Ứng Dụng Kỹ Thuật Gia Nhiệt Ohm Để Thanh Trùng Nước Ép Bưởi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐOÀN NHƯ KHUÊ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GIA NHIỆT OHM ĐỂ THANH TRÙNG NƯỚC ÉP BƯỞI Ngành: Cơng nghệ Thực phẩm Mã số ngành: 62540101 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn 1: PGS TS Lại Quốc Đạt Người hướng dẫn 2: PGS TS Lê Thị Kim Phụng Phản biện độc lập: Phản biện độc lập: Phản biện: PGS TS Lê Nguyễn Đoan Duy Phản biện: PGS TS Kha Chấn Tuyền Phản biện: PGS TS Trần Thị Thu Trà Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp phòng 302 B4, Trường Đại học Bách Khoa, Tp Hồ Chí Minh vào lúc 13 30 ngày 22 tháng 06 năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM - Thư viện Đại học Quốc Gia Tp HCM - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp HCM DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí quốc tế N K Doan, Q D Lai, and T K P Le, “Inactivation of E coli O157:H7 by Ohmic Heating at Different Frequencies and Temperatures in Buffer and Pomelo Juice,” Chem Eng Trans., vol 78, pp 475–480, 2020 (Scopus (Q3) – IF = 0,681) N K Doan, Q D Lai, T T Ho, T K P Le, and N T Le, “Influence of frequency and temperature on the inactivation of Salmonella enterica serovar enteritidis in Ohmic heating of pomelo juice,” LWT - Food Sci Technol., vol 129, pp 109528, 2020 (SCIE (Q1) - IF=4,952) N K Doan, Q D Lai, T K P Le, and N T Le, “Inactivation of Pectin Methylesterase and Lactobacillus Plantarum by ohmic heating in pomelo juice,” Int J Food Sci Technol., vol 56(4), pp 1987–1995, 2020 (SCIE (Q1) –IF= 3,713) N K Doan, Q D Lai, T K P Le, and N T Le, “Influences of AC frequency and electric field strength on changes in bioactive compounds in Ohmic heating of pomelo juice,” Innov Food Sci Emerg Technol., vol 72, pp 102754, 2021 (SCIE (Q1) - IF=5,916) CHƯƠNG 1.1 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thanh trùng/tiệt trùng nhiệt sử dụng phổ biến công nghệ chế biến thực phẩm để bất hoạt VSV, enzyme gây hại cho sức khỏe người tiêu dùng gây biến đổi làm giảm phẩm cấp sản phẩm Tuy nhiên, phương pháp gia nhiệt thơng thường (CH) có tốc độ truyền nhiệt chậm độ dẫn nhiệt thực phẩm thấp Gia nhiệt Ohm (OH) phương pháp gia nhiệt trực tiếp, có tốc độ gia nhiệt đồng đều, nhanh chóng tồn khối thực phẩm Bên cạnh nhiệt độ, tác động điện trường OH gia tăng hiệu bất hoạt VSV enzyme Do đó, chế độ nhiệt độ cần để trùng/tiệt trùng nước ép thấp hơn, thời gian ngắn nên chất lượng sản phẩm cao hơn: biến đổi cấu trúc, dinh dưỡng, cảm quan tăng độ an toàn vi sinh Tác động OH đến cấu trúc sinh học tác động kép, kết hợp nhiệt điện OH phụ thuộc vào số yếu tố độ dẫn điện thực phẩm, kích thước hạt huyền phù, tỷ lệ rắn lỏng, hàm lượng ion, cường độ điện trường áp dụng, tần số dòng điện Mỗi loại thực phẩm khác có biến đổi khác thành phần hóa lý hay vi sinh chịu tác động OH Nước ép bưởi, biết đến loại nước ép có lợi cho sức khỏe, chứa hàm lượng cao thành phần dinh dưỡng, hợp chất có hoạt tính sinh học, sử dụng làm ngun liệu nghiên cứu Do đó, mục đích nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật OH, thay cho kỹ thuật CH để trùng nước ép bưởi nhằm tạo sản phẩm chế biến có chất lượng cao 1.2 Mục tiêu luận án Mục tiêu nghiên cứu (1) xác định qui luật ảnh hưởng OH đến khả ức chế vi sinh vật gây bệnh gây hư hỏng nước ép bưởi, (2) xác định qui luật ảnh hưởng OH đến khả bất hoạt PME nước ép bưởi, (3) xác định qui luật ảnh hưởng OH đến biến đổi hợp chất hóa học đặc trưng nước ép bưởi 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu ứng dụng OH để trùng nước ép bưởi xác định được: - Qui luật bất hoạt VSV thay đổi tần số, cường độ điện trường, nhiệt độ - Qui luật bất hoạt PME thay đổi tần số, nhiệt độ - Qui luật biến đổi hợp chất hóa học đặc trưng nước ép bưởi thay đổi tần số, cường độ điện trường - Tác động điện trường đến hiệu bất hoạt VSV thông số bất hoạt (D, z) E coli O157:H7, S Enteritidis, L plantarum - OH giải pháp trùng/tiệt trùng nước ép bưởi hiệu cần thời gian xử lý ngắn, hiệu bất hoạt VSV, PME cao hạn chế phân hủy chất dinh dưỡng - Thông số công nghệ phù hợp để trùng/tiệt trùng nước ép bưởi xác định Kết nghiên cứu phương pháp OH áp dụng để nâng cao chất lượng cho sản phẩm nước ép bưởi trùng/tiệt trùng 1.4 Bố cục luận án Luận án có 113 trang, 14 bảng, 25 hình 159 tài liệu tham khảo, bao gồm phần: Chương 1: Mở đầu; Chương 2: Tổng quan; Chương 3: Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu; Chương 4: Kết bàn luận; Chương 5: Kết luận kiến nghị; Tài liệu tham khảo; Các cơng trình cơng bố TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Những tác nhân làm giảm phẩm cấp nước ép 2.1.1 VSV gây bệnh Nước ép bưởi có tính axit (pH < 4,6), có nguy tồn VSV gây bệnh E coli O157:H7, chủng Salmonella, loài ký sinh đơn bào Cryptosporidium parvum gây ngộ độc Trong đó, E coli O157:H7 Salmonella spp nhóm VSV đích, kiểm sốt chặt chẽ ngành công nghiệp chế biến nước trái họ có múi Để đảm bảo an tồn sinh học cho người tiêu dùng nước trái cây, quan FDA yêu cầu nhà chế biến phải có chế độ xử lý để đạt mức giảm tối thiểu log loại VSV gây bệnh có tính kháng cao 2.1.2 VSV gây hư hỏng Lactobacillus Leuconostoc đối tượng gây hư hỏng phân lập nước ép họ có múi Chúng khơng gây ngộ độc thực phẩm lại gây hư hỏng, khiến cho nước trái lên men tạo hương bơ sản sinh diacetyl Tính kháng nhiệt vi khuẩn lactic cao VSV khác (men, mốc) Do đó, chế độ tiêu diệt hồn tồn vi khuẩn Lactobacillus plantarum Leuconostoc mesenteroides đảm bảo vô trùng nước 2.1.3 Enzyme gây hư hỏng nước ép bưởi Pectin methylesterase (PME) đối tượng gây hư hỏng nước ép bưởi, có tính kháng nhiệt cao VSV Sự có mặt PME tác động xấu đến chất lượng nước họ có múi, làm thay đổi trạng thái, cấu trúc nước quả, hình thành gel, gây tách lớp nước 2.2 Gia nhiệt Ohm Gia nhiệt Ohm (OH), gọi gia nhiệt Joule, q trình sinh nhiệt cho dịng điện xoay chiều qua khối thực phẩm, thực phẩm đóng vai trị điện trở, cản trở dòng điện nên điện chuyển thành nhiệt bên khối thực phẩm OH cung cấp nhiệt nhanh đồng cho khối thực phẩm Do đó, khơng xảy nhiệt lớp bề mặt tâm khối thực phẩm Sản phẩm sau xử lý nhiệt phương pháp OH xuất biến đổi dinh dưỡng, cảm quan Tuy nhiên, hiệu OH phụ thuộc độ dẫn điện thực phẩm, thay đổi theo loại nguyên liệu tùy thuộc vào thơng số hệ thống (tần số dịng điện, cường độ điện trường) trình OH Cần khảo sát kiểm sốt chặt chẽ thơng số để nâng cao hiệu trình xử lý 2.3 Biến đổi thành phần VSV nước ép sau OH OH chứng minh có hiệu cao CH việc giảm mật độ VSV Tuy nhiên, khác biệt có xu hướng giảm nhiệt độ tăng VSV bị bất hoạt OH chủ yếu tác động nhiệt phi nhiệt Nhiệt làm biến tính protein, tác động phi nhiệt làm cho màng tế bào biến dạng, hình thành lỗ thủng, làm cân áp suất thẩm thấu dẫn đến bất hoạt VSV Tuy nhiên, tác động bất hoạt VSV tác nhân phi nhiệt điện trường có hiệu khoảng nhiệt độ xác định Nhiệt độ cao, tác nhân gây bất hoạt VSV chủ yếu nhiệt 2.4 Bất hoạt PME PME bị bất hoạt OH cao CH, tuân theo động học phản ứng bậc Xử lý OH vơ hoạt hồn tồn phân đoạn không bền nhiệt enzyme; nhiên, để bất hoạt phân đoạn bền nhiệt cần tác động nhiệt độ cao 2.5 Sự biến đổi thành phần hóa học q trình OH nước trái Trong OH, cường độ điện trường cao hơn, phân hủy axit ascorbic (AA) lớn Trong đó, ảnh hưởng tần số đến phân hủy AA chưa xác định qui luật Mặc dù, điện trường làm phân hủy AA áp dụng dịng điện có giá trị tần số cường độ điện trường không phù hợp Tuy nhiên, so sánh phân hủy AA nước ép trùng OH CH hàm lượng AA bảo quản tốt trình OH thời gian cần thiết để trùng ngắn nhiều so với phương pháp CH Tác động OH đến TPC nước ép rau khơng có qui luật chung, biến đổi theo loại nguyên liệu, tần số, cường độ điện trường, thời gian nhiệt độ xử lý Trong trái họ có múi, chất đắng chủ yếu limonin naringin (naringenin 7fl-neohesperidose) Sự thay đổi hàm lượng naringin tăng theo nhiệt độ thời gian chế biến, hàm lượng naringin nước ép bưởi tăng lên xử lý nhiệt độ 75 ℃ tăng mạnh đun nóng 90 ℃ 15 phút Xử lý nhiệt axit hóa nước ép cam làm tăng tốc độ hình thành limonin Nước ép có pH 3, hàm lượng limonin tăng lần so với limonin nước ép có pH 10 Nước trái trùng OH có màu sắc hương vị khơng khác biệt có nghĩa so với mẫu tươi khảo sát số loại trái xoài, dứa, cam Chất lượng cảm quan mẫu xử lý OH có chất lượng tốt CH gia nhiệt thể tích Đồng thời, diện điện trường q trình xử lý OH khơng tác động đáng kể đến chất lượng cảm quan nước CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 3.1 Nguyên liệu - Nước ép bưởi sử dụng bưởi Năm Roi, thu hoạch từ trang trại Bình Minh (Vĩnh Long, Việt Nam) Bưởi gọt vỏ, ép lấy nước lọc qua hai lớp vải lọc Hàm lượng chất rắn hòa tan nước ép 11,0 ± 0,5 °Bx, độ pH 4,0± 0,2 độ dẫn điện 4,0 ± 0,5 mS/cm - Vi khuẩn: Chủng S Enteritidis (ATCC 13076), E coli O157:H7 (ATCC 43888), L plantarum (ATCC 8014) dùng để làm thí nghiệm cung cấp từ nhà sản xuất Microbiologics, Mỹ 3.2 Phương pháp gia nhiệt - Gia nhiệt Ohm (OH): 50 mL nước ép bưởi cho vào buồng xử lý OH Dòng điện điều chỉnh tần số cường độ điện trường trước qua điện cực đặt bên buồng gia nhiệt Buồng gia nhiệt chế tạo vật liệu Teflon có tính trơ, cách nhiệt, có kích thước 2,5 x 14,5 x 7,5 cm, hai đầu gắng điện cực titanium, cách cm, kích thước điện cực 0,1x14,3x7,5 cm Nhiệt độ mẫu đo cảm biến nhiệt loại K đặt trung tâm buồng - Gia nhiệt thông thường (CH) (để khảo sát ảnh hưởng yếu tố phi nhiệt): Nước bưởi chuyển vào ống nghiệm thủy tinh gia nhiệt bể ổn nhiệt (Memmert WNB14, Đức) Cặp nhiệt kế loại sử dụng để đo nhiệt độ mẫu khảo sát thí nghiệm OH, CH Tất thí nghiệm CH tiến hành điều kiện thời gian nhiệt độ OH 3.3 Nội dung thí nghiệm 3.3.1 Ảnh hưởng OH đến bất hoạt S Enteritidis Mục Ảnh hưởng tần số dòng điện đến bất hoạt S Enteritidis Mục Ảnh hưởng cường độ điện trường đến bất hoạt S Enteritidis Mục Ảnh hưởng nhiệt độ đến bất hoạt S Enteritidis Mục Ảnh hưởng OH đến hình thái tế bào S Enteritidis 3.3.2 Ảnh hưởng OH đến bất hoạt E coli O157:H7 Mục Ảnh hưởng tần số dòng điện đến bất hoạt E coli O157:H7 Mục Ảnh hưởng cường độ điện trường đến bất hoạt E coli O157:H7 Mục Ảnh hưởng nhiệt độ đến bất hoạt E coli O157:H7 Mục Ảnh hưởng OH đến hình thái tế bào E coli O157:H7 3.3.3 Ảnh hưởng OH đến bất hoạt L plantarum Mục Ảnh hưởng tần số dòng điện đến bất hoạt L plantarum Mục Ảnh hưởng nhiệt độ đến bất hoạt L plantarum 3.3.4 Ảnh hưởng OH đến bất hoạt PME Mục Ảnh hưởng tần số dòng điện đến bất hoạt PME Mục Ảnh hưởng nhiệt độ đến bất hoạt PME 3.4.5 Ảnh hưởng OH đến biến đổi hợp chất hóa học đặc trưng nước ép bưởi Mục Ảnh hưởng OH đến tốc độ gia nhiệt nước ép bưởi Mục Khảo sát ảnh hưởng tần số đến hàm lượng axit ascorbic, axit citric, polyphenol tổng, naringin, limonin DPPH nước ép bưởi xử lý OH Mục Khảo sát ảnh hưởng cường độ điện trường đến hàm lượng axit ascorbic, axit citric, polyphenol tổng, naringin, limonin DPPH nước ép bưởi xử lý OH Mục Xác định ảnh hưởng yếu tố phi nhiệt đến axit ascorbic, axit citric, polyphenol tổng, naringin, limonin DPPH nước ép bưởi xử lý OH 3.4.6 Khảo sát ảnh hưởng tần số đến ăn mịn điện cực 3.5 Các phương pháp phân tích - Phân tích vi sinh: mật độ VSV, cấu trúc tế bào (TEM, PI), thông số động học bất hoạt D, z - Phân tích hóa sinh: hoạt tính PME - Phân tích hóa học: axit ascorbic, axit citric, polyphenol tổng, hoạt tính chống oxy hóa (DPPH), limonin, naringin, titanium 3.6 Phương pháp xử lý số liệu Tất thí nghiệm lặp lại lần trình bày qua giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn Sự khác biệt có ý nghĩa giá trị trung bình đánh giá phép phân tích phương sai (ANOVA) khác biệt nghiệm thức phân tích LSD với mức ý nghĩa P