(Lê Ngọc Tú et al., 2002)
Pectin hút nước, rất dễ tan trong nước, không hòa tan trong ethanol (Đàm Sao Mai et al., 2012). Pectin là dạng dung dịch có tính keo cao, độ nhớt và độ bền gel lớn, gây khó khăn cho các quá trình chế biến như: lọc, làm trong cô đặc nước quả…. Các phân tử pectin mang điện tích âm nên chúng có khả năng đẩy lẫn nhau, do đó làm giãn mạch và làm tăng độ nhớt của dụng dịch. Vì vậy, khi làm giảm độ điện tích và độ hydarte hóa sẽ làm cho các pân tử pectin xích lại gần nhau và tương tác với nhau tạo nên một mạng lưới ba chiều rắn chứa pha lỏng ở bên trong. Pectin tạo đông ở nồng độ thấp (1-1,5%) khi có đủ đường 60% và acid 1%, tính chất này được áp dụng trong sản xuất mứt và bánh kẹo (Đàm Sao Mai et al., 2012; Quách Đĩnh et al., 2008). Theo Nguyễn Kim Phụng (2015), trong một số trường hợp pectin còn được sử dụng kết hợp với carrageenan để tăng hiệu quả tạo gel.
Các chỉ số của pectin
Pectin được đặc trưng bởi hai chỉ số sau:
- Chỉ số methoxyl (MI): là phần trăm khối lượng nhóm methoxyl (-OCH3) trên tổng khối lượng phân tử pectin. Sự methoxyl hóa hoàn toàn tương ứng với chỉ số methoxyl bằng 16,3% (Lê Ngọc Tú et al., 2002).
- Chỉ số ester hóa (DE): là phần trăm về số lượng của các gốc acid galacturonic được ester hóa trên tổng số lượng gốc acid galacturonic có trong phân tử pectin (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Pectin thương mại là một hỗn hợp gồm các hợp chất polysaccharide cao phân tử, trong đó polygalacturonic acid chiếm khoảng 70-75%. Dựa trên mức độ methoxyl hóa và este hóa, pectin thương mại được chia làm hai loại là pectin có độ methoxyl hóa cao và pectin có độ methoxyl hóa thấp (Đàm Sao Mai et al., 2012; Nguyễn Kim Phụng, 2015):
- Pectin methoxyl hóa cao (High Methoxyl Pectin - HMP): có DE > 50% và MI > 7%. Loại chất này có thể làm tăng độ nhớt cho sản phẩm. Muốn sản phẩm tạo gel thì giá trị pH phải đạt 3,1-3,4 và nồng độ đường trên 60% (Jan S.Y et al., 2016; Huỳnh Thị Kim Cúc et al., 2013).
20
7%. Pectin có methoxyl thấp sẽ tạo đông trong môi trường kém acid và cần thiết phải có mặt calci, chúng thường được dùng làm màng bao thực phẩm (Jan S.Y et al., 2016; Huỳnh Thị Kim Cúc et al., 2013).
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất tạo đông của pectin
Tính chất tạo đông của pectin được phụ thuộc vào các yếu tố sau:
- Chiều dài của mạch phân tử pectin: quyết định đến độ cứng của gel. Nếu phân tử pectin quá dài thì gel được hình thành có độ cứng. Còn nếu phân tử pectin quá ngắn dù có sử dụng liều lượng cao thì nó sẽ không tạo được gel (Lê Ngọc Tú et al., 2002).
- Mức độ methoxyl (-OCH3) hóa quy định cơ chế tạo gel:
+ Nếu phân tử pectin có từ 9,5-11% nhóm -OCH3 tham gia trong môi trường pH = 3 cùng với hàm lượng đường 35% khi đó khả năng đông tụ sẽ tốt (Đàm Sao Mai et al., 2012).
+ Nhóm methoxyl tăng từ 8-11% khi đó độ bền đông tụ sẽ tăng, ngược lại thì khả năng đông tụ sẽ giảm (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Khi pectin có chỉ số methoxyl cao, mức độ hydrat hóa có thể giảm nhờ thêm đường, còn độ tích điện sẽ hạ đi nhờ thêm ion H+. Trong trường hợp này, liên kết giữa các phân tử pectin với nhau chủ yếu nhờ các cầu hydro giữa các nhóm hydroxyl. Kiểu liên kết này không bền, do đó các gel tạo thành sẽ mềm dẻo do tính di động của các phân tử trong khối gel, gel này khác biệt với gel thạch và gel gelatin (Lê Ngọc Tú et al., 2002).
- Các dạng cation và anion cũng có ảnh hưởng đến độ bền đông tụ, các cation Ca2+, Al3+ giúp làm tăng độ bền gel, còn những cation hóa trị I như Na+ khi gặp điều kiện thích hợp sẽ phản tác dụng ngược lại (Đàm Sao Mai et al., 2012).
Cơ chế tạo gel của pectin methoxyl hóa cao
- Pectin HMP thường tạo gel bằng liên kết hydro (Chan S.Y et al., 2016).
- Điều kiện tạo gel: Đường > 60%, pH 3,1-3,4 và Pectin = 0,5-1% (Huỳnh Thị Kim Cúc et al., 2013; Đàm Sao Mai et al., 2012).
- Liên kết hydroxyl được hình thành giữa các phân tử pectin ở dạng: hydroxyl- hydroxyl, carboxyl-carboxyl hoặc hydroxyl-carboxyl. Kiểu liên kết này sẽ không bền, các liên kết sẽ bị mềm dẻo bởi tính linh động của các phân tử trong khối gel. Cấu trúc khối gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid, hàm lượng pectin hoặc pectin và nhiệt độ. Do đó, cần duy trì pH ở môi trường acid để khi đun nấu sẽ gây ra quá trình nghịch đảo đường saccharose để ngăn cản sự kết tinh đường. Tuy nhiênkhông nên dùng quá nhiều acid vì pH quá thấp sẽ gây ra nghịch đảo một lượng lớn saccharose gây kết tinh glucose và hóa gel nhanh làm vón cục. Nếu sử dụng lượng pectin vượt quá lượng dùng sẽ gây ra hiện tượng gel hóa cứng (Lê Ngọc Tú et al., 2002; Đàm Sao Mai et al., 2012).
21
- Khi sử dụng một lượng cố định bất cứ một loại pectin nào pH, nhiệt độ càng giảm và hàm lượng đường càng cao thì gel tạo thành càng nhanh (Đàm Sao Mai et al., 2012).
TỔNG QUAN VỀ SỰ TẠO GEL Lý thuyết về sự tạo gel
Gel là một dạng vật chất trung gian giữa chất rắn và lỏng. Chúng gồm các phân tử polymer liên kết ngang tạo thành mạng lưới nằm trong môi trường lỏng. Ngoài ra gel còn được gọi là mạng lưới không gian ba chiều giữ nước bên trong ngăn không cho nước đi ra môi trường acid. Nồng độ và mức độ tương tác giữa các phân tử polymer sẽ quyết định cấu trúc gel có thể giòn, cứng, săn chắc, mềm, mịn hoặc đàn hồi. Sự tạo gel làm cân bằng tương tác giữa phức polymer - polymer và polymer hòa tan để hình thành mạng ba chiều hoặc matrix. Kết quả của việc tăng cường tương tác giữa các phân tử polymer thường dẫn đến việc hình thành gel gắn chắc, dẻo, đàn hồi (Đàm Sao Mai et al., 2012; Nguyễn Kim Phụng, 2015).
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo gel
Nồng độ chất tạo đông
Theo lý thuyết tạo gel, gel được hình thành do chất tạo đông hình thành một mạng lưới phức tạp, trong đó đường và nước được giữ bên trong. Độ bền của mạng lưới phụ thuộc vào nồng độ chất tạo đông, nồng độ càng cao thì gel càng bền.Trong mạng lưới gel các phân tử liên kết với nhau bằng liên kết hydro, lực hút tĩnh điện, lực Vanderwaals và tương tác kỵ nước (Hui Y.H et al., 2006). Một tác nhân tạo gel lý tưởng là không làm ảnh hưởng đến mùi vị của sản phẩm. Nồng độ chất tạo đông và hàm lượng bổ sung càng cao thì cấu trúc càng cứng, do liên kết chủ yếu trong gel là liên kết hydro, các phân tử sẽ gần nhau hơn, liên kết với nhau dễ dàng và chặt chẽ hơn, tạo gel cứng (Đàm Sao Mai et al., 2012). Pectin sử dụng trong mứt đông không cao quá 3,5%, khi dùng lượng pectin vượt quá lượng thích hợp sẽ tạo gel quá cứng (Quách Đĩnh et al., 2008)
Nhiệt độ của quá trình tạo gel
Cấu trúc của gel hình thành ở nhiệt độ thấp khác với gel ở nhiệt độ cao và sự giảm độ bền gel ở nhiệt độ cao không phải do sự phá hủy pectin mà do sự khác nhau trong sự tạo thành hệ thống gel (Hui Y.H et al., 2006). Sử dụng nhiệt độ thấp để gel pectin bền hơn cũng gặp khó khăn là phải làm sao cho đường tan hoàn toàn, nếu không sẽ bị đóng rắn lại trong thời gian ngắn khi sử dụng đường cao (Đàm Sao Mai et al., 2012). Nếu đường không tan hoàn toàn sẽ làm chất lượng sản phẩm không đạt yêu cầu ảnh hưởng đến khả năng tạo gel của pectin.
Thời gian giữ nhiệt
Nấu ở nhiệt độ cao, thời gian nấu kéo dài sẽ làm giảm độ bền gel. Điều này xảy ra do sự phân hủy chất tạo đông (Hui Y.H et al., 2006).
22 Nồng độ đường và acid
Trong sự tạo gel từ carrageenan, pH thấp độ ổn định của dung dịch carrageenan giảm, sự thủy phân mạch polymer carrageenan xảy ra làm độ nhớt và khả năng gel hóa của chúng bị mất đi. Tuy nhiên, khi gel đã được hình thành, thậm chí ở pH (3,5-4,0), gel vẫn ổn định.
Đối với pectin, nồng độ đường và acid rất cần thiết cho sự tạo gel. Nồng độ H+ đến một giới hạn đó thì độ bền gel tăng. Tuy nhiên, khi pH tăng quá một giá trị nào đó thì độ bền gel giảm, pH tối thích cho sự ổn định gel của pectin là 3,1-3,4. Đường và acid là hai yếu tố có mối tương quan chặt chẽ với nhau. Khi nồng độ H+ cao thì có thể giảm lượng đường và ngược lại. Theo Hui Y.H et al. (2006) lượng đường trong mứt đông thường phải từ 65% trở lên. Khi đường thấp gel tạo thành yếu, ngược lại nếu đường quá cao dẫn đến hiện tượng kết tinh đường.
Trọng lượng phân tử chất tạo đông
Trọng lượng phan tử chất tạo đông đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng tạo gel trong phân tử. Các phân tử liên kết với nhau thành hệ thống mạng không gian ba chiều nhằm giữ các dung dịch và các chất tan bên trong. Nếu phân tử quá ngắn thì tạo gel mềm và dễ chảy lỏng (Đàm Sao Mai et al., 2012).
CÁC BIẾN ĐỔI TRONG QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC VÀ BẢO QUẢN Khái niệm
Cô đặc là quá trình làm bay hơi nước và tăng nồng độ chất khô của thực phẩm dưới tác dụng của nhiệt độ. Nồng độ chất khô của nguyên liệu thường dao động trong khoảng 10-35%. Sau quá trình cô đặc nồng độ chất khô sản phẩm có thể lên đến 80% (Lê Văn Việt Mẫn et al., 2011).
Các biến đổi trong quá trình cô đặc và bảo quản
Biến đổ vật lý
Khi cô đặc thì hàm lượng chất khô hòa tan, độ sôi, độ nhớt và khối lượng riêng tăng. Khối lượng, thể tích nguyên liệu, hoạt độ của nước trong nguyên liệu giảm (Lê Văn Việt Mẫn et al., 2011).
Biến đổi hóa học
- Trong quá trình cô đặc, các thành phần hóa học trong nguyên liệu có thể phản ứng với nhau hoặc bị phân hủy (Lê Văn Việt Mẫn et al., 2011). Các loại đường có trong rau quả bị caramel hóa làm sản phẩm có màu đen và vị đắng. Quá trình caramel hóa xảy ra nhanh nếu cô đặc trong nồi đun trực tiếp trên ngọn lửa.Caramel hóa là phản ứng nhiệt phân, phân hủy vật liệu trong thực phẩm chủ yếu là đường khi đun nóng lâu ở nhiệt độ cao. Phản ứng caramel hóa bắt đầu ở 120 ℃, tăng nhanh và tạo màu đen ở 160-200 ℃,
23
còn ở 400 ℃ thì cháy hoàn toàn. Ở giai đoạn đầu, các chất tạo thành thường làm cho sản phẩm có màu vàng cháy (Nguyễn Vân Tiếp et al., 2000).
- Phản ứng maillard là phản ứng hóa học liên quan đến acid amin và đường khử trong thực phẩm. Quá trình này dẫn đến thực phẩm có màu nâu do hình thành hợp chất melanoidin. Đây là phản ứng hóa nâu không enzyme, quá trình này xảy ra ở nhiệt độ 140-165 ℃ (Lê Ngọc Tú et al., 2002).
- Khi cô đặc, do có hàm lượng acid, dưới tác dụng của nhiệt độ, saccharose bị thủy phân thành glucose và fructose, pectin bị thủy phân giảm tính đông nếu nhiệt độ cao và kéo dài. Các sắc tố đỏ, vàng bị phá hủy. Các chất thơm, các acid và các chất hữu cơ dễ bay hơi làm giảm hương vị của sản phẩm. Hàm lượng vitamin trong sản phẩm giảm do nhiệt độ cao, thời gian dài và do tác dụng với kim loại nặng của thiết bị (Quách Đĩnh et al., 2008; Lê Văn Tán et al., 2008).
Hiện tượng lại đường trong mứt
Trong mứt chứa khoảng 62-65% đường. Nhiệt độ càng thấp thì độ hòa tan đường càng giảm. Tùy mức độ làm lạnh, nước đường trong mứt có thể ở trạng thái bão hòa hoặc quá bão hòa. Khi nước đường quá bão hòa, sẽ có đường kết tinh, xảy ra hiện tượng lại đường. Độ hòa tan của hỗn hợp saccharose cùng đường khử cao hơn độ hòa tan của saccharose. Do vậy. nếu thay thế một phần saccharose bằng đường khử thì khả năng bị lại đường của mứt giảm đi nhiểu. Theo Quách Đĩnh et al. (2008) cho rằng, để ngăn ngừa hiện tượng này cần giảm mức độ bão hòa đường bằng cách nấu sao cho tỷ lệ giữa saccharose và đường khử trong sản phẩm bằng 1:1. Muốn có đường khử, phải đều chỉnh độ acid của sản phẩm. Nếu độ acid của quả không đủ để tạo lượng đường khử cần thiết, trước khi nấu bổ sung acid citric hoặc tartric.
Hiện tượng mứt bị vữa
Trong quá trình tồn trữ mứt quả, dần dần mứt bị bão hòa, khi ấy trên mặt sản phẩm xuất hiện những giọt nước đọng, sau đó khối mứt dần dần bị vữa. Nếu bảo quản ở nhiệt độ thấp, sản phẩm có độ pH dưới 2,8 và có nhiều tạp chất, hoặc bị tác động cơ học, mứt càng chóng bị vữa hơn (Nguyễn Vân Tiếp et al., 2000).
CÁC NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
- Theo công trình nghiên cứu của Nguyễn Minh Thủy (2015), trường Đại Học Cần Thơ tạo sản phẩm mứt đông trên từng loại quả riêng lẻ, thì quy trình chế biến được tác giả đề nghị như sau:
+ Cam: gọt vỏ xanh, sử dụng phần múi
+ Thanh long ruột đỏ: tách vỏ, cắt nhỏ và loại bỏ hạt
Sau đó, quả được tách dịch bằng tác động của lực cơ học. Tiếp theo, tiến hành phối chế để điều chỉnh pH và độ Brix, nấu mứt trong điều kiện chân không ở 60 -
24
62 ℃ (12-15 phút), làm nguội 3 phút, rót hộp, ghép nắp và thanh trùng trong nước 100 ℃ (5 phút). Sản phẩm được tồn trữ mát. Chỉ tiêu độ Brix: 54-55 oBrix; pH 3,4-4,0 - Theo nghiên cứu của Đồng Trúc Phương và Nguyễn Thành Trung (2014) tiến hành khảo sát màng gấc được tách ra khỏi hạt sau đó được xay nhuyễn và phối trộn với tỷ lệ 60 %, 70 %, 80 %, 90 % đường và 0,8 %, 1 %, 1,2 %, 1,4 % acid citric cô đặc đến 55 oBrix. Tỷ lệ phối chế 80% đường, 1% acid citric và 1% pectin có điểm đánh giá cảm quan cao. Hỗn hợp có bề mặt phẳng, bóng mềm, hình khối đồng nhất, cấu trúc gel mềm, độ sệt cao, lật ngược lọ đựng, sản phẩm không bị chảy hoặc nhỏ giọt.
- Theo nghiên cứu của Nguyễn Kim Phụng (2015) khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quy trình chế biến mứt đông quách: quách khi được bổ sung nước với tỷ lệ 100%, pH 3,2 và hàm lượng chất khô dịch quả 50 oBrix. Tỷ lệ phối chế pectin : carrageenan 0,7:0,6 tạo cho sản phẩm có cấu trúc tốt và ổn định, carrageenan có tác dụng hỗ trợ pectin để sản phẩm đạt trạng thái mong muốn và không bị tách nước, giá trị độ cứng 1,43 N và tỷ lệ này được đánh giá cao nhất về mặt cảm quan.
- Nghiên cứu của Vũ Thu Trang et al. (2020) về ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ tới sự ổn định của betacyanin trong nước quả Thanh long ruột đỏ (Hylocereus
polyrhizus) Lập Thạch, Vĩnh Phúc: chế độ công nghệ như gia nhiệt, pH dịch quả, nồng độ chất chống oxy hóa (acid ascorbic) bổ sung trong quá trình chế biến và điều kiện bảo quản(tránh sáng và sáng tự nhiên, phơi sáng cưỡng bức) có ảnh hưởng đến sự ổn định chất màu betacyanin trong nước ép thịtquả, hướng tới ứng dụng chế biến các sản phẩm từ thanh long ruột đỏ Vĩnh Phúc. Kết quả cho thấy điều kiện chế biến nhiệt đảm bảo tốt nhất cho sự ổn định của betacyanin trong nước ép là gianhiệt không quá 80 °C, betacyanin ổn định trong nước ép pH acid (pH 3÷6), giảm nhanhtrong nước ép có pH trung tính (pH = 7) và pH kiềm (pH = 8), việc bổ sung chất chống oxy hóa acid ascorbic vớinồng độ 0,2% làm tăng tính ổn định betacyanin trong dịch quả ngay cả khi phơi sáng.
25
Chương 3 ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng, địa điểm và thời gian
- Đối tượng nghiên cứu: Quy trình chế biến mứt đông thanh long ruột đỏ bổ sung nước ép cam.
- Địa điểm nghiên cứu: Thực hiện nghiên cứu và thu thập số liệu tại phòng thí nghiệm quá trình và thiết bị thuộc khoa Công nghệ Sinh hóa-Thực phẩm, Trường Đại