Chất thơm nói chung và tinh dầu từ quả có múi nói riêng được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực thực phẩm như: Nước giải khát, rượu, trà, bánh kẹo… để làm tăng mùi thơm hấp dẫn và làm mất đi mùi không mong muốn trong thực phẩm. Để việc bổ sung chất thơm vào thực phẩm có hiệu quả cần tìm hiểu sự tương tác giữa các cấu tử của chất thơm với các thành phần trong thực phẩm.
1.3.4.1. Tương tác giữa chất thơm với các thành phần trong thực phẩm [7]
a. Tương tác giữa chất thơm với glucid
Các monosaccarid như glucose, fructose, lactose và disaccarose ở dạng tinh thể khô thì liên kết yếu với các chất thơm. Nhưng khi tăng độ ẩm của chúng bằng cách thấm ướt với nước thì sự hấp thụ của chúng với các chất thơm trở nên vững chắc hơn. Chất thơm liên kết với polysaccaride bằng phức chất, bằng mối liên kết thuận nghịch. Còn chất thơm liên kết với monosaccaride bằng mối liên kết hydrogen nước- đường giải phóng ra chất bay hơi.
Cấu tạo của tinh bột có hai loại, loại mạch thẳng gọi là amylose, đó là polyme của α-D-glucose liên kết 1-4, loại mạch nhánh gọi là amylopectin, đó là polime của α-D-glucose liên kết 1-4 và ở vị trí 6 có rẽ nhánh với phân tử khác theo liên kết 1-6. Khi đun sôi với nước, tinh bột bị thay đổi cả hai cấu trúc. Các cầu hydro bị yếu đi trong quá trình hồ hóa, các phân tử nước xen vào khe hở giữa các mạch tạo cầu hydro ở đó làm cho hạt trương nở ra và một phần amylose, amylopectin tan ra, đồng thời amylopectin liên kết với một lượng lớn nước, còn
18
amylose thì liên kết với nước tạo nên cấu trúc xoắn ốc. Các chất thơm bị đẩy vào cấu trúc xoắn ốc của amylose tương tự như phức chất của hồ tinh bột với iod. Ở cấu trúc xoắn ốc, các nhóm hydroxyl hướng ra ngoài còn các nguyên tử hydro thì hướng vào trong, nên phía ngoài xoắn ốc là ưa nước, phía trong hình xoắn ốc là kỵ nước. Khi chất thơm bị đẩy vào bên trong hình xoắn ốc để tạo phức chất với amylose. Với các cấu tử phân tử thấp như hexanol thì bị đẩy vào hình xoắn 6 mắc (mỗi vòng của hình xoắn 6 mắc có 6 phân tử glucose), với các cấu tử có phân tử lớn hơn như β- pinene thì bị đẩy vào hình xoắn ốc có 7 mắc (mỗi vòng đơn giản 7 mắc có 7 phân tử glucose). Với các chất thơm bay hơi có nồng độ lớn thì nhánh ngoài của amylopectin có cấu trúc xoắn. Những loại tinh bột có hàm lượng amylose thấp, như tinh bột sắn có 17% amylose thì khả năng liên kết với chất thơm thấp. Các loại tinh bột có hàm lượng amylose cao như tinh bột khoai tây, tinh bột ngô thì khả năng liên kết với chất thơm cao.
b. Tương tác giữa chất thơm với protein
Nhiều tác giả đã nghiên cứu về các mối tương tác giữa chất thơm với protein bằng nhiều phương pháp khác nhau, các tác giả đều cho rằng chất thơm bị protein giữ lại bằng các mối liên kết hóa lý thuận nghịch như mối liên kết kỵ nước hoặc do bị hấp phụ. Bên cạnh liên kết hóa lý các nhà nghiên cứu còn cho rằng chất thơm liên kết với protein bằng liên kết hóa học, như liên kết cộng hóa trị và đặc biệt cho rằng mối liên kết giữa chất thơm với protein mạnh hơn mối liên kết giữa chất thơm với glucid. Mối liên kết giữa chất thơm và protein phụ thuộcnhiều vào bản chất của
các chất bay hơi và protein. Các chất thơm thuộc nhóm aldehyde tham gia vào phản
ứng với protein mạnh hơn so với các chất thơm thuộc nhóm khác như ketone hoặc alcohol. Trong khi đó các cacboxylic acid và anilin lại rất ít hoặc hầu như không tương tác với protein. Trong trường hợp các chất không bay hơi là amino acid, các
nghiên cứu cho rằng các chất thơm thuộc nhóm aldehyde thường liên kết với gốc NH2. Nếu ở dạng tinh thể thì các amino acid có khả năng cố định một lượng khá lớn
các chất thơm. Protein càng biến tính thì khả năng liên kết với các chất thơm càng
19
nhiều. Phần lớn các protein có cấu trúc bậc 3 và bậc 4 thường được ổn định bằng
liên kết cộng hóa trị. Trong cấu trúc này những gốc kỵ nước thì nằm ở bên trong
còn gốc ưa nước thì nằm ở bên ngoài. Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy protein
giữ chất thơm bằng cách hấp phụ các chất này lên trên bề mặt của protein hoặc bẫy các chất bay hơi trong vùng kỵ nước.
c. Tương tác giữa chất thơm với lipid
Lipid thường là chất không có cực, kỵ nước nên hầu như không hòa tan trong nước. Lipid là môi trường hòa tan chất thơm rất tốt. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy dầu thực vật có khả năng liên kết với chất thơm lớn hơn mỡ động vật. Lượng
chất thơm liên kết với lipid phụ thuộc vào chiều dài mạch cácacid béo trong lipd và
sự có mặt của các acid béo no hay không no. Trong đó các lipid có các acid béo
mạch dài thì liên kết với chất thơm kém hơn lipid có các acid béo mạch ngắn. Trong một hỗn hợp lipid- nước, nhũ tương dầu trong nước và trong nhũ tương nước trong dầu, chất thơm đều bị phân tán giữa các pha dầu và pha nước phụ thuộc vào cấu
trúc của chất thơm ưa dầu hay ưa nước, phụ thuộc vào dạng lipid, nhiệt độ... Lượng
chất thơm liên kết với nhau bởi mỡ hay dầu phụ thuộc vào chiều dài mạch carbon của chất thơm trong cùng một dãy đồng đẳng.
1.3.4.2. Ứng dụng hương liệu trong sản xuất một số sản phẩm thực phẩm
Chất thơm là thành phần không thể thiếu trong một sản phẩm thực phẩm, là yếu tố quan trọng tạo ra độưa thích cho sản phẩm thực phẩm.
a. Ứng dụng trong sản xuất chè đen
Sản phẩm chè đen thường được bổ sung thêm chất thơm để tạo sự hấp dẫn hơn. Nguyên liệu lá chè tươi qua các giai đoạn làm héo, cắt, vò nghiền, sàng, lên men, sấy sơ bộ, ủ nóng, sấy khô sẽđược bổ sung thêm hương liệu và được bao gói tạo sản phẩm. Hiện nay các sản phẩm chè hương tự nhiên ở Việt Nam thường được ướp hương bằng hoa tự nhiên như bưởi, nhài, sen,… Quá trình đó thường rất tỉ mỉ, với thời gian dài, khó kiểm soát được hàm lượng hương và độ ẩm của chè cũng như bị phụ thuộc nhiều vào thời tiết, mùa vụ.
20
Một số loại rượu trước khi chiết chai, đóng gói thường được bổ sung thêm các loại hương liệu để tăng độ mới lạ, hấp dẫn. Hương liệu được bổ sung vào giai đoạn cuối trong quy trình sản xuất rượu, trước khi đóng chai. Hương liệu cần hòa tan hoàn toàn, đồng đều trong dung dịch rượu, không tạo váng hay tạo ra tính chất cảm quan khác lạ cho sản phẩm và không bị biến đổi trong môi trường rượu trong thời gian bảo quản.Trên thế giới, một số loại rượu thường được bổ sung hương liệu là liquor (liqueur), brandy,vang, những loại này được sử dụng rất phổ biến.
1.3.4.3. Phương pháp kiểm tra gia tốc thời gian bảo quản (ASLT) [20]
Phương pháp kiểm tra gia tốc thời gian bảo quản (Accelerated Shelf Life Testing of Food) là phương pháp đánh giá độ ổn định của sản phẩm thực phẩm trong các điều kiện khiến thực phẩm hư hỏng nhanh hơn ở điều kiện thực tế. Phương pháp này thường ứng dụng để xác định thời gian bảo quản cho các sản phẩm có thời gian bảo quản dài.
Phương pháp này có thể gia tốc một hay nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, độ chiếu sáng, nồng độ Oxy,... Tuy nhiên phổ biến và đơn giản nhất để gia tốc thời gian bảo quản là gia tốc một yếu tố tác động, chủ yếu là nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ bảo quản, thời gian hư hỏng của sản phẩm nhanh hơn.
Vận tốc phản ứng theo phương trình nhiệt độ Arrhenius như sau: 𝑘 =𝑘!exp (− 𝐸!
𝑅(𝑇−𝑇!)) Trong đó:
k: Vận tốc phản ứng ở T°C k0: Vận tốc phản ứng ở T0°C Ea: Năng lượng hoạt hóa phản ứng R: Hằng số khí
21
Trong công nghiệp thực phẩm,chất thơm là yếu tố quan trọng tạo nên chất lượng sản phẩm và cũng là một tiêu chí để người dùng quyết định có lựa chọn sản phẩm hay không. Hiện nay ở nước ta các chất thơm được sử dụng trong thực phẩm phần lớn là các loại hương liệu nhập từ nước ngoài có giá thành đắt hoặc có nguồn gốc, chất lượng không đảm bảo. Trong khi đó nguồn chất thơm trong tự nhiên rất phong phú, có thể ứng dụng trong nhiều loại sản phẩm và có thể đáp ứng được khối lượng lớn như các tinh dầu có nguồn gốc từ vỏ quả có múi. Tuy nhiên các tinh dầu tự nhiên thường ở dạng lỏng dễ bay hơi, dễ bị biến đổi và khó tan trong nước, điều này đã làm hạn chế phạm vi ứng dụng của chúng trong các sản phẩm thực phẩm. Nhằm giải quyết vấn đề này, luận văn nghiên cứu tạo tổ hợp hương thơm mới cho sản phẩm thực phẩm từ ba loại tinh dầu vỏ quả cam, chanh, bưởi của Việt Nam, chuyển tổ hợp tinh dầu này từ dạng lỏng dễ bay hơi và không tan trong nước thành dạng bột bằng phương pháp vi bao và ứng dụng của vi bao tổ hợp hương trong các sản phẩm thực phẩm là chè đen và rượu.
22
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên vật liệu
2.1.1. Nguyên liệu
2.1.1.1. Tinh dầu vỏ quả có múi
Đề tài nghiên cứu trên đối tượng là vỏ quả bưởi (Citrus grandis Osbeck), vỏ quả cam (Citrus sinensis Osbeck) và vỏ quả chanh (Citrus limonia Osbeck)
2.1.1.2. Rượu nền:
Rượu nền được sử dụng trong nghiên cứu là rượu không có mùi thơm đặc biệt, rượu được sử dụng là Vodka Hà Nội, nồng độ cồn 30% được cung cấp bởi công ty Rượu Hà Nội
2.1.1.3. Chè đen:
Chè đen được cung cấp bởi Viện Cơđiện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Hà Nội.
2.1.2. Hoá chất
- Nước cất: Nước cất thu được từ phòng thí nghiệm Bộ môn Quản lý chất lượng, Viện Công nghệ sinh học và thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội.
- Natri sulfat khan Na2SO4, độ tinh khiết ≥ 99% (Trung Quốc)
- Ethanol 96°, độ tinh khiết 99,9% (Công ty hóa chất Đức Giang- Việt Nam) - β-cyclodextrin: do công ty Enteroil JSC. cung cấp.
2.1.3. Dụng cụ và thiết bị:
- Cân phân tích Shimidzu, độ chính xác 0,0001g - Bộ chưng cất tinh dầu Clevenger (d<1)
- Máy khuấy từ Fisher - Máy sấy phun Buchi B290 - Tủ sấy Fisherbrand.
- Tủ lạnh, máy xay, bểổn nhiệt
- Các loại dụng cụ thí nghiệm như: Bình tam giác, bình định mức, ống đong, pipet, micropipet, bình cầu,...
23
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Quy trình nghiên cứu được tóm tắt theo sơđồ sau: Vỏ quả có múi Chưng cất Xác định thành phần tinh dầu Tổ hợp tinh dầu Vi bao tạo hương liệu dạng bột
Ứng dụng trong rượu mùi - Xác định hàm lượng hương liệu bổ sung - Đánh giá chất lượng Ứng dụng trong chè đen - Xác định hàm lượng hương liệu bổ sung - Đánh giá chất lượng Tinh dầu Tổ hợp hương Đánh giá cảm quan tổ hợp hương ND1: Nghiên cứu xây dựng tổ hợp hương từ tinh dầu vỏ quả có múi ND2: Nghiên cứu tạo vi bao tổ hợp hương Đánh giá chất lượng vi bao trong thời gian
bảo quản
ND3
24
2.2.1. Phương pháp xây dựng tổ hợp hương từ tinh dầu vỏ quả cam, chanh, bưởi
2.2.1.1. Phương pháp thu nhận tinh dầu vỏ quả có múi [4,13,17]
Các loại quả có múi cam, chanh, bưởi được rửa sạch hết bụi bẩn, gọt lấy phần vỏ có chứa tinh dầu bên ngoài, xay nhỏ bằng máy xay. Cho phần vỏ đã xay nhỏ vào bình chưng cất của thiết bị Clevenger(d<1), cho ngập nước rồi chưng cất thu tinh dầu. Tinh dầu vỏ quả có múi có tỷ trọng nhỏ hơn nước nên nổi lên trên. Thu tinh dầu, loại nước hoàn toàn bằng Na2SO4 khan rồi bảo quản trong bình thủy tinh tối màu trong tủ lạnh.
Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm Bộ môn Quản lý chất lượng, Viện Công nghệ sinh học và thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội.
Hình 2.1. Thiết bị chưng cất tinh dầu Clevenger 2.2.1.2. Phương pháp xác định thành phần tinh dầu vỏ quả có múi
Tinh dầu từ các loại vỏ quả cam, chanh, bưởi được thu nhận bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. Sau khi loại bỏ hoàn toàn nước bằng natri sunfat khan, các cấu tử của tinh dầu vỏ quả có múi được xác định trên thiết bị GS- MS
2010 Shimadzu với chương trình thực hiện như sau[13,14,17]:
Nhiệt độ cột 80-150°C, tốc độ tăng nhiệt 3°C/phút, giữ ở 5 phút và 150- 220°C tốc độ tăng nhiệt 8°C/phút, giữ ở 5 phút. Điều kiện MS: ion hóa mẫu ở thế
25
ion hóa 70ev, nhiệt độ duy trì 250°C, khí mang là heli tốc độ 0,5 ml/phút, tốc độ chia dòng 1:50
Hình 2.2. Chương trình nhiệt độ của GC-MS
Địa điểm thực hiện: Khoa Hóa, Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
2.2.1.3. Phương pháp xây dựng công thức tổ hợp hương a. Xác định công thức tổ hợp hương theo nguyên tắc Jan-Carl
Trong nghiên cứu sử dụng nguyên tắc Jan-Carl tổ hợp mức 1 (21, 22, 23) để xây dựng các công thức tổ hợp hương như sau:
Bảng 2.1. Bố trí thí nghiệm tổ hợp hương theo nguyên tắc Jan-Carl
TT Mẫu tinh dầu Tỷ lệ các cấu tử tạo hương
1 Cam 1 2 1 1 4 1 1 8 1 1
2 Bưởi 1 1 2 1 1 4 1 1 8 1
3 Chanh 1 1 1 2 1 1 4 1 1 8
Trong đó:
Bưởi: Tinh dầu vỏ bưởi Cam: Tinh dầu vỏ cam Chanh: Tinh dầu vỏ chanh
26
Tiến hành thực hiện: Dùng micropipet hút tinh dầu vỏ bưởi, tinh dầu vỏ cam và tinh dầu vỏ quả chanh, theo các tỷ lệđã định cho vào lọ thủy tinh, đậy nút kín và lắc đều
để cho các cấu tử trong tinh dầu được trộn lẫn vào nhau. Sau đó bảo quản lạnh ở nhiệt độ từ 5- 7°C và thời gian 48 giờ để ổn định mùi hương và tiến hành đánh giá cảm quan.
b. Đánh giá cảm quan theo phép thử cho điểm thị hiếu [1,13]
Đánh giá cảm quan tổ hợp hương theo phương pháp cho điểm thị hiếu, được thực hiện với Hội đồng gồm 200 người. Những người này có độ tuổi khác nhau từ 18- 40 tuổi, cả nam và nữ để nhằm tìm ra sự hài lòng và ưa thích về mùi của tổ hợp hương, để lựa chọn ra công thức tối ưu cho các nghiên cứu tiếp theo.
Mẫu phân tích gồm: Tổ hợp hương 3 loại tinh dầu vỏ cam, chanh, bưởi. Địa điểm thực hiện: Phòng thí nghiệm- Bộ môn Quản lý chất lượng hoặc tại nhà, công sở, tuỳ thuộc vào hoàn cảnh.
Tiến hành phân tích: Người thử sẽ nhận được một phiếu phân tích và các mẫu tổ hợp hương trong lọ thủy tinh kín. Người thử mở nắp và ngửi mùi hương trên miệng lọ, sau đó cho điểm mức độ ưa thích vào phiếu phân tích.
2.2.2. Phương pháp tạo vi bao tổ hợp hương
2.2.2.1. Phương pháp xác định hàm lượng tinh dầu có khả năng chứa trong vi bao [10,12,22,39] [10,12,22,39]
Phương pháp thực hiện:
Cân 40g β-cyclodextrin hòa vào 40ml nước cất, khuấy đều bằng máy khuấy từ trong thời gian 15 phút. Mẫu tổ hợp hương được hòa tan trong cồn theo tỷ lệ tinh dầu: ethanol 96°= 1:1 (v/v) được bổ sung vào dịch cyclodextrin/nước theo các tỷ lệ tinh dầu: cyclodextrin= 5%, 8%, 10%, 12% và 15%. Đồng hóa bằng máy khuấy từ trong thời gian 24 giờ sau đó đem sấy phun. Bột hương liệu thu được được đóng gói kín và bảo quản trong 3 ngày để ổn định.
Sau đó cân 20g mỗi loại bột hương liệu cho vào bình cầu của thiết bị chưng cất Clevenger, bổ sung 300ml nước cất và chưng cất trong thời gian 4 giờ đến khi
27
lượng tinh dầu thu được không đổi. Định lượng lượng tinh dầu thu được, từđó xác