nước ổi [15]
Khải niệm chung về súng siờu õm
Súng siờu õm bắt đầu được nghiờn cứu từ trưúc chiờn ữanh thế giúi thứ II nhằm mục đớch nhũ húa cũng như vệ sinh bề mặt thiết bị. Đến khoảng năm I960, khi việc ứng dụng súng siờu õm trong cụng nghiệp plastic được chấp nhận thỡ việc nghiờn cứu về những ứng dụng của súng siờu õm phỏt triển mạnh mẽ. Ngày nay, súng siờu õm là một lĩnh vực phỏt ữiển rất nhanh trong cụng nghiệp thực phẩm, đồng thời thu hỳt được sự quan tõm của cỏc nhà khoa học và kỹ thuật vỡ những tiềm năng hứa hẹn của chỳng trong cụng nghiệp chếbiờh và bảo quản thực phẩm.
Súng siờu õm là dạng năng lượng được tạo ra bởi súng õm (thực chõ't là ỏp sũ't õm) ở tần sụ' cao mà con người khụng thể nghe thõy - lớn hơn 16 kHz (Jayasooriya et al, 2004). Anh hưởng chớnh của súng siờu õm lờn dũng chõ't lỏng liờn tục là gõy ra ỏp sũ't õm kết hợp vúi ỏp sũ't thủy tĩnh cú sẵn trong dũng chõ't lỏng. Áp sũ't õm cú dạng hỡnh sin và phụ thuộc vào thời gian t, tần sụ' f và biờn độ dao động súng cực đại Pamax:
P2 = Pa max sin (2 Tift)
Súng siờu õm cú thể được chia thành 3 loại theo tần sụ': power ulữasound (16 - 100kHz), high frequency ultrasound (100 kHz - 1MHz) và diagnostic ultrasound (1 - 10MHz). Ngồi ra súng siờu õm cú thể được phõn loại dựa ữờn năng lượng được tạo ra, được đặc trưng bởi năng lượng õm (W), cường độ õm (W/m2) và mật độ năng lượng õm (Ws/m3).
Ở đõy, ta chia súng siờu õm làm 2 loại: súng siờu õm cú tần sụ' cao năng lượng thấp (tần sụ' lớn hơn 100 kHz, cường độ õm nhỏ hơn iw/cm2) và súng siờu õm cú tần sụ' thấp năng lượng cao (cường độ õm lớn hơn iw/cm2, thường là từ 10 -1000 w/cm2, trong khoảng tần sụ' từ 18 -100 kHz).
Súng siờu õm cú tần sụ' cao năng lượng thấp khụng làm thay đổi những tớnh chõ't lý húa của nguyờn liệu khi truyền qua nờn được ứng dụng ữong cụng nghiệp thực phẩm như một kỹ thuật phõn tớch nhằm xỏc định cỏc tớnh chõ't húa lý của thực phẩm cũng như thành phần, cõu trỳc và trạng thỏi vật lý của sản phẩm. So vúi cỏc phương phỏp phõn tớch truyền thụng thỡ việc ỏp dụng súng siờu õm sẽ cho kết quả nhanh, chớnh xỏc hơn.
Trong khi đú, súng siờu õm cú tần sụ' thấp năng lượng cao cú thể làm thay đổi tớnh chõ't lý húa của nguyờn liệu (vớ dụ như gõy ra những hư hỏng vật lý hoặc tăng tốc độ của - 1 08 -
Nưởc trỏi cõy GVHD; Ths Tụn Nữ Minh Nguyềt phản ứng húa học). Ban đầu, súng siờu õm cú tần sụ' thấp năng lượng cao được dựng để tạo hệ nhũ hoặc phỏ vỡ tờ' bào. Những năm gần đõy súng siờu õm cú tần sụ' thấp năng lượng cao cũng đĩ được ứng dụng một cỏch hiệu quả trong cỏc lĩnh vực khỏc như: điều khiể
nquỏ trỡnh kết tinh, loại khớ khỏi thực phẩm dạng lỏng, vụ hoạt enzyme, tăng hiệu quả quỏ ữỡnh trớch ly, sõy, lọc cũng như tăng tốc độ của cỏc phản ứng oxy húa. Những ớch lợi của súng siờu õm cú thể được nhận biết thụng qua những ảnh hưởng khỏc nhau lờn cỏc mụi ữường mà
chỳng truyền qua (do tỏc động bởi ỏp sũ't cao và sự xũ't hiện của gradient nhiệt độ). Hiện nay, người ta tin rằng hầu hết sự tăng hiệu quả cỏc quỏ ữỡnh được xử lý vúi súng siờu õm chủ yờu được gõy ra do sự sủi bọt khớ bởi vỡ sự sủi bọt khớ sẽ làm gia tăng quỏ trỡnh truyền nhiệt và truyền khối. Sự thay đổi ỏp sũ't ữong những vựng mà súng siờu õm truyền quả chủ yờu là do sự hỡnh thành những bọt khớ và vỡ bọt khớ trong mụi trường lỏng. Trong suốt quỏ ữỡnh siờu õm, súng dao động sẽ được tạo ra khi súng siờu õm gặp mụi trường lỏng, do đú sẽ tạo ra những chu trỡnh nộn và giĩn nở lũn phiờn nhau tại những vựng lần lượt cú lực nộn và giĩn nỡ. Khi ỏp sũ't chõn khụng được tạo ra nhờ chu trỡnh giĩn nỡ trong mụi trường lỏng đủ thấp để thắng được lực liờn kết giữa cỏc phõn tử, những bọt khớ nhỏ sẽ được hỡnh thành. Trong suốt những chu ữỡnh nộn và giĩn nở như vậy, những bọt khớ sẽ phỡnh to và thu nhỏ. Sự hỡnh thành và phỏt ữiển của những bọt khớ được biết đến như sự sủi bọt khớ trong mụi trường lỏng. Lực liờn kết giữa cỏc phõn tử ữong mụi trường tinh khiết rất bền vững và do đú rất khú để cắt đứt (Suslick,1989). Tuy nhiờn hầu hết chõ't lỏng đều cú chứa những bọt khớ nhỏ đúng vai ữũ là hạt nhõn của quỏ trỡnh sủi bọt khớ.
Sự sủi bọt khớ từ súng siờu õm cú mức năng lượng thấp tạo ra những bọt khớ cú kớch thưúc nhỏ và ớt thay đổi ữong suốt cỏc chu ữỡnh nộn và giĩn nở, do đú được gọi là sự sủi bọt khớ ổn định (stable cavitation). Tuy nhiờn đụĩ vúi súng siờu õm cú mức năng lượng cao, kớch thưúc của những bọt khớ thay đổi rất lớn. Diện tớch bề mặt của bọt khớ tăng trong suốt chu trỡnh giĩn nở. Vỡ vậy sự thoỏt khi cũng tăng theo. Kết quả là kớch thưúc của bọt khớ tăng lờn sau mỗi chu trỡnh. Sau nhiều chu ữỡnh nộn và giĩn nỡ, bọt khớ sẽ đạt kớch thước giúi hạn mà năng lượng õm khụng cũn khả năng giữ pha hơi ở bờn ữong. Đến chu trỡnh nộn tiếp theo, hơi bõ't chợt ngưng tụ và những bọt khớ sẽ vỡ. Những phõn tử xung quanh bọt khớ va chạm nhau một cỏch mĩnh liệt, tạo ra những vựng cú nhiệt độ và ỏp sũ't cao lờn đến 5500°c và 50MPa. Hiện tượng này gọi là sự sủi bọt khớ nhõ't thời (ữansient cavitation). Trong suốt quỏ trỡnh siờu õm, sự sủi bọt khớ ổn định cú thể ữở thành sự sủi bọt khớ nhõ't thời và cũng cú thể đổng thời xảy ra (Atchley và Crum,1988).
Sự sủi bọt khớ phụ thuộc rất nhiều vào sổ" lượng bọt khớ được hỡnh thành và cường độ
của sự vỡ bọt khớ. Sụ' lượng bọt khớ gia tăng khi ngưỡng sủi bọt khớ giảm và khi biờn
độ của súng siờu õm tăng. Ngưỡng để sủi bọt khớ sẽ giảm khi nhiệt độ tăng và ngưỡng là zero tại nhiệt độ sụi (ảnh hưởng của nhiệt độ chủ yờu là do làm thay đổi tớnh chõ't vật lý của mụi trường lỏng). Trong khi đú, cường độ của sự vỡ bọt khớ phụ thuộc vào tỷ lệ - 1 09 -
Nưởc trỏi cõy GVHD; Ths Tụn Nữ Minh Nguyềt giữa kớch thưúc lớn nhõ't và kớch thưúc ban đầu của bọt khớ. Tỷ lệ này được quyết định bởi năng lượng súng siờu õm và chịu ảnh hưởng của nhiều yờu tố. Tại tần sụ' cao
Nriỏc trỏi cấy GVHDi ThS Tồn reg Minh Ngnvệt (1 MHz) sự sủi bột khớ rấi: khú xảy ra. Và nếu trờn 2.5 MHz ửủ hiện tượng sủi bọt khớ là khụng thể (Alliger, 1975).
Áp suất và nhiật độ là những yếu tụ' rất quan trọng ảnh hưởng đến quỏ trỡnh sủi bọt khớ. Áp suất thủy tỡnh cao cú thể chụng lại sự khuếch tỏn khớ ra khỏi bột khớ, làm giảm sự sủi bột khớ. Do đú sự giõ tăng ỏp suất ngồi (được điều khiển bằng ỏp suất đối) sẽ làm tăng ngưỡng của sự vỡ bọt khớ và gỉảm lượng bột khớ tậo thành. Tuy nhiờn sự gia tăng ỏp suất
ngồi lậi làm tăng
ỏp suất bờn trong những bọt khớ khi chỳng vừ ra, kết quả là sự vừ bọt khớ sẽ diễn ra nhanh hơn và mạnh mẽ hơn. Do đú sự gia tăng ỏp suất đối là một phưcmg phỏp làm gia tẵng hiệu quả của quỏ trỡnh xử lý vúi súng siờu õm thay vỡ thay đổi biờn độ dao động.
Trong
khi đú, nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đờn ỏp suất hơi, sức căng bề mặt và độ nhớt của mụi trường lỏng (Muthukumaran et alv 2006). Sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm gia tẵng sụ' lượng bọt khớ tạo thành tuy nhiờn cường độ sự vừ bọt khớ sẽ bị giảm do ảnh hưởng của ỏp suất hơi tăng lờn - đúng vai trũ như lớp đệm, ngăn cản sự va chậm của cỏc phõn tử xung quanh khi bột khớ vừ. (Alliger, 1975). Ngược lại, sự vỡ bọt khi sẽ khú khăn khi nhiệt độ giảm vỡ độ nhớt mụi trường tăng cao. Sự giõ tăng nhiệt độ sẽ làm gỉảm độ nhút, cho phộp sự vỡ bọt khớ diễn ra mạnh mẽ hơn. Do đú nhiệt độ phải được điều chinh để độ nhớt đủ thấp để làm gia tăng độ mạnh của sự vỡ bột khớ, tuy nhiờn nhiệt độ cũng phải đủ thấp để khụng làm giảm độ mạnh của sự vỡ bọt khớ bởi ỏp suất hơi cao.
Túm lại, cú rất nhiều thụng sụ' ảnh hưởng đờh hiệu quả của việc xử lý bằng súng siờu õm, do đú điều kiện xử lý cần phải chộn một cỏch cẩn thận nhằm đạt được - 111 -
O I ọ —
Nriỏc trỏi cấy GVHDi ThS Tồn reg Minh Ngnvệt hiệu quả tụỡ ưu.
Giới thiệu
Anh hưởng của quỏ trỡnh xử lý CO2 và súng õm được nghiờn cứu cho một vài tớnh chõ't húa lý như màu sắc, sự ổn định độ đục, pH, acid, tổng lượng chõ't khụ hũa tan, hoạt động của pholyphenoloxidase (PPO), thành phần acid ascorbic và vi khuẩn. Thành phần của acid ascorbic được phỏt hiện cao hơn trong mẫu được xử lý vúi CO2 và súng
õm hơn là ữong
mẫu kiểm chứng. Nú được cho rằng là do quỏ ữỡnh xử lý vúi CO2 cung cấp nhiều nucleic cho quỏ trinh sủi bọt, cho phộp sự khử oxy hũa tan ữong nưúc quả. Hơn thế nữa quỏ ữỡnh xử lý cũn làm tăng độ đục và hoạt động của PPO, cú thể sử dụng cho những quỏ ữỡnh làm tăng tớnh bờn hệ keo bởi vỡ cú nhiều những hạt nhỏ chứa nhiều hợp cha't phenolic. Tuy nhiờn thỡ quỏ trỡnh xử lý CO2 cựng vúi súng õm khụng phải là phương phỏp hiệu quả để ức chờ' vi khuẩn ở nhiệt độ phũng.
Phương phỏp xử lý
Quỏ trỡnh xử lý được tiờn hành ngay sau khi mẫu nưúc ổi được chuẩn bị (11). Nú được chia thành 2 nửa. Nửa đầu được xử lý vúi CO2 bằng cỏch bổ sung thờm 250g dạng tinh thể đỏ khụ. Nú được tiếp tục chia thành 2 nửa (khoảng 250ml mỗi nửa) sau khi được ủ õm khoảng 15 phỳt đến nhiệt độ phũng(20°C). Đú là mẫu được xử lý vúi CO2 và được xử lý vúi súng õm ở 35khz. Sau đú là mẫu kết hợp của cả 2 phương phỏp.
Nửa thứ hai được chia làm 2 phần để làm mẫu kiờm chứng và mẫu được xử lý vúi súng õm.
Tất cả những mẫu kiểm chứng và xử lý đều được tiệt trựng và giữ ở nhiệt độ
4°c ữong vũng 24h trưúc khi phõn tớch
Kết quả
Mau pHA % độ acidA Tổng chất rắn hũa tanA (°Brix) Thành phần acỉd ascorbicA (mg/lOOml) Kiểm soỏt 3,9310,03đ0,4610,02* 8,20±0,02a 110±0,5a Xử lý bằng CO2 3,9110,02đ0,4710,01* 8,32±0,03a 115±0,8b Xử lý bằng súng siờu õm 3,9210,01đ0,4610,01* 8,16±0,02a 119±0,8C Kết hợp 3,9010,01đ0,4710,04* 8,28±0,04a 125±l/ld - 112 -
Nriỏc trỏi cấy GVHDi ThS Tồn reg Minh Ngnvệt AMức ý nghĩa ± SD (n = 4), trong đú cột a với ký tự giống nhau thỡ khụng khỏc biệt đỏng kể ở mức khả năng 5%.
Thuộc tớnh màu sắcA Sự khỏc biệt màu
lYlaU L* a* b* tổng quỏtA AE*
Kiểm soỏt 94,0010,04đ - 0,0110,01* 5,5710,03đ NIL Xử lý bằng CO2 94,0210,08đ - 0,03±0,02b 5,5610,08đ 0,0810,04đ Súng siờu õm 93,30±0,06b 0,06±0,02b 5,98±0,05b 0,84±0,08b Kết hợp 92/62±0,09c 0,16*0,01* 6,4010,05' l,62±0,08c
AMức ý nghĩa d: SD (n = 4), trong đú cột a với ký tự giống Tè khụng khỏc biệt đỏng kể ở
Polyphenoloxidase activity (U)
Control 10.1 ± 0.60a
Carbonated 11.0 ± 0.50a
Sonicated 18.0 ± 1.5b
Combination 20.1 ± 1.2b
Time (second)
Hỡnh 54: Đo lường độ hấp thu ở 410nm vúi cỏc mẫu được xử lý khỏc nhau
- 113 -
Bảng 25: Anh hưởng của việc xử lý bằng CƠ2 và/hoặc súng siờu õm ữờn thuộc
tớnh màu sắc của nưúc ổi
mức khả năng 5%.
Wavelength (um)
Hỡnh 53: Khụi phổ minh họa độ bền cỏc đỏm mõy quyết định bởi phần trăm
khả năng bức xạ xuyờn qua.
Bảng 26: Hoạt tớnh polyphenoloxidase ữong ổi sau khi
Nriỏc trỏi cấy GVHDi ThS Tồn reg Minh Ngnvệt
Samples
Microbial survival (log CFU/ml)
Yeast and mould survival (log CFU/ml) Conữol 4.05 ± 0.02a 3.22 ± 0.21c Carbonated 3.86 ± 0.15bc 3.33 ± 0.05b Sonicated 3.94 ± 0.10b 3.06 ± 0.06d Combination3.79 ± 0.09c 3.47 ± 0.08a Kết luận
Anh hưởng quả quỏ ữỡnh xử lý CO2 kết hợp vúi súng õm đĩ được chứng minh trờn nưúc ổi. Kết quả chỉ ra rằng quỏ trỡnh xử lý Cồ2 làm tăng sự hiển thị của quỏ trỡnh khử, thành phần của acid ascorbic cao hơn, giảm sự trong và làm tăng hoạt động của pholyphenol oxidase. Phương phỏp này khụng cú hiệu quả trong xử lý vi sinh.