Tài liệu Khảo sát những biến đổi của dung dịch saccharose trong quá trình tách nước thẩm thấu cà chua

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG NGUYỄN PHƯƠNG THẢO KHẢO SÁT NHỮNG BIẾN ĐỔI CỦA DUNG DỊCH SACCHAROSE TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH NƯỚC THẨM THẤU CÀ CHUA Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Cần Thơ, 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG Luận văn tốt nghiệp Ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Tên đề tài: KHẢO SÁT NHỮNG BIẾN ĐỔI CỦA DUNG DỊCH SACCHAROSE TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH NƯỚC THẨM THẤU CÀ CHUA Giáo viên hướng dẫn: TS. Bùi Hữu Thuận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phương Thảo MSSV: 2071836 Lớp: CNTP K33 Cần Thơ, 2011 Đề tài “KHẢO SÁT NHỮNG BIẾN ĐỔI CỦA DUNG DỊCH SACCHAROSE TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH NƯỚC THẨM THẤU CÀ CHUA” do Nguyễn Phương Thảo thực hiện. Luận văn đã báo cáo trước hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp Đại Học và được Hội Đồng thông qua. Giáo viên hướng dẫn Cần thơ, ngày tháng năm 2011 Chủ tịch hội đồng 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 án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây. Tác giả Nguyễn Phương Thảo CẢM TẠ Em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Hữu Thuận đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong suốt thời gian em thực hiện luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô và cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp như mong muốn. Chân thành cảm ơn các bạn sinh viên Công Nghệ Thực Phẩm khóa 33 đã tích cực đóng góp ý kiến và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt khóa học. Cuối cùng Chân thành cảm ơn! Kính chúc Thầy Cô và các bạn sức khỏe và thành công. Cần Thơ, ngày 9 tháng 5 năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Phương Thảo TÓM LƯỢC Đề tài “Khảo sát những biến đổi của dung dịch saccharose trong quá trình tách nước thẩm thấu cà chua” được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm. Lát cà chua có bề dày ban đầu 6 mm ngâm trong dung dịch saccharose nồng độ 70 oBx. Ứng với khoảng thời gian ngâm từ 30, 60, 120, 180 phút, ảnh hưởng của tỉ lệ lượng cà chua: dung dịch ở 3 mức tỷ lệ (1:6, 1:8, 1:10) đến quá trình truyền khối của dung dịch thẩm thấu và cà chua được khảo sát. Bên cạnh đó, tiến trình tái sử dụng dung dịch thẩm thấu bằng hai phương pháp thêm đường và bốc hơi cũng được khảo sát. Sự biến đổi của dung dịch thẩm thấu tái sử dụng được đánh giá trên kết quả phân tích hàm lượng đường khử. Mật độ nấm men có trong dung dịch cũng được đánh giá theo số ngày tái sử dụng để tìm ra thời gian sử dụng dung dịch thích hợp. Kết quả thí nghiệm cho thấy tỷ lệ cà chua: dung dịch ảnh hưởng có ý nghĩa đến độ tăng đường, độ mất nước và độ giảm khối lượng của cà chua. Đồng thời quá trình truyền khối tách nước thẩm thấu cà chua dẫn đến những biến đổi về độ Brix, độ giảm đường, độ tăng nước của dung dịch thẩm thấu. Hàm lượng đường có trong dung dịch thẩm thấu có thể được làm mới để tái sử dụng bằng phương pháp bốc hơi tuy nhiên hàm lượng đường khử trong phương pháp này gia tăng dần. Đối với việc tái sử dụng bằng phương pháp thêm đường, lượng đường khử tăng chậm hơn và có khuynh hướng ổn định quanh 6,6 ± 0,2 g/100 ml dung dịch sau lần tái sử dụng thứ 7. Dung dịch thẩm thấu sau 6 ngày tái sử dụng bắt đầu xuất hiện nấm men (mật độ >1. 106 tế bào/ml dung dịch) do đó cần tiến hành thanh trùng ở ngày sử dụng thứ tư để đảm tính chất ổn định vi sinh của dung dịch và tiết kiệm năng lượng. Từ khóa: thẩm thấu, tái sử dụng, cà chua, xốt cà chua. MỤC LỤC TÓM LƯỢC...............................................................................................................................4 MỤC LỤC .................................................................................................................................5 DANH SÁCH HÌNH .................................................................................................................7 DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................................8 CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................9 1.1.............................................................................................................................Giới thiệu 1.2............................................................................................................Mục tiêu nghiên cứu CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................................................10 2.1 Giới thiệu chung về cây cà chua ....................................................................................10 2.1.1 Nguồn gốc và phân loại ..........................................................................................10 2.1.2 Thành phần cấu tạo quả cà chua .............................................................................10 2.1.3 Thành phần hóa học và giá trị sử dụng của cà chua ...............................................11 2.2 Đường saccharose ..........................................................................................................13 2.2.1 Tác dụng của đường trong bảo quản và chế biến....................................................13 2.2.2 Tính chất của đường................................................................................................15 2.3 Tách nước thẩm thấu......................................................................................................17 2.3.1 Khái niệm................................................................................................................17 2.3.2 Sự truyền khối trong tách nước thẩm thấu..............................................................18 2.3.3 Cơ chế cơ bản của quá trình loại nước và thấm chất tan ........................................18 2.3.4 Hiệu quả ..................................................................................................................20 2.3.5 Ảnh hưởng của các thông số chế biến đến sự truyền khối.....................................21 2.3.6 Các phương pháp tăng tốc độ truyền khối ..............................................................22 2.3.7 Quản lý dung dịch thẩm thấu và việc tái sử dụng...................................................22 2.4 Nấm men ........................................................................................................................24 2.4.1 Cấu tạo và sinh sản của nấm men ...........................................................................24 2.4.2 Dinh dưỡng của nấm men .......................................................................................25 2.4.3 Cơ chế của quá trình lên men..................................................................................25 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rượu .................................................26 CHƯƠNG III: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM..................................27 3.1 Phương tiện nghiên cứu .................................................................................................27 3.1.1 Địa điểm thời gian...................................................................................................27 3.1.2 Nguyên liệu.............................................................................................................27 3.1.3 Hóa chất ..................................................................................................................27 3.1.4 Dụng cụ, thiết bị......................................................................................................27 3.1.5 Phương pháp phân tích: ..........................................................................................27 3.2 Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................................27 3.2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cà chua : dung dịch đối với quá trình thẩm thấu tách nước .........................................................................................................27 3.2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát hàm lượng đường khử trong dung dịch saccharose theo số lần tái sử dụng .............................................................................................................29 3.2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát mật độ nấm men trong dung dịch saccharose tái sử dụng30 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................................31 4. 1. Ảnh hưởng của thời gian ngâm và tỷ lệ cà chua: dung dịch thẩm thấu đến quá trình truyền khối ...........................................................................................................................31 4. 2. Khảo sát hàm lượng đường khử trong dung dịch saccharose theo số lần tái sử dụng .40 9 9 4. 3. Khảo sát mật độ nấm men trong dung dịch saccharose tái sử dụng ............................41 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................................43 5.1. Kết luận.........................................................................................................................43 5.2. Kiến nghị.......................................................................................................................43 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................35 PHỤ LỤC A................................................................................................................................i 1. Các phương pháp phân tích.....................................................................................................i 2. Các kết quả phân tích thống kê .............................................................................................iv 2.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ cà chua : dung dịch đối với quá trình thẩm thấu tách nước .......................................................................................................................iv 2.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát hàm lượng đường khử trong dung dịch saccharose theo số lần tái sử dụng.............................................................................................................................ix 2.3 Thí nghiệm 3: Khảo sát mật độ nấm men trong dung dịch saccharose tái sử dụng.........x DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Cà chua ........................................................................................................................2 Hình 2: Công thức cấu tạo của đường Sucrose ......................................................................5 Hình 3: Quá trình truyền khối của mô trái trong quá trình thẩm thấu tách nước ..........10 Hình 4: Con đường vận chuyển Apoplast và Symplast.......................................................11 Hình 5: Sự thay đổi độ Brix của cà chua theo thời gian ngâm ...........................................22 Hình 6: Sự thay đổi độ ẩm của cà chua theo thời gian ngâm .............................................22 Hình 7: Sự thay đổi độ tăng đường của cà chua theo thời gian và tỷ lệ ngâm..................24 Hình 8: Sự thay đổi độ mất nước của cà chua theo thời gian và tỷ lệ ngâm .....................25 Hình 9: Sự thay đổi độ giảm khối lượng của cà chua theo thời gian và tỷ lệ ngâm..........26 Hình 10: Sự thay đổi độ Brix của dung dịch theo thời gian và tỷ lệ ngâm ........................27 Hình 11: Sự thay đổi độ giảm đường của dung dịch theo thời gian và tỷ lệ ngâm...........29 Hình 12: Sự thay đổi độ tăng nước của dung dịch theo thời gian và tỷ lệ ngâm .............30 Hình 13: Hàm lượng đường khử có trong dung dịch đường theo số lần tái sử dụng.......30 Hình 14: Mật độ nấm men theo từng ngày khảo sát............................................................32 Hình 15: Mẫu dung dịch khi chưa có sự lên men ................................................................32 Hình 16: Mẫu dung dịch ở ngày thứ sáu ..............................................................................32 Hình 17: Mẫu dung dịch ở ngày thứ chín.............................................................................33 Hình 18: Buồng đếm hồng cầu.............................................................................................. IV DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Thành phần cấu tạo cà chua ......................................................................................2 Bảng 2: Thành phần hóa học của cà chua tươi ......................................................................3 Bảng 3: Những tiêu chuẩn của đường RE ..............................................................................5 Bảng 4: Khả năng tạo áp suất thẩm thấu của dung dịch đường saccharose.......................6 Bảng 5: Tỷ lệ hút ẩm của vài loại đường, % (25oC trong 7 ngày)........................................7 Bảng 6: Độ hòa tan của đường thực phẩm dưới các điều kiện nhiệt độ khác nhau, % ....7 Bảng 7: Nhiệt độ điểm sôi của dung dịch đường mía ............................................................8 Bảng 8: Bảng phân tích ảnh hưởng thời gian ngâm và tỷ lệ cà chua: dung dịch lên độ tăng đường cà chua .................................................................................................................23 Bảng 9: Bảng phân tích ảnh hưởng thời gian ngâm và tỷ lệ cà chua: dung dịch lên độ mất nước cà chua ....................................................................................................................25 Bảng 10: Bảng phân tích ảnh hưởng thời gian ngâm và tỷ lệ cà chua: dung dịch lên độ giảm khối lượng cà chua.........................................................................................................25 Bảng 11: Bảng phân tích ảnh hưởng thời gian ngâm và tỷ lệ cà chua: dung dịch lên độ Brix của dung dịch ..................................................................................................................27 Bảng 12: Bảng phân tích ảnh hưởng thời gian ngâm và tỷ lệ cà chua: dung dịch lên độ giảm đường của dung dịch .....................................................................................................28 Bảng 13: Bảng phân tích ảnh hưởng thời gian ngâm và tỷ lệ cà chua: dung dịch lên độ tăng nước của dung dịch ........................................................................................................29 Bảng 14: Hàm lượng đường khử trong dung dịch saccharose theo số lần tái sử dụng ....31 CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu Giá trị thương phẩm của cà chua ngày càng tăng cao khi nhiều nghiên cứu khoa học chứng minh khả năng chống lại bệnh tật nhờ tính chống oxy hóa rất tích cực của thành phần lycopen có trong cà chua. Điều này đã đưa cà chua vào thực đơn của bữa ăn gia đình thường xuyên hơn. Để đa dạng hóa sản phẩm, cà chua cô đặc, nước ép cà chua, sốt cà chua… ngày càng có mặt nhiều trên thị trường và được người tiêu dùng đón nhận. Tuy nhiên, để quá trình chế biến vẫn giữ được những phẩm chất quí giá của cà chua, nhiều nghiên cứu được thực hiện nhằm tìm ra công nghệ mới đáp ứng được yêu cầu chất lượng của sản phẩm nhưng vẫn giữ được tối ưu nhất giá trị ban đầu của nguyên liệu. Chính vì vậy nhiều đề tài về nghiên cứu thẩm thấu tách nước cà chua đã được quan tâm. Thẩm thấu tách nước là công nghệ tách bớt một phần nước từ nguyên liệu bằng cách sử dụng dung dịch ưu trương, động lực của quá trình là nhờ sự khác biệt về áp suất thẩm thấu. Ngoài lượng nước tách ra, một phần chất tan trong dung dịch ưu trương sẽ thấm vào nguyên liệu, làm tăng độ Brix của sản phẩm. Kỹ thuật này có thể ứng dụng cho công nghệ sản xuất sốt cà chua. Nhờ vào lượng nước tách ra và lượng đường thấm vào nguyên liệu, giảm bớt được giai đoạn cô đặc bốc hơi một phần nước bằng nhiệt, giúp ổn định màu sắc và tránh được sự biến đổi lycopen bởi nhiệt. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá sự biến đổi tính chất thẩm thấu trên nguyên liệu cà chua và trên dung dịch thẩm thấu khi gia tăng khối lượng cà chua nguyên liệu trên một thể tích dung dịch thẩm thấu nhất định, đồng thời đánh giá khả năng tái sử dụng của dung dịch thẩm thấu trong tiến trình tách nước thẩm thấu cà chua. CHƯƠNG II: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu chung về cây cà chua 2.1.1 Nguồn gốc và phân loại Cây cà chua có tên khoa học là Lycopenricium esculentum, thuộc họ cà (Solanaceae: họ này bao gồm 4 nhóm rau quan trọng là khoai tây, cà chua, cà tím và ớt). Theo nghiên cứu của De Candole (1884), Miulero (1940), Lacovin và Jenkin (1948), cà chua trồng hiện nay có nguồn gốc từ Peru, Equado, Bolivia. Trước khi Christophe Colombo phát hiện ra Châu Mỹ, Peru và Mexico đã trồng cà chua. Cà chua thuộc cây thân thảo, thân cao 60 – 120 cm tùy theo giống. Quả cà chua mọng, có chứa nhiều vitamin C nên có vị chua, khi chín màu Hình 1. Cà chua vàng hoặc đỏ, có nhiều hình dạng: tròn, dẹt, có cạnh, có múi... (Nguồn: http://ias-cnsh.org) Ở Việt Nam, lịch sử trồng cà chua chỉ mới hơn 100 năm. Điều kiện thiên nhiên, khí hậu và đất đai nước ta rất thích hợp cho cà chua sinh trưởng và phát triển, trồng tập trung chủ yếu ở đồng bằng và trung du Bắc Bộ: Hà Nội, Hải Phòng,... Hiện nay có một số giống chịu nhiệt mới lai tạo chọn lọc có thể trồng tại miền Trung, Tây Nguyên và Nam Bộ nên diện tích ngày càng được mở rộng. Nhiều giống cà chua lai ghép chất lượng tốt được phát triển mạnh ở Đà Lạt, Lâm Đồng. Các giống cà chua được trồng phổ biến ở nước ta như: Cà chua hồng: được trồng phổ biến hiện nay. Quả có hình dạng như quả hồng, không có múi hay múi không rõ. Chất lượng ăn tươi cũng như chế biến và nấu ăn cao, do thịt quả đặc, nhiều bột, lượng đường cao. Cà chua múi: Quả to, nhiều ngăn tạo thành múi, nhiều hạt, cây mọc khỏe, chống chịu khá nhưng nhưng chất lượng quả kém so với cà chua hồng. Cà chua bi: trồng rải rác ở các vùng núi cao. Có chứa lượng acid cao, hạt nhiều, khả năng chống chịu tốt nên được sử dụng làm vật liệu tạo giống. 2.1.2 Thành phần cấu tạo quả cà chua Quả cà chua thuộc loại quả mọng, hình dạng quả thay đổi từ tròn đến dài. Quả gồm có vỏ, thịt quả, vách ngăn và hạt. Trong quả chia thành nhiều ngăn, các ngăn này được ngăn cách bởi các vách ngăn, giữa các khoảng trống của các ngăn chứa đầy nước quả. Bảng 1. Thành phần cấu tạo cà chua Thành phần Tỷ lệ (%) Cơm và thịt quả 80 – 93 Vỏ và lõi 4 – 10 Hạt 2–7 (Nguồn: Quách Đĩnh, Công Nghệ Sau Thu Hoạch và Chế Biến Rau Quả, 1996) 2.1.3 Thành phần hóa học và giá trị sử dụng của cà chua 2.1.3.1 Thành phần hóa học của cà chua Bảng 2. Thành phần hóa học của cà chua tươi Thành phần Năng lượng (kJ) Hàm lượng (trong 100g phần ăn được) 56 Thành phần tổng quát (g) Nước 94,7 Protein 1,0 Chất béo 0,1 Chất xơ 1,6 Carbonhydrate (g) Glucose 0,9 Fructose 1,0 Succrose 0 Tinh bột 0 Acid hữu cơ (g) Citric 0,43 Malic 0,08 Oxalic 0 Acid khác 0 Vitamin (mg) Vitamin C 18 Thiamine 0,04 Riboflavin 0,02 Acid nicotinic 0,7 β - Carotene (đương lượng) 0,34 Khoáng chất (mg) K 200 Na 6 Ca 8 Mg 10 Fe 0,3 Zn 0,2 (Nguồn: Handbook of Vegetable Science and Technology 1998, tr. 183) 2.1.3.2 Giá trị sử dụng của cà chua Cà chua là nguồn cung cấp chất lycopene tức chất bioflavonoid, một chất chống oxy hóa, có công năng phòng vệ một vài chứng bệnh ung thư. Đặc biệt những nghiên cứu khoa học gần đây cho biết rằng ăn nhiều cà chua có thể ngăn ngừa được sự phát triển của bệnh ung thư tuyến tiền liệt, ung thư phổi, ung thư dạ dày, ung thư bàng quang, ung thư tuyến tụy và nguy cơ mắc bệnh tim mạch. Nhờ chứa nhiều vitamin A nên cà chua có tác dụng bảo vệ mặt và da, tái tạo các tế bào, do đó giữ gìn nét tươi trẻ, làm chậm tiến trình lão hóa con người. Ngoài ra, có tác dụng chống ung thư và cản trở tiến trình lão hóa. Lycopen có nhiều trong quả cà chua chín. Nhưng nếu ăn cà chua tươi thì khó hấp thu lycopene. Lycopene dễ hòa tan trong chất béo, do đó nên ăn cà chua đã qua chế biến, nấu chín, hoặc xào vì chúng có tỷ lệ lycopene gấp 5 lần so với ăn cà chua sống. Trung bình 100 g cà chua chín, tươi sẽ đáp ứng được 13% nhu cầu hàng ngày về vitamin A, vitamin B6 và vitamin C. Nhờ vitamin B và C, cà chua giúp điều hòa hệ thần kinh, chống bệnh hoại huyết, giúp chuyển hóa thức ăn, tăng sức đề kháng cho cơ thể, chống những bệnh nhiễm trùng. Ngoài ra, trong cà chua có chứa nhiều muối khoáng mang tính kiềm như citrat, tartrat, nitrat, chất sắt cần cho máu và chất phosphor cần cho hệ thần kinh. 2.2 Đường saccharose Saccharose có nhiều trong củ cải đường, mía và lá, thân, rễ, quả của nhiều loại thực vật. Cấu tạo gồm một phân tử glucose và một phân tử fructose nối với nhau bằng một cầu nối 1,4-glycoside. - Tên gọi khác 8-D-Fructofuranosyl-9-D-Glucopyranosid - Công thức phân tử: C12H22O11 - Công thức cấu tạo Hình 2. Công thức cấu tạo của đường Sucrose (Nguồn: http://omodeo.anisn.it) Bảng 3. Những tiêu chuẩn của đường RE Tiêu chuẩn Yêu cầu Độ tinh khiết ≥ 99.7 % Hàm lượng nước tối đa ≤ 0.15 % Hàm lượng tạp chất tối đa ≤ 0.15 % pH Màu 7 Trắng hoàn toàn (Nguồn: Nguyễn Ngộ và các tác giả khác, 1994) 2.2.1 Tác dụng của đường trong bảo quản và chế biến * Ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật Bản thân đường thực phẩm đối với vi sinh vật là vô hại, dung dịch đường ở nồng độ thấp còn có thể thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Tác dụng bảo quản đường là ở áp suất thẩm thấu rất mạnh của dung dịch đường nồng độ cao, khiến cho vi sinh vật bám trên thực phẩm không có cách nào hấp thu chất dinh dưỡng trên thực phẩm chế biến, từ đó mà không thể sống và sinh sôi nảy nở, thậm chí làm cho thành phần nước trong tế bào của vi sinh vật thẩm thấu thoát ra ngoài, khiến cho chất nguyên sinh của tế bào bị mất nước sẽ cô đặc lại, xảy ra tình trạng khô hanh sinh lý, buộc nó phải rơi vào trạng thái chết giả hoặc ngủ đông, điều đó làm cho chế phẩm có thể lưu giữ được. Vì vậy đường thực phẩm cũng chỉ là một chất bảo quản thực phẩm, nó chỉ có tác dụng ức chế mà không thể tiêu diệt vi sinh vật. Trong các loại đường, áp suất thẩm thấu của đường glucose là mạnh nhất. Dung dịch đường glucose nồng độ 1% có áp suất thẩm thấu là 121,6 kPa; áp suất thẩm thấu của dung dịch đường mía nồng độ 1% là 70,9kPa. Khi hàm lượng đường đạt đến mức 65% trở lên thì áp suất thẩm thấu của sản phẩm đạt đến 4610,3kPa (tính theo đường mía), còn áp suất thẩm thấu của tế bào vi sinh vật bình thường là khoảng 354,62 – 1792,04 kPa, vì thế thường cho rằng khi nồng độ dung dịch đường đạt đến mức 50% trở lên thì sự sinh trưởng của vi sinh vật bị trở ngại (Nguyễn Ngộ, 1994). Nếu một thực phẩm được bão hòa bằng một dung dịch đường đậm đặc, nó sẽ trở nên không thích hợp đối với sự phát triển vi sinh vật, các bào tử không thể nẩy chồi. Khả năng bảo quản của dung dịch đường do áp suất thẩm thấu cao hơn là do nồng độ chất khô cao. Monosaccharide do phân tử khối nhỏ hơn tác động thẩm thấu hiệu quả hơn saccharose. Điều này giải thích sản phẩm có nhiều glucose, fructose kháng vi sinh vật tốt hơn sản phẩm chứa đường saccharose lớn và đường nghịch đảo ít. Nếu một nửa thành phần đường (vào khoảng 60%) được nghịch đảo, hiệu quả chống vi sinh vật của sản phẩm cuối tương ứng với 62 – 65% đường saccharose không nghịch đảo. Đặc điểm này rất quan trọng trong việc ngăn chặn sự tấn công của nấm mốc và nấm men chịu áp suất thẩm thấu cao. Bảng 4. Khả năng tạo áp suất thẩm thấu của dung dịch đường saccharose Nồng độ dung dịch đường (g / 100g) Áp suất thẩm thấu ở 20oC ( MPa ) 5 20 60 0,4 2,02 15,1 (Nguồn: Lê Mỹ Hồng, Bùi Hữu Thuận, 2000) *Tác dụng chống oxy hóa thực phẩm Tác dụng chống oxy hóa là một tác dụng bảo quản khác của đường thực phẩm. Dung dịch đường ngăn chặn sự hấp thu oxy, sự gia tăng của nồng độ dung dịch đường tỷ lệ nghịch với độ hòa tan của oxy trong dung dịch đường, tức là nồng độ của dung dịch đường càng cao thì độ hòa tan của oxy càng thấp. Lượng hòa tan của oxy trong dung dịch đường mía nồng độ 60% ở nhiệt độ 20oC chỉ bằng 1/6 lượng oxy trong nước đơn thuần. Nguyên liệu được ngâm trong dung dịch đường do tác dụng oxy hóa rất yếu nên có lợi đối với việc giữ gìn mùi vị và màu sắc của sản phẩm đồng thời có thể giảm thiểu sự tổn thất vitamin C (Nguyễn Ngộ, 1994). 2.2.2 Tính chất của đường * Tính hút ẩm của đường Chế phẩm đường sau khi hút ẩm đã giảm đi áp suất thẩm thấu của đường. Nguyên liệu đường sau khi hút ẩm sẽ chảy rửa và kết cục, không những sử dụng bất tiện mà còn bị tổn hao. Trong các loại đường thì đường fructose là có tính hút ẩm mạnh nhất, vì thế, sản phẩm có hàm lượng đường chuyển hóa nhất định, nếu như đóng gói không thích hợp thì sẽ bị ẩm ướt biến chất. Đường kết tinh sau khi hút nước đến 15% thì bắt đầu mất đi dạng kết tinh mà chuyển thành trạng thái vô định hình (thủy tinh). Đường mía thuần khiết có tính hút ẩm rất yếu, khi độ ẩm tương đối không vượt quá 60% thì nó là một loại thực phẩm khó bị chảy rửa. Vì vậy bảo quản đường mía trong môi trường độ ẩm tương đối khoảng 40 – 60% là tốt nhất. Bảng 5. Tỷ lệ hút ẩm của vài loại đường, % (25oC trong 7 ngày) Chủng loại đường Độ ẩm tương đối của không khí (%) 62,7 81.8 98,8 Đường mía 0,05 0,05 13,53 Đường glucose 0,04 5,19 15,02 Đường mạch nha 9,77 9,8 11,11 Đường fructose 2,61 18,58 30,74 (Nguồn: Nguyễn Ngộ và các tác giả khác, 1994) * Độ hòa tan Độ hòa tan của đường tỷ lệ thuận với sự gia tăng của nhiệt độ. Khi nhiệt độ ở 10oC thì độ hòa tan của đường mía là 65,6%, nhiệt độ tăng đến 90oC thì độ hòa tan là 80,6%. Bảng 6. Độ hòa tan của đường thực phẩm dưới các điều kiện nhiệt độ khác nhau, % Nhiệt độ Chủng loại 0 Đường mía Đường Glucose 64,2 Đường Fructose 35,0 Đường chuyển hóa 10 20 30 40 50 65,6 67,1 68,7 70,4 72,2 41,6 47,7 54,6 61,8 78,9 81,5 62,6 69,7 56,6 60 70 80 90 70,9 74,2 76,2 78,4 80,6 85,3 86,9 74,7 78,0 81,3 84,7 74,8 81,9 (Nguồn: Nguyễn Ngộ và các tác giả khác, 1994) * Sự chuyển hóa đường mía Đường mía khi cùng với acid loãng thêm nhiệt thì đường mía bị thủy phân thành đường glucose và fructose, loại đường hỗn hợp này gọi là đường nghịch chuyển. Do đường mía bị thủy phân tạo thành đường nghịch chuyển đã ức chế sự sinh ra kết tinh dung dịch đường, nâng cao độ bão hòa của dung dịch đường, tăng thêm áp lực thẩm thấu, từ đó nâng cao tính bảo quản chế phẩm. Đường mía trong điều kiện độ pH thấp và nhiệt độ tương đối cao thì chuyển hóa khá nhanh, khi hàm lượng đường chuyển hóa trong dung dịch đường đạt đến 30 – 40% thì đường mía sẽ không thể kết tinh. * Điểm sôi của đường Điểm sôi của dung dịch đường tăng lên theo độ cao của nồng độ dung dịch đường Bảng 7. Nhiệt độ điểm sôi của dung dịch đường mía Hàm lượng đường (%) Nhiệt độ sôi (oC) 20 100,6 30 101,0 40 101,5 50 102,2 60 103,7 70 105,0 72 106,5 74 107,2 76 108,2 78 109,4 81 112,0 90 130,8 (Nguồn: Nguyễn Ngộ và các tác giả khác, 1994) 2.3 Tách nước thẩm thấu 2.3.1 Khái niệm Nước là thành phần quan trọng của tế bào thực vật. Tế bào là một hệ thẩm thấu, tốc độ xâm nhập của nước vào trong tế bào hoặc thoát ra khỏi tế bào phụ thuộc vào tính thẩm thấu của tế bào. Để hiểu về tính thẩm thấu của tế bào cần nắm một số khái niệm sau: • Khuếch tán Khuếch tán là hiện tượng các phân tử của chất phân tán di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn. Sự chuyển động này sẽ dừng lại khi hệ thống cân bằng (cân bằng nồng độ). • Thẩm thấu Là hiện tượng khuếch tán mà trên đường di chuyển các phân tử của vật chất đang khuếch tán gặp phải một màng ngăn. Tùy khả năng cho dung môi và chất tan qua màng ngăn, có các loại màng sau: - Màng thẩm tích: cho cả dung môi và chất tan qua dễ dàng. - Màng bán thấm: chỉ cho dung môi đi qua. - Màng bán thấm chọn lọc: cho dung môi và một số chất tan nhất định đi qua. • Áp suất thẩm thấu Là áp suất phải tác động vào phía dung dịch nồng độ chất tan cao để ngăn cản sự chảy dung môi (nước) vào đó. Áp suất thẩm thấu của một dung dịch tỉ lệ trực tiếp nồng độ chất tan và tỉ lệ nghịch với nồng độ nước của dung dịch đó. Π= P RT × ln 0 v P Trong đó: Π : áp suất thẩm thấu v : thể tích của một mol dung môi P0 , P : là áp suất hơi nước của dung dịch thẩm thấu và của nước tinh khiết • Tách nước thẩm thấu Là một quá trình được thực hiện nhằm tách bớt một phần nước từ mô thực vật bằng cách ngâm sản phẩm trong dung dịch ưu trương. Động lực làm khuếch tán nước từ mô vào dung dịch được cung cấp bởi áp suất thẩm thấu cao của dung dịch ưu trương. Sự khuếch tán nước từ mô vào dung dịch xảy ra đồng thời cùng với sự khuếch tán chất tan từ dung dịch thẩm thấu vào mô. Do màng tế bào thực vật không có tính chọn lọc hoàn hảo, nên trong quá trình thẩm thấu, một lượng nhỏ chất tan có trong tế bào bị thất thoát vào dung dịch thẩm thấu. 2.3.2 Sự truyền khối trong tách nước thẩm thấu Tách nước thẩm thấu dùng cho các sản phẩm giàu nước được ngâm trong dung dịch nồng độ cao, tạo nên ba loại truyền khối có hướng ngược nhau: - Một dòng nước từ sản phẩm ra dung môi (quan trọng) - Quá trình truyền chất tan từ dung môi vào sản phẩm - Sự khuếch tán ra ngoài một lượng chất tan của chính sản phẩm (đường, acid hữu cơ, muối khoáng, vitamin…) một lượng không đáng kể so với hai quá trình truyền đầu, nhưng liên quan thiết yếu đến thành phần của sản phẩm cuối cùng. 2.3.3 Cơ chế cơ bản của quá trình loại nước và thấm chất tan Cơ chế thẩm thấu là sự khuếch tán nước diễn ra qua lớp màng bán thấm của mô rau quả do sự khác biệt trong áp suất thẩm thấu. Ở tế bào thực vật, các lớp màng của tế bào chất là những lớp màng gây nên hiện tượng thẩm thấu trong tế bào. Tốc độ của nước xâm nhập hoặc thoát ra khỏi tế bào phụ thuộc vào tính thẩm thấu khác nhau của màng tế bào chất. Tính chất màng tế bào có thể thay đổi do ứng suất thẩm thấu.Trạng thái của màng tế bào có thể thay đổi từ khả năng thấm một phần sang thấm toàn bộ, dẫn đến những thay đổi quan trọng trong cấu trúc mô. Theo Rastogi và cộng sự (2002), quá trình thẩm thấu tách nước diễn ra bên trong thực phẩm gồm 3 giai đoạn: đầu tiên tốc độ truyền khối diễn ra mạnh, tương ứng với lượng nước thoát ra từ tế bào bề mặt, những tế bào tiếp xúc với dung dịch thẩm thấu. Giai đoạn 2, bắt đầu có sự di chuyển nước ở những tế bào tiếp theo – những tế bào kế bên tế bào bề mặt, với vận tốc nhỏ hơn so với giai đoạn đầu. Và suốt giai đoạn cuối, quá trình truyền khối diễn ra ở những tế bào trong cùng nhưng tốc độ truyền khối thấp hơn so với 2 giai đoạn trên. Trước tiên, nước khuếch tán từ lớp ngoài cùng của mẫu vào môi trường thẩm thấu, do đó tăng áp suất thẩm thấu tại bề mặt. Khi áp suất thẩm thấu tiến đến một giá trị tới hạn, màng tế bào vỡ và co rút, vì vậy tốc độ truyền khối tăng mạnh.Việc ngâm tế bào vào dung dịch ưu trương làm nước từ không bào thoát ra ngoài, làm mất sự tiếp xúc giữa màng tế bào và thành tế bào. Sự tách nước của tế bào nguyên sinh là nguyên nhân của việc giảm thể tích và kết quả là gây ra hiện tượng co nguyên sinh.