công nghệ chế biến nước ép dứa trong

Mở đầuCó 3 chỉ số, cụ thể là: thông số của sắc kế đo màu L, a, b, ∆E, hydroxymethylfurfural HMF và sự hình thành sắc tố màu nâu, đã được nghiên cứu để xác định sự mất chất dinh dưỡng tro

Mục lục

I Tổng quan

Ảnh hưởng của nhiệt độ chế biến đến mất chất lượng của nước dứa

Mở đầu

Có 3 chỉ số, cụ thể là: thông số của sắc kế đo màu (L, a, b, ∆E), hydroxymethylfurfural (HMF) và

sự hình thành sắc tố màu nâu, đã được nghiên cứu để xác định sự mất chất dinh dưỡng trong nước dứa ở nhiệt độ từ 55-95oC Sự thay đổi của giá trị a và b đã tuân theo mô hình động học bậc

1 trong khi đó ∆Etuân theo mô hình mô tả cả hai phản ứng hóa nâu không enzyme và phá hủy các sắc tố carotenoid Đối với chỉ số hóa nâu, HMF và sự hình thành sắc tố màu nâu tăng tuyến tính với thời gian gia nhiệt và có thể được giải thích bằng cách sử dụng phản ứng động học bậc 0 Kết quả cho thấy nhiệt độ xử lý có ảnh hưởng đáng kể đến sự thay đổi màu sắc của nước dứa Sự phụ thuộc của hằng số tốc độ trên nhiệt độ được đại diện bởi một phương trình Arrhenius

1 Giới thiệu

Dứa (Ananas cosmosus) là một trong những loại trái cây thương mại quan trọng nhất của Thái Lan Trái cây có thể được tiêu thụ tươi hoặc chế biến dưới nhiều hình thức và nước dứa là một sản phẩm phổ biến do mùi thơm và hương vị rất dễ chịu của nó Xử lý nhiệt thường được áp dụng

để gia tăng thời hạn sử dụng của sản phẩm trái cây Tuy nhiên, quá trình xử lý nhiệt có thể ảnh hưởng đến thời hạn sử dụng của sản phẩm trái cây Phản ứng hóa nâu phi enzyme và phá hủy sắc

tố đã được tìm thấy là nguyên nhân chính của những vấn đề này Vì vậy các nghiên cứu động học

là bắt buộc và được sử dụng để dự đoán sự suy giảm chất lượng do điều kiện quá trình Phương pháp khác nhau có thể được xử dụng để xác định mức độ thay đổi màu sắc Đo lường màu sắc là đơn giản và nhanh hơn so với phân tích hóa học Các thông số Hunter (L, a, b) đã được chứng minh là hữu ích để mô tả sự thay đổi màu sắc của sản phẩm trái cây khác nhau (Avila & Silva, 1999; Garza, Ibarz, Pag, và Giner, 1999; Ibarz, Pagan, & Garza, 1999) Giá trị L đại diện cho phổ sáng-tối, giá trị a là quang phổ màu xanh lá cây-đỏ và b là giá trị đại diện cho quang phổ xanh-vàng (Ranganna, 1986) Thí nghiệm khác bao gồm việc phân tích các sản phẩm trung gian và cuối cùng của phản ứng hóa nâu phi enzyme Đo 5-hydroxymethylfurfural (HMF), một chất trung gian quan trọng, được sử dụng như là một chất chỉ thị của phản ứng Maillard (sự tăng của màu nâu) ( Bozkurt , Gogus và Eren, 1999; Cohen, Birk , Mannheim và Saguy, 1998; Garza và cộng sự, 1999) Mô hình động học đã được phát triển để đánh giá suy giảm màu sắc và phản ứng hóa nâu không enzyme trong chế biến sản phẩm nước trái cây như nước táo (Cohen et al , 1998),

lê ( Ibarz et al , 1999) và đào ( Garza et al , 1999) Đối với sản phẩm dứa, Fontana, Howard, Criddle, Hansen, và Wilhelmsen (1993) đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung các thành phần như: đường, acid hữu cơ, trên sự suy giảm chất lượng dứa ở nhiệt độ 60-80oC Tuy nhiên, thông tin về những thay đổi trong chất lượng của nước dứa liên quan đến màu sắc và màu nâu của phản ứng phi enzyme trong suốt quá trình xử lý nhiệt là không có Công việc này nhằm xác định sự mất mát chất lượng nước dứa bị ảnh hưởng bởi xử lý nhiệt Màu sắc trực quan, 5 -hydroxymethylfurfural ( HMF ) và tích tụ sắc tố màu nâu được theo dõi trong quá trình gia nhiệt

từ 55oC đến 95oC Động học của các chỉ số này cũng đã được nghiên cứu Thông tin thu được từ nghiên cứu này có thể được sử dụng để hướng dẫn việc thiết kế các quy trình xử lý nhiệt ít làm giảm chất lượng của sản phẩm

2 Vật liệu và phương pháp

2.1 Chuẩn bị nước dứa.

Dứa tươi Smooth Cayenne được lấy từ chợ ở địa phương Sau khi rửa dứa trong nước máy, vỏ và lõi được gỡ bỏ bằng dao làm bằng thép không gỉ Thịt quả được cắt thành miếng nhỏ và nước cốt dứa được chiết xuất bằng cách sử dụng một máy thủy lực (Sakaya mẫu 4104, Thái Lan) để trích xuất nước trái cây Tổng số chất rắn hòa tan (TTS) và pH của nước dứa được xác định trong khoảng 12,2-14,4 độ Brix và 3,74-4.00 Nước dứa được giữ ở 4oC cho đến khi sử dụng

2.2 Xử lý nhiệt

Sử dụng một bộ các ống thủy tinh mỏng (chiều dài 30cm, đường kính trong 5mm, bề dày 2mm) được đổ đầy với 8ml nước dứa Các ống được bịt kín ở hai đầu và sau đó ngâm trong một cốc nước nóng (Memmert Model W 600, Denmark) tại 55, 65, 75 và 85oC trong 80 phút Nhiệt độ nước ở trung tâm được đo bằng một cặp nhiệt T với độ sai số ±1oC, các ống được dỡ ra trong 10p và làm lạnh nhanh chóng trong bồn nước lạnh Các thí nghiệm kiểm chứng (không xử lý nhiệt) được thực hiện bởi cùng một thông số Điền 8 ml nước dứa vào trong các ống và đặt chúng trực tiếp trong bồn nước lạnh Sự thay đổi màu sắc, độ hóa nâu và hydroxymethylfurfural ( HMF ) của nước dứa được xác định bằng spectrocolorimeter ( JUKI Model JP7100 / C , Nhật Bản ) và quang phổ ( Shimadzu Model UV -2101 PC, Nhật Bản), tương ứng Tất cả các thí nghiệm đã được thực hiện lặp lại 3 lần

2.3 Đo màu

Sự thay đổi màu sắc của nước dứa được phân tích bằng cách đo sự truyền suốt bằng spectrocolorimeter Bóng đèn 2o North skylight được sử dụng như một nguồn sáng Spectrocolorimeter được hiệu chỉnh bằng nước cất (L = 100, a=0, b=0) trước khi đo (theo tài liệu hướng dẫn thiết bị) Sử dụng cuvette thủy tinh (3.5 x 4 x 1.5 cm3) chứa nước dứa đã được xử lý nhiệt đặt trong khoang đo của máy Nắp khoang phải được đóng lại và phân tích được tiến hành

Ba thông số Hunter, cụ thể là “L” (độ sáng), “a” (đỏ và xanh) và “b” (vàng và xanh da trời) được

đo và tổng khác biệt màu sắc được tính từ giá trị L, a và b

2.4 Xác định chỉ số hóa nâu phi enzyme và 5-hydroxymethylfurfural (HMF)

Các xét nghiệm sau đây được thực hiện bằng cách sử dụng các phương pháp như đã đề cập trong Cohen et al (1998) 5ml rượu etylic 95% đã được thêm 5ml mẫu nước dứa Hỗn hợp được ly tâm

ở 1000 rpm trong 15 phút Phần nổi của mẫu ly tâm được tách ra làm hai phần Một phần sử dụng

để đo độ hấp thụ tại 420 nm cho chỉ số màu nâu không enzyme Để xác định lượng HMF, lấy 2ml của phần còn lại cho vào ống nghiệm có nắp, 2ml của trichloroacetic acid (TCA; Sigma, Germany) 12% w/w và 2ml thiobabituric acid (TBA; Carlo Erba, Italy) 0.025M sau đó lắc đều Các ống mẫu sau đó được đặt vào bồn nước(Memmert Model W 600, Denmark) tại 40oC (±0.5oC) Sau khi uru trong 50 phút, ống được làm lạnh ngay lập tức bằng nước máy và độ hấp thu được đo tại bước sóng 443 nm Xây dựng một đường cong hiệu chuẩn của HMF (Aldrich, Germany) để định lượng nồng độ HMF

2.5 Thiết kế thí nghiệm

Các thí nghiệm được tiến hành cho năm cấp độ nhiệt (55, 65, 75, 85 và 95oC) Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần

2.6 Phân tích dữ liệu

Các kết quả được báo cáo là trung bình của ba lần lặp lại Phân tích phương sai (ANOVA) 2 yếu

tố được áp dụng cho các bộ dữ liệu khác nhau với mức ý nghĩa 0,05

3 Kết quả và bàn luận

3.1 Thay đổi màu sắc của nước dứa trong suốt giai đoạn xử lý nhiệt

Sự mất màu của nước dứa bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng các thông số Hunter (L, a và b) Các phản ứng hóa nâu do enzyme đã được bỏ qua trong nghiên cứu này vì các enzyme đó rất nhạy cảm ở nhiệt độ >50oC (Martinez & Whitaker, 1995) Vì vậy, màu nâu của phản ứng phi enzyme và phá hủy sắc tố được coi là nguyên nhân chính của sự thay đổi màu sắc của nước dứa

Kết quả thu được đã được biểu thị dưới dạng L/L0, a/a0, b/b0 với L0, a0 và b0 là giá trị ban đầu khi mẫu đạt đến nhiệt độ cài đặt Các đồ thị biểu diễn sự liên quan giữa các thông số Hunter và thời gian xử lý ở các nhiệt độ khác nhau được thể hiện trong hình 1-4

Hình 1 Sự thay đổi độ sáng L/L0 của nước dứa tại các nhiệt độ xử lý khác nhau

Hình 2 Sự thay đổi màu đỏ (a/a0) của nước dứa tại các nhiệt độ khác nhau

Hình 3 Sự thay đổi màu vàng (b/b0) của nước dứa tại các nhiệt độ khác nhau

Hình 4 Sự thay đổi ∆E của nước dứa tại các nhiệt độ khác nhau

Để giải thích các hiện tượng thay đổi màu sắc trong nước dứa, dữ liệu được kết hợp với một mô hình động học và hằng số tốc độ được thể hiện trong bảng 1 Hình 1 cho thấy sự thay đổi

ở giá trị L tương đối trong suốt quá trình xử lý nhiệt ở các điều kiện khác nhau Với nhiệt độ và thời gian tăng dần, nước dứa trở nên tối màu và tương ứng với sự giảm giá trị L Hầu hết các công trình trước đây đã chứng minh rằng những thay đổi trong giá trị L tương đối tuân theo động học bậc 1 (Avila & Silva, 1999; Garza et al., 1999; Ibarz et al., 1999) Hơn nữa, hai phản ứng đầu tiên đã được đề xuất khi các dữ liệu thực nghiệm không thể được mô tả bởi một phản ứng duy nhất (Barreiro, Milano, & Sandoval, 1997) Tuy nhiên, rõ ràng là những thay đổi trong giá trị L tìm thấy trong nghiên cứu này không thể được trang bị cho bất kỳ một mô hình động học đơn giản nào Sự giảm giá trị L có thể bị ảnh hưởng bởi sự tăng của giá trị a và giảm của giá trị b Kết quả cho thấy sự giảm độ sáng không phải ảnh hưởng của 1 cơ chế duy nhất Vì vậy, dùng động học để mô tả giá trị L là không chính xác Sự thay đổi của thông số a theo thời gian có thể được

áp dụng bằng phản ứng bậc 0 và bậc 1 (hình 2)

Bảng 1 Các thông số động học của sự thay đổi màu nước dứa

Tuy nhiên với nhiệt độ ngày càng tăng, các dữ liệu thực nghiệm đã được áp dụng tốt hơn với mô hình động học bậc 1 Phát hiện này phù hợp với nhiều nghiên cứu trước đó (Avila & Silva, 1999; Garza et al., 1999; Ibarz et al., 1999) Những giá trị của các hằng số nhiệt động tăng theo nhiệt độ xử lý Điều này phù hợp với lý thuyết rằng sự gia tăng nhiệt độ gây ra sự thay đổi màu thành màu đỏ Vì màu của nước ép từ dứa chủ yếu là màu vàng, lượng sắc tố trong dứa tươi

là một cách tuyệt vời để xác định chất lượng của dứa (Mehrlich & Felton, 1980) Trong nghiên cứu này, giá trị b được sử dụng như là một chỉ số để mô tả sự giảm cường độ sắc tố trong nước dứa Hình 3 cho thấy mô hình động học bậc 1 phù hợp với thông số b và cũng phù hợp với các công trình trước đó (Avila & Silva, 1999; Barreiro et al., 1997) Hằng số tốc độ tăng khi nhiệt độ tăng Điều này có thể được giải thích bằng giả thuyết rằng nhiệt độ cao thúc đẩy phản ứng đồng phân hóa carotenoid dẫn đến sự mất màu vàng (Chen, Peng, & Chen, 1995; Singleton, Gortner, & Young, 1961) Nghiên cứu trước đây về sự thay đổi màu sắc trong quá trình xử lý nhiệt cho kết quả tương tự Avila và Silva (1999) đã kiểm tra sự giảm màu sắc của puree đào ảnh hưởng bởi nhiệt độ Puree đào trở nên sẫm màu hơn, tương ứng với L giảm và giá trị a tăng khi nhiệt độ tăng Hơn nữa, sự mất màu vàng cũng được thể hiện bằng sự giảm của giá trị b Họ đã kết luận nguyên nhân chính của sự thay đổi màu là do giảm lượng carotenoid và màu nâu phi enzyme (Maillard)

Để mô tả tổng màu sắc của nước dứa, sự kết hợp của các thông số L, a, b, được xác định dựa trên tổng số khác biệt màu sắc (∆E) ∆E mẫu nước dứa đã được tính toán bằng cách sử dụng phương trình (1):

Đồ thị giữa tổng khác biệt màu sắc của nước dứa và thời gian được hiển thị trong hình 4 Kết quả cho thấy ∆E tăng lên đáng kể ở nhiệt độ đun cao và thời gian xử lý kéo dài Đồ thị cho thấy rằng phần đầu của đường cong dốc cao hơn khi nhiệt độ đun tăng lên

Điều đó có nghĩa là nhiệt độ cao đẩy nhanh phản ứng hóa học và hầu hết các thay đổi màu sắc xảy ra trong thời gian sưởi ấm đầu Để mô tả các phản ứng chặt chẽ, các mẫu nước trái cây có thể được thực hiện thường xuyên hơn ở nhiệt độ đun cao hơn

Trong nghiên cứu này, sự thay đổi trong ∆E không phù hợp mô hình động học bậc 0 và 1 Thay đổi màu sắc của nước dứa có thể là kết quả của hơn một phản ứng và các phản ứng này có thể không xảy ra đồng thời cùng một nhiệt độ Do đó, nhiệt độ là một động lực quan trọng đằng sau những thay đổi trong màu sắc của mẫu được đun nóng Kết quả cho thấy sự thay đổi trong ∆E chịu ảnh hưởng của cả hai yếu tố màu nâu không enzyme và phá hủy sắc tố Mô hình kết hợp được sử dụng để mô tả các hiện tượng xảy ra trong quá trình làm nóng nước ép dứa

Có nhiều tác giả đã sử dụng mô hình kết hợp được sử dụng rộng rãi để giải thích sự thay đổi màu sắc trong nhiều sản phẩm trái cây ( Avila & Silva , 1999; Garza và cộng sự, 1999; Ibarz và cộng sự, 1999; Lozano & Ibarz , 1997) và đã được đề xuất như một cơ chế hai giai đoạn ( Ibarz et al , 1999) Giai đoạn đầu tiên là hình thành màu do phản ứng Maillard được mô tả bằng

động học bậc 0 ( k0 ) Giai đoạn thứ hai là phá hủy các sắc tố trái cây tự nhiên tuân theo động học bậc 1 ( K1 ) Mô hình động học kết hợp được thể hiện trong phương trình (2) :

Thay thế C với ∆E và ∆E lúc ban đầu là 0 (CO ¼ 0), phương trình (2) trở thành

Kc ¼ k0 = k1

Trong nghiên cứu này, kết quả cho thấy hai phản ứng xảy ra với tốc độ cao hơn khi nhiệt

độ tăng lên Kc đại diện cho mối quan hệ giữa hằng số động học, k0 (hình thành màu) và k1 (phá hủy sắc tố) Kc giá trị lớn hơn 1 chỉ ra rằng phản ứng Maillard chiếm ưu thế hơn phá hủy sắc tố Hơn nữa, nhiệt độcàng cao, giá trị Kc càng cao Điều này cho thấy tốc độ phản ứng là phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ chế biến

Nhiều nghiên cứu về sự thay đổi màu sắc trong quá trình xử lý nhiệt của trái cây nghiền chứng minh cũng chứng minh điều tương tự Ibarz et al (1999) phát hiện ra rằng một mô hình kết hợp có thể được sử dụng để mô tả sự thay đổi của ∆E ở lê xay nhuyễn Phản ứng Maillard được tạo thành với vai trò lấn át sắc tố chứ không phải là phá hủy sắc tố Garza et al (1999) chỉ ra rằng

∆E phù hợp trong kết hợp mô hình động học và cho thấy sắc tố nâu hình thành nhiều hơn phá hủy sắc tố trong puree đào

Bảng 2 Các đại lượng của phương trình Arrhenius với các biến của nước dứa

Sự thay đổi trong các hằng số nhiệt động với nhiệt độ đun sôi có thể được mô tả bằng cách sử dụng định luật Arrhenius Các thông số không đổi thu được từ phương trình Arrhenius được đưa ra trong Bảng 2 Trong nghiên cứu này, a, b và ∆E đã được chọn để thể hiện sự thay đổi của màu nước dứa khi đun nóng Giá trị năng lượng hoạt hóa 39.78 , 39.20 và 47.33 kJ / mol thu được cho bộ thông sốa, b và ∆E tương ứng Những giá trị này thấp hơn so với báo cáo tương

tự của purre đào (Avila & Silva, 1999; Ibarz và cộng sự, 1999) và puree lê (Garza và cộng sự, 1999) Ở đây do sự khác nhau về loại nguyên liệu nghiên cứu, sự khác biệt trong thành phần như đường và hàm lượng axit amin, tổng hàm lượng chất rắn , độ pH , độ chua và nhiệt độ nghiên cứu ( Beveridge & Harrison , 1984; Ahmed , Shivhare , & Kaur , 2002) Kết quả nghiên cứu này phù hợp với kết quả của Lozano và Ibarz (1997) Tác giả chỉ ra rằng sự thay đổi trong màu sắc trong quá trình đun nóng là khác nhau cho mỗi nước trái cây Ví dụ , nước táo nhạy cảm hơn với sự đổi màu trong quá trình làm nóng hơn nước mận Vì vậy, các thành phần của sản phẩm thì khác nhau độ mẫn cảm với nhiệt

Hình 5.Giá trị tương đối của HMF trong mẫu nước dứa ở nhiệt độ khác nhau

3.2 5-hydroxymethylfurfural (HMF) tích tụ và hình thành sắc tố màu nâu trong nước dứa lúc xử lý nhiệt

Phản ứng hóa nâu không enzyme là một trong những nguyên nhân chính của sự thay đổi màu sắc trong sản phẩm trái cây, nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đun và thời gian xử lý đối với sự hình thành HMF và sự hình thành sắc tố màu nâu là nhiệm vụ của nghiên cứu này Mối liên quan giữa lượng HMF tương đối (HMF = HMF0) và thời gian xử lý ở nhiệt độ khác nhau được thể hiện trong hình 5 Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ đun có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành HMF Lượng HMF tăng tuyến tính với thời gian và ở nhiệt độ càng cao thì lượng tạo thành càng nhiều Mối liên quan giữa A420 tương đối (A420/A0

420) và thời gian cũng cho kết quả là tuyến tính, tương tự như việc tạo thành HMF Do đó, động học bậc 0 được áp dụng để mô tả sự thay đổi của cả hai chất và phương trình sử dụng là:

Bảng 3 cho thấy các giá trị của các thông số động học của HMF và sự hình thành sắc tố màu nâu Các hằng số động học có xu hướng tăng khi nhiệt độ tăng Điều này chỉ ra rằng HMF được hình thành với tốc độ cao hơn ở nhiệt độ cao và sau đó hiện tượng này ảnh hưởng hình thành màu nâu

Bảng 3.Thông số động học cho sự phát triển và hình thành HMF và sắc tố màu nâu của

nước dứa

Bảng 4 Thông số Arrhenius cho các biến khác nhau của nước dứa

Một số công trình nghiên cứu phản ứng Maillard trong các hệ thống dịch chứa glucose và acid amin ( Carabasa - Giribet & Ibarz - Ribas , 2000; Gogus , Bozkurt , và Eren năm 1998; Reyes, Poocharoen , & Wrolstad , 1982) Garza et al (1999) cho biết hàm lượng HMF tăng theo thời gian chế biến Sự gia tăng này xảy ra từ với sự biến mất của sucrose do phản ứng Maillard và thủy phân sucrose tăng lên với nhiệt độ chế biến Nước dứa thường chứa nhiều đường sucrose , glucose và fructose (Camara, Dıez, & Torija, 1995) và là các chất nền cho phản ứng Maillard Khi nhiệt độ tăng, sucrose trong nước được dễ dàng thủy phân và glucoza và fructoza được hình thành , và phản ứng Maillard càng dễ xảy ra Hơn nữa, nhiệt độ cao tốc độ phản ứng nhanh hơn

do hằng số tốc độ tăng

Sự thay đổi trong độ hấp thụ tương đối ở 420 nm (A420/A0

420) có liên quan đến sự hình thành màu nâu được mô tả đầy đủ bởi động học bậc 0với độ tương quan cao (R2> 0,95) Kết quả thu được từ nghiên cứu này là phù hợp với các công trình trước đó Beveridge và Harrison (1984) nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ (50-80 C ) và nồng độ chất khô hòa tan ( 45,2-72,5oBx) với

sự hình thành màu nâu trong nước lê cô đặc và màu nâu có thể được mô hình hóa với phương trình động học bậc 0 Cohen và cộng sự (1998 ) cho rằng mô hình động học bậc 0 có thể được

sử dụng như là chỉ số hóa nâu không enzyme (A420) cho nước táo (13oBx) đun nóng tại 95-123 oC

So sánh năng lượng hoạt hóa thu được cho HMF/HMF0 đến A420/A0

420 cho thấy rằng năng lượng hoạt hóa cho sự hình thành HMF thấp hơn so với hình thành sắc tố màu nâu Kết quả ngụ

ý rằng HMF xảy ra với một tốc độ cao hơn so với các chất khác Sau khi làm nóng , HMF giữ lại trong nước quả sẽ ảnh hưởng đến hình thành màu nâu khi bảo quản Vì vậy, HMF đã được đề xuất như một chỉ số để xác định sự thay đổi của màu sắc trong nước dứa (Bảng 4)