ảnh hưởng của tiền xử lý nhiệt đến sự thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

TRỊNH HUỲNH HUỆ

ẢNH HƯỞNG CỦA TIỀN XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN
SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC CỦA
CÀ RỐT TRONG QUÁ TRÌNH
CHẾ BIẾN NHIỆT

Luận văn tốt nghiệp
Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Cần Thơ, 2013


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

Luận văn tốt nghiệp
Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Tên đề tài:

ẢNH HƯỞNG CỦA TIỀN XỬ LÝ NHIỆT ĐẾN
SỰ THAY ĐỔI CẤU TRÚC CỦA
CÀ RỐT TRONG QUÁ TRÌNH
CHẾ BIẾN NHIỆT

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS. Vũ Trường Sơn

Trịnh Huỳnh Huệ
MSSV: 2101982
Lớp: CB1008A2

Cần Thơ, 2013


Luận văn đính kèm sau đây, với tên đề tài: “Ảnh hưởng của tiền xử lý nhiệt đến
cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt”, do Trịnh Huỳnh Huệ thực
hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua.

Giáo viên hướng dẫn

Giáo viên phản biện

Cần Thơ, ngày……tháng 12 năm 2013.
Chủ tịch hội đồng

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả
trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình luận văn trước đây.

Tác giả

Trịnh Huỳnh Huệ

ii


LỜI CẢM TẠ
Sau ba tháng nghiên cứu đề tài luận văn tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ
Thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ,
đến hôm nay đã hoàn thành quá trình nghiên cứu và thu được những kết quả như
mong muốn. Tất cả những thành quả có được như ngày hôm nay chính là nhờ sự
giúp đỡ của gia đình, thầy cô và bạn bè.
Con xin gởi đến cha mẹ và những người thân yêu nhất của con với lòng biết ơn vô
hạn, những người thương yêu, nuôi dạy con nên người và tạo đầy đủ điều kiện cho
con học tập và nghiên cứu.
Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Vũ Trường Sơn, giảng viên Bộ môn Công
nghệ Thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, trường Đại học Cần
Thơ, đã tận tình hướng dẫn, góp ý, động viên và cho em những lời khuyên vô cùng
hữu ích trong suốt thời gian thực hiện đề tài và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Công Hà và cô Phan Thị Anh Đào đã dẫn
dắt em trong suốt thời gian học tại trường. Quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Thực
phẩm khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, trường Đại học Cần Thơ đã truyền
đạt những kiến thức quý báo cho em trong suốt khóa học.
Xin gởi lời cảm ơn chân tình đến cán bộ phòng thí nghiệm và các bạn sinh viên lớp
Công nghệ Thực phẩm K36 đã giúp đỡ, đóng góp ý kiến để tôi thực hiện đề tài luận
văn này đúng thời hạn cho phép.
Kính chúc quý thầy cô và các bạn luôn thành công trong công việc và trong cuộc
sống.
Chân thành cảm ơn!

iii


TÓM LƯỢC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài là khảo sát ảnh hưởng của quá trình tiền xử lý
nhiệt đến sự thay đổi cấu trúc của cà rốt trong quá trình chế biến nhiệt. Thí nghiệm
được tiến hành trên cơ sở thay đổi nhiệt độ tiền xử lý, nhiệt độ và thời gian gia
nhiệt, từ đó tìm ra động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt.
Trên cơ sở đó, đề tài tập trung khảo sát những vấn đề sau:
-

-

Khảo sát động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở các nhiệt độ và thời
gian gia nhiệt khác nhau. Thí nghiệm được tiến hành ở các mức nhiệt độ 80,
85, 90, 95 và 100oC trong những khoảng thời gian 0, 5, 10, 20, 40, 60,
90,120,160 và 200 phút.
Khảo sát động học sự thay đổi cấu trúc của cà rốt ở các chế độ tiền xử lý
nhiệt khác nhau. Thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ tiền xử lý lần lượt là
50, 60 và 70oC trong thời gian 20 phút. Sau quá trình tiền xử lý, thực hiện
gia nhiệt ở các mức nhiệt độ 80, 85, 90, 95 và 100oC trong những khoảng
thời gian 0, 5, 10, 20, 40, 60, 90,120,160 và 200 phút.

Kết quả nghiên cứu cho thấy:
-

-

Hằng số tốc độ phản ứng phá vỡ cấu trúc và độ cứng tương đối còn lại của

cà rốt phụ thuộc vào nhiệt độ. Thời gian khoảng 80 ÷ 100oC khi nhiệt độ
tăng thì hằng số tốc độ phản ứng (k) tăng và độ cứng tương đối cuối cùng
của cà rốt giảm.
Động học sự phá vỡ cấu trúc cà rốt có thể biểu diễn bằng mô hình phản ứng
bậc một cải biên.
Độ cứng tương đối còn lại của cà rốt khi áp dụng chế độ tiền xử lý nhiệt
60oC cho thấy cấu trúc của cà rốt được cải thiện tốt nhất.

iv


MỤC LỤC
Chấp nhận luận văn của Hội Đồng........................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................ii
LỜI CẢM TẠ .......................................................................................................iii
TÓM LƯỢC ......................................................................................................... iv
MỤC LỤC.............................................................................................................. v
DANH SÁCH HÌNH............................................................................................ vii
DANH SÁCH BẢNG..........................................................................................viii
CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................... 1
1.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................... 1
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU................................................................ 2
2.1 Giới thiệu về cà rốt ...................................................................................... 2
2.1.1 Sơ lược................................................................................................... 2
2.1.2 Thành phần hóa học............................................................................... 3
2.1.3 Công dụng.............................................................................................. 3
2.2 Sơ lược cấu trúc thực phẩm........................................................................ 4
2.2.1 Định nghĩa cấu trúc thực phẩm .............................................................. 4
2.2.2 Phương pháp phân tích cấu trúc thực phẩm ........................................... 4

2.2.2.1 Phương pháp phân tích cảm quan ................................................. 4
2.2.2.2 Phương pháp phân tích bằng thiết bị ............................................ 5
2.2.3 Độ cứng ................................................................................................. 5
2.3 Mối quan hệ giữa cấu trúc và nguyên liệu cà rốt....................................... 5
2.3.1 Thành phần cấu tạo của vách tế bào thực vật......................................... 5
2.3.2 Pectin và các enzyme tác động đến pectin .............................................. 7
2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu trúc (độ cứng) của cà rốt ...................... 9
2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ.......................................................................... 9
2.4.2 Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo nhiệt độ........................... 9
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP ........................................ 12
3.1 Phương tiện nghiên cứu ............................................................................ 12
3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu......................................................... 12
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ ............................................................................... 12
3.1.3 Nguyên liệu .......................................................................................... 12
3.2 Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 12
3.2.1 Phương pháp thí nghiệm ...................................................................... 12
3.2.2 Chuẩn bị mẫu....................................................................................... 13
3.2.3 Phương pháp đo cấu trúc ..................................................................... 13
3.2.4 Nội dung và bố trí thí nghiệm ............................................................... 14
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................ 18
4.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến cấu trúc của
cà rốt................................................................................................................. 18
4.2 Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) của cà rốt theo nhiệt độ và thời
gian gia nhiệt với các quá trình tiền xử lý nhiệt khác nhau ........................... 19
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................ 23
v


5.1 Kết luận...................................................................................................... 23
5.2 Đề nghị ....................................................................................................... 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 24
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH HÌNH
Hình

Tên hình

Trang

2.1

Nguyên liệu cà rốt

2

2.2

Cấu tạo của vách tế bào thực vật

6

2.3

Cấu tạo một đoạn pectin

7

2.4

Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo
phản ứng bậc một

10

2.5

Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo
phản ứng chuyển đổi một phần

11

3.1

Các ống chứa mẫu

12

3.2

Dao cắt mẫu

12

3.3

Cà rốt sau khi được xử lý cơ học

13

3.4

Đồ thị xác định độ cứng (cấu trúc) của mẫu

13

3.5

Thiết bị đo cấu trúc

14

3.6

Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia
nhiệt đến cấu trúc của cà rốt

15

3.7

Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tiền xử lý đến
cấu trúc của cà rốt trong quá trình gia nhiệt

16

4.1

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) của cà rốt trong
quá trình gia nhiệt

19

4.2

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) của cà rốt ở chế độ
tiền xử lý 50 oC

21

4.3

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) của cà rốt ở chế độ
tiền xử lý 60 oC

21

4.4

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) của cà rốt ở chế độ
tiền xử lý 70 oC

22

vii

DANH SÁCH BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

2.1

Thành phần hóa học của cà rốt

4.1

Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển
đổi một phần của sự thay đổi cấu trúc cà rốt ở các nhiệt độ gia
nhiệt khác nhau

18

Thông số động học được tính toán dựa vào phương trình chuyển
đổi một phần của sự thay đổi cấu trúc cà rốt ở các quá trình tiền xử
lý nhiệt khác nhau

20

4.2

3

viii

CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 GIỚI THIỆU
Ngày nay, ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm rau quả ở nước ta đang phát
triển mạnh mẽ. Vì thế, việc đảm bảo chất lượng của sản phẩm sau khi chế biến là rất
cần thiết để hạn chế tối đa hàm lượng dinh dưỡng mất đi và giữ được đặc tính cảm
quan đặc trưng cho sản phẩm.
Cà rốt là một trong những loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, cà rốt không
chỉ phục vụ cho nhu cầu tiêu thụ trong nước mà còn là mặt hàng xuất khẩu của Việt
Nam. Các mặt hàng cà rốt khá đa dạng như: nước ép, mứt cà rốt, bột cà rốt,… Vì
vậy, việc hạn chế tổn thất chất lượng trong chế biến cà rốt và nâng cao giá trị cảm
quan cho sản phẩm đang được quan tâm hàng đầu nhằm mở rộng thị trường xuất
khẩu, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.
Trong chế biến rau quả, xử lý nhiệt là khâu rất cần thiết trong thanh trùng và tiệt
trùng sản phẩm. Sự kết hợp giữa yếu tố thời gian và nhiệt độ thay đổi tùy thuộc vào
mục đích của xử lý nhiệt (Paulus và Saguy, 1990). Trong khi gia nhiệt rau quả bị
mềm do sự co lại bên trong (Greve et al., 1994) dẫn đến sự phân tách tế bào một
cách dễ dàng (Van - Buren, 1979). Bên cạnh ảnh hưởng của nhiệt, cấu trúc của rau
quả cũng bị ảnh hưởng do sự hiện diện của các chất hóa học như sodium chloride,
citric acid, ascorbic acid,… (Heil và McCarthy, 1989). Duy trì chất lượng và cấu
trúc của rau quả trong quá trình chế biến cần thiết có những kiến thức về động học
của sự phá vỡ cấu trúc. Những thông số động học có thể giúp hiểu và dự đoán
những thay đổi xảy ra trong quá trình chế biến. Để cải thiện sự mềm cấu trúc rau
quả do xử lý nhiệt một số quá trình được đề nghị. Quá trình xử lý ở nhiệt độ thấp
(Van Buren et al., 1960; Bartolome và Hoff 1972; Lee et al., 1979; Wu và Chang
1990) nhằm làm cho enzyme PME trong mô rau quả hoạt động ngăn cản phản ứng
trans-elimination do sự khử ester hóa của pectin (Bartolomevà Hoff, 1972; Lee et
al., 1979; Fuchigami, 1986; Quintero-Ramos et al., 1992).
Các chế độ tiền xử lý và gia nhiệt ảnh hưởng mạnh mẽ đến giá trị dinh dưỡng và

tính chất cảm quan của sản phẩm. Quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao là một trong
những nguyên nhân gây ra sự biến đổi cấu trúc, màu sắc và giá trị dinh dưỡng.
Chính vì vậy, muốn ổn định chất lượng sản phẩm thì cần phải tiến hành nghiên cứu
chi tiết và đưa ra các chế độ xử lý tối ưu nhất.
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Nhằm tìm hiểu tác động của nhiệt độ tiền xử lý đến sự thay đổi cấu trúc của cà rốt
trên cơ sở phân tích động học. Từ đó, tìm ra quy luật của sự thay đổi cấu trúc cà rốt
theo nhiệt độ.

1


CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÀ RỐT
2.1.1 Sơ lược
Cà rốt là một trong những loại rau trồng rộng rãi và lâu đời nhất trên thế giới.
Người châu Âu bắt đầu trồng cà rốt vào thế kỉ thứ XIV. Loại cà rốt đầu tiên được
trồng có màu đỏ tía hoặc màu tím, vàng và sau đó là loại màu cam được chọn trồng
cho đến ngày nay. Người dân ở Hà Lan bắt đầu trồng loại cà rốt màu cam vào đầu
thế kỉ thứ XVII. Người La Mã gọi cà rốt là nữ hoàng của các loại rau.
Cà rốt có tên khoa học: Daucuscarota var sativa. Là loại rau ăn củ, sống 1 hoặc 2
năm, họ Hoa tán (Apiaceae). Lá mọc cách, không có lá kèm, bẹ khá phát triển,
phiến lá xẻ lông chim. Hoa hợp thành tán kép, mỗi tán nhỏ mang hoa trắng hồng
hay tía. Sống ở vùng đất thấp có khí hậu mát, có mưa mùa hè và đầu mùa thu, nhiệt
độ 8 ÷ 24 oC. Thụ phấn chéo do côn trùng. Hạt có gai và tinh dầu trong màng vỏ. Có
nhiều chủng phân biệt theo phiến lá, cỡ và màu sắc củ (Huỳnh Thị Dung và Nguyễn
Thị Kim Hoa, 2003).
Cây được trồng nhiều ở miền Bắc Việt Nam, Đà Lạt. Hiện nay, các vùng trồng rau
đang trồng phổ biến 2 loại cà rốt: một loại củ có màu đỏ tươi, một loại có màu đỏ
ngả sang màu da cam. Củ cà rốt có thể ăn chín, ăn sống, nghiền lấy nước và làm

mứt. Người ta dùng củ cà rốt chiết carotene – provitamin, là chất không thể thiếu
được trong cơ thể con người, tác dụng làm giảm nhu động ruột, hút chất nhầy, độc
tố vi sinh vật.

Hình 2.1. Nguyên liệu cà rốt

2


2.1.2 Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của cà rốt được thể hiện ở Bảng 2.1
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của cà rốt (trên 100 g phần ăn được)
Thành phần

Hàm lượng

Thành phần

Hàm lượng

Năng lượng

41÷43 kcal

Đồng

0,047 mg

Protein

1,03 g

Manganese

0,142 mg

Lipid

0,19 g

β-carotene

11000 UI

Chất xơ

1,04 g

Thiamin

0,097 mg

Calcium

27 mg

Riboflavin

0,298 mg

Sắt

0,5 mg

Niacin

0,289 mg

Mangiesium

15 mg

Patothenic acid

0,197 mg

Phosphorus

44 mg

Pyridoxine

0,147 mg

Potassium

323 mg

Folic acid

14 µg

Sodium

25 mg

Vitamin C

9,3 mg

Kẽm

0,2 mg

Tocopherol

0,44 mg

(Nguồn: USDA Database, trích Chung Thị Thanh Phượng, 2010)

2.1.3 Công dụng
Cà rốt chứa nhiều carotene (provitamin A). Lượng carotene được hấp thụ vào cơ thể
được chuyển hóa thành vitamin A (ở ruột và gan), tăng cường hệ miễn dịch, tốt đối
với mắt và phòng ngừa các bệnh về mắt như quáng gà, khô mắt,…
Không chỉ chứa nguồn dinh dưỡng quý giá như vitamin, khoáng chất, các loại tinh
dầu của acid béo, acid folic và carotene (tiền chất của vitamin A), cà rốt còn có khả
năng ngăn ngừa một số bệnh nguy hiểm như: giảm nguy cơ đột quỵ, ngăn ngừa ung
thư, phòng chống được các bệnh về tim mạch (giúp hạ cholesterol trong máu).
Lutein trong cà rốt là một trong những sắc tố hình thành màu sắc của điểm đen
trong võng mạc. Hấp thu thực phẩm chứa nhiều lutein có thể tăng mật độ sắc màu

của điểm đen và giảm nguy cơ thoái hóa điểm đen của võng mạc.
Những nguyên tố như canxi, đồng, sắt, mangiê, phốt pho, lưu huỳnh trong cà rốt ở
dạng dễ hấp thu vào cơ thể. Cà rốt còn chứa các chất chống oxy hóa quan trọng
như: β-carotene, α-carotene, acid folic, tocopherol,… đã được chứng minh có khả
năng làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, ung thư,… đồng thời, các chất chống
oxy hóa còn có khả năng nuôi dưỡng và tái tạo da.
Theo kết quả nghiên cứu của Đại học Arkansas (Mỹ) đăng trên Tạp chí Hóa học
Nông nghiệp và Thực phẩm (tháng 8/2000), cà rốt nấu chín (với một ít dầu) hoặc

3


xay sẽ tăng nồng độ các chất chống oxy hóa, giúp cơ thể hấp thu nhiều hơn 34,3%
so với cà rốt sống.
Cà rốt sống có vách tế bào cứng, cơ thể chỉ chuyển hóa được dưới 25% lượng βcarotene thành vitamin A. Tuy nhiên khi cà rốt đã nấu chín hoặc xay thì các vách tế
bào cellulose bị phá vỡ và giải phóng chất dinh dưỡng, giúp cơ thể hấp thu hơn 50%
carotene. Ngược lại, gia nhiệt cà rốt quá lâu làm giảm các thành phần dinh dưỡng
(Suslow et al., 1999).
2.2 SƠ LƯỢC CẤU TRÚC THỰC PHẨM
2.2.1 Định nghĩa cấu trúc thực phẩm
Cấu trúc (độ cứng) là một trong những thuộc tính quan trọng của sản phẩm thực
phẩm đặc biệt là các loại trái cây và rau quả. Rất khó để xác định hay đo lường
được cấu trúc. Cấu trúc có thể được định nghĩa “Cấu trúc (độ cứng) được tạo thành
từ những đặc tính vật lý, cảm nhận được bằng xúc giác, có liên quan đến sự phá vỡ
dưới tác dụng của lực và có thể đo được bằng hàm số về khối lượng, thời gian và
khoảng cách” (Bourne, 1982).
Một định nghĩa khác về cấu trúc (độ cứng) được xem là đúng nhất bởi Jowitt (1974;
trích dẫn bởi Bourne, 2002): “Cấu trúc (độ cứng) là những thuộc tính vật chất được
kết hợp bởi những đặc tính vật lý và được nhận biết bằng các giác quan (bao gồm
sự cảm nhận bằng miệng), nhìn và nghe. Những đặc tính vật lý đó có thể gồm kích

thước, hình dạng, con số, tự nhiên và sự hợp thành những yếu tố thuộc về cấu trúc”.
2.2.2 Phương pháp phân tích cấu trúc thực phẩm
2.2.2.1 Phương pháp phân tích cảm quan
Phân tích cảm quan là kỹ thuật sử dụng các cơ quan cảm giác của con người để tìm
hiểu, mô tả và định lượng các tính chất cảm giác của một sản phẩm thực phẩm như
màu sắc, hình thái, mùi, vị và cấu trúc.
Trong phân tích cảm quan, các giác quan của người đánh giá được sử dụng như một
dụng cụ đo. Các giác quan làm nhiệm vụ nhận thông tin như màu sắc, mùi, vị,…
qua phân tích, xử lý và đưa ra kết quả dưới dạng các giá trị ước lượng, so sánh và
mô tả.
Việc đánh giá cảm quan cấu trúc sẽ cung cấp những thông tin về sự tiếp nhận và
phản ứng của con người đối với cấu trúc như thế nào khi họ sử dụng sản phẩm. Để
thu được kết quả đo khách quan và đáng tin cậy, cần sử dụng một hội đồng cảm
quan đã được huấn luyện đánh giá cấu trúc. Khi không được huấn luyện thích hợp
người đánh giá sẽ sử dụng chính những hiểu biết của mình trong việc đánh giá.
Những hiểu biết này của mỗi người là khác nhau bởi vì mỗi người đều có kinh
nghiệm cảm quan, nền văn hóa và môi trường sống khác nhau.
4


2.2.2.2 Phương pháp phân tích bằng thiết bị
Ngoài phương pháp phân tích cảm quan để đánh giá cấu trúc, cấu trúc còn có thể
được đánh giá bằng phương pháp phân tích bằng thiết bị (phương pháp công cụ).
Yêu cầu của phương pháp phân tích bằng thiết bị thường hợp lý với giá thành rẻ,
năng suất cao, mang tính khách quan và phép đo cấu trúc bằng thiết bị thường được
phát triển với mục đích thay thế phương pháp phân tích cảm quan.
Phân loại: phương pháp phân tích bằng thiết bị được chia thành 3 loại
- Phương pháp cơ bản (fundamental methods): bao gồm việc đo những thuộc
tính vật lý đã được định nghĩa rõ ràng, có nền tảng khoa học chặt chẽ, mà những
thuộc tính này nếu được đo một cách chính xác thì độc lập với phương pháp đo.

Những thông số cơ bản chung như: Youg’s modulus, độ nhớt,…
- Phương pháp thực nghiệm (empirical methods): chỉ đo các thuộc tính vật lý
của thực phẩm. Đo những biến số không được định nghĩa rõ ràng được chỉ ra theo
kinh nghiệm thực hành có liên quan đến cấu trúc đặc trưng. Phát triển dựa trên kinh
nghiệm và quan sát, thiếu nền tảng khoa học chặt chẽ. Trong phương pháp này có
các thiết bị như: máy đo đâm xuyên đo bằng cách đâm xuyên qua sản phẩm, đo khả
năng chống lại của sản phẩm đối với lực đâm xuyên hoặc tổng độ sâu đâm xuyên;
máy nén để đo khả năng chống lại của sản phẩm đối với lực ép và dụng cụ cắt để
ghi lại lực cần thiết để cắt sản phẩm được kiểm tra đâm xuyên, cắt xé, nén ép,…
- Phương pháp mô phỏng (imitative methods): mô phỏng theo hoạt động khi
ăn của con người, giống như quá trình nhai. Phép đo mô phỏng được thiết kế để mô
phỏng một quá trình giống như khi ăn thực phẩm. Một trong những kỹ thuật nổi
tiếng của nhóm phép đo mô phỏng là phương pháp Texture profile analysis (TPA).
2.2.3 Độ cứng
Độ cứng và độ nhớt là hai trong số những đặc điểm cấu trúc quan trọng nhất. Độ
nhớt được sử dụng để mô tả các loại thực phẩm bán rắn và lỏng, trong khi độ cứng
được sử dụng cho những dạng thực phẩm rắn (Bourne, 2002). Các biện pháp cơ bản
của độ cứng thường được gọi là lực biến dạng (hoặc nén) chức năng. Rất khó để sử
dụng và diễn giải vì các biện pháp bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: tốc độ biến
dạng, kích thước và hình dạng của pít tông nén vật liệu, các thử nghiệm vật liệu
hình học (kích thước và hình dạng) và thành phần (Christensen, 1984).
2.3 MỐI QUAN HỆ GIỮA CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LIỆU CÀ RỐT
2.3.1 Thành phần cấu tạo của vách tế bào thực vật
Theo Bùi Tấn Anh (2010), vách tế bào là đặc điểm của tế bào thực vật để phân biệt
với tế bào động vật, vách bảo vệ tế bào, giữ hình dạng, tránh sự mất nước cũng như
chống sự xâm nhập của vi sinh vật. Vách ở phía ngoài của màng có thể dày từ 0,1
đếm vào µm. Thành phần hóa học của vách thay đổi từ loài này sang loài khác và từ
5

tế bào này sang tế bào khác trong cùng một cây, nhưng cấu trúc cơ bản không thay
đổi. Thành phần cấu tạo chính là các phân tử cellulose có dạng sợi được kết dính
với nhau bằng chất nền gồm các đường đa khác và protein.
Các phân tử cellulose cấu trúc thành các sợi cellulose xếp song song nhau tạo ra các
tấm, các sợi trong các tấm khác nhau thường tạo ra các góc từ 60 – 90oC. Đặc điểm
sắp xếp này làm vách tế bào rắn chắc. Các sợi cellulose rộng khoảng 20 nm, giữa
các sợi có những khoảng trống có thể cho nước, khí và các ion di chuyển tự do qua
mạng lưới này, tính thấm chọn lọc của tế bào là do màng sinh chất quy định.
Ở những cây còn non tế bào có vách mỏng gọi là vách sơ cấp (primary wall), vách
này có tính đàn hồi và cho phép tế bào gia tăng kích thước. Giữa hai vách sơ cấp
của các tế bào liên kề nhau là phiến giữa hay lớp chung (middle lamella), là một lớp
mỏng giàu chất một đường đa gọi là pectin, thường hiện diện dưới dạng muối
pectate calci. Khi chất pectin bị hóa nhày, các tế bào không còn gắn chặt vào nhau
nữa nên khi chín trái trở nên mềm đi.
Khi tế bào trưởng thành và ngừng tăng trưởng, một số tế bào tạo thêm lớp cứng hơn
gọi là vách thứ cấp (secondary wall) nằm giữa vách sơ cấp và màng tế bào. Vách
thứ cấp thường dày có nhiều lớp được cấu tạo bằng các sợi cellulose xếp theo nhiều
hướng khác nhau, nên vách tế bào trở nên rắn chắc hơn. Ngoài cellulose vách thứ
cấp còn có thể tẩm thêm nhiều chất khác như mộc tố (lignin). Khi vách thứ cấp
được thành lập hoàn toàn, tế bào có thể chết đi, khi đó chỉ còn làm nhiệm vụ nâng
đỡ hay dẫn truyền.
Trên vách của tế bào thực vật có những lỗ nhỏ giúp các chất thông thương giữa các
tế bào với nhau, các lỗ này được gọi là cầu liên bào (plasmodesmata), ở vị trí này tế
bào chất của hai tế bào liên kề liên tục nhau.

Hình 2.2. Cấu tạo của vách tế bào thực vật (Nguồn: www.ippa.info/what_is_pectin.htm)
6


2.3.2 Pectin và các enzyme tác động đến pectin

Pectin là polymer của α-D-galacturonic acid nối với nhau nhờ liên kết α-1,4, ngoài
ra trong thành phần mạch chính của pectin còn có các gốc đường rhamnose nằm
xen kẽ hay liền kề nhau. Pectin còn chứa một lượng nhỏ D-galactan, arabinan (trong
những đoạn mở rộng), và một lượng ít hơn fucose và xylose ở những đoạn mạch
ngắn này không được coi là thành phần chính của pectin. Các gốc carboxyl của acid
galacturonic trong mạch pectin bị ester hóa với methanol, còn các gốc hydroxyl ở
C2 và C3 có thể bị acetyl hóa với tỉ lệ thấp (Nguyễn Thị Thu Thủy, 2011). Cấu tạo
một đoạn pectin được mô tả như sau:

Hình 2.3. Cấu tạo một đoạn pectin (Nguồn: www.scientificpsychic.com)
Pectin là tên gọi chung cho các hỗn hợp chứa các thành phần rất khác nhau, trong
đó pectinic acid là thành phần chủ yếu. Các pectin tự nhiên định vị trong thành tế
bào có thể liên kết với các cấu trúc polysaccharide và protein để tạo thành các
protopectin không tan. Có thể phân hủy để làm cho pectin tan trong nước bằng cách
đun nóng pectin trong môi trường acid. Vì thế, các pectin tan thu nhận được là kết
quả của sự phân hủy phân tử pectin không tan và chúng không đồng dạng với nhau.
Trong thực vật pectin tồn tại dưới ba dạng: pectin hòa tan, pectinic acid và
protopectin.
- Pectin hòa tan là ester methylic của acid polygalacturonic pectin, trong tự
nhiên có khoảng 2/3 số nhóm carboxyl của polygalacturonic acid được ester hóa
bằng methanol. Pectin được ester hóa cao sẽ tạo gel đặc trong dung dịch acid và
trong dung dịch đường có nồng độ 65%. Enzyme pectinase tác động lên các hợp
chất pectin có khối lượng phân tử khác nhau và cấu trúc hóa học không đồng dạng.
Cấu trúc hóa học cơ bản của pectin là α-D-galacturonan hay α-Dgalacturonoglycan, mạch thẳng có cấu tạo từ các đơn vị D-galactopyranosyluronic
acid (liên kết theo kiểu α-1,4). Mặt khác, mức độ oxy hóa trong các phân tử
polymer này cũng khác nhau, trong đó một số nhất định các nhóm carboxyl bị ester
hóa bởi các nhóm methoxyl.
- Pectinic acid là polygalacturonic acid có một phần nhỏ các nhóm carboxyl
được ester hóa bằng methanol. Pectinate là muối của pectinic acid. Pectic acid là
polygalacturonic acid đã hoàn toàn giải phóng khỏi nhóm methoxyl, tức là trong đó

7


có chứa một nhóm carboxyl tự do trên một đơn vị galacturonic acid. Pectate là muối
của pectic acid.
- Protopectin tạo độ cứng cho quả xanh, không tan trong nước và có cấu tạo
hóa học phức tạp. Trong thành phần protopectin có các phân tử pectin, các phân tử
cellulose và các ion Ca2+, Mg2+, các gốc phosphoric acid, acetic acid và đường.
Protopectin khi bị thủy phân bằng acid hoặc dưới tác dụng của enzyme
protopectinase hoặc khi đun nóng thì giải phóng pectin hòa tan.
Trong bào tương, pectin nằm ở dạng hòa tan. Trong màng tế bào và gian bào, chúng
nằm ở dạng không hòa tan gọi là protopectin. Protopectin ở màng gian bào có chứa
lượng kim loại khá cao và một lượng nhóm methyl đủ để làm protopectin bền vững.
Còn protopectin ở màng tế bào chứa một lượng kim loại không nhiều, có độ
methoxyl hóa cao. Vì thế tế bào thực vật có khả năng trương nở tốt.
Nếu enzyme tham gia phân giải pectin ở gian bào sẽ làm các tế bào khó liên kết với
nhau và thịt quả dễ dàng bị mềm ra. Pectin thường có mối liên kết hydro và liên kết
nguyên tử yếu hơn so với cellulose. Tham gia phân hủy pectin gồm nhiều loại
enzyme, trong đó quan trọng nhất là nhóm enzyme pectinase (enzyme xúc tác sự
phân hủy của các polymer pectin) điển hình là enzyme pectinmethylesterase (PME)
và polygalacturonase (PG) (Van Buren, 1979).
PME xúc tác sự thủy phân của các nhóm methyl ester. Enzyme thường tấn công vào
các nhóm ester methyl của đơn vị galacturonate nằm kề đơn vị không bị ester hóa,
phân cắt các nhóm methoxy (COOCH3) đứng cạnh các nhóm –COOH tự do, tạo
thành acid pectinic hoặc acid pectic và methanol. Pectinmethylesterase thu được từ
các nguồn khác nhau có giá trị pH tối thích khác nhau. Nếu thu từ nguồn vi sinh vật
thì pH tối ưu là 4,5 ÷ 5,5, còn nếu từ nguồn thực vật thì có pH tối ưu từ 5,0 ÷ 8,5.
Pectinmethylesterase từ nấm mốc có nhiệt độ tối ưu là 30 ÷ 45oC và bị vô hoạt ở 55
÷ 62oC. Pectinmethylesterase thường được hoạt hóa bởi các ion Ca2+ và Mg2+.

Các PME ở thực vật tấn công vào đầu không khử hoặc gần với nhóm carboxyl tự do
và tiến dọc theo phân tử bằng cơ chế chuỗi đơn, tạo ra các khối galacturonic acid
không bị ester hóa rất mẫn cảm với calcium. Các cấu trúc khác nhau của chuỗi
galacturonan chẳng hạn như các monomer acetyl hóa, các nhóm ester bị chuyển đổi
thành amid hay bị khử đến rượu bậc một, hay sự tồn tại của các vùng có nhiều mạch
nhánh, ức chế hoạt động của PME. PME có tính đặc hiệu cao đối với nhóm
methylester của polygalacturonic acid. Các ester khác chỉ bị tấn công rất chậm, còn
các nhóm methylester của polymanuronic acid thì không hề bị tấn công. Tốc độ đề
ester hóa trên mạch pectin phụ thuộc vào độ dài của mạch; trimethyl
trigalacturonate không bị tấn công. Các PME của nấm khác với PME của thực vật
theo cơ cấu đa mạch, các nhóm methoxyl bị lấy đi một cách ngẫu nhiên.

8


2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN CẤU TRÚC (ĐỘ CỨNG) CỦA CÀ
RỐT
2.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Những đặc tính của mô tế bào thực vật còn sống phụ thuộc rất nhiều vào sự sắp xếp
cấu trúc, thành phần hóa học của tế bào và khoảng gian bào chứa pectin. Quá trình
gia nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc (độ cứng) của tế bào, pectin bị phá vỡ và
những đặc tính vật lý của tế bào cũng thay đổi theo.
Trong suốt quá trình chế biến nhiệt rau quả cũng sẽ bị mềm do sự phân cắt tế bào
(Van Buren, 1979). Khi xử lý ở nhiệt độ thấp (60oC trong 30 phút) nhận thấy cấu
trúc (độ cứng) của rau quả bị ảnh hưởng mạnh (Fuchigami et al., 1995). Tuy nhiên
enzyme PME có ảnh hưởng đến cấu trúc (độ cứng) rau quả ở nhiệt độ 60 ÷ 70oC và
sự ảnh hưởng này theo hướng có lợi. Điển hình Basah và Ramaswamy (1998) khi
nghiên cứu về sự hoạt động của enzyme PME ở nhiệt độ khoảng 50 ÷ 70oC. Khả
năng hoạt động của PME là xúc tác sự thủy phân của các nhóm methyl ester.
Enzyme thường tấn công vào các nhóm ester methyl của đơn vị galacturonate nằm

kề đơn vị không bị ester hóa, phân cắt các nhóm methoxy (COOCH3) đứng cạnh
các nhóm –COOH tự do, tạo thành acid pectinic hoặc acid pectic và methanol.
Trong quá trình xử lý nhiệt ở áp suất cao có thể làm tăng hoạt tính enzyme PME, ở
áp suất lớn hơn 350 MPa thì cũng không ảnh hưởng đến cấu trúc (độ cứng) của rau
quả (Knorr, 1995). Stute et al., (1996) cũng nhận xét quá trình xử lý ở áp suất cao
không làm mềm rau quả trong suốt quá trình chế biến và cấu trúc (độ cứng) của nó
cũng giống như chưa xử lý rau quả bằng áp suất. Del Valle et al., (1998) đã nghiên
cứu ở các quá trình tiền xử lý (xử lý nhiệt kết hợp với ngâm muối Calci) có ảnh
hưởng đến cấu trúc (độ cứng) của rau quả.
Những nghiên cứu của các tác giả cho thấy kết hợp việc ngâm CaCl2 và xử lý ở áp
suất cao 300 MPa, 60oC trong 15 phút có thể giảm được sự mềm của rau quả. Ngoài
ra một số tác giả khác cũng có những ý kiến tương tự trên như Fuchigami et al.,
(1995) và Vu, T.S et al., (2004).
2.4.2 Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo nhiệt độ
 Phản ứng bậc một
Sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo nhiệt độ có thể tuân theo phương trình động học
phản ứng bậc một. Trong trường hợp này, điều kiện chế biến đẳng nhiệt, quan hệ
giữa cấu trúc (độ cứng) còn lại sau khi xử lý nhiệt (H) và thời gian xử lý nhiệt (t)
được biểu diễn bằng phương trình:
(2.1)

9


Phương trình (2.1) được chuyển thành dạng đường thẳng theo phương trình (2.2)
(2.2)
Trong đó:
H: cấu trúc (độ cứng) thay đổi theo thời gian t
Ho: cấu trúc (độ cứng) ban đầu
t: thời gian xử lý nhiệt (phút)

k: hằng số tốc độ bậc một (phút-1)

ℓn(H/H )
o

Thời gian t (phút)

Hình 2.4. Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng)
theo phản ứng bậc một
 Phản ứng chuyển đổi một phần
Động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) đôi khi tuân theo phương trình chuyển đổi
một phần (fractional conversion model) (Rizvi, AF. và Tong, CH., 1997), được ứng
dụng trong trường hợp cấu trúc (độ cứng) không chịu xử lý nhiệt trong thời gian
dài. Khi đó cấu trúc (độ cứng) không đổi và được biểu diễn là H∞
(2.3)
Với:
f: hệ số chuyển đổi một phần
H∞ : cấu trúc (độ cứng) còn lại sau quá trình xử lý nhiệt kéo dài
H∞ gần như bằng 0 và phương trình (2.3) có thể viết thành
(2.4)
Đồ thị logarithm của (1- f) theo thời gian là một đường thẳng với hằng số tốc độ (k)
được biểu thị bằng giá trị âm của hệ số gốc
(2.5)
10


Vậy phương trình (2.5) giống phương trình (2.1) khi H∞ gần bằng 0.
Để tính toán cấu trúc (độ cứng) còn lại sau quá trình xử lý nhiệt kéo dài, mô hình
chuyển đổi một phần sau nên được sử dụng
(2.6)

Sự sắp xếp lại phương trình (2.6) sẽ thành phương trình (2.7)
H = H∞ + (H0 – H∞ ).e-kt

(2.7)

H/H0

H∞

Thời gian t (phút)

Hình 2.5. Hình vẽ minh họa động học sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) theo phản
ứng chuyển đổi một phần

11


CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
3.1.1 Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Địa điểm: bộ môn Công nghệ Thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng
dụng, trường Đại học Cần Thơ.
- Thời gian: từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2013.
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ
- Máy đo cấu trúc Texture Analyser.
- Bể ổn định nhiệt độ (water bath).
- Nhiệt kế trung tâm (thermocouple).
- Dụng cụ chứa mẫu.
- Một số dụng cụ khác.

Hình 3.1. Các ống chứa mẫu

Hình 3.2. Dao cắt mẫu

3.1.3 Nguyên liệu
- Cà rốt
3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.2.1 Phương pháp thí nghiệm
Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên với 2 lần lặp lại. Kết quả được tính toán bằng
phần mềm Microsoft Excel và xử lý theo chương trình SAS 9.1.

12


3.2.2 Chuẩn bị mẫu
Cà rốt gọt vỏ sạch, cắt thành miếng nhỏ (12mm x 10mm).

Hình 3.3. Cà rốt sau khi được xử lý cơ học
3.2.3 Phương pháp đo cấu trúc
Củ cà rốt được gọt sạch vỏ, sử dụng dao cắt hình trụ có đường kính 12mm, tiến
hành cắt cà rốt thành những miếng hình trụ có kích thước 12mm x 10 mm. Cấu trúc
(độ cứng) của cà rốt được đo bằng thiết bị đo cấu trúc TAXT2i Stable Micro
System với các thông số sử dụng: bộ phận cảm ứng lực 25 kg, đầu đo hình trụ 25
mm bằng nhôm, vận tốc chuyển động của đầu đo 1mm/giây, mức độ biến dạng
30%. Độ cứng (cấu trúc) được định nghĩa là lực tác động lớn nhất của lần nén thứ
nhất (hình 3.4). Giá trị của độ cứng là giá trị trung bình cộng của 10 lần đo.

Hình 3.4. Đồ thị xác định độ cứng (cấu trúc) của mẫu

13

Hình 3.5. Thiết bị đo cấu trúc
3.2.4 Nội dung và bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt đến cấu trúc
của cà rốt.
Mục đích: Tìm hiểu quy luật sự thay đổi cấu trúc (độ cứng) của cà rốt sau các quá
trình gia nhiệt.
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được tiến hành với 2 nhân tố và 2 lần lặp lại.
Nhân tố A: Nhiệt độ xử lý (oC)
A1:80
A2: 85
A3: 90
A4: 95
A5: 100
Nhân tố B: Thời gian xử lý (phút)
B1 : 0
B2 : 5
B3: 10
B4: 20
B5: 40
B6: 60
B7: 90
B8: 120
B9: 160
B10: 200
Nhân tố
A

Nhân tố B

B1

B2

B3

B4

B5

B6

B7

B8

B9

B10

A1

A1B1 A1B2

A1B3

A1B4

A1B5

A1B6

A1B7

A1B8

A1B9

A1B10

A2

A2B1 A2B2

A2B3

A2B4

A2B5

A2B6

A2B7

A2B8

A2B9

A2B10

A3

A3B1 A3B2

A3B3

A3B4

A3B5

A3B6

A3B7

A3B8

A3B9

A3B10

A4

A4B1 A4B2

A4B3

A4B4

A4B5

A4B6

A4B7

A4B8

A4B9

A4B10

A5

A5B1 A5B2

A5B3

A5B4

A5B5

A5B6

A5B7

A5B8

A5B9

A5B10

Tổng số nghiệm thức: 5x10=50
Tổng số đơn vị thí nghiệm: 50x2=100

14


Sơ đồ bố trí thí nghiệm:
Nguyên liệu

Gọt vỏ

Cắt nhỏ

Xử lý nhiệt
(0, 5, 10,…, 200 phút)

80 oC

85oC

90oC

95oC

100oC

Làm nguội

Đo cấu trúc (độ cứng)

Hình 3.6. Sơ đồ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia
nhiệt đến cấu trúc của cà rốt.
Thuyết minh quy trình
Các mẫu cà rốt được chuẩn bị với kích thước như nhau (12mm x 10mm) được cho
vào các ống bằng thép không rỉ (10 mẫu/ống), thêm nước cất vào đầy ống và đậy
kín. Tiến hành xử lý nhiệt lần lượt ở 80, 85, 90, 95 và 100oC trong thời gian 0, 5,
10, 20, 40, 60, 90, 120, 160 và 200 phút. Làm nguội và tiến hành đo cấu trúc (độ
15