Tài liệu Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến tối thiểu khoai tây

LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Sau đại học, Viện Công nghệ sinh học & thực phẩm - Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành bản luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Viện Cơ điện nông nghiệp & Công nghệ sau thu hoạch, lãnh đạo và cán bộ Bộ môn bảo quản (Viện cơ điện nông nghiệp & Công nghệ sau thu hoạch) đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình thực hiện các nghiên cứu liên quan đến luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS. Nguyễn Xuân Phương (Bộ môn Công nghệ sau thu hoạch, Viện Công nghệ sinh học & thực phẩm- Đại học Bách khoa Hà Nội) đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo để tôi hoàn thành bản luận văn này. Đặc biệt, tôi muốn cám ơn sinh viên Bùi Thị Phương, lớp CNTP2-K48, Đại học Bách khoa Hà Nội đã tham gia thực hiện và giúp tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện đề tài. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2008 Nguyễn Thị Khả 1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG.....................................................................................3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................5 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................7 MỞ ĐẦU.............................................................................................................8 PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU......................................................................10 1.1. TÌM HIỂU CHUNG VỀ RAU QUẢ CHẾ BIẾN TỐI THIỂU.........................10 1.1.1.Khái niệm về rau quả chế biến tối thiểu..........................................10 1.1.2. Giá trị dinh dưỡng và tính an toàn của rau quả chế biến tối thiểu12 1.1.3. Những biến đổi của rau quả chế biến tối thiểu..............................13 1.1.3.Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau quả chế biến tối thiểu...............18 1.2. NGUYÊN LIỆU KHOAI TÂY..............................................................................20 1.2.1. Cây khoai tây..................................................................................20 1.2.2. Củ khoai tây....................................................................................23 1.2.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ khoai tây........................................28 1.3. KHOAI TÂY CHẾ BIẾN TỐI THIỂU.................................................................30 1.3.1. Tình hình nghiên cứu về công nghệ chế biến tối thiểu khoai tây trên thế giới....................................................................................30 1.3.2. Tình hình nghiên cứu chế biến tối thiểu khoai tây trong nước.......35 1.3.3. Các chất chống oxy hoá biến màu khoai tây chế biến tối thiểu.....36 1.3.4. Các loại bao bì sử dụng trong chế biến tối thiểu khoai tây...........39 PHẦN II: VẬT LI ỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................42 2.1. NGUYÊN VẬT LI ỆU............................................................................................42 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................................................................43 2 2.2.1. Phương pháp thí nghiệm................................................................43 2.2.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng của khoai tây......44 PHẦN III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................................49 3.1. ĐẶC TÍNH LÝ HOÁ CỦA KHOAI TÂY NGUYÊN LIỆU...............................49 3.2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẤT CHỐNG OXY HOÁ ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHOAI TÂY CHẾ BIẾN TỐI THIỂU TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN....................................................................................................................50 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ các chất chống nâu hoá..........................50 3.2.2. Ảnh hưởng của các chất chống nâu hoá........................................53 3.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DẠNG ĐỊNH HÌNH, NỒNG ĐỘ VÀ THỜI GIAN XỬ LÝ CHỐNG NÂU HOÁ ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHOAI TÂY CHẾ BIẾN TỐI THIỂU................................................................................................61 3.3.1 Ảnh hưởng của dạng định hình và nồng độ dung dịch NaHSO3.....61 3.3.2. Ảnh hưởng của dạng định hình và thời gian xử lý NaHSO3..........64 3.3.3. Ảnh hưởng của đa yếu tố nồng độ và thời gian xử lý NaHSO3......66 3.3.4. Ảnh hưởng của đa yếu tố nồng độ và thời gian xử lý chất chống nâu hoá và dạng định hình..............................................................75 3.4. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LOẠI VÀ ĐỘ DÀY BAO BÌ ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHOAI TÂY CHẾ BIẾN TỐI THIỂU........................................................82 3.5. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ BẢO QUẢN ĐẾN CHẤT LƯỢNG KHOAI TÂY CHẾ BIẾN TỐI THIỂU.......................................................................................84 3.6. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CẢM QUAN KHOAI TÂY CHẾ BIẾN TỐI THIỂU.............................................................................................................................89 3.7. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ..................................................................................93 PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................96 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................98 PHỤ LỤC 3 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Cường độ hô hấp của khoai tây chế biến tối thiểu ở các dạng định hình và nhiệt độ khác nhau.....................................................14 Bảng 1.2: Thành phần dinh dưỡng trong 100 gam khoai tây nguyên liệu ...........25 Bảng 1.3: Sản lượng khoai tây thế giới từ năm 1991 đến 2007......................28 Bảng 1.4: Sản xuất khoai tây ở một số vùng trên thế giới năm, 2007............29 Bảng 1.5: Một số quốc gia đứng đầu về sản lượng khoai tây năm 2007........29 Bảng 3.1: Các chỉ tiêu lý hoá của nguyên liệu................................................49 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng các chất chống nâu hoá đến chất lượng khoai tây chế biến tối thiểu.............................................................51 Bảng 3.3: Hao hụt khối lượng của các mẫu xử lý trong quá trình bảo quản ở 30C, %..........................................................................................54 Bảng 3.4: Tổng sự thay đổi màu sắc (E) của các mẫu xử lý trong quá trình bảo quản ở 30C.................................................................55 Bảng 3.5: Hàm lượng vitamin C của các mẫu xử lý trong quá trình bảo quản ở 30C, mg%......................................................................56 Bảng 3.6: Hàm lượng đường khử tổng số của các mẫu xử lý trong quá trình bảo quản ở 30C, %...........................................................58 Bảng 3.7: Hàm lượng axit của các mẫu xử lý trong quá trình bảo quản ở 30C,%...........................................................................................59 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaHSO3 đến chất lượng khoai tây chế biến tối thiểu sau 8 ngày bảo quản , ở 30C...............62 Bảng 3.9: Ảnh hưởng của thời gian xử lý dung dịch NaHSO3 đến chất lượng khoai tây chế biến tối thiểu sau 8 ngày bảo quản , ở 30C...............65 4 Bảng 3.10: Tối ưu hoá quá trình xử lý chất nâu hoá theo nồng độ và thời gian xử lý đối với sản phẩm dạng con chì...............................68 Bảng3.11: Tối ưu hoá quá trình xử lý chất nâu hoá theo nồng độ và thời gian xử lý đối với sản phẩm dạng lát.......................................72 Bảng3.12: Tối ưu hoá quá trình xử lý chất nâu hoá theo nồng độ và thời gian xử lý đối với sản phẩm dạng khối....................................74 Bảng 3.15: Hao hụt khối lượng của khoai tây chế biến tối thiểu trong quá trình bảo quản (%)...................................................................77 Bảng 3.15: Biến đổi màu sắc của khoai tây chế biến tối thiểu trong quá trình bảo quản (E).................................................................78 Bảng 3.16: Biến đổi hàm lượng vitamin C của khoai tây chế biến tối thiểu trong quá trình bảo quản (mg%)..................................................79 Bảng 3.17: Hàm lượng đường khử tổng số của khoai tây chế biến tối thiểu trong quá trình bảo quản (%).......................................................80 Bảng 3.18: Hàm lượng axit tổng số của khoai tây chế biến tối thiểu trong quá trình bảo quản ở 30C (%)................................................81 Bảng 3.19: Ảnh hưởng của loại và độ dày bao bì đến chất lượng khoai tây chế biến tối thiểu.......................................................................83 Bảng 3.20: Ảnh hưởng của nhiệt độ bảo quản đến chất lượng của khoai tây chế biến tối thiểu trong quá trình bảo quản.....................................85 Bảng 3.21: Chất lượng cảm quan khoai tây chế biến tối thiểu dạng lát..........90 Bảng 3.22: Đánh giá chất lượng cảm quan khoai tây chế biến tối thiểu dạng khối.........................................................................................91 Bảng 3.23: Đánh giá chất lượng cảm quan khoai tây chế biến tối thiểu dạng con chì....................................................................................91 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Quả chế biến tối thiểu..................................................................... 10 Hình 1.2: Rau chế biến tối thiểu..................................................................... 11 Hình 1.3:Phản ứng nâu hóa xúc tác bởi enzim polyphenoloxidaza................16 Hình 1.4: Sự biến đổi màu do phản ứng nâu hóa ở khoai tây và táo cắt.........17 Hình 1.5: Doanh thu rau quả chế biến tối thiểu tại Mỹ .................................19 Hình 1.6: Thành phần dinh dưỡng trong 100 gam khoai tây luộc cả vỏ.........25 Hình 1.7: Sơ đồ quy trình chế biến tối thiểu khoai tây................................... 31 Hình 1.8: Cơ chế tạo thành hợp hợp chất menalin từ tyrozin .......................38 Hình 1.9: Cơ chế ngăn cản sự tạo thành hợp chất màu của sunphit ..............39 Hình 1.10: Cơ chế ngăn cản sự tạo thành hợp chất màu của axit ascorbic ....39 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống đo cường độ hô hấp dòng.....45 Hình 3.1:. Sự biến đổi tỷ lệ hao hụt của các mẫu xử lý trong quá trình bảo quản ở 30C................................................................................56 Hình 3.2: Sự biến đổi màu sắc của các mẫu xử lý trong thời gian bảo quản ở 30C...............................................................................................57 Hình 3.3: Sự biến đổi thành phần Vitamin C của các mẫu xử lý trong quá trình bảo quản ở 30C....................................................................... 58 Hình 3.4: Sự biến đổi hàm lượng đường khử tổng số của các mẫu xử lý trong quá trình bảo quản ở 30C....................................................... 60 Hình 3.5: Sự biến đổi hàm lượng axit của các mẫu xử lý trong quá trình......61 Hình 3.6: Sự biến đổi cường độ hô hấp của các mẫu xử lý, bảo quản ở 30C..77 Hình 3.7: Sự biến đổi chỉ số tổn thất khối lượng các mẫu xử lý của 3 dạng định hình trong quá trình bảo quản ở 30C.......................................79 Hình 3.8: Sự biến đổi màu sắc của các mẫu xử lý của 3 dạng định hình trong quá trình bảo quản ở 30C.................................................................80 6 Hình 3.9: Sự biến đổi lượng vitamin C các mẫu xử lý của 3 dạng định hình trong quá trình bảo quản ở 30C.......................................................81 Hình 3.10: Sự biến đổi lượng đường các mẫu xử lý của 3 dạng định hình trong quá trình bảo quản ở 30C..................................................... 82 Hình 3.11: Sự biến đổi lượng axit các mẫu xử lý của 3 dạng định hình trong quá trình bảo quản ở 30C.................................................................83 Hình 3.12: Biểu đồ so sánh tỷ lệ giảm khối lượng (%) theo thời gian bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau..............................................................88 Hình 3.13: Sự biến đổi màu sắc (ΔE) theo thời gian bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau...................................................................................... 88 Hình 3.14: Sự thay đổi hàm lượng vitamin C (mg%) theo thời gian bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau...............................................................88 Hình 3.15: Sự thay đổi hàm lượng đường (%) theo thời gian bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau........................................................................89 Hình 3.16: Sự thay đổi hàm lượng axit hữu cơ (%) theo thời gian bảo quản ở các nhiệt độ khác nhau..................................................................89 7 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DV Daily Value FDA Food and Drug Administration GAP Good Agricultural Practices GMP Good Manufactural Practices IFPA MAPLow -density Polyethyl ene International Fresh-cut Produce Association Modified Atmosphere Packing LDPE MVP Modified Vacuum Packing PE Polyethylene OPP Orirened polypropylene PMA Produce Marketing Association USDA United States Department of Agriculture 8 MỞ ĐẦU Rau quả là một nguồn thực phẩm rất quan trọng và cần thiết trong khẩu phần ăn của con người trên toàn thế giới. Rau quả không những cung cấp các vitamin, khoáng chất mà chúng còn là chất xơ tiêu hoá tốt nhất cho cơ thể. Nó như một nhân tố tích cực làm tăng dinh dưỡng, tuổi thọ của con người. Do vậy trong chế độ ăn hàng ngày không thể thiếu được rau quả. Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu của con người về thực phẩm ngày càng cao. Họ không những đòi hỏi thực phẩm có chất lượng tốt mà phải có tính tiện lợi, an toàn và giảm thiểu được thời gian chuẩn bị. Do vậy đã hình thành một trào lưu quốc tế mới về nghiên cứu và thương mại hoá thực phẩm tối thiểu, đặc biệt là các sản phẩm rau quả chế biến tối thiểu (minimally processing fruits and vegetables) hay rau quả cắt (fresh-cut fruits and vegetables). Theo Hiệp hội sản phẩm dạng cắt quốc tế (IFPA), rau quả chế biến tối thiểu là một trong những sản phẩm có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất ở thị trường Mỹ. Giá trị thương mại của rau quả chể biến tối thiểu tăng mạnh từ 3,3 tỷ USD năm 1994 lên 11 tỷ năm 2000 và 15 tỷ USD năm 2005. Ở Việt Nam, rau quả chế biến tối thiểu là một xu thế mới và sẽ là tất yếu theo quá trình phát triển của xã hội. Gần đây, các sản phẩm rau quả chế biến tối thiểu rau quả đã xâm nhập vào thị trường các thành phố thông qua hệ thống siêu thị lớn như Metrô. Các sản phẩm này đẵ bắt đầu được người tiêu dùng ưa thích và sẵn sàng trả tiền để mua thay cho việc mua nguyên củ, nguyên quả. Tuy nhiên,các sản phẩm này chủ yếu nhập ngoại, giá thành cao. Các cơ sở sơ chế và chế biến đã bắt đầu cung cấp ra thị trường loại sản phẩm dạng này, nhưng chất lượng chưa cao và chủ yếu tiêu thụ trong ngày. Vì vậy việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế biến tối thiểu rau quả ở nước ta là rất cần thiết. 9 Khoai tây là một loại cây trồng vụ đông có giá trị dinh dưỡng, giá trị kinh tế cao, sản lượng lớn. Khoai tây có thời gian sinh trưởng ngắn, tính thích ứng rộng, nên được trồng ở khắp các vùng miền trong cả nước. Thành phần dinh dưỡng của khoai tây tương đối toàn diện. Nó không chỉ là một loại lương thực có thể dùng thay thế các loại ngũ cốc mà còn là một loại thực phẩm, một loại rau củ tương đối thông dụng trong các bữa ăn gia đình, nhà hàng, hội nghị. Với vai trò đặc biệt quan trọng đó, khoai tây được coi là “vua của các loài thực vật” và Liên hợp quốc đã quyết định chọn năm 2008 là năm quốc tế về khoai tây. Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tiễn trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến tối thiểu khoai tây” + Mục đích của đề tài: Hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến tối thiểu khoai tây với các dạng sản phẩm khác nhau. Sản phẩm tạo ra phải có chất lượng tốt, tiện lợi khi sử dụng và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. + Nội dung của đề tài và các vấn đề cần giải quyết: 1. Xác định các chỉ tiêu hoá lý của khoai tây nguyên liệu 2. Nghiên cứu lựa chọn loại hoá chất, nồng độ và thời gian xử lý phù hợp với các dạng sản phẩm khoai tây chế biến tối thiểu . 3. Nghiên cứu lựa chọn loại và độ dày bao bì phù hợp với sản phẩm khoai tây chế biến tối thiểu. 4. Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ phù hợp với bảo quản khoai tây chế biến tối thiểu 5. Đánh giá chất lượng sản phẩm khoai tây chế biến tối thiểu 6. Quy trình công nghệ chế biến khoai tây tối thiểu 10 PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TÌM HIỂU CHUNG VỀ RAU QUẢ CHẾ BIẾN TỐI THIỂU 1.1.1.Khái niệm về rau quả chế biến tối thiểu Rau quả chế biến tối thiểu (minimally processing fruits and vegetables) hay rau quả cắt (fresh-cut fruits and vegetables) là rau quả được chế biến ở mức ít nhất và “sẵn sàng để ăn” hay “sẵn sàng để nấu”. Theo nhiều tác giả, rau quả chế biến tối thiểu hay rau quả cắt được hiểu theo các cách khác nhau:  Chế biến tối thiểu là việc xử lý ít nhất để đạt được mục đích sử dụng (Manvell, 1996) 18.  USDA và FDA định nghĩa rau quả chế biến tối thiểu là sản phẩm được cắt, định hình tươi, rửa, đóng gói và bảo quản ở điều kiện lạnh. Sản phẩm chế biến tối thiểu ở dạng nguyên liệu, sẵn sàng để ăn hay nấu, không có quá trình xử lý nhiệt, xử lý với chất phụ gia hay chất bảo quản 20.  Hiệp hội sản phẩm dạng cắt quốc tế (IFPA) định nghĩa “rau quả chế biến tối thiểu được cắt tỉa, gọt vỏ, rửa và cắt định hình thành dạng có thể dùng được 100% sau đó đóng gói và bảo quản”. Rau quả chế biến tối thiểu thường có giá trị dinh dưỡng cao, thuận tiện và có lợi cho sức khỏe trong khi vẫn duy trì được trạng thái tươi như mong muốn của người tiêu dùng 18. Hình 1.1: Quả chế biến tối thiểu 11 Hình 1.2: Rau chế biến tối thiểu Ưu điểm của rau quả chế biến tối thiểu là đã được chế biến sẵn nên người dùng không cần phải nhặt, rửa hay thái. Hiện nay, các khâu này thường được thực hiện ở nhà hay tại các nhà hàng và đều có nguy cơ lây nhiễm các tác nhân gây ngộ độc thực phẩm. Việc sử dụng các sản phẩm rau quả chế biến tối thiểu là giải pháp hợp lý và cần thiết để giảm tối đa sự tiếp xúc với thực phẩm, hạn chế các mối nguy hiểm của các tác nhân gây bệnh nhiễm vào thực phẩm và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Mặt khác, rau quả chế biến tối thiểu được sản xuất tập trung nên tận dụng phế liệu sử dụng cho các mục đích khác như: chế biến thức ăn gia súc, phân bón…, đồng thời hạn chế rác thải gây ô nhiễm môi trường. Trong hướng dẫn chế độ ăn hàng ngày của người Mỹ năm 2005 khuyến cáo mọi người nên ăn nhiều rau quả hơn các thực phẩm khác 33. Tuy nhiên việc cung cấp đủ lượng rau quả tươi cho nhu cầu này rất khó khăn, đặc biệt ở các khu đô thị, thành phố tập trung đông dân cư. Sự phát triển của rau quả chế biến tối thiểu giúp loại bỏ được khó khăn này và giúp người tiêu dùng dễ 12 dàng lựa chọn chế độ ăn nhiều rau quả. Ăn nhiều rau quả tốt cho sức khỏe: giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, bệnh tiểu đường loại 2, áp huyết cao, nhiều loại bệnh ung thư và giúp duy trì trọng lượng cơ thể. 1.1.2. Giá trị dinh dưỡng và tính an toàn của rau quả chế biến tối thiểu Đã có rất nhiều nghiên cứu về giá trị dinh dưỡng của rau quả chế biến tối thiểu. Nghiên cứu của TS. Gil và TS. Kader đã chỉ ra rằng 24: Không có sự biến đổi đáng kể nào về các chất dinh dưỡng quan trọng (vitamin C, vitamin A…) do quá trình chế biến tối thiểu hay trong thời hạn sử dụng của sản phẩm. Thông thường, sản phẩm rau quả chế biến tối thiểu thối hỏng trước khi bị mất nhiều chất dinh dưỡng. Sự tổn thất chất dinh dưỡng theo thời gian sau khi thu hoạch là một quá trình tự nhiên trong cả sản phẩm để nguyên hay chế biến tối thiểu. Chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm thường đạt tối ưu ngay sau khi thu hoạch. Công nghệ đóng gói thường không làm đẩy nhanh sự hao hụt chất dinh dưỡng của sản phẩm trừ khi dùng công nghệ không đúng hay nhiệt độ sử dụng không thích hợp. Các bước xử lý không có ảnh hưởng bất lợi nào đến chất lượng dinh dưỡng của rau quả chế biến tối thiểu. Theo kết quả nghiên cứu của Tudela J.A.và cộng sự [21], thành phần axit ascorbic tăng 16 ÷ 108 % sau khi bảo quản 2 ÷ 4 ngày ở 3,3 0C (380F) do khoai tây vẫn tiếp tục tổng hợp vitamin C sau khi chế biến tối thiểu. Rau quả chế biến tối thiểu được chế biến trong điều kiện đảm bảo vệ sinh nên sản phẩm cuối cùng cũng đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Sản phẩm này không cần phải rửa lại mà có thể sử dụng ngay. TS. Linda Harris, một chuyên gia về an toàn vệ sinh an toàn thực phẩm tại trường đại học Califorlia, cho biết: “Rất an toàn khi ăn sản phẩm rau được đóng trong túi. Rau salad thường được sơ chế trong điều kiện thuận lợi và sạch hơn bất kì bếp gia đình nào”. 13 1.1.3. Những biến đổi của rau quả chế biến tối thiểu Sau khi thu hoạch, rau quả không được cung cấp nước, chất khoáng và các chất dinh dưỡng cần thiết. Tuy nhiên, tế bào rau quả vẫn tiếp tục hô hấp, sử dụng đường và axit hữu cơ có sẵn và chúng sẽ nhanh chóng trở nên già cỗi. Sự tổn thất chất lượng sau thu hoạch là một hàm của quá trình hô hấp, quá trình chín (rau quả hô hấp đột biến), mất nước, biến đổi màu do enzim của bề mặt cắt, sự phá hủy bởi vi sinh vật, già hóa và tổn thất cơ học trong quá trình chế biến, vận chuyển, bảo quản và phân phối (Schlimme & Rooney, 1994; Watada & cộng sự, 1996). Quá trình chế biến tối thiểu làm tăng cường độ hô hấp, tổn thương tế bào khi đó enzim và cơ chất cô lập trong không bào sẽ trộn lẫn với tế bào chất. Đồng thời chế biến tối thiểu cũng làm tăng C 2H4, nước tự do và diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích, đẩy nhanh việc mất nước và sự phát triển của vi sinh vật (King & Bolin, 1989; Watada & cộng sự, 1990; Watada & Qi, 1999; Wiley, 1994). Sự biến đổi này có thể dẫn đến sự mất mùi vị, biến đổi màu bề mặt cắt, mất màu, thối hỏng, tăng cường độ mất vitamin, giảm độ cứng và giảm thời gian bảo quản. Vì vậy phải kiểm soát nhiệt độ thích hợp trong quá trình chế biến, bảo quản, phân phối để duy trì chất lượng của sản phẩm. 1.1.3.1. Quá trình hô hấp Rau quả là sinh vật sống và cần oxi để hô hấp, sản phẩm của quá trình hô hấp là CO 2, C2H4 và nước. Nhưng khi không có mặt oxi sẽ xảy ra quá trình hô hấp yếm khí hay xuất hiện sự lên men. Quá trình lên men tạo ra cồn và aldehyt, làm mất mùi vị của sản phẩm (Camile, 2000). Khi tế bào bị tổn thương, sản sinh ra lượng ethylene cao, kích thích quá trình hô hấp. Sự phá vỡ tinh bột làm đẩy nhanh chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển electron (Brecht, 1995). 14 Cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ và dạng định hình. Khi nhiệt độ càng cao, cường độ hô hấp càng tăng; nguyên nhân là khi số Q 10 cứ tăng nhiệt độ lên 100C thì cường độ hô hấp sẽ tăng lên từ 3,4 ÷ 8,3 lần tuỳ loại sản phẩm rau quả chế biến tối thiểu (Watada et al, 1996). Với cà chua, kiwi hệ số Q10 là 3,5, trong khi đó hạt tiêu, dưa hấu hệ số đó là 8,3. Đồng thời khi dạng định hình có kích thước càng nhỏ thì lượng tế bào bị tổn thương, bề mặt tiếp xúc với không khí càng lớn và cường độ hô hấp càng cao. Điều này được thể hiện rõ hơn qua số liệu bảng sau: Bảng 1.1: Cường độ hô hấp của khoai tây chế biến tối thiểu ở các dạng định hình và nhiệt độ khác nhau Dạng định hình Nhiệt độ, (ºC) Nguyên củ Một nửa củ Lát (2 mm) Dạng thanh (0,95 x 0,95 cm) Đơn vị, mg CO2 . kg -1. h-1 2 6,0 ÷ 8,0 8,0 10,0 ÷ 12,0 12,2 5 7,8 7,8 ÷ 9,8 11,7 ÷ 15,6 - 10 17,1 ÷ 19,0 21 ÷ 22,8 38,0 - 23 54 ÷ 63 81 117 ÷ 126 Nguồn: Gorny (1997) 17 1.1.3.2. Sự sản sinh ethylene Ethylene (C2H4) là sản phẩm của quá trình hô hấp của rau quả, như một hoocmon điều chỉnh độ chín. Lượng ethylene sinh ra phụ thuộc độ chín, tổn thương cơ học (vết thương, vết thâm), lượng nước hao hụt, nhiệt độ và lượng oxi thấp (< 8%), CO2 (> 2%) (Camile, 2000). Rosen và Kader (1989) đã tiến hành nghiên cứu so sánh sự biến đổi 15 sinh lý trong quá trình bảo quản giữa dạng nguyên quả và dạng chế biến tối thiểu của quả dâu tây và quả lê. Kết quả cho thấy dâu tây khi chế biến tối thiểu sinh ra nhiều CO2, C2H4 và giảm độ cứng hơn so với khi để nguyên quả, tuy nhiên khi ngâm trong dung dịch CaCl 2 1% và đóng gói với thành phần khí CO2 12% đã giảm tối đa sự khác nhau giữa dạng nguyên quả và dạng chế biến tối thiểu. Đối với lê, chế biến tối thiểu làm tăng lượng sản phẩm CO 2, không tăng C2H2 , giảm độ cứng đồng thời xảy ra phản ứng nâu hóa so với dạng nguyên quả. Agar và cộng sự (1999) công bố rằng kiwi gọt vỏ và cắt làm tăng CO 2 và C2H4 sau 2 ÷ 6 giờ ở 200C, lượng CO2 và C2H4 sinh ra tăng khoảng 2 ÷ 4 lần so với dạng cắt để nguyên vỏ. Khi để nguyên quả cho thấy không có sự biến đổi CO2 và C2H4 đáng kể nào sau 6h ở 200C và sau 3 ngày ở 30C 9. Cường độ hô hấp và lượng C2H4 sinh ra tăng khi nhiệt độ tăng. 1.1.3.3. Sự phá hủy màng bảo vệ Để để nghiên cứu cấu trúc tế bào thực vật có thể dùng kính hiển vi (loại quang học, điện tử hay nguyên tử), một số kỹ thuật xem hình ảnh và định vị khác (tia X, vi phân tích, v.v…). Việc hình dung và hiểu đúng cấu trúc có thể giúp giải thích quá trình phân hủy kết cấu mô tế bào (Alzamora & cộng sự, 2000; Soliva-Fortuny & cộng sự, 2003). Chế biến tối thiểu làm mất màng bảo vệ dẫn đến sự chia cắt cấu trúc và tổ chức tế bào, mất chức năng của tế bào bình thường. Đây là nguyên nhân gây phản ứng nâu hóa tế bào, làm mất mùi vị, sản sinh ra oxi tự do, kích thích enzim phân hủy thành phần màng, sản sinh ra axit béo tự do bởi các enzim hydrolaza, phospholipaza-D từ màng lipit (Lamikanra, 2002). Soliva-Fortuny 16 & cộng sự (2002; 2003) nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình chế biến tối thiểu và đóng gói điều biến không khí đến đặc tính cấu trúc, kết cấu của lê và táo cắt, sử dụng thiết bị quan sát vi cấu trúc và kết cấu. Họ cho rằng CO 2 là chất độc khi ở nồng độ cao và làm rối loạn sinh lý do làm tăng độ axit khi hòa tan trong tế bào trung gian, là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi chất lượng cảm quan gây tổn thương cấu trúc mô tế bào. 1.1.3.4. Phản ứng nâu hóa Chế biến tối thiểu gây phá vỡ cấu trúc tế bào, biến màu bề mặt cắt và khi tế bào bị phá vỡ tạo điều kiện cho cơ chất và oxidaza sẽ tiếp xúc với nhau. Nâu hóa là yếu tố hạn chế trong bảo quản của các loại rau quả (Brecht, 1995). Phản ứng nâu hóa thường do enzim polyphenol oxidaza (PPO), khi có mặt O 2 enzim này chuyển hợp chất phenolic trong rau quả thành chất màu đen (Beauliu và Gorny). Phản ứng nâu hóa xảy ra do enzim PPO xúc tác theo hai giai đoạn: (1) Hydroxyl hóa monophenol thành o-diphenol (2) Oxi hóa o- Hình 1.3:Phản ứng nâu hóa xúc tác bởi enzim polyphenoloxidaza 17 Hình 1.4: Sự biến đổi màu do phản ứng nâu hóa ở khoai tây và táo cắt 1.1.3.5. Tổng hợp chất trao đổi phụ Khi chế biến tối thiểu dẫn đến các tế bào bị tổn thương, đồng thời xuất hiện phản ứng tự chữa lành vết thương bằng cách tổng hợp hợp chất phụ. Hợp chất này phụ thuộc vào từng loài thực vật và ảnh hưởng đến mùi vị, cảm quan, giá trị dinh dưỡng và tính an toàn của sản phẩm chế biến tối thiểu (Brecht, 1995). 1.1.3.6. Sự thoát hơi nước Bình thường, tế bào thực vật ở trạng thái cân bằng với khí quyển ở cùng nhiệt độ và độ ẩm. Nhưng khi rau quả bị cắt hay gọt vỏ tế bào bị lộ ra bên ngoài và chính điều này làm tăng tốc độ bay hơi nước. Tốc độ mất nước của bề mặt thực vật bị tổn thương so với không bị tổn thương khác nhau phụ thuộc vào từng loài (Watada & Qi, 1999). Aguayo và cộng sự (2004) cho rằng tổn thất khối lượng do mất nước phụ thuộc vào từng dạng định hình. Khi bề mặt tiếp xúc của dạng định hình 18 với không khí càng lớn thì sự mất nước càng lớn. Họ đã tiến hành nghiên cứu với dưa và cho thấy tỷ lệ mất mát là 1,1% khi định hình ở dạng lát; 1,0% khi ở dạng hình trụ và 0,6% khi ở dạng hình thang 2. Dạng lát giảm khối lượng nhiều hơn do có diện tích tiếp xúc với không khí lớn nhất và không còn tế bào biểu bì bảo vệ. Đồng thời sự mất mát này cũng phụ thuộc vào từng loại giống, nhiệt độ bảo quản. Đối với hai giống Piel de Sapo và Amarillo, tổn thất khối lượng ở 00C (0,85%) thấp hơn so với ở 50C (1,28%) 9. 1.1.3.7. Thối hỏng do vi sinh vật Trong các túi rau quả chế biến tối thiểu tìm thấy một số vi sinh vật phát triển mạnh như vi khuẩn ưa ẩm vừa phải, vi khuẩn lactic, coliform, nấm men, nấm mốc. Khi tăng vi sinh vật tổng số đồng nghĩa với việc tăng cường độ hô hấp trong thời gian bảo quản. Chế biến tối thiểu gây tổn hại các mô và phá vỡ tế bào, chính điều này cung cấp chất dinh dưỡng và môi trường thuận lợi cho hầu hết các loại vi sinh vật phát triển (Lamikanra, 2002). Khi đóng gói điều biến khí có thể hạn chế sự phát triển của một số vi sinh vật, nhưng vẫn có một số tác nhân gây bệnh phát triển ở điều kiện này. Quá trình cắt tỉa và rửa có thể loại trừ được một số vi sinh vật gây thối hỏng thông thường, nhưng vẫn có thể đưa vào một số tác nhân gây bệnh và tạo điều kiện cho chúng phát triển. Do vậy, bảo quản ở nhiệt độ thấp là cần thiết để làm giảm được cường độ hô hấp, làm chậm sự thối hỏng đồng thời cũng làm chậm sự phát triển của vi sinh vật. 1.1.3.Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau quả chế biến tối thiểu 1.1.3.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau quả chế biến tối thiểu trên thế giới Trên thế giới, rau quả chế biến tối thiểu rất phát triển, tạo thị trường rộng lớn trên nhiều nước. 19 Về rau, các sản phẩm chế biến tối thiểu rất đa dạng: xúp lơ xanh và trắng, nấm, cà chua, khoai tây, cà rốt, bắp cải, hành, rau chân vịt, cần tây, dưa chuột, đậu, đỗ xanh, đỗ hà lan, ớt xanh… Về quả, một số nước trên thế giới đã thương mại hoá sản phẩm chế biến tối thiểu: dứa, đào, xoài, bưởi, đu đủ, dâu tây, mận, táo, lê, dừa, mít, lạc tiên…công nghệ chế biến tối thiểu hoàn chỉnh, thời hạn bảo quản sản phẩm có thể lên tới 3 tháng. Với sầu riêng, Thái lan đã chế biến tối thiểu rất tốt loại quả này. Hình 1.5: Doanh thu rau quả chế biến tối thiểu tại Mỹ (IFPA) Rau quả chế biến tối thiểu là một trong những sản phẩm có tốc độ tăng trưởng nhanh nhất ở Mỹ. Theo IFPA ước tính giá trị thương mại của rau quả chế biến tối thiểu tăng mạnh từ 3,3 tỷ USD năm 1994 lên 8,9 tỷ USD năm 2003 và cung cấp hơn 60% nhu cầu của người tiêu dùng, đến năm 2005 tăng lên đến 15 tỷ USD 13. Theo dự bào của IFPA, trong tương lai chắc chắn sẽ có bước nhảy vọt của ngành công nghiệp chế biến tối thiểu để có thể cung cấp rau quả đến từng hộ gia đình, trường học bằng các máy bán hàng tự động. 1.1.3.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau quả chế biến tối thiểu trong nước Chế biến tối thiểu ở Việt Nam cho đến thời điểm hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào công bố. Trước đây TS. Trần Thị Mai và cộng sự - Viện công nghệ sau thu hoạch đã nghiên cứu thăm dò về chế biến tối thiểu khoai