Trong nghiên cứu này, phương pháp mô hình toán học được sử dụng để dự đoán nhanh hạn sử dụng của fillet cá tra lạnh đông. Cá tra tươi sau khi mua về tiến hành fillet, rửa sạch, cho vào các túi nilon, kéo zip, để lạnh đông ở -25 °C trong vòng 6 giờ, sau đó bảo quản ở 3 mức nhiệt độ -3, -8, -13°C để theo dõi sự hư hỏng của sản phẩm thông qua việc đo mức độ oxy hóa chất béo và phần trăm khối lượng sụt giảm của sản phẩm theo chu kỳ 7 ngày/lần.
HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY ISSN 2588-1256 Vol 3(3) – 2019:1520-1528 DỰ ĐOÁN NHANH HẠN SỬ DỤNG CỦA FILLET CÁ TRA LẠNH ĐƠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TOÁN HỌC Nguyễn Thị Trúc Loan*, Trần Thị Nguyên, Trần Thị Hồi Thu * Liên hệ tác giả: TĨM TẮT Nguyễn Thị Trúc Loan Trong nghiên cứu này, phương pháp mơ hình tốn học sử dụng để dự đốn nhanh hạn sử dụng fillet cá tra lạnh đông Cá tra tươi sau mua tiến hành fillet, rửa sạch, cho vào túi nilon, kéo zip, để lạnh đơng -25 °C vịng giờ, sau bảo quản mức nhiệt độ -3, -8, -13°C để theo dõi hư hỏng sản phẩm thơng qua việc đo mức độ oxy hóa chất béo phần trăm khối lượng sụt giảm sản phẩm theo chu kỳ ngày/lần Kết nghiên cứu cho thấy sụt giảm khối lượng nguyên nhân gây hư hỏng cho sản phẩm Phần trăm khối lượng sụt giảm tuân theo phản ứng bậc phương trình Arrhenius với lượng hoạt hóa Ea = 36,315 kJ/mol, số tốc độ Email: nttloan@dut.udn.vn Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Nhận bài: 08/03/2019 Chấp nhận bài: 31/05/2019 Từ khóa: Cá tra lạnh đơng, Chỉ số peroxide, Phần trăm khối lượng sụt giảm, Dự đốn hạn sử dụng, Phương trình Arrhenius phản ứng (k) hàm nhiệt độ (T) thể phương trình: ln𝑘 = −4353,6 + 16,985, R2 = 0,98 Hạn sử dụng fillet cá tra 𝑇 lạnh đơng bảo quản -20 °C tính phương trình 3,2 tháng phù hợp với hạn sử dụng thực tế MỞ ĐẦU Hạn sử dụng khoảng thời gian mà thực phẩm điều kiện quy định trình phân phối, lưu trữ, bán lẻ sử dụng an toàn phù hợp (Phimolsiripol Suppakul, 2016) Sau hết thời gian sản phẩm khơng phép lưu thơng, mua bán (Government, 2016) Thực phẩm có giữ chất lượng tốt thời gian sử dụng có người tiêu dùng chấp nhận hay không phụ thuộc vào việc hạn sử dụng sản phẩm có xác định hay không (Government, 2016) Quan sát trực tiếp biến đổi sản phẩm điều kiện lưu trữ giống thị trường phương pháp xác định hạn sử dụng có tính xác (Phimolsiripol Suppakul, 2016) Theo đó, sản phẩm lưu trữ điều kiện bảo quản khuyến cáo để theo dõi sản phẩm hư hỏng hoàn toàn, vào để đưa hạn sử dụng thực tế Như 1520 thời gian để xác định hạn sử dụng kéo dài (nhất sản phẩm khó hư hỏng) cơng ty khả cạnh khơng thể nhanh chóng tung sản phẩm thị trường Có nhiều phương pháp dự đốn nhanh hạn sử dụng (accelerate test) sản phẩm thực phẩm bao gồm: Phương pháp dựa hạn sử dụng sản phẩm tương tự (Phimolsiripol Suppakul, 2016); Phương pháp gia tốc nhiệt (Q10): lưu trữ sản phẩm điều kiện gia tốc nhiệt cao nhiệt độ bảo quản bình thường với bước thay đổi nhiệt độ 10°C tiến hành đánh giá cảm quan (Phimolsiripol Suppakul, 2016); Phương pháp mơ hình tốn học: sản phẩm lưu trữ điều kiện khắc nghiệt tương tự phương pháp gia tốc nhiệt lựa chọn tiêu phân tích phù hợp để đánh giá (chỉ tiêu hóa học, vật lý, vi sinh vật, v.v) (Phimolsiripol Suppakul, 2016) Việc xác định hạn sử dụng sản phẩm phương pháp mơ hình tốn học Nguyễn Thị Trúc Loan cs TẠP CHÍ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ NƠNG NGHIỆP cho kết nhanh, khơng cần thực đến sản phẩm hư hỏng hoàn toàn, không cần thực đánh giá cảm quan Do đó, phương pháp có nhiều ưu điểm tiết kiệm thời gian, chi phí nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới Trong đó, Việt Nam chưa có nghiên cứu dự đoán nhanh hạn sử dụng thực phẩm phương pháp mơ hình tốn học Cá tra (Pangasius hypophthalmus) sản phẩm thủy sản xuất chủ lực Việt Nam - loại cá nước nước lợ thuộc họ cá da trơn Thịt cá giàu dinh dưỡng, chứa nhiều axit béo không no (Omega 3, DHA) chiếm khoảng 50,2 - 53,8% so với tổng lượng chất béo (Men cs., 2005), đặc biệt cá tra không chứa cholesterol giúp giảm bệnh liên quan đến tim mạch tốt cho hoạt động não (Thủy cs., 2017) Hàm lượng lipid cao sản phẩm thực phẩm thường nguyên nhân cho biến đổi hư hỏng xảy trình bảo quản (Guimarães cs., 2016; Phimolsiripol cs., 2011), nhiên thăng hoa làm hao hụt khối lượng lại nguyên nhân hư hỏng sản phẩm lạnh đơng thịt (Campone cs., 2002), pizza (Childers Kayfus, 1982), bánh mì lạnh đơng (Phimolsiripol cs., 2011) Hàm lượng lipid thịt cá tra cao lại bảo quản điều kiện lạnh đông sở để thực nghiên cứu “Xác định nhanh hạn sử dụng fillet cá tra lạnh đơng phương pháp mơ hình tốn học” nhằm tìm ngun nhân hư hỏng sản phẩm này, đồng thời khảo sát tính xác khả áp dụng phương pháp thực tiễn giúp cho nhà sản xuất tiết kiệm thời gian, chi phí đồng thời hướng tới nghiên cứu dự đốn nhanh hạn sử dụng sản phẩm thực phẩm khác http://tapchi.huaf.edu.vn/ ISSN 2588-1256 Tập 3(3) – 2019: 1520-1528 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu phương pháp lưu mẫu phân tích Cá tra tươi nguyên thu mua chợ Túy Loan, Hòa Phong, Hòa Vang, Đà Nẵng, tiến hành fillet cá, rửa để Định lượng theo yêu cầu phép đo: - Đối với mẫu đo phần trăm khối lượng sụt giảm mẫu cân nặng 100 g (Phimolsiripol cs., 2011) - Đối với mẫu cho phép đo mức độ oxy hóa chất béo cân mẫu có khối lượng 150 g (kết thử nghiệm để chiết đủ lượng chất béo từ mẫu cá tra lạnh đông cần để đo số peroxide) Hình Các mẫu cá sau lạnh đơng Các mẫu sau định lượng bao gói túi nilon có zip kéo, đem lạnh đơng tủ lạnh có nhiệt độ -25 oC h (hình 1) Sau lạnh đông kết thúc, chuyển mẫu vào bảo quản tủ lạnh với nhiệt độ cài đặt -3 °C, -8 °C, -13 °C tương đương 270 K, 265 K 260 K (Tsironi cs., 2009) để theo dõi tiêu chất lượng nhằm dự đoán hạn sử dụng Tủ lạnh nghiên cứu mượn hộ gia đình nhằm phản ánh trình lưu trữ mẫu người tiêu dùng giúp tăng tính xác phương pháp dự đoán hạn sử dụng (Corradini Peleg, 2007) Đối với sản phẩm có hạn sử dụng > tháng lên tới năm lấy mẫu theo tuần theo tháng (Phimolsiripol Suppakul, 2016) Ở đây, tiến hành 1521 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY lấy mẫu theo tuần thời gian tuần vào ngày thứ 0, 7, 14, 21, 28, 35, 42 49 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp xác định nhanh hạn sử dụng mơ hình tốn học Ngun tắc phương pháp chọn lựa tiêu chất lượng sản phẩm để kiểm tra, đánh giá biến đổi sản phẩm theo thời gian (Childers Kayfus, 1982; Corradini Peleg, 2007) Sự thay đổi tiêu chất lượng A định lượng sản phẩm biểu diễn theo phương trình (Government, 2016; Phimolsiripol Suppakul, 2016): dA n = k A hay F ( A) = kt dt Trong đó: k: số tốc độ phản ứng, [A]: nồng độ số tiêu chất lượng phân tích, n: bậc phản ứng, F(A) mức độ biến đổi chất lượng phụ thuộc nhiều vào bậc phản ứng n Sản phẩm fillet cá tra lạnh đông sản phẩm giàu chất béo (hàm lượng chất béo khoảng 7,28 – 7,98% (Phú cs., 2014), tổng trọng lượng chất béo 34 – 61 g/100g mỡ bụng, chất béo không no 50,2 – 53,8 g (Guimarães cs., 2016) bảo quản điều kiện lạnh đông nên có hư hỏng lựa chọn theo dõi nhằm dự đoán nhanh hạn sử dụng, bao gồm: - Sự hư hỏng chất béo sản phẩm thể qua phản ứng oxy hóa và, - Sự sụt giảm khối lượng (Campañone cs., 2002; Tsironi cs., 2009) Mơ hình Arrhenius sử dụng để biểu diễn mối quan hệ tốc độ oxy hóa chất béo tỷ lệ (%) khối lượng sụt giảm thay đổi nhiệt độ (Corradini Peleg, 2007; Phimolsiripol cs., 2011) Phương trình Arrhenius biểu diễn sau: 1522 ISSN 2588-1256 k = k0 e − Ea RT Vol 3(3) – 2019:1520-1528 hay ln k = ln k − Ea RT T Trong đó: k0 số phương trình Arrhenius, Ea: lượng hoạt hóa (kJ/mol), T: nhiệt độ tuyệt đối (nhiệt độ lưu trữ sản phẩm, K), R: số khí, R = 8,3144 (J/mol K) (Phimolsiripol Suppakul, 2016) Xác định hạn sử dụng sản phẩm thực phẩm thực qua bước (Corradini Peleg, 2007; M Kurniadi cs., 2017; Phimolsiripol Suppakul, 2016): - Xác định số tốc độ phản ứng k nhiệt độ nghiên cứu: vẽ đồ thị phương trình phương trình [A] – t, ln(A) – t, 1/[A] – t, chọn bậc phản ứng tương ứng với phương trình có R2 lớn - Xác định số kT nhiệt độ bảo quản thực tế: cách vẽ đồ thị phương trình Arrhenius - Tính hạn sử dụng nhiệt độ bảo quản thực tế T theo công thức: + t= A1 − A0 kT (1) phản ứng bậc + t= ln A1 − ln A0 kT (2) phản ứng bậc Trong đó: A1, A0 nồng độ tới hạn nồng độ ban đầu tiêu phân tích A So sánh hạn sử dụng tính phương pháp với hạn sử dụng công bố sản phẩm để nhận xét mức độ xác khả áp dụng phương pháp 2.2.2 Phương pháp chiết chất béo đo mức độ oxy hóa chất béo mẫu nghiên cứu Để xác định xác số peroxide, chất béo (lipid) cần tách khỏi hỗn hợp phương pháp ơn hịa Nguyễn Thị Trúc Loan cs TẠP CHÍ KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ NƠNG NGHIỆP (khơng dùng nhiệt) để tránh ảnh hưởng không mong muốn đến số Sử dụng phương pháp đun nóng kết hợp áp lực học chọn để chiết béo khỏi mẫu cá tra phương pháp cho hiệu suất chiết béo thấp oxy hóa béo gây q trình chiết khơng cao nên đảm bảo khơng gây sai số lớn (Minh Nhật Văn Hồng, 2010) Chỉ số peroxide chất béo chuẩn độ natri thiosulfat Na2S2O3 0,001 N dung dịch màu 30 giây với vài giọt hồ tinh bột (Kurniadi cs., 2017; Muhamad Kurniadi cs., 2017) Chỉ số peroxide (mEq/kg) xác định theo công thức: PV = (V2 − V1 ) C M 1000 m (3) ISSN 2588-1256 Tập 3(3) – 2019: 1520-1528 (độ xác ± 0,01 g), sau cho sản phẩm vào lại bao bì tiếp tục bảo quản Thời gian từ lấy mẫu khỏi tủ lạnh, cân đưa mẫu trở lại tủ lạnh phải đảm bảo phút (Phimolsiripol cs., 2011) Mức độ sụt giảm khối lượng (%Δm) chênh lệch khối lượng đầu (m0) khối lượng cuối (mt) (Phimolsiripol cs., 2011) tính theo cơng thức sau: %m = m0 − mt 100% m0 (4) 2.2.4 Phương pháp xác định thành phần hóa học mẫu nghiên cứu Xác định độ ẩm, hàm lượng lipid, tro toàn phần hàm lượng protein ( phương pháp phân tích chuẩn theo AOAC (Helrich, 1990) 2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu Trong đó: V1 thể tích dung dịch Na2S2O3 dùng để chuẩn mẫu trắng (ml), V2 thể tích dung dịch Na2S2O3 dùng để chuẩn mẫu phân tích (ml), 1000 hệ số quy chuẩn cho 1kg dầu mỡ, CM nồng độ dung dịch Na2S2O3 (0,05 M), m khối lượng dầu đem phân tích (kg) Các thí nghiệm lặp lại lần Kết tính tốn phần mềm Excel ANOVA chiều, sai khác có nghĩa mức p < 0,05 2.2.3 Phương pháp xác định mức độ sụt giảm khối lượng mẫu nghiên cứu Một số thành phần hóa học fillet cá tra lạnh đơng thể Bảng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Một số thành phần hóa học fillet cá tra sau lạnh đông Mẫu sản phẩm lấy khỏi tủ lạnh bao bì, cân cân kỹ thuật Bảng Thành phần hóa học fillet cá tra nghiên cứu số công bố khác Hàm lượng, % Thành phần Mẫu nghiên cứu* Phú cs (2014) Guimarães cs (2016) Thủy cs (2017) Độ ẩm 73,51 ± 0,71 71,4 – 72,9 83,83 – 85,59 79,6 Độ tro 1,00 ± 0,044 1,03 – 1,21 0,76 – 2,35 0,75 Protein 18,22 ± 0,04 15,4 – 16,5 12,51 – 14,52 17,6 Lipid 6,53 ± 0,40 7,28 – 7,98 1,09 – 1,65 1,32 * Số liệu trung bình lần lặp lại Từ Bảng 1, nhận thấy thành phần hóa học fillet cá tra nghiên cứu tương tự công bố Trần Minh Phú (2014), nhiên, hàm lượng ẩm thấp hàm lượng lipid cao so với công bố Guimarães (2016) Lê Thị http://tapchi.huaf.edu.vn/ Minh Thủy (2017) Điều giải thích fillet cá tra dùng hai nghiên cứu loại bỏ phần mỡ bụng, mỡ rìa lưng có ngâm quay tăng trọng muối photphat nên lượng nước fillet cao 1523 HUAF JOURNAL OF AGRICULTURAL SCIENCE & TECHNOLOGY Hàm lượng lipid fillet cá tra lạnh đơng cao nên q trình bảo quản, chất béo dễ bị oxy hóa, bị hư hỏng nhanh so với thành phần khác (protein), dạng hư hỏng đặc trưng dựa vào biến đổi chất béo để dự đoán hạn sử dụng 3.2 Xác định hạn sử dụng fillet cá tra lạnh đông cách đo số peroxide (PV) Kết xác định số peroxide sản phẩm sau tuần lưu trữ nhiệt độ khác trình bày Bảng Kết nghiên cứu cho thấy số peroxide chất béo từ fillet cá tra lạnh đông tăng đáng ISSN 2588-1256 Vol 3(3) – 2019:1520-1528 kể (p