TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về cây thanh long
Thanh long có tên khoa học là Hylocereus undutalus thuộc họ xương rồng
Cactaceau Nhiều người cho rằng, cây thanh long có nguồn gốc từ Nam Mỹ, ở các vùng sa mạc từ Mehico đến Colombia
Thanh long, hay còn gọi là dragon fruit, cactus apple, pitaya, thuộc loài Hylocereus undatus Brittet Rose, được trồng ở Việt Nam hơn 100 năm qua Loài cây này được người Pháp mang đến và phát triển trên vùng đất cát khô hạn, ít mưa của duyên hải Nam Trung Bộ Diện tích trồng thanh long chủ yếu tập trung ở Long An, Tiền Giang và Bình Thuận, nhưng chỉ bắt đầu trở thành hàng hóa từ thập niên 1980 Hiện tại, Việt Nam là quốc gia duy nhất ở Đông Nam Á sản xuất thanh long ở quy mô thương mại.
Hiện nay, Việt Nam chủ yếu xuất khẩu thanh long dưới dạng quả tươi do thiếu công nghệ chế biến sản phẩm từ trái này Thị trường Nhật Bản rất ưa chuộng thanh long, nhưng do quy định kiểm dịch thực vật nghiêm ngặt, trong những năm gần đây, họ chỉ nhập khẩu thanh long ở dạng lạnh Đồng thời, các quốc gia có nền nông nghiệp phát triển như Thái Lan, Đài Loan và Trung Quốc cũng đang bắt đầu nghiên cứu về cây trồng này.
Cây thanh long, thuộc họ xương rồng và có nguồn gốc nhiệt đới, nổi bật với khả năng chịu hạn hán tốt Loài cây này có thể sống khỏe mạnh trong điều kiện nhiệt độ từ 38°C đến 40°C, rất phù hợp để trồng ở những khu vực có cường độ ánh sáng mạnh.
Cây thanh long có chiều dài nhánh từ 6m đến 12m và tuổi thọ từ 15 đến 20 năm Hoa thanh long nở từ tháng 3 đến tháng 11, có kích thước lớn với hình ống dài 25-30 cm, nở vào buổi chiều và ban đêm, sau đó héo vào ban ngày Các bộ phận bên ngoài của hoa có màu vàng và cong ra ngoài, trong khi nhụy và đầu nhụy có màu trắng sữa Quả thanh long có vỏ xanh với các vảy, khi chín chuyển sang màu tím đỏ và có bề mặt nhẵn bóng Thịt quả có màu trắng trong, chứa nhiều hạt đen nhỏ như hạt vừng, mềm và có thể ăn cả thịt và hạt.
Quả thanh long gồm có 3 loại:
Thanh long vỏ đỏ ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) có đặc điểm nổi bật với màu sắc vỏ đỏ giống như rượu vang Ruột trái có màu đỏ tươi, điểm xuyết bởi các hạt màu đen, mang đến vị ngọt dịu dễ chịu Độ dày trung bình của vỏ trái dao động từ 3.5 đến 5 mm.
Thanh long vỏ đỏ ruột trắng (Hylocereus undatus): ruột có màu trắng nhƣng tai trái có màu xanh đến đỏ Mùi vị thơm diu, ngọt thanh
Thanh long vỏ vàng ruột trắng (Hylocereus megalanthus): giống thanh long này có kích thước trung bình, thịt màu trắng ngà, hạt nhiều và to, mùi thơm dịu
Trong số đó, Hylocereus undatus (vỏ đỏ, ruột màu trắng) đã đƣợc trồng rộng rãi
(6000 ha tại Việt Nam và 2000 ha ở miền nam Mexico), trong khi những loài khác nhƣ
Hylocereus Polyrhizus (vỏ đỏ, ruột đỏ tím) và H costaricensis (vỏ đỏ, ruột đỏ) được trồng trên quy mô nhỏ hơn, theo nghiên cứu của Barbeau (1990), Feng-Ru và Chung-Ruey (1997a), Mizrahi và Nerd (1999), cùng Ortiz (1999).
1.1.4 Tình hình sản xuất thanh long
Theo Cục trồng trọt, Bộ NN&PTNT, diện tích thanh long cả nước hiện đạt hơn 42.010 ha, trong đó 30.220 ha cho thu hoạch, với sản lượng ước đạt 707.566 tấn/năm Bình Thuận là tỉnh sản xuất thanh long lớn nhất, với diện tích trên 26.000 ha, trong khi quy hoạch phát triển thanh long đến năm 2015 chỉ phê duyệt 15.000 ha Hiện tại, khoảng 21.000 ha trong số 26.000 ha đang cho trái.
7 là thanh long mới trồng Điều đó cho thấy cây thanh long Bình Thuận đang phát triển
Chủ tịch Uỷ ban nhân dân huyện Hàm Thuận Bắc Nguyễn Thanh Đạt cho biết:
Mặc dù địa phương đã cảnh báo về nhiều nguy cơ, nông dân tại huyện Hàm Thuận Bắc vẫn ồ ạt trồng thanh long, với gần 200 ha được trồng mới trong vài tháng đầu năm, thậm chí ngay trên đất lúa Ông Nguyễn Thanh Đạt cho biết, lý do chính là do giá thanh long cao, mang lại lợi nhuận gấp nhiều lần so với trồng lúa, nên dù có khuyến cáo và xử phạt, người dân vẫn tiếp tục trồng.
Huyện Hàm Thuận Nam, được mệnh danh là "thủ đô thanh long Việt Nam", đang phát triển mạnh mẽ với diện tích trồng thanh long lên tới hơn 11.000 ha Trưởng phòng Nông nghiệp huyện, Nguyễn Văn Phúc, cho biết từ đầu năm đến nay, huyện đã trồng mới hơn 350 ha thanh long, con số cao nhất trong tỉnh Mỗi ha thanh long cho sản lượng từ 26-30 tấn/năm, và nếu áp dụng phương pháp thắp điện để ra trái mùa, sản lượng có thể tăng cao hơn nữa.
Bình Thuận sản xuất hơn 500.000 tấn thanh long mỗi năm, trong đó khoảng 75% được xuất khẩu sang Trung Quốc qua đường tiểu ngạch Các doanh nghiệp vận chuyển thanh long đến chợ biên giới Pò Chài (Quảng Tây, Trung Quốc) để bán tự do mà không cần hợp đồng mua bán chính thức.
Từ giữa tháng 4 đến nay, giá thanh long đã giảm mạnh, từ 15.000 đồng/kg loại ruột trắng xuống còn 3.000 đồng/kg, thậm chí tại Long An có lúc chỉ còn 1.000 đồng/kg Thông thường, giá thanh long ruột đỏ cao gấp 3 đến 5 lần thanh long ruột trắng do khó trồng và năng suất thấp, nhưng hiện tại giá của hai loại này đã ngang bằng nhau, gây thiệt hại lớn cho người trồng thanh long.
Sản lượng thanh long hiện nay rất cao, nhưng diện tích tiêu thụ lại hạn chế, dẫn đến tình trạng giá giảm và nhiều trái cây trở thành phế phẩm Nếu không tìm ra giải pháp mới cho việc tiêu thụ thanh long, chúng ta sẽ lãng phí một loại trái cây giàu dinh dưỡng này.
1.1.5 Cấu tạo tế bào của thanh long
Cấu trúc tế bào của cây một lá mầm và hai lá mầm tương tự nhau, bao gồm chuỗi polysaccharides phức tạp với cellulose và các polysaccharides không cellulose như hemicellulose và pectin Thành tế bào thực vật có sự đa dạng về hình dáng và thành phần, bao gồm các polysaccharides không cellulose, liên kết chéo polysaccharide, protein, hợp chất phenolic và lignin Thành tế bào được chia thành ba lớp: phiến lớp giữa, thành tế bào nguyên sinh và thành tế bào thứ phát Cây có hoa có hai loại thành tế bào: loại I trong cây hai lá mầm như thanh long, và loại II trong cây một lá mầm như cỏ và cây gừng, với cấu trúc chủ yếu là cellulose bao bọc trong glucuronoarabinoxylans và có mức độ pectin và protein cấu trúc rất thấp.
Trong quá trình phân chia tế bào của cây hai lá, các phiến trung gian được hình thành đầu tiên, chủ yếu bao gồm pectic và protein để liên kết các tế bào Khi tế bào mở rộng, thành tế bào chính được xây dựng với các thành tế bào loại I, chủ yếu gồm cellulose và hai nhóm polysaccharides là pectin và glycans liên kết chéo như xyloglucan Các polysaccharide này tạo thành một mạng lưới với các sợi cellulose nhỏ, trong khi số lượng thấp các este phenol, khoáng chất và enzyme có thể có trong thành tế bào gốc.
Các glycans liên kết chéo làm tăng độ bền kéo của tế bào, trong khi mạng lưới đồng trục pectin giúp tăng khả năng chống lại sự nén vào thành tế bào (Buggenhout et al, 2009; Cosgrove, 2003).
2005, Harris và Smith, 2006) Tuy nhiên, apoplast thường nằm giữa thành tế bào nguyên sinh và lớp mỏng giữa (Buggenhout et al., 2009)
Giới thiệu về pectin
Pectin là hợp chất tự nhiên chủ yếu có trong màng tế bào của thực vật bậc cao, đặc biệt tập trung ở các bộ phận như quả, củ và than Trong cấu trúc màng tế bào, pectin tập trung nhiều nhất ở phiến giữa và vách tế bào sơ cấp.
Pectin là một nhóm hợp chất bao gồm protopectin, acid pectinic và acid pectic Protopectin, thường có trong quả xanh, là dạng pectin tự nhiên với mức độ methyl hóa cao và không tan trong nước Acid pectinic có mức độ methyl hóa trung bình, tan trong nước và có khả năng tạo gel, nhũ và ổn định Trong khi đó, acid pectic có mức độ methyl hóa rất thấp và dễ tan hơn.
Người ta rất hay lẫn lộn giữa pectin và acid pectinic nên thật ra trong thực tế
―pectin‖ là tên gọi chung của cả 2 chất này
Pectin được đặc trưng bởi chỉ số methoxyl (MI) và chỉ số ester hóa Chỉ số methoxyl thể hiện tỷ lệ methyl hóa, tức là phần trăm khối lượng của nhóm methyl (-OCH3) so với tổng khối lượng của pectin.
Complete methylation corresponds to a methoxyl index of 16.3% Pectins extracted from plants typically have a methoxyl index ranging from 10% to 12% The degree of esterification (DE) indicates the level of esterification of pectin, representing the percentage of esterified galacturonic acid residues relative to the total number of galacturonic acid residues in the molecule.
Pectin có cấu trúc phức tạp, dạng mạch thẳng, mỗi phân tử chứa từ vài trăm đến
1000 đơn vị, có phân tử lƣợng trung bình khoảng 50000—150000 ĐvC
Pectin thương phẩm không có khối lượng phân tử xác định mà phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, phương pháp trích ly và loại sản phẩm
Pectin là một polysaccharide có thành phần chính là acid D-galacturonic, bên cạnh đó còn chứa một số đường trung tính như rhamnose, galactose, arabinose và một số loại đường khác với hàm lượng thấp hơn.
Các nhóm carboxyl (-COOH) có thể tồn tại tự do hoặc ở dạng liên kết ester với methanol, acid acetic, acid phenolic hoặc ở dạng muối của Na+,K+,NH4+,
Hình 1.3 Cấu trúc phân tử D- glacturonic Ở pectin amid hóa, một phần các gốc carboxyl trong phân tử pectin bị amid hóa tạo thành các nhóm amid (-CO=NH2)
Ngoài ra pectin cũng có thể chứa các gốc acetyl
Hình 1.4 Các nhóm chức của pectin
1.2.3 Độ nhớt của dung dịch pectin
So với các gum thực vật và các chất tạo đặc khác, dung dịch pectin có độ nhớt tương đối thấp
Ion Ca2+ và các ion đa hóa trị khác có tác dụng làm tăng độ nhớt của dung dịch pectin, do đó độ nhớt này phụ thuộc vào độ cứng của nước Ngoài ra, pH cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của dung dịch pectin; cụ thể, trong dung dịch không chứa Ca2+, độ nhớt sẽ giảm khi pH tăng từ dưới 3.5 lên trên 3.5.
Giới thiệu về phương pháp lạnh đông - vi sóng
Lạnh đông là phương pháp bảo quản thực phẩm hiệu quả bằng cách hạ nhiệt độ sản phẩm xuống dưới mức mà nước trong thực phẩm bắt đầu kết tinh Quá trình này giúp ngăn chặn các phản ứng tiêu cực ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, đồng thời ức chế hoạt động của hầu hết vi sinh vật Nhờ vậy, chất lượng thực phẩm được duy trì ổn định, kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm.
17 phẩm (shelf-life) là một hàm số của nhiệt độ lạnh đông: nhiệt độ càng thấp thời hạn sử dụng càng dài
Đông lạnh là phương pháp bảo quản thực phẩm hiệu quả, sử dụng nhiệt độ thấp để chuyển đổi nước thành băng, giúp cố định cấu trúc mô và ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật Tuy nhiên, quá trình này có thể gây ra sự thay đổi về kết cấu thực phẩm, làm mềm sản phẩm Chất lượng của thực phẩm đông lạnh và tan giá phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó tốc độ đóng băng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến kết cấu cuối cùng Kích thước và vị trí của các tinh thể băng hình thành trong quá trình đông lạnh có thể làm hỏng màng tế bào và cấu trúc vật lý của thực phẩm Sự kết tinh của băng diễn ra qua hai bước: hình thành hạt nhân và phát triển kích thước tinh thể, với kích thước tinh thể cuối cùng phụ thuộc vào tốc độ tăng trưởng và nhiệt độ cuối cùng.
Sự đóng băng chậm (SF) dẫn đến sự hình thành các tinh thể băng lớn ngoài tế bào, gây hại cho cấu trúc tế bào và ảnh hưởng đến quá trình làm tan, cũng như tính chất cảm quan và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm Ngược lại, tỷ lệ đóng băng cao (HF) tạo ra các tinh thể nhỏ phân bố đều trong mô Do đó, tỷ lệ đóng băng thấp có thể được sử dụng trong nghiên cứu để tăng thiệt hại cho màng tế bào, giúp phá vỡ cấu trúc tế bào và thu được nhiều dịch và dinh dưỡng hơn.
1.3.1.2 Quá trình làm lạnh đông với rau quả
Các sản phẩm thực phẩm chứa đựng trong nó các mô sinh học Đó là cách dùng dịch bao gồm nhiều chất hoà tan trong nước
Quá trình đông lạnh là quá trình hạ nhiệt độ sản phẩm xuống dưới điểm đóng băng của dịch bào, dẫn đến việc hình thành các tinh thể băng trong mô tế bào Khi nhiệt độ tiếp tục giảm, số lượng tinh thể băng tăng lên, làm cho nồng độ dung dịch trong thực phẩm trở nên cô đặc hơn.
Phần lớn nước trong rau quả và thực phẩm chứa từ 70% đến 90% sẽ chuyển thành băng ở nhiệt độ từ -9 đến -12 độ C Tuy nhiên, ngay cả ở -40 độ C, vẫn còn một lượng nhỏ nước chưa đóng băng Trong quá trình đông lạnh thực phẩm, nồng độ phân tử gam của dịch tế bào là yếu tố quyết định đến sự đóng băng, vì mỗi phân tử chất dịch bào liên kết với một số phân tử nước nhất định Để đóng băng những phân tử nước này, cần phải hạ nhiệt độ xuống 1,84 độ C, theo định luật Raoult, được biểu diễn bằng công thức Ät = 1.84n.
Nồng độ phân tử gam (n) có ảnh hưởng trực tiếp đến độ hạ băng điểm (Ät), tỷ lệ thuận với nồng độ chất hòa tan trong dịch bào Trong kỹ thuật lạnh đông thực phẩm, việc tăng nồng độ phân tử dịch bào của sản phẩm là rất quan trọng để hạ băng điểm, giúp đạt được nhiệt độ đông lạnh thấp hơn Điều này tạo điều kiện cho sản phẩm đóng băng với các tinh thể đá lớn, dẫn đến việc phá vỡ cấu trúc tế bào và tăng khả năng trích ly dịch.
Do sự khác biệt về thành phần và nồng độ chất hòa tan trong các thực phẩm, cũng như hàm lượng nước, nên điểm kết tinh ban đầu và thời gian kết tinh của nước trong thực phẩm có sự khác nhau Để phát triển một công nghệ lạnh đông hiệu quả cho sản phẩm, cần xác định ba thông số cơ bản của quá trình lạnh đông: nhiệt độ kết tinh ban đầu và tỷ lệ nước kết tinh hoặc không kết tinh.
19 o Thời gian xử lý lạnh đông để có nhiệt độ trong lòng sản phẩm nhƣ mong muốn
1.3.1.3 Các thay đổi chủ yếu về thành phần dinh dƣỡng trong lạnh đông
Quá trình chế biến ở nhiệt độ thấp giúp bảo quản chất lượng và giá trị chức năng của các sản phẩm lạnh đông, đặc biệt là vitamin C, vốn nhạy cảm với nhiệt độ, oxy và ánh sáng Việc giữ lại hàm lượng vitamin C cao cũng đồng nghĩa với việc bảo quản tốt các chất dinh dưỡng khác Các loại trái cây nhiệt đới như dứa, anh đào, ổi, đu đủ và xoài chứa hàm lượng vitamin C và phosphor đáng kể, trong khi hàm lượng canxi không bị ảnh hưởng nhiều bởi quá trình sấy khô Sấy đông khô trái cây nhiệt đới có thể gia tăng tiêu thụ nhờ giá trị dinh dưỡng cao Lạnh đông cũng không làm giảm đáng kể hàm lượng vitamin C trong các loại trái cây như quả mọng, xoài, đu đủ, dưa vàng và dưa hấu Tuy nhiên, nồng độ β-caroten trong xoài và dưa hấu có thể giảm từ 26% đến 43% Cà rốt không bị mất vitamin C khi lạnh đông, mặc dù có sự giảm nhẹ của α và β-carotenes Nhìn chung, lạnh đông bảo quản vitamin C hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống, như ớt khô có thể chứa vitamin C cao gấp 2 đến 4 lần so với sấy bằng không khí nóng.
1.3.1.4 Quá trình tạo tinh thể đá Điểm lạnh đông (freezing point) là nhiệt độ mà tại đó, các tinh thể đá đƣợc hình thành và cân bằng với môi trường xung quanh Tuy nhiên, trước quá trình này, các mầm của tinh thể đá phải đƣợc tạo thành Có 2 loại mầm tinh thể là mầm đồng thể (homogenous nucleic) và mầm dị thể (heterogeneous nucleic) Mầm đồng thể đƣợc hình thành do sự sắp xếp có định hướng của các cấu tử nước và được bao quanh bởi môi trường nước Mầm dị thể được tạo thành khi xung quanh mầm không phải là những cấu
Quá trình tạo mầm tinh thể trong thực phẩm chủ yếu diễn ra trên thành tế bào và thường là mầm dị thể Giai đoạn "quá lạnh" là thời điểm quan trọng để hình thành các mầm này, và thời gian của giai đoạn này phụ thuộc vào loại nguyên liệu cũng như tốc độ làm lạnh.
Tốc độ lạnh đông nhanh sẽ tạo ra nhiều mầm tinh thể hơn, dẫn đến số lượng tinh thể tăng và kích thước của chúng trở nên nhỏ hơn Tuy nhiên, kích thước của tinh thể đá còn phụ thuộc vào loại thực phẩm và các quá trình xử lý trước khi đông lạnh, ngay cả khi tốc độ làm lạnh là như nhau.
Tốc độ làm lạnh trong quá trình đông lạnh ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển kích thước của các tinh thể đá Thời gian cần thiết để hoàn thành giai đoạn tiêu chuẩn sẽ quyết định số lượng và kích thước của các tinh thể hình thành Ở giai đoạn cuối, tốc độ chuyển khối của nước và các chất hòa tan sẽ tác động đến sự gia tăng kích thước tinh thể, do nồng độ của các chất hòa tan trong nước tăng lên.
1.3.1.5 Cơ chế đóng băng thực phẩm
Nước trong thực phẩm do có hoà tan các chất tan nên nhiệt độ đóng băng thấp hơn 0⁰C
Khi hạ nhiệt độ thực phẩm xuống thấp các dạng nước trong thực phẩm đóng băng dần dần tùy mức độ liên kết của chúng với tế bào
Khi hạ nhiệt độ xuống mức đông lạnh, tinh thể đá đầu tiên xuất hiện ở gian bào, dẫn đến tăng áp suất thẩm thấu và khiến nước trong tế bào có xu hướng ra ngoài Nếu quá trình làm lạnh diễn ra chậm, nước trong tế bào sẽ làm cho các tinh thể hiện có lớn lên mà không hình thành tinh thể mới.
Nếu tốc độ làm lạnh nhanh thì tinh thể sẽ tạo ra cả ở bên ngoài lẫn bên trong tế bào, tinh thể đá sẽ nhuyễn và đều
Nếu quá trình hạ nhiệt diễn ra chậm, tế bào sẽ bị mất nước, dẫn đến việc hình thành các tinh thể đá lớn Những tinh thể này có thể chèn ép và làm rách màng tế bào, gây biến dạng cấu trúc mô cơ và giảm chất lượng sản phẩm.
Khi nước tự do đã đóng băng hết thì đến nước liên kết, bắt đầu từ nước có liên kết yếu đến nước có liên kết mạnh
1.3.1.6 Các phương pháp lạnh đông
1.3.1.6.1 Phương pháp lạnh đông chậm
Phương pháp lạnh đông chậm được sử dụng để bảo quản một số loại rau quả, giúp dự trữ nguyên liệu cho chế biến nước rau quả và cô đặc nước quả Phương pháp này có tác dụng tích cực, vì nó phá hủy cấu trúc tế bào và hệ keo, từ đó tăng năng suất và hiệu suất ép Đặc biệt, khi áp dụng lạnh đông chậm cho quả nho và quả táo ở nhiệt độ từ -9 oC đến -18 oC, hiệu suất ép nước có thể tăng đến 150% so với việc ép quả tươi.
1.3.1.6.2 Phương pháp lạnh đông nhanh
Giới thiệu phương pháp xử lý enzyme pectinase
Enzym pectinase là enzym thủy phân pectin, tạo ra các sản phẩm như axit galacturonic, galactose, arabinose và methanol Đây là nhóm enzyme được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp, chỉ sau amylase và protease Pectinase lần đầu tiên được phát hiện trong các dịch của trái cây như cà rốt, cà chua và đại mạch.
Enzyme pectinase không chỉ có mặt ở thực vật bậc cao mà còn được phát hiện ở nhiều loại vi sinh vật trong tự nhiên Loại enzyme này không đơn giản chỉ có một dạng mà còn tồn tại nhiều loại khác nhau, mỗi loại xúc tác cho các phản ứng riêng biệt với độ đặc hiệu cao Tuy nhiên, ở thực vật bậc cao, enzyme pectinase chủ yếu được tìm thấy dưới dạng pectinstease.
Các enzyme đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản trái cây và rau quả, đồng thời được ứng dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm, đặc biệt là trong quá trình làm trong nước quả.
Dựa vào tính đặc hiệu, cơ chế tác dụng, kiểu phản ứng và pH tối ưu, enzyme pectinase được phân loại thành hai nhóm theo nghiên cứu của Koller và Neukom (1966) cũng như Nguyễn Trọng Cẩn và cộng sự (1997).
Nhóm 1: Có sự tham gia của nước
Pectin esterase (PE), also known as pectin methyl esterase (PME), is an enzyme that catalyzes the hydrolysis of ester bonds in pectin or pectic acid molecules When the methoxyl groups are completely removed from the substrate, the resulting products are methanol and polygalacturonic acids.
Enzyme polygalacturonase (PG) có khả năng phân cắt liên kết glucozit-1,4 trong mạch pectin, dẫn đến sự hình thành axit galacturonic Theo nghiên cứu của H Deuel và E Stulz vào năm 1958, polygalacturonase được chia thành hai nhóm nhỏ dựa trên tính đặc hiệu và cơ chế tác động lên cơ chất, với mỗi nhóm lại có hai kiểu khác nhau.
- Polymethylgalacturonase (PMG): tác dụng lên axit Polymethylgalacturonic đã đƣợc methyl hóa (tức là pectin) PMG đƣợc phân thành 2 kiểu:
PG cắt nội mạch: Endo PG (kiểu 1), xúc tác sự thủy phân các liên kết glucozit nội mạch ở các phân tử axit polygalacturonase đƣợc este hóa ở mức độ cao
PG cắt ngoại mạch (Exo PG kiểu 3) là enzyme xúc tác quá trình thủy phân các liên kết glucozit tại đầu mạch, giúp tách từng gốc axit galacturonic ra khỏi phân tử pectin, bắt đầu từ đường không khử.
Polygalacturonase (PG) enzymes primarily act on pectic acid (non-esterified polygalacturonic acids) and pectinic acid (low-esterified polygalacturonic acids) These enzymes are categorized into two types based on the location of the glycosidic bond cleavage.
PG cắt nội mạch (Endo PG) loại 2 xúc tác quá trình thủy phân các liên kết glucosid giữa các phân tử axit pectic hoặc axit pectinic, đặc biệt tác động vào vị trí liên kết ở đầu nhóm carboxyl tự do.
PG cắt ngoại mạch: Exo PG (kiểu 4), xúc tác sự thủy phân các liên kết glucozit ở đầu mạch của phân tử axit pectic hoặc axit pectinic
Nhóm 2: không có sự tham gia của nước Tên gọi chung là trans – seliminase (TE)
Pectin – traneliminase (PTE): Enzyme này đƣợc chia làm 2 loại:
Polygalacturonate –transeliminase (PGTE): Enzyme này đƣợc chia làm 2 loại
Các loại enzyme thường sử dụng trong thực phẩm là:
Polygalacturonase: Enzyme thủy phân liên kết α-1,4 - glycoside
Pectinmethylesterase: Enzyme thủy phân liên kết ester giữa axit galacturonic và nhóm methyl
Pectate lyase (PL): Enzyme cắt liên kết α-1,4 - glycoside nhƣng không có sự tham gia của nước
1.4.3 Cơ chế tác động của enzyme pectinase
Tế bào thực vật được cấu tạo từ vỏ tế bào chứa chủ yếu pectin, xyloglucan và cellulose, trong đó pectin đóng vai trò như chất kết dính các tế bào Thành tế bào không chỉ bảo vệ mà còn định hình cho tế bào Chúng tôi đã sử dụng phương pháp xử lý enzyme pectinase, bắt đầu bằng việc xay nhuyễn nguyên liệu để cắt nhỏ các tế bào và thành tế bào Sau đó, pH được điều chỉnh về 4.5 nhằm tạo môi trường thuận lợi cho enzyme pectinase hoạt động hiệu quả.
Enzyme pectinase hoạt động bằng cách phá vỡ thành tế bào đã được cắt nhỏ, sử dụng pectin làm cơ chất, qua đó thủy phân pectin và phá vỡ sự gắn kết giữa các tế bào Điều này tạo điều kiện cho các chất tan và dịch bên trong tế bào thoát ra ngoài Ngoài pectinase, chế phẩm enzyme còn chứa một số enzyme nhóm cellulose, giúp phá hủy cellulose và làm suy yếu thành tế bào, từ đó cải thiện quá trình thu hồi dịch.
1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme
Nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của enzyme pectinase là từ 40 đến 50 độ C, với hiệu suất cao nhất ở 45 độ C Khi nhiệt độ quá cao, phản ứng thủy phân diễn ra nhanh hơn, nhưng enzyme có thể bị vô hoạt hoặc thay đổi tính chất, dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực đến mùi vị và chất lượng của dịch quả.
Độ pH ảnh hưởng đến enzym bằng cách thay đổi cấu trúc, độ ion hóa của các chất, cũng như tính chất của amino acid và coenzyme xúc tác của pectinase Enzyme pectinase hoạt động hiệu quả nhất ở pH 4.5, trong khi ở các mức pH khác, lượng dịch thu được sẽ giảm.
Nồng độ enzyme ảnh hưởng đến lượng dịch quả thu được, với sự khác biệt rõ rệt giữa các mức nồng độ enzyme Lượng dịch quả đạt cao nhất khi sử dụng mức nồng độ enzyme tối ưu.
32 dao động trong khoảng từ 0.15% - 0.2% Lượng dịch quả có xu hướng giảm dần khi nồng độ enzyme cao hơn hoặc thấp hơn
- Thời gian thủy phân: Cần có một khoảng thời gian tối thiểu để enzyme hoạt động, tạo ra lƣợng dịch quả nhiều nhất
Chất ức chế hoặc kích hoạt enzyme là những hợp chất quan trọng trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như thuốc trừ sâu Một số chất có khả năng ức chế hoạt động của enzyme, trong khi những chất khác có thể liên kết với enzyme để tăng cường hoạt tính của chúng.
1.4.5 Ứng dụng của enzyme pectinase lên dịch quả
Các nghiên cứu trong và ngoài nước
1.5.1 Phương pháp xử lý enzyme pectinase
Nguyễn Văn Quý (2011) đã thực hiện nghiên cứu về ứng dụng enzyme pectinase trong việc chiết tách dịch quả nhàu và thử nghiệm sản xuất nước giải khát từ loại quả này Kết quả cho thấy điều kiện tối ưu để trích ly dịch quả nhàu là xử lý enzyme pectinase ở nhiệt độ 45 độ C trong 3 giờ với nồng độ 0.225%.
Năm 2006, thanh long có hàm lượng nước đạt 86,12%, độ Brix 11,2% và vitamin C 4,2 mg/100g, rất thích hợp cho việc chế biến nước thanh long lên men Việc xử lý enzyme Pectinex Ultra SP-L với nồng độ 800 ppm trong 30 phút cho hiệu suất thu hồi dịch thanh long cao.
Nghiên cứu của Nguyễn Nhật Minh Phương và cộng sự đã chỉ ra rằng enzyme pectinase có tác động tích cực đến khả năng trích ly dịch quả, với pH tối ưu là 4.5 và nhiệt độ 40°C Khi bổ sung 0.15% enzyme pectinase vào dịch quả và thực hiện thủy phân trong 20 phút, lượng dịch quả thu hồi đạt cao nhất là 75ml/100g Ngoài ra, theo Lê Văn Việt Mẫn, trong nghiên cứu về công nghệ sản xuất nước táo đóng hộp, chế phẩm enzyme pectinase Ultra SPL hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ 40 – 50°C, thời gian 1 giờ với nồng độ 0.1% w/w, trong khi nhiệt độ bất hoạt enzyme là 90°C.
Theo nghiên cứu của Mạch Thị Khiêm Tín (2006), thanh long chứa 86.12% nước, độ brix đạt 11.2% và vitamin C 4.2 mg/100g, rất thích hợp cho việc chế biến nước thanh long lên men Việc xử lý enzyme pectinex Ultra SP – L với nồng độ 800 ppm trong 30 phút mang lại hiệu suất thu hồi dịch thanh long cao.
Các nghiên cứu quốc tế chủ yếu tập trung vào đặc tính và thành phần dinh dưỡng của nguyên liệu, cũng như thời gian bảo quản tươi của thanh long Tuy nhiên, vẫn còn thiếu sự chú trọng vào việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ thực phẩm từ nguyên liệu này.
Năm 2013, đề tài: ―Behavior of Salmonnella spp and natural microbiota on fresh
The impact of Salmonella spp and other natural microorganisms on fresh dragon fruits is influenced by various storage temperatures after cutting Proper handling and storage conditions are crucial to minimize microbial contamination and ensure the fruit's safety and quality Understanding the effects of temperature on the growth of these microorganisms can help in developing effective preservation methods for cut dragon fruits.
Nghiên cứu của nhóm tác giả Ying Wang, Wen – Cai Ye và Jing Zhao trên tờ International Journal of Food Microbiology đã chỉ ra rằng, để đảm bảo sự an toàn và kéo dài thời gian sử dụng của thanh long tươi cắt, nhiệt độ lưu trữ lý tưởng là 4 oC Nghiên cứu cũng xác định sự tồn tại và phát triển của Salmonella trong các điều kiện môi trường khác nhau như nồng độ axit và nhiệt độ, cũng như sự hiện diện của các vi sinh vật tự nhiên trên thanh long tươi.
Năm 2004, nghiên cứu của nhóm tác giả Li-chen Wu, Hsiu-Wen Hsu, Yun-Chen Chen, Chih-Chung Chiu, Yu-In Lin và Ja-an Annie Ho tại Cục Ứng dụng Hóa học, Chi-Nan, Đại học Quốc gia Đài Loan đã chỉ ra rằng các sản phẩm phụ từ quá trình sản xuất nước thanh long ruột đỏ, như hạt và vỏ, là nguồn cung cấp phong phú các chất chống oxy hóa và chất chống khối u ác tính.
1.5.2 Phương pháp lạnh đông – vi sóng
Trong ngành chế biến rau quả Việt Nam, việc ứng dụng phương pháp lạnh đông – vi sóng nhằm bảo quản và trích ly dịch để nâng cao chất lượng dinh dưỡng ngày càng được chú trọng Đặc biệt, nghiên cứu gần đây của nhóm tác giả Trần Anh Khoa từ Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM đã áp dụng phương pháp này để thu hồi capsaicin từ quả ớt Nhóm đã thực hiện trích ly bằng nhiều phương pháp, bao gồm Soxhlet, ngâm với dung môi, hỗ trợ siêu âm (UAE), hỗ trợ vi sóng (MAE) và sử dụng CO2 siêu tới hạn (SFE) Kết quả cho thấy dầu ớt chủ yếu chứa acid béo không no (chiếm 77.4%), với acid oleic và acid linoleic là chính Phương pháp trích ly với sự hỗ trợ vi sóng đạt hiệu suất cao, thu được 0,5358g dầu và 2,9534mg capsaicin trên mỗi gram nguyên liệu, sử dụng công suất 40w trong 5 phút.
Năm 2012, XiangYuan Deng và cộng sự tại Trường Khoa học Sinh học và Kỹ thuật Hóa học, Đại học Khoa học và Công nghệ Giang Tô, đã tối ưu hóa quá trình trích ly capsaicinoid bằng siêu âm, xác định tỉ lệ dung môi/nguyên liệu thích hợp là 10 mg/g Ngoài ra, phương pháp trích ly capsaicinoid hỗ trợ bởi vi sóng cũng được áp dụng, với nghiên cứu của Opal và cộng sự năm 2003 cho thấy tỉ lệ nguyên liệu 10 ml/g có thể trích được 95% capsaicinoid Các nghiên cứu hiện nay khẳng định rằng trích ly bằng vi sóng mang lại hiệu quả thu nhận nhanh hơn so với phương pháp truyền thống.
Các nhà khoa học Việt Nam không chỉ tập trung vào việc trích ly capsaicin từ quả ớt mà còn mở rộng nghiên cứu ứng dụng vi sóng trong thu hồi và trích ly nhiều loại rau quả khác Hiện tại, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc cải thiện hiệu quả của phương pháp lạnh đông – vi sóng nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm và nâng cao giá trị kinh tế.
Nghiên cứu của Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự vào năm 2015 đã khảo sát ảnh hưởng của công suất siêu âm, nhiệt độ và thời gian xử lý siêu âm đến hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch quả chuối Kết quả cho thấy, ở nhiệt độ 50°C và thời gian 90 giây, việc thu hồi dịch quả chuối đạt chất lượng tốt nhất.
Một nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra rằng việc thu hồi carbohydrat tổng từ cây cỏ ngọt đạt hiệu quả tối ưu khi tăng công suất từ 20W lên 100W ở nhiệt độ 60 độ C trong 40 phút, theo kết luận của Liu và các cộng sự.
Việc tách dịch quả kết hợp với công nghệ lạnh đông và vi sóng trong thời gian ngắn đang thu hút sự quan tâm đáng kể Do đó, nghiên cứu này sẽ tập trung sâu hơn vào vấn đề này.
