Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu ứng dụng enzyme L-Asparaginase từ Escherichia coli trong chế biến để làm giảm lượng acrylamide trong sản phẩm khoai tây chiên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Nghiên cứu ứng dụng enzyme L-Asparaginase từ Escherichia coli trong chế biến để làm giảm lượng acrylamide trong sản phẩm khoai tây chiên" nhằm xác định chế độ xử lý khoai tây với asparaginase để thu được sản phẩm khoai tây chiên có chứa lượng acrylamide thấp nhất; đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm sau chiên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu ứng dụng enzyme L-Asparaginase từ Escherichia coli trong chế biến để làm giảm lượng acrylamide trong sản phẩm khoai tây chiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME L-ASPARAGINASE TỪ ESCHERICHIA COLI TRONG CHẾ BIẾN ĐỂ LÀM GIẢM LƯỢNG ACRYLAMIDE S K C 0 0 3 9 5 9 TRONG SẢN PHẨM KHOAI TÂY CHIÊN MÃ SỐ: SV2020-143 S KC 0 0 7 3 3 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME L-ASPARAGINASE TỪ ESCHERICHIA COLI TRONG CHẾ BIẾN ĐỂ LÀM GIẢM LƯỢNG ACRYLAMIDE TRONG SẢN PHẨM KHOAI TÂY CHIÊN SV2020-143 Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Đặng Chung – MSSV : 17116055
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ENZYME ASPARAGINASE TỪ ESCHERICHIA COLI TRONG CHẾ BIẾN DỂ LÀM GIẢM LƯỢNG ACRYLAMIDE TRONG SẢN PHẨM KHOAI TÂY CHIÊN SV2020-143 Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật SV thực hiện: Nguyễn Đặng Chung Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp, khoa: 17116CL1, khoa đào tạo chất lượng cao Năm thứ 3 Số năm đào tạo: 4 Ngành học: Công nghệ thực phẩm Người hướng dẫn: TS. Phạm Thị Hoàn
MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI............................................................................................................... ix MỞ ĐẦU............................................................................................................................... x 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ..................................................... x 2. Lý do chọn đề tài........................................................................................................... xi 3. Mục tiêu đề tài ............................................................................................................. xii 4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. xii 5. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................... xii 6. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................................... xii CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................... 1 1.1 Tổng quan về khoai tây ............................................................................................... 1 1.1.1 Đặc điểm của khoai tây ..................................................................................... 1 1.1.2 Sản phẩm khoai tây chiên ................................................................................. 5 1.2 Tổng quan về acrylamide............................................................................................. 6 1.2.1 Giới thiệu về acrylamide ................................................................................... 6 1.2.2 Nguồn gốc và cơ chế hình thành acrylamide ..................................................... 7 1.2.3 Ứng dụng của acrylamide ................................................................................. 9 1.2.4 Tác hại của acrylamide ..................................................................................... 9 1.2.5 Các quy định về acrylamide ............................................................................ 10 1.2.6 Các phương pháp làm giảm acrylamide trong thực phẩm ................................ 11 1.3 Asparagine ................................................................................................................ 13 1.4 L-Asparaginase ......................................................................................................... 13 1.5 Đường khử ................................................................................................................ 14 CHƯƠNG 2 – VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ................................................................ 16 2.1 Địa điểm, hóa chất, thiết bị thí nghiệm ...................................................................... 16 2.1.1 Địa điểm thực hiện nghiên cứu........................................................................ 16 2.1.2 Hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ................................................................. 16 2.2 Nguyên liệu ............................................................................................................... 16 2.2.1 Khoai tây ........................................................................................................ 16 2.2.2 L-Asparaginase ............................................................................................... 17 2.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................................. 18 2.4 Quy trình chế biến khoai tây chiên............................................................................. 19 i
2.5 Bố trí thí nghiệm ....................................................................................................... 21 2.5.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme trong quá trình xử lý khoai tây đến mức độ hình thành acrylamide ............................................................................... 21 2.5.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của pH trong quá trình xử lý khoai tây với enzyme đến mức độ hình thành acrylamide...................................................................................... 22 2.5.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình xử lý khoai tây với enzyme đến mức độ hình thành acrylamide ............................................................................... 23 2.6 Phương pháp phân tích .............................................................................................. 23 2.6.1 Xác định thành phần hóa học trong khoai tây .................................................. 23 2.6.2 Xác định hàm lượng asparagine ...................................................................... 24 2.6.3 Xác định hàm lượng đường khử ...................................................................... 25 2.6.4 Xác định hàm lượng acrylamide...................................................................... 26 2.6.5 Ảnh hưởng của việc sử dụng L-Asparaginase đến đặc điểm cảm quan của khoai tây chiên....................................................................................................................... 28 2.7 Phương pháp xử lý dữ liệu......................................................................................... 28 CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN ........................................................................ 29 3.1 Thành phần hóa học của khoai tây nguyên liệu .......................................................... 29 3.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của L-Apraginase đến mức độ hình thành acrylamide trong khoai tây chiên .............................................................................................................................. 30 3.2.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme trong quá trình xử lý khoai tây với L-Asparaginase đến mức độ hình thành acrylamide ................................................ 30 3.2.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của pH trong quá trình xử lý khoai tây với L- Asparaginase đến mức độ hình thành acrylamide ......................................................... 32 3.2.3 Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình xử lý khoai tây với L- Asparaginase đến mức độ hình thành acrylamide ......................................................... 34 3.3 Đánh giá một vài chỉ tiêu chất lượng của khoai tây chiên ........................................... 38 3.3.1 Hàm lượng asparagine trong mẫu khoai tây chiên ........................................... 38 3.3.2 Hàm lượng đường khử trong mẫu khoai tây chiên ........................................... 39 3.3.3 Ảnh hưởng của việc xử lí enzyme đến các tính chất cảm quan của sản phẩm tạo thành sau quá trình chiên. ............................................................................................. 40 CHƯƠNG 4 – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 43 4.1 KẾT LUẬN............................................................................................................... 43 4.2 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................ ii
PHỤ LỤC ................................................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hình thái bên ngoài của củ khoai tây ............................................................ 1 Hình 1.2: Mặt cắt của củ khoai tây ............................................................................... 2 Hình 1.3: Công thức cấu tạo của acrylamide ................................................................ 7 Hình 1.4: Cơ chế hình thành Acrylamide trong thực phẩm ........................................... 9 Hình 1.5: Công thức cấu tạo của asparagine ............................................................... 13 Hình 2.1: Khoai tây ruột vàng Solanum tuberosum (Solanaceae) ............................... 17 Hình 2.2: Quy trình chế biến khoai tây chiên ............................................................. 19 Hình 2.3: Bố trí thí nghiệm khảo sát nồng độ enzyme ................................................ 22 Hình 2.4: Phản ứng tạo màu giữa thuốc thử DNS và đường khử ................................ 25 Hình 3.1: Độ hấp thụ của acrylamide trong các mẫu khoai tây chiên được xử lý với enzyme với các nồng độ khác nhau ............................................................................ 30 Hình 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến mức độ hình thành acrylamide trong khoai tây chiên........................................................................................................... 31 Hình 3.3: Độ hấp thụ của acrylamide trong các mẫu khoai tây chiên được xử lý với enzyme với các điều kiện pH khác nhau .................................................................... 32 Hình 3.4: Ảnh hưởng của pH xử lý khoai tây với enzyme đến mức độ hình thành acrylamide ................................................................................................................. 33 Hình 3.5: Độ hấp thụ của acrylamide trong các mẫu khoai tây chiên được xử lý với .. 35 Hình 3.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý khoai tây với enzyme đến mức độ hình thành acrylamide ................................................................................................................. 35 Hình 3.7: Quy trình sản xuất khoai tây chiên.............................................................. 37 Hình 3.8: Quy trình sản xuất khoai tây chiên.............................................................. 37 Hình 3.9: Hàm lượng asparagine trong các mẫu khoai tây .......................................... 38 Hình 3.10: Hàm lượng đường khử trong các mẫu khoai tây ....................................... 39 Hình 3.11: Hàm lượng acrylamide trong các mẫu khoai tây ....................................... 40 Hình 3.12: Mẫu khoai tây chiên ................................................................................. 41 Hình 3.13: Đánh giá cảm quan mẫu khoai tây chiên không xử lý enzyme (KE) và có xử lý enzyme (CE) .......................................................................................................... 41 iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học của khoai tây theo trọng lượng tươi ............................. 2 Bảng 1.2: Thành phần acrylamide trong một số sản phẩm ........................................... 8 Bảng 2.1: Một số thông tin của sản phẩm L-Asparaginase ......................................... 17 Bảng 2.2: Thành phần ống nghiệm dùng để xây dựng đường chuẩn asparagine ......... 24 Bảng 2.3: Thành phần dãy ống nghiệm trong phương pháp quang phổ so màu với thuốc thử DNS .................................................................................................................... 26 Bảng 2.4: Thành phần dãy ống nghiệm dùng để xây dựng đường chuẩn acrylamide .. 27 Bảng 3.1: Các thành phần hóa học của khoai tây ....................................................... 29 v
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT Abs: Absorption spectroscopy CE: Có xử lí enzyme ĐC: Đối chứng E.Coli: Escherichia Coli FAO: Food and Agriculture Organization JECFA: World Health Organization Expert Committee on Food additives KE: Không xử lí enzyme TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam WHO: World Health Organization vi
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng enzyme L-Asparaginase từ Escherichia coli trong chế biến để làm giảm lượng acrylamide trong sản phẩm khoai tây chiên - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Đặng Chung Mã số SV:17116055 - Lớp: 17116CL1 Khoa: Đào tạo chất lượng cao - Thành viên đề tài: Stt Họ và tên MSSV Lớp Khoa 1 Nguyễn Thị Bắc 17116052 17116CL1 Đào tạo chất lượng cao - Người hướng dẫn: TS. Phạm Thị Hoàn 2. Mục tiêu đề tài: Xác định chế độ xử lý khoai tây bởi L-Asparaginase để thu được sản phẩm khoai tây chiên có chứa lượng acrylamide thấp nhất. 3. Tính mới và sáng tạo: Acrylamide là tiền chất có khả năng gây ra ung thư ở con người. Acrylamide thường được tìm thấy trong các sản phẩm thực phẩm chiên, nướng hoặc được xử lí ở nhiệt độ cao khi có mặt asparagine và đường khử. Nhằm làm giảm lượng acrylamide trong thực phẩm có một vài phương pháp đã được đề cập, trong đó sử dụng L-Asparaginase trong quá trình tiền xử lí sản phẩm thực phẩm giúp chuyển hóa asparagine thành aspatic acid là một trong những phương pháp khả quan và an toàn để làm giảm thành phần acrylamide sinh ra trong quá trình chiên, nướng các loại sản phẩm thực phẩm như khoai tây, cà phê, các loại bánh nướng,… đây là một hướng nghiên cứu đang còn mới tại Việt Nam. 4. Kết quả nghiên cứu: Báo cáo tổng quát về ảnh hưởng của L-Asparaginase đến chất lượng của sản phẩm khoai tây chiên; quy trình chế biến khoai tây chiên có sử dụng L- Asparaginase. 5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài: Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu học cho sinh viên, học viên, … những người quan tâm đến lĩnh vực này. Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn vii
cung cấp quy trình sản xuất khoai tây chiên có sử dụng L-Asparaginase có khả năng áp dụng vào quy mô pilot, quy mô công nghiệp, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm thực phẩm. 6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài (kí, họ và tên) Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………….. Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ và tên) viii
TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng enzyme L-Asparaginase từ Escherichia coli trong chế biến để làm giảm lượng acrylamide trong sản phẩm khoai tây chiên” được thực hiện nhằm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ enzyme, nhiệt độ, pH trong quá trình xử lý khoai tây với L-Asparaginase đến hàm lượng acrylamide tạo thành sau quá trình chiên. Đồng thời, đánh giá chất lượng cảm quan giữa khoai tây xử lý với enzyme và khoai tây không qua xử lý enzyme. Ngoài ra, chúng tôi còn khảo sát hàm lượng đường khử và asparagine trong các mẫu khoai tây có và không có xử lý enzyme. Cuối cùng, chúng tôi tiến hành đánh giá cảm quan để biết được sự khác biệt giữa các mẫu khoai tây chiên. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi xử lý khoai tây với L-Asparaginase với nồng độ 1 IU/mL ở pH= 7,3 nhiệt độ 37°C trong thời gian 30 phút cho hiệu quả giảm hàm lượng acrylamide xuống mức thấp nhất (45,62%) so với các điều kiện đã được khảo sát. Sau khi xử lý khoai tây với enzyme cho kết quả hàm lượng đường khử, asparagine giảm so với mẫu không xử lý enzyme và việc xử lí khoai tây với L-Asparaginase không gây ảnh hưởng đến đặc điểm cảm quan của sản phẩm khoai tây chiên. Kết quả của nghiên cứu này không những có ý nghĩa trong việc làm giảm hàm lượng acrylamide hình thành trong khoai tây ruột vàng (Solanum tuberosum (Solanaceae)) mà còn đưa ra quy trình sản xuất khoai tây chiên xử lý bởi L- Asparaginase, là tiền đề để sản phẩm có hàm lượng acrylamide thấp và an toàn cho người tiêu dùng mà không làm ảnh hưởng đến cảm quan của sản phẩm. ix
MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Acrylamide được sử dụng nhiều trong công nghiệp trên thế giới và trong thời gian gần đây đã được tìm thấy hình thành trong thực phẩm khi được chế biến ở nhiệt độ cao. Acrylamide đã được chứng minh là chất độc thần kinh, chất độc sinh sản và là chất gây ung thư ở các loài động vật và ảnh hưởng đến di truyền (Exon, J. H., 2006). Đào Hải Yến và cộng sự (2019) đã khảo sát hàm lượng acrylamide trong một số các thực phẩm sử dụng hằng ngày ở khu vực thành phố Hà Nội và đã chỉ ra rằng 35 trong số 304 mẫu thực phẩm được khảo sát chứa hàm lượng acrylamide cao hơn 500 μg/kg, hầu hết là các sản phẩm trải qua quá trình chiên giòn như khoai tây chiên, chuối chiên... (Đào Hải Yến và cộng sự, 2019). Nhằm làm giảm lượng acrylamide trong thực phẩm có một vài phương pháp đã được đề cập, trong đó sử dụng L-Asparaginase trong quá trình tiền xử lí sản phẩm thực phẩm giúp chuyển hóa asparagine thành aspatic acid và amoniac là một trong những phương pháp khả quan và an toàn để làm giảm thành phần acrylamide sinh ra trong quá trình chiên, nướng các loại sản phẩm thực phẩm như khoai tây, cà phê, các loại bánh nướng,… đây là một hướng nghiên cứu đang còn mới tại Việt Nam. Ở nước ngoài thì cũng đã có một số nghiên cứu khởi đầu cho hướng nghiên cứu này với một vài kết quả như sau: Onishi và cộng sự (2015) đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của L-Asparaginase được tổng hợp từ Bacillus subtilis đối với hàm lượng acrylamide hình thành trong khoai tây chiên. Khoai tây được xử lý bằng L-Asparaginase ở các nồng độ enzyme khác nhau từ 10 – 40 IU/10g khoai tây ở điều kiện pH= 8 và nhiệt độ 60°C trong thời gian 10 phút. Các mẫu khoai tây sau khi xử lý với L-Asparaginase được chiên ở 170°C trong vòng 90 giây. Kết quả cho thấy mẫu xử lý ở nồng độ 40 IU/10g khoai tây cho hiệu quả giảm tới 75% acrylamide hình thành trong sản phẩm. Hendriksen và cộng sự (2009) đã tiến hành xử lý khoai tây bằng phương pháp chần ở nhiệt độ 70°C trong vòng 10 - 30 phút sau đó xử lý khoai tây với L-Asparaginase ở nhiệt độ 40°C, pH 6.5 - 8 từ cho kết quả hàm lượng acrylamide lên đến 60%. Tương tự, một nghiên cứu của Pedreschi và công sự (2011) đã cho thấy việc sử dụng kết hợp hai phương pháp chần và xử lý bằng L-Asparaginase đã cho thấy làm giảm hàm lượng acrylamide hiệu quả hơn so với chỉ sử dụng từng phương pháp nêu trên. x
Ngoài đối tương nghiên cứu là khoai tây, thì việc ứng dụng L-Asparaginase lên một số sản phẩm khác như các loại bột nhào làm bánh hay cà phê cũng cho thấy hiệu quả trong việc làm giảm acrylamide trong sản phẩm. Ví dụ, Kukurová và cộng sự (2009) đã xử lý bột nhào làm bánh với L-Asparaginase bằng cách bổ sung trực tiếp enzyme trong quá trình trộn bột sau đó ủ bột ở 37°C trong khoảng 15 phút. Nồng độ enzyme sử dụng tăng dần từ 100 – 1000 IU/kg bột, bột được chiên ở nhiệt độ 180 - 200°C. Kết quả thu được là hàm lượng acrylamide sinh ra giảm 34 – 92% so với mẫu bột không xử lý enzyme. Dria và cộng sự (2007), đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc xử lý cà phê arabica với L-Asparaginase bằng phương pháp ngâm trong thời gian từ 1 – 2 tiếng, thu được kết quả là hàm lượng acrylamide sinh ra sau quá trình rang cà phê giảm từ 13 – 29%. 2. Lý do chọn đề tài Acrylamide (C3H5NO) là một hợp chất hóa học được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Acrylamide được sử dụng làm chất keo tụ trong quá trình xử lý nước, là chất giúp giảm rò rỉ nước tại các đường hầm (Yi-Fang Chu, 2012). Trong công nghệ thực phẩm, acrylamide được dùng để sản xuất proacrylamide, chất này được ứng dụng trong sản xuất đồ uống (Pieter Jan Arnoldus Maria Plomp và cộng sự, 2012). Độc tố của acrylamide đã được chứng minh bởi tổ chức lương thực và thực phẩm và Hội đồng chuyên gia của tổ chức y tế thế giới trong lĩnh vực phụ gia thực phẩm (Joint Food and Agriculture Organization/ World Health Organization Expert Committee on Food additives (JECFA). Acrylamide được coi là tiền chất gây ung thư cho con người (Exon J. H., 2006). Cũng theo thống kê của JECFA (Yi-Fang Chu, 2012) thì acrylamide được phát hiện trong một số loại thực phẩm chế biến ở nhiệt độ cao như khoai tây chiên (16- 30%), snack khoai tây (60-64%), cà phê (13-39%), bánh nướng/bánh quy (10-20%), bánh mì nướng (10-30%). Như vậy có thể thấy lượng acrylamide mà con người hấp thụ từ khoai tây là đáng kể. Hơn nữa với sự phát triển của các chuỗi cửa hàng ăn nhanh tại Việt Nam cùng với sự đầu tư cho ngành sản xuất khoai tây chip của một số công ty nổi bật là PepsiCo VN, Cty An Lạc, Cty Orion, Cty Kinh Đô,… đã cho thấy tần suất tiêu thụ của người tiêu dùng Việt Nam đối với sản phẩm khoai tây không nhỏ. L-Asparaginase – một loại enzyme xúc tác quá trình chuyển hóa asparagine thành acid aspartic - giúp cản trở việc hình thành acrylamide từ tiến chất asparagine trong quá trình chế biến thực phẩm ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, còn rất ít nghiên cứu đánh giá khả xi
năng của enzyme L-Asparaginase trong việc làm giảm hàm lượng asparagine trong sản phẩm khoai tây chiên. Ở Việt Nam, các nghiên cứu về acrylamide còn hạn chế. Các nghiên cứu về phương pháp ức chế sự tổng hợp acrylamide trong quá trình chế biến thực phẩm chưa thấy được đề cập. Do vậy, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng enzyme L-Asparaginase từ Escherichia coli trong chế biến để làm giảm lượng acrylamide trong sản phẩm khoai tây chiên” nhằm xây dựng được quy trình sản xuất khoai tây chiên với hàm lượng acrylamide thấp nhất, đồng thời đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm sau quá trình sản xuất này. 3. Mục tiêu đề tài Xác định chế độ xử lý khoai tây với asparaginase để thu được sản phẩm khoai tây chiên có chứa lượng acrylamide thấp nhất; đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm sau chiên. 4. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu chính gồm: phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp thông tin; phương pháp phân tích hóa-lý; phương pháp phân tích vi sinh và các thủ thuật toán học. 5. Đối tượng nghiên cứu Khoai tây ruột vàng (Solanum tuberosum (Solanaceae)). Enzyme L-Asparaginase được sản xuất từ Escherichia Coli. Cơ chế giảm asparagine trong khoai tây bởi L-Asparaginase. 6. Phạm vi nghiên cứu Khảo sát các yếu tố (nhiệt độ, pH, thời gian, nồng độ enzyme) trong quá trình xử lý khoai tây bằng asparaginase đến mức độ hình thành acrylamide trong khoai tây sau khi chiên ở quy mô phòng thí nghiệm, đồng thời đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm sau xử lí. xii
1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về khoai tây Khoai tây (Solanum tuberosum) là một loại rau củ thuộc họ Cà (Solanaceae) có nguồn gốc từ vùng Andes của châu Mỹ được miêu tả đầu tiên bởi Carl Linnacus vào năm 1753 (Carlos M. Ochoa, 1990). Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột. Chúng là loại cây trồng lấy củ rộng rãi nhất thế giới và là loại cây trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa, lúa mì và ngô (Mary Ellen Camire và cộng sự 2009). Vì khoai tây ngày càng trở thành một thực phẩm chính trong khẩu phần ăn của nhiều người, những khác biệt nhỏ trong thành phần dinh dưỡng của khoai tây sẽ có tác động lớn đến sức khỏe dân số. 1.1.1 Đặc điểm của khoai tây 1.1.1.1 Cấu tạo Củ khoai tây là một phần mở rộng của thân ngầm (stem) hoặc thân bò (stolon) và có thể được coi là một phần của thân cây để lưu trữ và sinh sản chất dinh dưỡng. Trong đó các mắt củ là những chồi mà từ đó cây non phát triển. Các mắt tập trung ở gần đỉnh của củ, với ít mắt hơn ở gần cuống (stolon) hoặc nách (basal end). Số mắt và sự phân bố là đặc điểm của giống. Các chồi hình thành ở nách lá tạo ra thân rễ dài ra nhanh chóng và phát triển thành củ. Về mặt hình thái, củ là một dạng thân mang các chồi và mắt ở nách lá có vảy nhỏ như lá. Hình 1.1: Hình thái bên ngoài của củ khoai tây (Virupaksh U. Patil, 2016) Trong mặt cắt ngang của củ, có thể nhìn thấy các vùng chính sau: Lớp vỏ ngoài: là một lớp da mỏng bảo vệ củ và lớp vỏ trong mềm, khó tách ra khỏi ruột củ. Giữa lớp vỏ trong củ có các mô tế bào mềm và hệ thống dẫn dịch củ. Các mô này chứa ít tinh 1
bột. Lớp bên trong của vỏ tiếp giáp với ruột củ là hệ thống màng bao quanh tạo nên sự phân lớp giữa vỏ và ruột củ. Trên mặt vỏ có những mắt củ. Ruột củ khoai tây không có lõi, chứa nhiều tinh bột. Hình 1.2: Mặt cắt của củ khoai tây 1.1.1.2 Thành phần hóa học Tùy vào từng chủng loại khoai tây mà hàm lượng các chất có sự khác nhau. Một số yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến thành phần hóa học của khoai tây như điều kiện canh tác, vị trí địa lý, hình thức chăm bón (Bradshaw J. E., 2009). Bảng 1.1 trình bày thành phần hóa học có trong 100g thịt củ khoai tây tươi. Bảng 1.1: Thành phần hóa học của khoai tây theo trọng lượng tươi Thành phần Hàm lượng Tổng chất khô 15 -28 % Tinh bột 12,6 – 18,2 % Glucose 0,01 – 0,6 % Frutose 0,01 – 0,6 % Sucrose 0,13 – 0,68 % Chất xơ 1–2% Lipid 0,075 – 0,2 % Protein 0,6 – 2,1 % Asparagine (tự do) 110 – 529 mg/100g Glutamine (tự do) 23 – 409 mg/100g 2
Thành phần Hàm lượng Proline (tự do) 2 – 209 mg/100g Các amino acid khác (tự do) 0,2 – 0,117 mg/100g Polyphenols 123 – 441 mg/100g Carotenoids 0,05 – 2 mg/100g Tocopherols 0,3 mg/100g Thiamin B1 0,02 – 0,2 mg/100g Riboflavin 0,01 – 0,07 mg/100g Vitamin B6 0,13 – 0,44 mg/100g Vitamin C 8 – 54 mg/100g Vitamin E 0,1 mg/100g Folic acid 0,01 – 0,03 mg/100g Nito tổng 0,2 – 0,4 % Calcium 5 – 18 mg/100g Magnesium 14 – 18 mg/100g Iron 0,4 – 1,6 mg/100g Phosphorus 30 – 60 mg/100g ( Nguồn: Bradshaw J. E., 2009) Carbohydrates Tinh bột là carbohydrate chiếm nhiều nhất trong khoai tây và là nguồn năng lượng dự trữ chính cho cây. Tinh bột chiếm 12,6 – 18,2% trọng lượng tươi của khoai tây (trung bình là 18,8%) (Bradshaw J. E., 2009). Sucrose là disaccharide chính của khoai tây trong khi glucose và fructose là các monosaccharide chính. Trạng thái cân bằng giữa carbohydrate tự do và tinh bột sẽ thay đổi trong quá trình bảo quản củ và quá trình xử lý. Lượng carbohydrate quá nhiều sẽ làm giảm màu nâu khi chiên khoai tây (Camire, M. E., 2009). Proteins 3
Protein khoai tây dao động từ khoảng 0,6 – 2,1% (Bradshaw J.E., 2009). So với các nguồn thực vật khác, khoai tây không được coi là nguồn protein tốt cho chế độ ăn uống do lượng protein tổng thấp. Tuy nhiên, protein khoai tây có giá trị sinh học cao, từ 90 – 100 so với một số thực phẩm như trứng (100), đậu tương (84) và đậu (73). Trong khoai tây có một protein là paratin, là protein lưu trữ chính và là chất gây dị ứng cho một số người. Tính gây dị ứng của chất này sẽ bị giảm đáng kể khi đun nóng (Bradshaw J.E., 2009). Chất béo và chất xơ Lipid chỉ chiếm một phần rất nhỏ trọng lượng của khoai tây, chỉ chiếm khoảng 0,1% tương đương 0,15g/150g trọng lượng tươi, ít hơn trong gạo đã nấu chín (1,95g) hoặc mì ống (0,5g). Chất xơ được cung cấp bởi các thành tế bào, đặc biệt là các thành tế bào dày của periderm (vỏ) chiếm 1 – 2% của củ (Camire, M. E., 2009). Khoáng chất Các khoáng chất có nồng độ lớn trong khoai tây tươi bao gồm (mg/g FW): Potassium (564), phosphorus (30 – 60), calcium (5 – 18). %RDA cho các khoáng chất này lần lượt là 22,6 và 6. Khoai tây bỏ vỏ được coi là nguồn cung cấp potassium (K) tốt cho chế độ ăn uống. Một thí nghiệm trên chuột được cho ăn chế độ ăn nhiều sodium (2% sodium chloride) có khả năng giữ calcium và magnesium tốt hơn và tăng pH nước tiểu khi cho ăn khoai tây nấu chín thay vì tinh bột lúa mì do hàm lượng potassium citrate cao trong khoai tây (Camire, M. E., 2009). Các vitamin Vitamin chủ yếu trong khoai tây là vitamin C (ascorbic acid), có hàm lượng từ 85 – 145 mg/100g trọng lượng khô tùy thuộc vào giống cây trồng, nơi trồng và điều kiện bảo quản. Vitamin C rất quan trọng với sự có mặt của sắt, một khoáng chất có xu hướng bị hạn chế trong chế độ ăn uống của con người. Khoai tây trở thành một nguồn vitamin C quan trọng trong chế độ ăn uống ở nhiều khu vực trên thế giới. Ngoài ra, còn một số vitamin B (folic acid, niacin, pyridoxine, riboflavin and thiamin) và khoai tây có thể được mô tả là một nguồn pyridoxine (vitamin B6) tốt trong chế độ ăn uống (Camire, M. E., 2009). 4
Khoai tây là một nguồn carotenoid tốt, là những hợp chất lipophilic được tổng hợp trong plastid từ isoprenoid. Lutein, zeaxanthin, violaxanthin, và neoxanthin là những carotenoid chính có trong khoai tây và có một lượng nhỏ β – carotene. Màu cam và màu vàng của thịt củ là do zeaxanthin và lutein, tương ứng. Các giống khoai tây có thịt trắng chứa ít carotenoid hơn các giống có thịt màu vàng và cam. Tổng hàm lượng carotenoid đã được báo cáo trong khoảng 50 – 350μg/100g FW (khoai tây thịt trắng) và 800 – 2000μg/100g FW (khoai tây thịt vàng) (R. Ezekiel và cộng sự, 2013). Các hợp chất Phyto (Phytochemicals) Phytochemicals là sản phẩm thứ cấp của quá trình chuyển hóa thực vật, nhiều chất có liên quan đến sức khỏe con người là chất chống oxy hóa. Chúng khác nhau về số lượng và thành phần giữa các giống khoai tây (Camire, M. E., 2009). Ngoài việc cung cấp năng lượng, khoai tây còn chứa một số chất thúc đẩy sức khỏe như phenolics, flavonoids, folates, kukoamines, … (R. Ezekiel và cộng sự, 2013). Phenolics acid và polyphenols đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe thực vật, tính chất nấu ăn và sức khỏe con người (Camire, M. E.,2009). Hàm lượng phenolic của khoai tây được báo cáo là cao, và dao động từ 530 – 1770μg/g. Khoai tây được coi là nguồn phenol quan trọng thứ ba sau táo và cam (R. Ezekiel và cộng sự, 2013). Chlorogen acid là hợp chất phenolic chiếm phần lớn trong khoai tây, như trong các loài Solanaceous khác như cà tím. Chlorogen acid, catechin, caffeic acid, ferulic acid, gallic acid và malvidin là những phenol chính được phân lập từ chiết xuất metanol/nước. Tổng hoạt tính chống oxy hóa tương quan với tổng hàm lượng phenolic (Camire, M. E., 2009). Hàm lượng flavonoid trong khoai tây dao động từ 200 – 300μg/g FW. Các flavonoid theo hàm lượng giảm dần đã được báo cáo là catechin, epicatechin, erodictyol, kaempeferol và naringenin (R. Ezekiel và cộng sự, 2013). 1.1.2 Sản phẩm khoai tây chiên Theo Hội đồng khoai tây Quốc gia Mỹ (national potato council), vào năm 2014, một người Mỹ tiêu thụ 51 kg khoai tây chiên. Trong đó có 15 kg khoai tây tươi, còn lại là gần 36 kg khoai đã qua chế biến và phần lớn lượng khoai tây đã qua chế biến đều là khoai tây chiên. Chế biến khoai tây là ngành công nghiệp quan trọng mỗi năm 5