Đánh giá ảnh hưởng của phương pháp xử lý và nhiệt độ sấy đến các tính chất vật lý của bột củ dền

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP
XỬ LÝ VÀ NHIỆT ĐỘ SẤY ĐẾN
CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA BỘT CỦ DỀN
Lê Quang Hiệp1
1

Viện Khoa học Ứng dụng HUTECH, Trường Đại học Cơng nghệ TP. Hồ Chí Minh
GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thơ

TÓM TẮT
Nghiên cứu này được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt củ dền B1 ở các điều kiện khác
nhau: B1 (đối chứng), B2 (chần trong nước ở 100ºC trong 5 phút), B3 (hấp hơi nước trong 5 phút) và B4
(microwave 1000W cho 5 phút) và ảnh hưởng của nhiệt độ sấy 40ºC, 50ºC, 60ºC, 70ºC và 80ºC đến các
đặc tính chức năng của bột củ dền. Kết quả chỉ ra rằng quá trình hấp hơi nước (B3) giúp giữ được các đặc
tính chức năng của của bột củ dền tốt hơn so với các quy trình tiền xử lý khác. Đồng thời, việc sấy củ dền
bằng khơng khí nóng ở 70ºC cho kết quả phù hợp nhất để sản xuất bột củ dền.
Từ khóa: Betalain, chất màu tự nhiên, củ dền.
TỔNG QUAN
-

Màu sắc là một trong những giá trị quan trọng nhất của thực phẩm, ảnh hưởng lớn đến sự lựa chọn và

chấp nhận sản phẩm của người tiêu dùng. Ngày nay, ngày càng nhiều người tiêu dùng có xu hướng tránh
các thực phẩm có chứa chất tạo màu tổng hợp và lựa chọn các sản phẩm thực phẩm sử dụng các chất màu
tự nhiên, chúng được coi là vơ hại hoặc thậm chí là có lợi cho sức khỏe [4].
-

Củ dền (Beta vulgaris L.) được xác định là có giá trị tích cực đến các chức năng sinh lý của của cơ thể

con người. Trong củ dền, nồng độ cao của các chất chống oxy hóa được gọi là betalains có tác dụng có lợi
đối với sức khỏe con người, bao gồm kích thích hệ miễn dịch, tạo máu, chống viêm, kháng u và bảo vệ gan

[5]. Ngồi ra, Betalain có khả năng tạo ra sắc tố màu đỏ, được ứng dụng làm chất tạo màu tự nhiên nhằm
cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm thực phẩm [17].
-

Củ dền là một nguyên liệu theo mùa và rất dễ hỏng do có hàm lượng nước cao. Do đó, việc sấy khơ là

một lựa chọn thay thế để tiêu thụ trong thời điểm trái vụ. Sấy khô là một trong những phương pháp được
sử dụng rộng rãi nhất để bảo quản thực phẩm. Mục tiêu chính của nó là loại bỏ nước khỏi thực phẩm để
ngăn ngừa các phản ứng hư hỏng và biến chất do vi sinh vật [12]. Nhiều phương pháp sấy khô đã được
nghiên cứu và áp dụng thành công đối với rau quả như phơi nắng, sấy khô trong khơng khí, sấy chân khơng,
sấy vi sóng, sấy đơng lạnh và các phương pháp sấy khô kết hợp [1]; [16]. Trong số các phương pháp làm
khô này, làm khô bằng khơng khí được coi là phương pháp đơn giản và hiệu quả về chi phí nhất [6].
-

Tuy nhiên, việc làm khơ bằng khơng khí đã được chứng minh là gây ra sự mất mát đáng kể của

betalains và các hợp chất hoạt tính sinh học khác [7]. Trong củ dền có một lượng các enzyme phân hủy
379


betalains và khi sấy khô ở nhiệt độ 40°C trong thời gian dài sẽ xúc tác các enzyme này phân hủy betalain.
[3] Chính vì vậy, enzyme phân hủy Betalains cần phải được khử hoạt tính và các phương pháp được áp
dụng phổ biến đó là xử lý sơ bộ bằng nhiệt trong thời gian ngắn [4]. Vì thế, việc nghiên cứu ảnh hưởng của
phương pháp xử lý sơ bộ bằng nhiệt và tác động của nhiệt độ sấy lên các đặc tính vật lý của bột củ dền cần
được tiến hành.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Nguyên liệu
- Củ dền tươi (Beta vulgaris L.) được mua tại siêu thị ở thành phố Hồ Chí Minh.
Thí nghiệm xử lý sơ bộ bằng nhiệt
- Củ dền tươi được rửa sạch để loại bỏ các hạt bụi bẩn bám trên bề mặt và được tiến hành xử lý sơ bộ

bằng nhiệt theo các phương pháp sau:
- B1 - củ dền được gọt vỏ và cắt thành lát có độ dày 1-3 mm (mẫu đối chứng);
- B2 - củ dền được chần ở 98±2ºC trong 5 phút, gọt bỏ vỏ và cắt thành lát có độ dày 1-3 mm;
- B3 - củ dền được gọt vỏ được cắt thành lát có độ dày 1-3 mm và được hấp (98±2ºC) trong 5 phút;
- B4 - củ dền đã gọt vỏ được cắt thành lát độ dày 1-3 mm và cho vào microwave 1000W trong 5 phút.
- Tiếp theo, tất cả các lát củ dền được sấy khô trong máy sấy khay tủ ở 70ºC. Những lát củ dền khơ được
xay, sau đó ngun liệu được đưa qua rây lọc có kích thước 60 mesh và đóng gói.
Thí nghiệm sấy khơ bằng khơng khí
- Củ dền tươi rửa sạch để loại bỏ các hạt bụi bẩn bám trên bề mặt. Củ dền được gọt vỏ, cắt thành từng
đoạn dày 1-3 mm và hấp trong 5 phút. Tiếp theo, các lát củ dền được sấy khô trong tủ sấy ở các nhiệt độ
riêng biệt là 40ºC, 50ºC, 60ºC, 70ºC và 80ºC. Những lát củ dền khô được xay, sau đó ngun liệu được đưa
qua rây lọc có kích thước 60 mesh và đóng gói.
Xác định phần trăm khối lượng của các chất khô
- Phần trăm khối lượng của các chất khô được xác định bằng cách sấy khô mẫu ở 120 oC đến khối lượng
không đổi, và được xác định bằng cơng thức:
Wd =

W2
100 (%)
W1

- Trong đó: Wd - phần trăm hàm lượng chất khô (%); W1 - khối lượng mẫu trước khi sấy (g); W2 - khối
lượng mẫu sau khi sấy (g).
Giá trị màu
- ACR-100 Chroma Meter (Minolta, Osaka, Nhật Bản) được sử dụng để đo màu. Tọa độ màu CIE (L*,
a*, b*) của các mẫu được đo ngẫu nhiên tại ba vị trí trên mẫu bột củ dền. Một tấm hiệu chuẩn tiêu chuẩn
được sử dụng làm vật tham chiếu trước khi đo.

380

Xác định hàm lượng chất màu betalain
- Hàm lượng chất màu betalain được xác định bằng máy quang phổ. Mẫu (10g bột củ dền) được ngâm
trong 100ml nước cất trong 24 giờ ở nhiệt độ phịng, sau đó được lọc để lấy chiết xuất. Độ hấp thụ của chất
lỏng được ghi lại ở bước sóng 480 nm đối với các hợp chất betaxanthin và các hợp chất betacyanin 535 nm.
Hàm lượng chất màu được tính theo cơng thức [9] [11]:
X=

MW×DF×1000×100
ε×L×Wd

(mg. L−1 );

- Trong đó: X - hàm lượng betacyanin hoặc betaxanthin (mg/100g chất khô); A - độ hấp thụ quang học;
MW - khối lượng phân tử; DF - hệ số pha loãng; ε -hệ số hấp phụ mol; L - chiều dài đường đi của cuvet;W
- khối lượng chất khô (%). Khối lượng phân tử và hệ số hấp phụ mol trong nước đối với betaxanthin là
MW=308g/mol và ε=48.000L/(mol.cm); và đối với betacyanin MW=550g/mol và ε=60.000L/(mol.cm).
Phân tích thống kê
Statgraphics Centurion 18.1.12.0 được sử dụng để phân tích thống kê. Dữ liệu được phân tích bằng cách
sử dụng kiểm định ANOVA một chiều với sự khác biệt ở mức ý nghĩa 5% (p <0,05). Tất cả các phép đo
đã được thực hiện với ít nhất ba lần lặp lại.
KẾT QUẢ -THẢO LUẬN
Ảnh hưởng của phương pháp xử lý sơ bộ bằng nhiệt đến màu sắc của bột củ dền
Bảng 1. Sự biến đổi màu sắc của các mẫu bột với các phương pháp xử lý sơ bộ bằng nhiệt khác nhau.
Mẫu
Giá trị
B1

B2

B3

B4

L*

37.3 ± 0.27b

34.46 ± 0.74a

34.54 ± 1.07a

34.67 ± 1.4a

a*

16.7 ± 0.10a

19.71 ± 0.39b

19.39 ± 0.88c

22.15 ± 1.52b

b*

5.75 ± 0.17c

2.01 ± 0.39b

1.68 ± 0.38a

1.48 ± 0.27ab

- B1 là mẫu đối chứng (không xử lý sơ bộ bằng nhiệt); B2 (chần trong nước ở 100ºC trong 5 phút), B3
(hấp hơi nước trong 5 phút) và B4 (microwave 1000W trong 5 phút). Các số có các chữ cái khác nhau trong
cùng một hàng là khác nhau về mặt thống kê (p <0,05).
- Màu sắc của các mẫu bột củ dền bị ảnh hưởng đáng kể bởi các phương pháp xử lý sơ bộ bằng nhiệt (pvalue <0,05) (được thể hiện ở Bảng 1), đặc biệt là giá trị L* và a*.
- Củ dền chứa một lượng lớn các enzym β-glucosidases, peroxidases và polyphenol-oxidase, chúng xúc
tác phân hủy betalains và dẫn đến giảm màu [3]. Và sự mất màu gây ra việc tăng giá trị L* và giảm giá trị

381


a*, điều này biểu thị rõ nhất ở mẫu B1 (L*=37.3 ± 0.27b và a*=16.7 ± 0.10a). Khi được xử lý nhiệt trong
thời gian ngắn nhìn chung có giá trị màu tốt hơn, L* thấp hơn và a* cao hơn so với mẫu đối chứng.
Ảnh hưởng của phương pháp xử lý sơ bộ bằng nhiệt đến hàm lượng chất màu betalain
250

(mg/100g)

200

150
100
50
0
B1

B2

Betaxanthin

B3
Betacyanin

B4
Betalains

Hình 1. So sánh giá trị betalains của bột củ dền trong các phương pháp xử lý sơ bộ bằng nhiệt
- B1 là mẫu đối chứng (không xử lý sơ bộ bằng nhiệt); B2 (chần trong nước ở 100ºC trong 5 phút), B3
(hấp hơi nước trong 5 phút) và B4 (microwave 1000W trong 5 phút).
- Hàm lượng betalains là tổng của Betaxanthin và betacyanin và chúng bị ảnh hưởng đáng kể bởi các
phương pháp xử lý sơ bộ bằng nhiệt (p-value <0,05) (được thể hiện ở Hình 1).
- Mẫu có hàm lượng betalains thấp nhất là B1 (97,25 ± 3,43a, mẫu B2 cao hơn (138,66 ± 5,04b), tiếp theo
là mẫu B4 (210,01 ± 5,18c và cao nhất là mẫu B3 (239,19 ± 7,75d) . Kết quả này chứng tỏ phương pháp xử
lý nhiệt thời gian ngắn để ức chế enzyme có hiệu quả, lượng Betalain trong mẫu xử lý nhiệt cao hơn mẫu
đối chứng. Peroxidase trong củ dền có thể bị bất hoạt ở nhiệt độ trên 70°C, trong khi polyphenoloxidase
thể hiện tính ổn định nhiệt vượt trội, chỉ mất hoạt tính trên 80°C [10].
- Trong nhóm các mẫu đã xử lý sơ bộ bằng nhiệt, Betalain trong mẫu B2 cho thấy thấp hơn có thể là do
tác dụng chần của củ dền ngun củ khơng cắt lát, do đó, sự truyền nhiệt chậm, dẫn đến quá trình bất hoạt
enzyme không triệt để. Và sự bất hoạt không triệt để khi chần được phát hiện là nguyên nhân dẫn đến sự
đổi màu của củ dền [8].

382


Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến màu của bột củ dền
Bảng 2. Sự biến đổi màu sắc của các mẫu bột với nhiệt độ sấy khác nhau.
Nhiệt độ sấy
Values

40ºC

50ºC

60ºC

70 ºC

80ºC

L*

40.1 ± 0.64c

39.86 ± 0.93c

37.94 ± 1.18b

35.67 ± 0.29a

37.89 ± 1.13b

a*

13.43 ± 0.72a

15.84 ± 0.88b

17.48 ± 0.99c

22.15 ± 1.52e

19.7 ± 0.53d

b*

6.43 ± 0.85d

4.67 ± 1.06c

3.74 ± 1.15bc

1.48 ± 0.27a

3.21 ± 1.25b

- Các số có các chữ cái khác nhau trong cùng một hàng là khác nhau về mặt thống kê (p <0,05)
- Kết quả màu sắc của bột củ dền bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ sấy (P <0,05) (thể hiện ở Bảng 2).
Đặc biệt liên quan đến giá trị L* và a*. Giá trị L* của mẫu thu được từ quá trình sấy ở 40°C và 50°C là lớn
nhất; mẫu được làm khô ở 60°C và 80°C có giá trị thấp hơn và thấp nhất được làm khô ở 70°C. Và giá trị
cao nhất a* là mẫu được làm khơ ở 70°C; sau đó 80°C, 60°C, 50°C có giá trị thấp hơn; cuối cùng là 40°C
có giá trị thấp nhất.
Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng chất màu betalain
250

(mg/100g)

200
150
100

50
0
Nhiệt độ

40°C

50°C
Betaxanthin

60°C
Betacyanin

70°C
Betalains

80°C

Hình 2. So sánh các giá trị betalains (theo% chất khô) của bột củ dền ở các nhiệt độ sấy
- Hàm lượng betalains là tổng của Betaxanthin và betacyanin và chúng bị ảnh hưởng đáng kể bởi các
nhiệt độ sấy (p-value <0,05) (được thể hiện ở Hình 2).
- Mẫu có hàm lượng betalains thấp nhất được làm khô ở 40°C (159,6 ± 1,66a), mẫu được sấy ở 50°C cao
hơn (176,46 ± 6,93b), tiếp theo là mẫu được sấy ở 60°C (197,17 ± 5,43c) & được làm khô ở 80°C (196,89
± 2,14c) và cuối cùng là mẫu cao nhất được sấy ở 70°C (239,19 ± 7,75d). Betalain là chất màu chịu nhiệt,
chỉ mất tính ổn định khi ở nhiệt độ cao [18].

383


- Bên cạnh đó, các mẫu sấy ở nhiệt độ thấp có giá trị betalains thấp hơn, điều này có thể giải thích là do
lát sấy ở nhiệt độ thấp, tiếp xúc với oxy trong thời gian dài hơn, các phản ứng oxy hóa Betalain với oxy

diễn ra trong thời gian sấy. Hơn nữa, q trình oxy hóa và thủy phân khiến các phân tử betacyanin bị phân
cắt thành cyclodopa-5-Ob-glucoside và axit betamic trong quá trình xử lý nhiệt, các phân tử là tiền chất của
phản ứng Maillard và sự hình thành melanoidin [2].
KẾT LUẬN
- Phương pháp xử lý sơ bộ và nhiệt độ sấy ảnh hưởng đáng kể đến đặc điểm màu sắc và giá trị Betalains
của bột củ dền khơ nói chung. Phương pháp xử lý sơ bộ bằng nhiệt B3 hiệu quả hơn B1, B2 và B4. Giá trị
của các hợp chất hoạt tính sinh học - sắc tố betalain của mẫu B3 cho thấy cao hơn so với những phương
pháp xử lý khác. Mặt khác, kết quả cho thấy rằng bột củ dền được sấy khô ở nhiệt độ 70°C có hàm lượng
sắc tố betalain cao nhất so với các loại bột khác. Vì nghiên cứu này chỉ giới hạn trong việc làm khơ bằng
khơng khí nóng, nên các phương pháp làm khơ khác kết hợp tiền xử lý được khuyến nghị để cải thiện việc
giữ lại Betalain trong bột củ dền.
- Về cơ bản, những phát hiện về tính ổn định của betalain từ bột củ dền khô cung cấp các cách tiếp cận
sáng tạo để tạo màu thực phẩm tự nhiên. Do sự không ổn định của anthocyanins ở mơi trường có giá trị pH
trên 3 [15], nên betalain là chất màu tự nhiên được lựa chọn phù hợp cho thực phẩm ít chua. Ngồi ra, vì
betalain có thể được ổn định trong mơi trường có acid ascorbic (acid ascorbic xúc tác sự phân hủy
anthocyanin) [13][14], do đó ứng dụng betalain thay vì anthocyanins để tạo màu cho thực phẩm có hàm
lượng vitamin C cao hoặc các sản phẩm bổ sung vitamin có thể được quan tâm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bechoff, A., Westby, A., Owori, C., Menya, G., Dhuique-Mayer, C., Dufour, D., & Tomlins, K. (2010).
Effect of drying and storageon the degradation of total carotenoids in orange-fleshed sweetpotato
cultivars. Journal of the Science of Food and Agriculture, 90,622–629
2. Busarakorn Mahayothee, Nilobon Komonsing, Pramote Khuwijitjaru, Marcus Nagle & Joachim Muller
(2018) Influence of drying conditions on colour, betacyanin content and antioxidant capacities in dried
red-fleshed dragon fruit (Hylocereus polyrhizus)
3. C. C. Shih And R. C. Wiley (1981) Betacyanine and Betaxanthine Decolorizing Enzymes in the Beet
(Beta vulgaris L.) Root. 164-Volume 47 (1981)-JOURNAL OF FOOD SCIENCE
4. Henriette M.C.Azeredo (2009) Betalains: properties, sources, applications, and stability – a review.
International Journal of Food Science and Technology 2009, 44, 2365–2376
5. Kamiloglu S, Grootaert C, Capanoglu E, Ozkan C, Smagghe G, Raes K et al. (2017) Anti-inflammatory
potential of black carrot (Daucus carota L.) polyphenols in a co-culture model of gastrointestinal Caco2 cells and endothelial EA.hy926 cells. Mol Nutri Food Res. 61 (2): 1600455

384


6. Kha, T. C., Nguyen, M. H., & Roach, P. D. (2011). Effects of pretreatments and air drying temperatures
on color and antioxidant properties of gac fruit powder. International Journal of Food Engineering, 7,
1556–3758
7. Kirsten M. Herbach, Florian C. Stintzing, And Reinhold Carle (2006) Betalain Stability and Degradation
- Structural and Chromatic Aspects. Institute of Food Technologists Vol. 71, Journal of Food Science
8. Lee CY, Smith NL. (1979). Blanching effect on polyphenol oxidase activity in table beets. J Food Sci
44:82–6
9. Pandey, G., Pandey, V., Pandey, P.R., and Thomas, G. (2018). Effect of extraction solvent temperature
on betalain content, phenolic content, antioxidant activity and stability of beetroot (Beta Vulgaris L.)
power under different storage conditions. Plant Archives 18(2): 1623–1627.
10. Parkin KL, Im J-S (1990). Chemical and physical changes in beet (Beta vulgaris L.) root tissue during
simulated processing - Relevance to the “black ring” defect in canned beets. J Food Sci 55:1039–41.
11. Ravichandran, K., Saw, N.M.M.T., Mohdaly, A.A.A., Gabr, A.M.M., Kastell, A., Riedel, H., Cai, Z.,
Knorr, D., and Smetanska, I. (2013). Impact of processing of red beet on betalain content and antioxidant
activity. Food Research International 50(2): 670–675
12. Ruse K, Rakcejeva T, Galoburda R, Dukalska L (2011) Anthocyanincontent in Latvian cranberries dried
in a microwave and convection vacuum dryer. In: Rural Development Studies. p. 100–6
13. Shenoy VR (1993) Anthocyanins - Prospective food colours. Current Sci 64:575–9.
14. Starr MS, Francis FJ (1968) Oxygen and ascorbic acid effect on the relative stability of four anthocyanin
pigments in cranberry juice. Food Technol 22:1293–5
15. Stintzing FC, Carle R (2004) Functional properties of anthocyanins and betalains in plants, food, and in
human nutrition. Trends Food Sci Technol 15:19–38.
16. Suvarnakuta, P., Devahastin, S., & Mujumdar, A. S. (2005). Drying kinetics and b-carotene degradation
in carrot undergo different drying processes. Journal of Food Science, 70, s520–s526
17. Svetlana Eliseeva, Alla Smolentseva, Anna Ivanova, Varvara Strelkova (2020) Effect of variety of
processing on keeping of betalain pigments of table beetroot. Journal of Hygienic Engineering and

Design
18. Von Elbe JH, Maing IY, Amundson CH. (1974) Color stability of betanin, their degradation rate
increased rapidly with increasing temperature and prolonged heating time. J Food Sci 39:334–7.

385