinh bổ sung Độ tinh sản phẩm protein tăng lên phân đoạn protein chạy qua nhiều cột sắc ký khác Thông thường cột sắc ký đơn lẻ không đủ để tinh loại phân tử protein mong muốn dù q trình sắc ký lặp lặp lại nhiều lần, thay vào người ta thường phải áp dụng chuỗi bước kỹ thuật để thu phân đoạn chứa lượng lớn loại protein cần quan tâm nghiên cứu Chẳng hạn như, dù có nhiều phân tử protein hồi lưu dung dịch muối đậm đặc từ cột tích điện dương (đối với protein tích điện âm) hồi lưu sắc ký lọc gel (đối với protein kích thước tương đối nhỏ), kỹ thuật đơn lẻ thường không đủ để thu sản phẩm protein tinh hoàn toàn Phân tích protein gel polyacrylamid Các loại protein thường khơng mang điện tích âm đồng hay có cấu trúc bậc hai đồng Thay vào đó, chúng tạo từ 20 loại axit amin khác nhau, số chúng khơng mang điện tích, số mang điện tích âm, cịn số mang điện tích dương Ngồi cấu trúc bậc hai, protein hoạt động cịn có cấu trúc bậc ba, bậc bốn điển hình Tuy vậy, protein xử lý với chất tẩy ion hóa mạnh SDS (sodium dodecyl sulphat) hợp chất khử, ví dụ 21 mercapthoethanol, cấu trúc bậc 2, phân tử protein bị phá vỡ Nghĩa là, sau xử lý với SDS, protein trở thành dạng phân tử polymer cấu trúc Đồng thời, SDS tạo thành lớp vỏ ion làm phân tử protein trở nên tích điện âm đồng Mecarptoethanol làm giảm liên kết disulphit hình thành tiểu phần cystein Kết là, phân tử ADN ARN gây biến tính SDS mercaptoethanol, phân tách loại phân tử protein điện di chủ yếu khác biệt trọng lượng kích thước phân tử Sau điện di, phân tử protein nhuộm với thuốc nhuộm liên kết protein Coomassie brilliant blue quan sát Khi khơng có SDS, điện di phân tách loại protein, lúc cịn có yếu tố khác loại protein trọng lượng phân tử, tổng điện tích điểm đẳng điện Hệ protein học (proteomics) Việc phát triển kỹ thuật giải mã trình tự ADN, kết hợp với phương pháp tách chiết, tinh phân tích trình tự protein mở đường cho hình thành chuyên ngành gọi hệ protein học Hệ protein học (proteomics) chuyên ngành nghiên cứu toàn tập hợp protein mô, tế bào thể tạo điều kiện đặc thù, phân tích mức độ phổ biến protein tương tác chúng với với phân tử khác (ví dụ ADN) q trình hoạt động tế bào Nếu kỹ thuật phân tích vi dãy phản ứng (microarray) giúp nhận biết biểu gen cở sở phân tích hệ gen, kỹ thuật proteomics cho phép xác định hình ảnh tổng thể tồn vốn protein tế bào, mơ thể Hệ protein học dựa ba phương pháp bản: điện di hai chiều gel polyacrylamid để tiến hành phân tách protein, khối phổ để xác định khối lượng phân tử định tính protein (hoặc đoạn peptit từ phân tử protein đó), sinh tin học để đối chiếu phân tử protein đoạn peptit với trình tự mã hóa chúng hệ gen Một tế bào riêng lẻ thường tạo hàng nghìn loại protein khác nhau, việc sử dụng đơn lẻ phương pháp điện di truyền thống gel polyacrylamid thường không đủ để phân lập tách biệt protein Vì vậy, tên gọi nó, phương pháp điện di hai chiều cho phép phân tách phân tử protein gel điện di theo hai chiều thực Trong bước thứ nhất, phân tử protein phân đoạn dựa điểm đẳng điện chúng (theo nguyên tắc hội tụ đẳng điện) Theo nguyên tắc này, 22 gradient pH tạo từ đầu đến đầu điện di, vị trí pH tương ứng làm trung hịa điện tích phân tử protein làm phân tử protein tập trung (hội tụ) vị trí Trong bước thứ hai, phân tử protein điểm hội tụ tiếp tục phân tách sở khối lượng kích thước chúng di chuyển trường điện di polyacrylamid gây biến tính SDS mơ tả Do phân tử protein đồng thời phân tách dựa hai thuộc tính (điểm đẳng điện trọng lượng phân tử), nên hàng nghìn loại protein khác phân tách khỏi thí nghiệm Sau phân đoạn theo phương pháp điện di hai chiều, loại protein riêng biệt đưa vào phân tích khối phổ để xác định xác khối lượng phân tử Như nói trên, để tăng hiệu phân tích, thơng thường protein cắt thành đoạn peptit nhỏ nhờ sử dụng protease thay cho việc phân tích phân tử protein dạng nguyên vẹn có phân tử lượng lớn cấu trúc phức tạp Kỹ thuật phân tích MS /MS cho phép giải trình tự chi tiết đoạn peptit xác định phân tử protein Cuối liệu trình tự hệ gen hồn chỉnh thể trình tự peptit từ loại protein quan tâm nghiên cứu đưa vào phân tích phần mềm sinh tin học để xác định trình tự mã hóa đặc thù hệ gen tương ứng với loại protein có chức quan tâm nghiên cứu Như vậy, nghiên cứu hệ gen học (genomics) hệ protein học (proteomics) có mối quan hệ chặt chẽ nghiên cứu di truyền học phân tử 23 CHUYÊN ĐỀ 6: KỸ THUẬT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM BẰNG ÁP SUẤT CAO (HIGH PRESSURE PROCESSING) (Ts: LÝ NGUYỄN BÌNH) Giới thiệu Chế biến thực phẩm áp suất cao phương pháp đại xem xu hướng ngành thực phẩm quốc gia phát triển Công nghệ đầu tư mở rộng phát triển nước phát triển Áp suất thường áp dụng chế biến thực phẩm từ 300-1000 Mpa Đặc điểm bật phương pháp trì mơi trường chế biến bảo quản nhiệt độ thấp vô hoạt vi sinh vật enzyme Tạo sản phẩm mới, hấp dẫn, chất lượng tốt, thời gian bảo quản lâu Thực phẩm chế biến áp suất cao cịn cải thiện tính chất chức (ứng dụng ủ chín phơ mai) Điểm khác biệt với xử ký nhiệt tác động lực nén lên thực phẩm, thực phẩm chịu áp lực vị trí Sự truyền tải áp lực khơng bị cản trở Khơng có lực cắt đẳng hưởng Sự nén ép thuận nghịch Tóm lại chế biến áp suất cao cung cấp thực phẩm an toàn tương tự tiệt trùng nhiệt Áp suất cao giết chết vi khuẩn Không làm hỏng mùi vị, cấu trúc thay đổi màu sắc, cải thiện tính an tồn thực phẩm, kéo dài hạn sử dụng Ảnh hưởng áp suất cao đên thực phẩm Áp suất cao tác động lên toàn sản phẩm thực phẩm, không tác động nhiều lên thể tích nên khơng gây ảnh hưởng đến cấu trúc thực phẩm Tác động áp suất cao gần giống với tác động “đoạn nhiệt” chế biến nhiệt độ cao thời gian ngắn với tăng áp suất từ từ có hệ thống giải nhiệt Áp suất cao làm biến tính thuận nghịch khơng thuận nghịch protein với liên kết đồng hố trị khơng bị ảnh hưởng Làm hồ hóa tinh bột Vơ hoạt enzyme vi sinh vật thời gian ngắn có hiệu tương tự xử lý nhiệt độ cao Có hiệu việc tiêu diệt bào tử vi sinh vật chịu nhiệt Các sản phẩm có độ acid thấp chưa ứng dụng nhiều khơng trì ổn định nhiệt độ chế biến Áp suất cao khơng tác dụng nhiều lên hợp chất có phân tử lượng thấp chất màu, mùi, vị… nên sản phẩm thực phẩm sau xử lý giữ màu sắc, vẻ tươi ngon Ứng dụng 24 Được sử dụng rộng rãi sản xuất nước trái cây, nước đóng chai, rau cải, hải sản, cá… Vơ trùng tăng thời gian bảo quản Sản phẩm giữ màu sắc, mùi vị vitamin Giảm vị đắng nước bưởi Giảm dị ứng gạo Thiết bị Thiết bị gồm có hệ thống tự động bán tự động thiết kế an tồn, có valve tự động Tại Hoa Kỳ, Avure Technologies (Kent, WA) bán cỡ HPP thương mại (cơng suất 215 lít), hệ thống thiết bị có khả sản xuất khoảng 10 triệu pound thực Hình Một số sản phẩm ứng dụng HPP phẩm/năm Giá bán tùy loại thiết bị dao động khoảng 500000 đến 2.500.000 USD NC Hyperbaric 420 L vessel WAVE 6000/420 Model Avure Technologies 350 L vessel H350L Model 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Hữu Thuận, 2009, Khuếch tán, thẩm thấu, thẩm phân ứng dụng, Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng – Trường Đại học Cần Thơ Nguyễn Văn Mười, 2009, Microwave, Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng – Trường Đại học Cần Thơ 26 Nguyễn Minh Thủy, 2009, Ảnh hưởng phương pháp chế biến áp suất cao đến độ bền chất dinh dưỡng, Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng – Trường Đại học Cần Thơ Võ Tấn Thành, 2009, Dụng cụ đo công nghiệp thực phẩm, Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm - Khoa Nông Nghiệp & Sinh học ứng dụng – Trường Đại học Cần Thơ Roman Buckow - Innovative Foods Centre, Food Science Australia, Advances in High Pressure Processing of Foods, International Workshop on Food Safety and Processing Technology, HCMC, November 29-30, 2007 Reiner Westermeier and Tom Naven, 2002, Proteomics in practice, A Laboratory Manual of Proteome Analysis 27 ... CHUYÊN ĐỀ 6: KỸ THUẬT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM BẰNG ÁP SUẤT CAO (HIGH PRESSURE PROCESSING) (Ts: LÝ NGUYỄN BÌNH) Giới thiệu Chế biến thực phẩm áp suất cao phương pháp đại xem xu hướng ngành thực phẩm quốc... Ảnh hưởng áp suất cao đến thực phẩm Ứng dụng Thiết bị ii Tài liệu tham khảo CÁC KỸ THUẬT CHẾ BIẾN THỰC PHẨM HIỆN ĐẠI CHUYÊN ĐỀ 1: MICROWAVE (PGs.Ts... gian bảo quản lâu Thực phẩm chế biến áp suất cao cịn cải thiện tính chất chức (ứng dụng ủ chín phơ mai) Điểm khác biệt với xử ký nhiệt tác động lực nén lên thực phẩm, thực phẩm chịu áp lực vị