BẢO QUẢN THỰC PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢM HOẠT ĐỘ NƯỚC VÀ pH 1. Nước và tính chất của nó: 1.1. Vai trò nước trong sản xuất thực phẩm: Nước là hợp phần phong phú nhất trong các thực phẩm ở trạng thái tự nhiên trừ ngũ cốc. Nước cũng là nguyên liệu không thể thiếu được đối với công nghiệp hóa học và công nghệ thực phẩm: dùng để nhào rửa nguyên liệu, vận chuyển và xử lí nguyên liệu, để chế tạo sản phẩm và xử lí sản phẩm lần cuối. Nước còn được dùng để liên kết các nguyên liệu và các chất trong sản phẩm, là thành phần cơ bản của một số sản phẩm như bia, nước giải khát.. Đối với nông sản sau thu hoạch nước làm tăng cường các quá trình sinh học như hô hấp, nảy mầm, lên men.. Nước làm tăng chất lượng và tăng giá trị cảm quan của thực phẩm: độ bóng, độ dai, dẻo, độ mịn cùng với vẻ đẹp của nhiều sản phẩm phụ thuộc vào sự có mặt của nước. Trong các quá trình và thiết bị, nước dùng để đốt nóng và làm lạnh các động cơ trong nồi hơi và trong máy ép thủy lực. 1.2. Trạng thái của nước trong thực phẩm: Dựa vào hàm lượng nước có thể chia các sản phẩm thực phẩm thành 3 nhóm: • Nhóm có hàm lượng nước cao trên 40%. • Nhóm có hàm lượng nước trung bình từ 10% - 40%. • Nhóm có hàm lượng nước thấp dưới 10%. Trong các sản phẩm thực phẩm, nước thường ở dưới 2 dạng: nước tự do và nước liên kết. Nước tự do là chất lỏng giữa các mixen và có tính chất như nước nguyên chất. Nước liên kết được hấp phụ bền vững trên bề mặt các mixen và thường tồn tại dưới một áp suất rất đáng kể do trường lực phân tử quyết định do đó khó bốc hơi. Tùy mức độ liên kết có thể chia ra 3 loại: liên kết hóa học, liên kết hấp phụ, liên kết mao quản. 1.3. Hoạt độ của nước: Giá trị thực phẩm, tính chất cảm vị cũng như độ bền của các sản phẩm khi bảo quản là do thành phần các chất hữu cơ và vô cơ quyết định. Trong đó thì nước có ảnh hưởng lớn hơn cả. Mối quan hệ giữa nước và từng sản phẩm thực phẩm là khác nhau: có hợp chất như đường, axit hữu cơ, các hợp chất thơm và các sắc tố thì hòa tan trong nước trong khi protein ở trạng thái keo hoặc lipid thì không hòa tan trong nước. Tỷ số áp suất hơi của dung dịch và dung môi được gọi là hoạt độ nước, kí hiệu aW. Hoạt độ nước là hàm số của độ ẩm, thành phần hóa học và cấu trúc của sản phẩm thực phẩm. Hoạt độ nước nguyên chất quy ước bằng 1. Hoạt độ nước của một dung dịch hay một thực phẩm luôn nhỏ hơn 1. Áp suất hơi sẽ không bị giảm khi dung dịch hay thực phẩm có chứa các chất không hòa tan. Khi thực phẩm có hàm ẩm cao thường chứa nhiều nước tự do, do đó có hoạt độ nước cao, aW có thể bị giảm xuống không chỉ bằng cách thêm các chất hòa tan khác nhau vào thực phẩm để làm cho lượng nước liên kết tăng lên Hoạt độ nước không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học mà còn vào trạng thái vật lí của sản phẩm: protein và tinh bột thường giữ một lượng nước nhiều hơn các lipid và các chất kết tinh như đường. 2. Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất sản phẩm thực phẩm: Các sản phẩm có hoạt độ nước cao thì quá trình sinh học chiếm ưu thế. Tuy nhiên trong những sản phẩm có hàm lượng lipid nhiều thì ngay cả aW cao quá trình phi sinh học( oxy hóa) vẫn trội hơn. Đối với những sản phẩm có hàm ẩm thấp và trung bình thì các quá trình phi sinh học như sự oxy hóa và phản ứng hóa nâu rất thường xảy ra. Tốc độ của các quá trình này phụ thuộc rất mạnh vào hoạt độ nước. 2.1. Phản ứng oxy hóa lipid: Khi hoạt độ nước thấp , sự oxy hóa chất béo diễn ra mạnh mẽ, cùng với sự tăng hoạt độ nước thì cường độ oxy hóa lại bị giảm. Các sản phẩm chất béo ở dạng khan( có hàm ẩm rất thấp), chất béo thường phân bố ở bề mặt vi lỗ nên O 2 xâm nhập tự do. Do đó sự tự oxy hóa xảy ra khá dễ dàng Tác dụng kìm hãm của nước đối với sự oxy hóa chất béo là do tạo ra lớp nước hấp phụ bảo vệ trên bề mặt sản phẩm hạn chế sự xâm nhập O 2 khí quyển xâm nhập. Nhìn chung hiệu ứng bảo vệ của nước ở trong khoảng aW = 0.05-0.3. khi tăng hoạt độ nước, tốc độ oxy hóa lại tăng do tăng độ linh động của các chất phản ứng ở trong vùng hấp phụ đa tầng và vùng ngưng tụ. 2.2. Phản ứng hóa nâu phi enzim: Nước đóng vai trò quyết định trong phản ứng sẫm màu phi enzim. Sự sẫm màu có thể là do phản ứng caramen hóa , phản ứng melanoidin... thông thường các sắc tố có màu sẫm sẽ được tạo ra ở trong các sản phẩm có hàm ẩm thấp hoặc trung bình khi aW > 0,5. Phản ứng melanoidin sẽ tăng lên mạnh trong khoảng a W từ 0,5 đến 0,75. Các thực phẩm thường có hoạt độ nước từ 0,6 – 0,8 là môi trường rất thuận lợi cho phản ứng sẫm màu. Có thể làm giảm qui mô sẫm màu trong sản phẩm có độ ẩm trung gan bằng cách dùng glyxerin như là chất làm ẩm. Khi dùng glyxerin có thể làm giảm aW từ 0,75 – 0,65 đến 0,5 – 0,4 2.3. Phản ứng enzim: Trong phản ứng enzim xúc tác, nước di động tự do là dung môi của cơ chất và cũng là điều kiện cần thiết cho cơ chất tiếp xúc được với enzim. Các thực phẩm có hàm ẩm thấp thì hoạt động enzim là cực bé vì nước tự do chưa đủ để thực hiện phản ứng. Hoạt động của phản ứng enzim thường bắt đầu xuất hiện khi aW > 0,45. Trong các sản phẩm có hàm ẩm thấp và trung bình thì quá trình thủy phân là chủ yếu và hoạt độ enzim của quá trình này lại do hoạt độ nước quyết định. Do đó khi đề ra điều kiện bảo quản tối ưu cho sản phẩm có độ ẩm thấp và trung bình cần tính đến hoạt độ nước: a W phải thấp hơn điểm lên dốc của đường đẳng nhiệt hấp phụ. 2.4. Giá trị dinh dưỡng thực phẩm: Hoạt độ nước có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của 1 số vitamin, nhất là vit hòa tan trong nước. Vitamin C tương đối bền ở a W thấp, khi tăng aW thì sự phân hủy vit C càng nhanh. Nói chung để bảo quản được vit C trong các thực phẩm được lâu dài thì thực phẩm cần bảo quản ở nhiệt độ thấp và ở a W càng thấp càng tốt. Khi nghiên cứu sự tổn thất vitamin B1 trong bột mì, người ta thấy rằng tăng độ ẩm từ 9,2 % đến 14,5% thì làm tăng sự tổn thất vit B1. Hàm lượng vit B1 của bột có hàm ẩm 3,6 và 10% được giữ gần như không đổi nhưng khi hàm ẩm 14% thì gần 80% vit B1 tổn thất. Riêng các vit hòa tan trong chất beó thì sự phá hủy sẽ giảm khi a W tăng. 3. Bảo quản thực phẩm bằng cách giảm hoạt độ nước: Có 2 cách làm giảm hoạt độ nước: Làm khô và ướp muối thực phẩm. 3.1. Làm khô thực phẩm: a. Tác dụng của việc làm khô: Vi sinh vật phải có một lượng nước nhất định thì mới sinh sản phát triển được. Enzim trong bản thân thực phẩm cũng vậy , không có độ ẩm tối thiểu, hoạt tính của enzim sẽ bị hạn chế. Đó là nguyên lý của phương pháp làm khô để bảo quản thực phẩm. b. Phương pháp phơi nắng: Đây là phương pháp cổ điển và thủ công nhất là phơi trực tiếp là phơi trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời hoặc phơi ở nơi mát thường dùng trong việc làm khô rau, quả, cá... Làm khô bằng phương pháp này thực phẩm bị thay đổi giá trị cảm quan cũng như về giá trị dinh dưỡng, ví dụ hao hụt về vitamin là rất lớn. Bảo quản cá cần phải kết hợp muối mặn và phơi khô, vì thời gian làm khô cá quá dài, nếu không thịt cá có thể bị biến chất làm ảnh hưởng đến phẩm chất của cá cũng như sức khỏe người tiêu dùng. c. Phương pháp sấy: Sấy giúp chủ động trong việc làm khô thực phẩm, tốc độ làm khô nhanh, tránh được sự ô nhiễm thực phẩm và rất phù hợp với bảo quản công nghiệp. Phương pháp sấy nhóm bạn Khánh Minh trình bày rõ hơn d. Thực phẩm sau khi làm khô: Sau khi làm khô, thực phẩm giảm kích thước, mất cấu trúc nguyên thuỷ của nó và được làm chín một phần hay toàn bộ. Do các enzyme vẫn còn hoạt tính trong quá trình làm khô nên vẫn có sự thay đổi về màu sắc và vị của rau quả. Để hạn chế ảnh hưởng này, có thể chần hay sunphit hoá rau quả trước khi làm khô chúng. Tuy vậy, sự hoạt động của một số enzyme lại là cần thiết để tạo nên hương vị đặc trưng của thực phẩm (coca) nên vẫn cần phải duy trì nó trong quá trình làm khô. Sau khi làm khô, một số chất thơm của thực phẩm không còn nữa nên nó làm giảm giá trị cảm quan của thực phẩm. Do đó, có thể phải bổ sung hương thơm nhân tạo cho thực phẩm sau làm khô (nước quả). Cấu trúc tế bào của các thực phẩm làm khô bằng sấy thăng hoa là không đổi nên thực phẩm vẫn giữ nguyên được kích thước ban đầu. Do đó, chúng rất dễ hút nước (có thể hút đến 80 – 100 % thuỷ phần vốn có của nó). Chúng rất nhạy cảm với các yếu tố ngoại cảnh như Oxy, ánh sáng và độ ẩm không khí. Khi tiếp xúc với các yếu tố trên, thực phẩm khô dễ bị oxy hoá, biễn màu và vón cục. Do đó cần bao gói kín, chống ẩm và che sáng cho thực phẩm khô và thường phải đóng gói chân không cho thực phẩm sấy thăng hoa. Thuỷ phần thực phẩm sau làm khô quyết định thời gian tồn trữ chúng. Thực phẩm phơi nắng thường có thuỷ phần là 10 – 35 %, sấy thăng hoa: 2 %. Thời gian tồn trữ trung bình: 6 tháng với thực phẩm nhiều chất béo và trên 1 năm với các thực phẩm khác. 3.2. ướp muối vào thực phẩm: Muối khô hay nước muối sẽ được thêm vào thực phẩm (rau, thịt, cá) để thực phẩm có hàm lượng muối ít nhất là 33 %. Thực tế, người ta thường cho ít muối hơn để nó đỡ mặn và do đó cần kết hợp với các cách khác để tồn trữ thực phẩm (lạnh, hun khói, sấy,…). Phương pháp này ứng dụng nhiều trong việc muối cá tạo ra sản phẩm “cá muối” • Tác dụng muối ăn: Kiềm hãm sự tự phân do tác dụng của enzym và vi khuẩn. • Nồng độ muối cao gây nên áp suất thẩm thấu lớn có thể làm vỡ màng tế bào vi khuẩn, làm nước thoát ra ngoài vì thế vi khuẩn khó phát triển. Nồng độ muối thông thường sử dụng lớn hơn 10%. Tuy nhiên có một số vi khuẩn chịu muối phát triển được trong môi trường nồng độ muối cao (28%). Ở nồng độ muối 20 – 25% quá trình phân giải cá diễn ra rất chậm. • Muối NaCl có chứa ion Cl- có tác dụng gây độc đối với vi khuẩn. Sự thối rữa của cá chủ yếu là do tác dụng phân giải của enzym và vi khuẩn. Các loại enzym và vi khuẩn này cho hoạt tính mạnh nhất trong môi trường nước muối loãng hoặc không muối nhưng ở nồng độ muối cao chúng sẽ bị kiềm hãm. Quá trình thẩm thấu muối vào cá có thể chia làm 3 giai đoạn: - Giai đoạn 1: nồng độ muối cao các phân tử muối ngấm vào cá nhanh, nước trong cá thoát ra ngoài (nước thoát ra gấp 3 lần muối ngấm vào). Trong giai đoạn này thịt cá còn màu đỏ, chưa đông đặc. - Giai đoạn 2: nồng độ muối giảm dần làm cho lượng nước thoát ra ngoài chậm hơn, protein bị biến tính, thịt cá rắn chắc, màu trở nên sậm và đông đặc lại. - Giai đoạn 3: áp suất thẩm thấu giảm dần đến 0, nồng độ muối trong cá dần bằng nồng độ muối của dung dịch bên ngoài. Thịt cá ở giai đoạn này rắn chắc, có mùi thơm đặc trưng. Những biến đổi của cá trong quá trình ướp muối: • Protein của cá giảm do thoát ra ngoài nhiều, lượng nước thoát ra phụ thuộc vào nồng độ muối, thời gian muối, phương pháp muối. • Hao hụt dinh dưỡng: chất béo hao hụt ít, đạm hao hụt nhiều do hàm lượng đạm hòa tan khuếch tán ra dung dịch muối cùng thời gian và nhiệt độ bảo quản. 4. Bảo quản thực phẩm bằng cách giảm pH: 4.1. Tác dụng việc giảm pH: Mỗi loại VSV có một pH tối thích riêng. Phần lớn các VSV làm hư hỏng thực phẩm thích nghi pH trung tính hay kiềm yếu. Do đó khi nâng cao nồng độ acid sẽ ức chế sự phát triển của VSV. Mặt khác khi thay đổi pH có thể làm giảm hoạt lực của enzim vì phần lớn các enzim hoạt động mạnh trong môi trường pH không quá thấp. Một lượng axit hữu cơ (lactic, axetic,…) với hàm lượng ít nhất là 4% được thêm vào thực phẩm. Cần hết sức chú ý đến việc các axit hữu cơ sẽ bị pha loãng khi thêm vào thực phẩm làm giảm thời gian tồn trữ. Sự thay đổi vị của thực phẩm là rõ ràng. Màu sắc và độ đặc của thực phẩm cũng có một ít thay đổi (Ví dụ: dưa chuột dầm giấm mềm hơn). Để khắc phục sự quá chua của thực phẩm, cần dùng ít axit hơn và áp dụng bổ sung các biện pháp khác như lạnh và thanh trùng. Thời gian tồn trữ: -Từ 1-2 tháng với thực phẩm giàu Protein. Để lâu hơn, Protein từ thực phẩm sẽ hoà vào dung dịch khiến nó trở nên đục - Từ 6-12 tháng với rau quả. Khi các đồ hộp đã được mở ra sử dụng thì nên bảo quản tiếp trong tủ lạnh. 4.2. Bảo quản bằng việc sử dụng các acid hữu cơ chuỗi ngắn: Acid hữu cơ chuỗi ngắn được sử dụng rộng rãi trong việc bảo quản thực phẩm vì chúng không độc và giảm được pH thực phẩm nên ức chế được VSV. a. Acid axetic và muối axetat: Acid axetic tác động mạnh lên nấm men và vi khuẩn hơn là tác động lên nấm mốc. Chỉ có các loài vi khuẩn acid axetic, lactic, butyric chịu được acid axetic. Tuy nhiên ở pH thấp( 3,5 trở lại) cid này có tác dụng mạnh với 1 số loại nấm mốc. Trong bảo quản nếu dùng nồng độ axetic quá cao sẽ làm cho sản phẩm bị chua. b. Acid lactic: Được sử dụng trong công nghiếp như chất bảo quản và chất tạo mùi vị. Acid này có khả năng ức chế được Bacillus coagulans trong dịch cà chua mạnh hơn 4 lần so với các acid hữu cơ khác như propionic, axetic, xitric. c. Acid propionic: Acid propionic cùng với các muối canxi, natri propionat được phép sử dụng trong sản xuất bánh mì, bánh ngọt, phô mai và một số loại thực phẩm khác. Các loại hóa chất này chủ yếu tác động lên nấm mốc. d. Acid fumaric: Acid fumaric và este của chúng với liều lượng 0,125% làm ức chế vi khuẩn Clostridium bololinum trong 56 ngày ở 30 0C. Metyl và etyl fumarat ức chế nấm mốc trong dịch cà chua với liều lượng 0,2%. 4.3. Phương pháp lên men chua: Lên men chua là phương pháp bảo quản thực phẩm cổ điển và đơn giản nhất nhưng lại có hiệu quả tốt. VSV lên men chua và VSV gây thối rửa là 2 nhóm đối lập nhau: VSV lên men chua sử dụng đường để sinh trưởng và phát triển đồng thời tích lũy acid Lactic làm cho môi trường chua sẽ hạn chế được sự phát triển của VSV gây thối rữa. Vì VSV gây thối rữa chỉ phát triển được trong môi trường kiềm cho nên khi có sự lên men chua nó bị ức chế. Nhưng khi các nấm mốc sử dụng acid lactic làm giảm độ chua thì lúc đó VSV gây thối rữa bắt đầu hoạt động, chuyển môi trường thành kiềm và VSV lên men chua lại bị ức chế. Chính nhờ sự mâu thuẩn đó mà lên men chua là một trong những phương pháp bảo quản thực phẩm có hiệu quả. Lên men chua chủ yếu là do các VSV chuyển hóa đường thành acid Lactic. Trong quá trình phát triển vi khuẩn Lactic, khi nồng độ acid Lactic đạt đến 2-3 % sẽ ức chế hoạt động các loại vi sinh mới, kể cả E.coli. chính vì thế người ta đã ứng dụng quá trình lên men Lactic để sản xuất các sản phẩm khác nhau như muối chua rau quả, sản xuất sữa chua, sản xuất bơ, phomai. Các quá trình muối chua rau quả và ủ chua thức ăn gia súc là quá trình lên men Lactic có trên rau quả hoặc trên thức ăn tươi ban đầu của gia súc. Đây là quá trình vừa bảo quản vừa chế biến. Vi khuẩn Lactic phát triển trong điều kiện yếm khí với nồng độ muối 1,2 – 2,5 %( đối với rau cải) và 3 – 5 %( đối với dưa chuột, cà chua) Nhưng ngoài lên men lactic còn có các loại lên men tạp khác như lên men rượu, lên men dấm... tạo thành một hỗn hợp cần có sự lên men định hướng, tức là cho vào thức ăn định bảo quản chủng VSV thuần khiết đã được nuôi cấy sẵn. Ví dụ trong công nghiệp muối chua bắp cải người ta dùng Bacillus brassicae, trong công nghiệp muối dưa chuột dùng Bacillus curcumeris và trong công nghiệp muối chua táo dùng Lactobacillus listeri và Saccharomyces cerevisae. Trong quá trình bảo quản nước trong các tế bào thực phẩm thoát ra ngoài kéo theo các chất định hướng hòa tan trong nước như đường, muối khoáng, vitamin... và lúc đó các VSV(nhất là nấm mốc) dể phát triển sẽ làm hư thực phẩm. Do đó các sản phẩm lên men chua cũng chỉ bảo quản trong một thời gian nhất định. Muốn kéo theo dài thời hạn bảo quản nên kết hợp với các phương pháp bảo quản khác, ví dụ như bảo quản lạnh.  ... định sinh sản ph t triển Enzim thân thực ph m , độ ẩm tối thiểu, hoạt tính enzim bị hạn chế Đó nguyên lý ph ơng ph p làm khô để bảo quản thực ph m b Ph ơng ph p ph i nắng: Đây ph ơng ph p cổ điển... thực ph m cách giảm pH: 4.1 Tác dụng việc giảm pH: Mỗi loại VSV có pH tối thích riêng Ph n lớn VSV làm hư hỏng thực ph m thích nghi pH trung tính hay kiềm yếu Do nâng cao nồng độ acid ức chế ph t... trưng thực ph m (coca) nên cần ph i trì trình làm khô Sau làm khô, số chất thơm thực ph m không nên làm giảm giá trị cảm quan thực ph m Do đó, ph i bổ sung hương thơm nhân tạo cho thực ph m sau