Đặt vấn đề Thanh trùng/tiệt trùng bằng nhiệt được sử dụng phổ biến trong công nghệ chế biến thực phẩm để bất hoạt VSV và enzyme làm giảm phẩm cấp sản phẩm. Tuy nhiên, phương pháp gia nhiệt thông thường (CH) sử dụng tác nhân gia nhiệt chủ yếu là hơi nước để cung cấp nhiệt cho thực phẩm bằng cơ chế đối lưu hoặc dẫn nhiệt có tốc độ truyền nhiệt chậm vì độ dẫn nhiệt của thực phẩm thấp. Do đó, để tại tâm khối thực phẩm đạt được nhiệt độ cần thiết đã gây ra sự quá nhiệt cho lớp ngoài, từ đó làm mất dinh dưỡng, giảm giá trị cảm quan và lãng phí năng lượng. Trong những năm gần đây, có nhiều kĩ thuật hiện đại được nghiên cứu và ứng dụng có khả năng bất hoạt VSV, enzyme hiệu quả hơn kĩ thuật thanh trùng/tiệt trùng bằng CH với chế độ nhiệt “ôn hòa” hơn [1].
Trong số những kĩ thuật tiên tiến đó, gia nhiệt Ohm (OH) là một kĩ thuật thanh trùng/tiệt trùng phù hợp cho thực phẩm dạng lỏng, đặc biệt là nước quả [2]. Cơ chế của kỹ thuật gia nhiệt này là một quá trình sinh nhiệt trực tiếp, bên trong khối thực phẩm khi có một dòng điện xoay chiều đi qua. Ưu điểm của kỹ thuật OH là gia nhiệt đồng đều, nhanh chóng [1], nên ít gây tổn hại đến những thành phần nhạy nhiệt [3],[4]. Do đó, chất lượng sản phẩm cao: ít biến đổi về cấu trúc, dinh dưỡng, cảm quan và tăng độ an toàn vi sinh [5].
Tác động của OH đến cấu trúc sinh học là tác động kép, kết hợp giữa nhiệt và điện. Do đó, giống như các phương pháp gia nhiệt khác, hàm lượng, thành phần các chất trong thực phẩm có thể bị biến đổi trong quá trình gia nhiệt. Trong OH, bên cạnh tác động nhiệt, các phản ứng điện hóa tiềm ẩn ở bề mặt tiếp xúc giữa các điện cực và thực phẩm cũng như những ảnh hưởng phi nhiệt của điện trường cũng có thể xảy ra, tùy thuộc vào điều kiện của quá trình. Giống như thanh trùng/tiệt trùng bằng CH, hiệu quả của quá trình thanh trùng/tiệt trùng bằng OH cần duy trì một nhiệt độ nhất định trong khoảng thời gian đủ dài để tiêu diệt VSV, enzyme.
Với kĩ thuật này, bên cạnh kiểm soát vi sinh, enzyme là điều kiện cần, còn phải theo dõi sự biến đổi các thành phần hóa học của sản phẩm để xác định được chế độ xử lý phù hợp. OH phụ thuộc vào một số các yếu tố chính như độ dẫn điện của thực phẩm, kích thước hạt huyền phù, tỷ lệ rắn lỏng, hàm lượng ion, cường độ điện trường áp dụng, tần số dòng điện. Mỗi loại thực phẩm khác nhau sẽ 1 có những biến đổi khác nhau về thành phần hóa lý hay vi sinh khi chịu tác động của OH. Nước ép bưởi, được biết đến như một loại nước ép có lợi cho sức khỏe, chứa hàm lượng cao các thành phần dinh dưỡng, các hợp chất có hoạt tính sinh học.
Tuy nhiên, đã có những vụ ngộ độc xảy ra do sử dụng nước ép trái cây mà tác nhân gây ngộ độc là E. coli và Salmonella. coli và Salmonella cần được kiểm soát trong sản phẩm nước ép trái cây. Để đảm bảo an toàn sinh học cho người tiêu dùng nước trái cây, cơ quan FDA đề xuất các nhà chế biến phải xử lý để đạt mức giảm tối thiểu 5 log đối với loại VSV gây bệnh có tính kháng cao nhất.
Bên cạnh nhóm VSV gây bệnh, nước ép trái cây họ có múi bị hư hỏng bởi VSV chịu acid. Trong đó, Lactobacillus và Leuconostoc là đối tượng gây hư hỏng chính. Nhóm vi khuẩn lactic này có khả năng kháng nhiệt và chịu được axít cao. Chúng không gây ngộ độc thực phẩm nhưng lại gây hư hỏng, khiến cho nước trái cây lên men và tạo ra hương bơ.
Ngoài VSV, PME cũng tác động xấu đến chất lượng nước quả họ có múi, làm thay đổi trạng thái, cấu trúc nước quả. Hiện vẫn chưa có tác giả nào nghiên cứu ảnh hưởng của kỹ thuật OH đến chất lượng nước ép bưởi. Do đó, để đảm bảo an toàn vi sinh nhưng vẫn duy trì được chất lượng nước ép bưởi chế biến, chúng tôi thực hiện luận án:” Ứng dụng kỹ thuật gia nhiệt Ohm để thanh trùng nước ép bưởi”.2 Mục tiêu Mục tiêu của luận án nhằm nghiên cứu và đánh giá khả năng ứng dụng kỹ thuật gia nhiệt Ohm để thanh trùng nước ép bưởi. Cụ thể là trong nghiên cứu này xác định được ảnh hưởng của tần số, cường độ điện trường và nhiệt độ trong OH đến VSV, enzyme và các hợp chất hóa học trong quá trình thanh trùng nước ép bưởi.
Đồng thời, xác định được các thông số động học bất hoạt VSV đặc trưng trong nước ép bưởi. Kết quả thu được trong nghiên cứu này nhằm cung cấp dữ liệu, làm tiền để triển khai ứng dụng.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng Đối tượng của nghiên cứu này là phương pháp OH được dùng để thanh trùng nước ép bưởi.2 Phạm vi nghiên cứu Để có thể triển khai ứng dụng, các nội dung sau được thực hiện như (1) xác định vấn đề, (2) xác định các yếu tố ảnh hưởng, (3) xác định mô hình, (4) thiết kế chế độ thanh trùng, (5) thực hiện thanh trùng, (6) đánh giá hiệu quả. Để hoàn thiện qui trình trên cần có yêu cầu đầu vào cụ thể như công suất, công thức nước ép…. Trong luận án này, ảnh hưởng của tần số, cường độ điện trường, nhiệt độ trong OH đến hiệu quả của quá trình thanh trùng nước ép bưởi được khảo sát và đánh giá ở qui mô phòng thí nghiệm với phạm vi sau: - Nguyên liệu bưởi được sử dụng là giống bưởi Năm Roi (Bình Minh, Vĩnh Long).
- Những tác nhân cần kiểm soát trong nước ép bưởi thanh trùng (pH<4,6) là vi sinh vật gây bệnh (E. Enteritidis), vi sinh vật gây hư hỏng (L. plantarum) và enzyme (PME) gây hư hỏng nước ép. - Xác định điều kiện gia nhiệt OH phù hợp để hạn chế được sự tổn thất các hợp chất hóa học có hoạt tính sinh học trong nước ép bưởi như axít ascorbic, axít citric, polyphenol tổng, narringin, limonin, hoạt tính chống oxy hóa.
- Xác định các thông số động học bất hoạt những vi sinh vật đích Kết quả thu được trong luận án này là dữ liệu đầu vào để tiến hành thiết kế điều kiện thanh trùng, thực hiện thanh trùng và đánh giá hiệu quả thanh trùng trong các bước triển khai nghiên cứu, ứng dụng tiếp theo.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.1 Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt Ohm để thanh trùng/tiệt trùng nước ép bưởi đã xác định được: Điện trường trong gia nhiệt Ohm có tác động gia tăng tỷ lệ bất hoạt S. Hiệu quả bất hoạt VSV và sự phân hủy các hợp chất hóa học đặc trưng trong nước ép bưởi thanh trùng Ohm chịu ảnh hưởng bởi tần số, cường độ dòng điện áp dụng. Các thông số bất hoạt (D, z, k, E) của E. plantarum trong nước ép bưởi cũng đã được xác định, làm cơ sở cho các nghiên cứu và triển khai ứng dụng tiếp theo.2 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài xác định được: Nước ép quả bưởi được thanh trùng bằng phương pháp gia nhiệt Ohm (OH) có chất lượng cao hơn nước ép được thanh trùng bằng phương pháp gia nhiệt thông thường.
Thông số thanh trùng Ohm thích hợp để tăng tỷ lệ bất hoạt VSV, enzyme đồng thời duy trì được các hợp chất hóa học đặc trưng trong nước ép bưởi được xác định tại tần số 60 Hz, và cường độ điện trường 30 V/cm. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra OH có thể áp dụng để duy trì chất lượng nước ép bưởi thanh trùng. 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Cây có múi là nhóm cây ăn quả có diện tích, sản lượng lớn nhất trong sản xuất cây ăn quả nước ta diện tích, sản lượng cây có múi trong cả nước liên tục tăng trong những năm gần đây, với tốc độ tăng trưởng cao. Tính đến năm 2019, diện tích trồng tăng bình quân 10%/năm (tương ứng 7,3 nghìn ha/năm), sản lượng tăng 12,5%/năm ( tương ứng 69,4 nghìn tấn/năm).
Tổng diện tích cây có múi cả nước đến hết năm 2019 đạt 256,86 nghìn ha, chiếm 24,07% tổng diện tích cây ăn quả; Tổng sản lượng quả có múi đạt hơn 2,46 triệu tấn. Trong đó, bưởi và cam có diện tích lớn nhất (khoảng 38%) so với các loại quả có múi khác. Quả có múi nói chung và bưởi nói riêng, hiện nay chủ yếu được tiêu thụ dưới dạng quả tươi tại thị trường nội địa. Gần đây giá các loại trái cây có múi như cam, bưởi bắt đầu giảm dần do nguồn cung ra thị trường ngày càng lớn (Theo Cục trồng trọt – 11/12).
Do đó, nhằm thúc đẩy phát triển sản xuất cây có múi nói chung và bưởi nói riêng cần phát triển công nghệ chế biến để gia tăng giá trị cho quả bưởi, giải quyết các vấn đề tiêu thụ sản phẩm và tăng giá trị kinh tế cho người trồng và người sản xuất.1 Đặc tính hóa, sinh của nước ép bưởi Bưởi có tên khoa học là Citrus grandis, được trồng rộng rãi ở Trung Quốc, Thái Lan, Việt Nam, Mã Lai… Ở nước ta, nhóm cây ăn quả có múi nói chung, bưởi nói riêng được coi là một trong những loại cây ăn quả chủ lực với nhiều giống bưởi nổi tiếng như bưởi Đoan Hùng, bưởi Phúc Trạch, bưởi Năm Roi, bưởi Diễn, bưởi Tân Triều, bưởi Da Xanh. Bưởi cung cấp chất xơ, vitamin C, nhiều vi chất dinh dưỡng bao gồm folate, thiamin, niacin, vitamin B6, riboflavin, axít pantothenic, kali, calcium, phospho, magie, đồng và các chất phytochemical như flavonoid, carotenoids…[6],[7]. Các chất có hoạt tính sinh học trong bưởi có tác dụng tăng cường sức khỏe, giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính và lão hóa [6],[7].1 Thành phần hóa lý trong nước ép bưởi 2.1 Đường và axít hữu cơ Tổng chất rắn hòa tan (TSS), hàm lượng axít (TA), độ chín (TSS/TA) là các thông số 5 chất lượng quan trọng ảnh hưởng đến thị hiếu của người tiêu dùng và chất lượng cảm quan. Nishad và cộng sự xác định thành phần 16 giống bưởi và đã công bố TSS của bưởi dao động từ 8,27-12,12 °Brix.
TA trong bưởi dao động từ 0,48-0,96%. Nước ép bưởi chứa bốn axít hữu cơ chính bao gồm: axít citric, axít malic, axít succinic và axít ascorbic. Trong đó, axít citric là axít chính, chiếm hàm lượng lớn, dao động từ 5,92-11,71 g/L. Axít malic chiếm ưu thế thứ hai và dao động từ 0,47-1,47 g/L, tiếp theo là axít ascorbic (0,06-0,43 g/L) và axít succinic (0,125-0,38 g/L) [8],[9].
Axít hữu cơ không chỉ ảnh hưởng đến hương vị nước quả mà còn ảnh hưởng đến điều kiện chế biến và bảo quản. Đường tổng trong các giống bưởi dao động từ 49,96-102,76 g/L.