Tên đề tài: Xác định độ tuổi thu hoạch và ứng dụng kỹ thuật chân không trong bảo quản và chế biến cà chua bi đen (Solanum lycopersicum cv. OG)

Tác giả: Hồ Thị Ngân Hà, Khóa: 2018

Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm; Mã số: 9540101. Nhóm ngành: Công nghệ sản xuất và chế biến

Người hướng dẫn chính: GS.TS. Nguyễn Minh Thủy - Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Cà chua bi đen (Solanum lycopersicum cv. OG) là nguồn nguyên liệu giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học, đặc biệt là anthocyanin. Tuy nhiên, cho đến nay loại trái này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ về kỹ thuật trồng, thu hoạch, xử lý, bảo quản và chế biến. Bên cạnh đó, kỹ thuật chân không từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới để cải thiện chất lượng sản phẩm rau quả nhưng việc ứng dụng kỹ thuật này ở Việt Nam vẫn còn hạn chế. Từ đó, ba nội dung nghiên cứu chủ yếu đã được thực hiện trong luận án.

Ở nội dung thứ nhất, nghiên cứu tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến kỹ thuật sau thu hoạch cà chua bi đen. Kết quả cho thấy giống cà chua bi đen Mỹ OG chứa hàm lượng cao các hợp chất có hoạt tính sinh học, đặc biệt là anthocyanin tập trung ở phần vỏ và cả lớp mô bên ngoài. Có 6 hợp phần anthocyanin được tìm thấy, trong đó 2 anthocyanin chưa được phát hiện trước đây trong cà chua. Kỹ thuật ghép giúp cây phát triển tốt hơn thể hiện qua thời điểm thu hoạch sớm hơn (28 ngày sau khi đậu trái) và trái thu được có hàm lượng anthocyanin, lycopene và vitamin C cao hơn so với trái không ghép. Quá trình xử lý cà chua bi đen trong dung dịch CaCl₂ (1,06% w/v) có ứng dụng chân không (độ chân không 626,90 mmHg và thời gian 15,96 phút) giúp làm tăng hàm lượng calci và độ cứng cho trái, do đó, thời gian bảo quản dài hơn so với mẫu xử lý ở điều kiện áp suất khí quyển. Nhiệt độ 10-12^oC và bao bì PE cho khả năng bảo quản trái tốt hơn so với nhiệt độ 3-5^oC và bao bì PP. Trong điều kiện này, trái được bảo quản tốt trong 30 ngày. Việc chọn được độ tuổi thu hoạch thích hợp và ứng dụng kỹ thuật chân không để xử lý trái trong dung dịch CaCl₂ đã giúp thu được trái cà chua bi đen có chất lượng cao và kéo dài được thời gian bảo quản.

Ở nội dung thứ hai, nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tiến trình chế biến và chất lượng sản phẩm sốt cà chua bi đen. Kỹ thuật xử lý chân không (độ chân không 620,70 mmHg và thời gian 22,27 phút) đã chứng minh được hiệu quả cải thiện khả năng truyền nhiệt trong quá trình chần. Với điều kiện chần tối ưu (88,71^oC trong 80,14 giây), giá trị thấp nhất của hoạt tính peroxidase và hàm lượng cao nhất của pectin cùng các hợp chất có hoạt tính sinh học được thu nhận. Động học quá trình vô hoạt peroxidase và phân hủy anthocyanin tuân theo mô hình bậc nhất. Tỷ lệ gum xanthan và pectin được phối chế tương ứng là 0,2% (w/w) và 0,1% (w/w) giúp cải thiện trạng thái cho sốt cà chua. Sản phẩm được cô đặc ở độ chân không 650 mmHg đến độ Brix 30% có hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học và giá trị cảm quan cao hơn so với cô đặc ở điều kiện khí quyển. Mô hình hàm mũ ba tham số phù hợp hơn để mô tả quá trình cô đặc so với mô hình hai tham số và bốn tham số. Sản phẩm chứa trong chai thủy tinh được thanh trùng ở 95^oC trong 1 phút đảm bảo an toàn về vi sinh, duy trì tốt các hợp chất có hoạt tính sinh học và được bảo quản tốt trong 20 tuần ở điều kiện nhiệt độ thường. Kỹ thuật chân không được ứng dụng trong tiến trình chế biến sốt cà chua bi đen đã giúp rút ngắn các quá trình chế biến nhiệt, từ đó hạn chế tối đa sự tổn thất các hợp chất có hoạt tính sinh học, đặc biệt là anthocyanin.

Ở nội dung thứ ba, nghiên cứu tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến tiến trình chế biến và chất lượng sản phẩm cà chua bi đen sấy dẻo. Kết quả cho thấy quá trình chần ở nhiệt độ thấp (62,05^oC trong 23,09 phút) trong dung dịch CaCl₂ (2,08% w/v) giúp cải thiện độ cứng của trái sau khi tiếp tục chần ở nhiệt độ cao. Việc xử lý ở độ chân không 627,22 mmHg gián đoạn cứ 11,61 phút đầu tiên của mỗi giờ thẩm thấu trong dung dịch đường saccharose 59,38^oBx đã giúp tăng hiệu quả tách nước và giảm thời gian thẩm thấu. Mô hình khuếch tán thể hiện sự tương thích tốt với dữ liệu thực nghiệm của lượng nước mất và lượng chất khô tăng. Khi ứng dụng kỹ thuật sấy ở điều kiện chân không với độ chân không 700 mmHg và nhiệt độ 60^oC để làm khô đến độ ẩm 25% (w/w), sản phẩm đạt giá trị a_w an toàn cho bảo quản, duy trì hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học và giá trị cảm quan tốt hơn so với sấy ở điều kiện khí quyển. Mô hình logarit được chọn để mô tả động học tiến trình sấy cà chua bi đen. Sản phẩm được bảo quản tốt (11 tuần) ở điều kiện nhiệt độ thường trong bao bì nhôm 2 mặt. Việc kết hợp chần trong dung dịch CaCl₂ ở nhiệt độ thấp với ứng dụng chân không trong tiến trình tách nước thẩm thấu và sấy đã giúp cải thiện chất lượng sản phẩm cà chua bi đen sấy dẻo.

2. Những kết quả mới của luận án

Nghiên cứu đầu tiên công bố về thành phần hóa học và hàm lượng các hợp chất có hoạt tính sinh học và bước đầu xác định các hợp phần chất màu anthocyanin hiện diện trong trái cà chua bi đen trồng ở Việt Nam; Nghiên cứu đầu tiên công bố về ảnh hưởng của kỹ thuật không ghép và ghép trên gốc cà tím đến thời điểm thu hoạch cũng như các chỉ tiêu lý hóa và hàm lượng hợp chất có hoạt tính sinh học trong trái cà chua bi đen; Xác định độ tuổi thu hoạch tối ưu cho một loại nguyên liệu mới được trồng ở Việt Nam để thu được trái cà chua bi đen thích hợp cho quá trình bảo quản và chế biến; Ứng dụng công nghệ chân không cho quá trình xử lý trái cà chua bi đen trong dung dịch CaCl₂ nhằm cải thiện cấu trúc và kéo dài thời gian tồn trữ trái; Ứng dụng công nghệ chân không xử lý trái cà chua bi đen trước khi thực hiện quá trình chần nhằm nâng cao hiệu quả chần và giảm sự tổn thất các hợp chất có hoạt tính sinh học khi chế biến sốt cà chua; Ứng dụng công nghệ chân không cho quá trình tách nước thẩm thấu trái cà chua bi đen trong dung dịch đường saccharose khi chế biến cà chua sấy dẻo nhằm tăng tốc độ truyền khối và cải thiện chất lượng sản phẩm.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Kết quả thu nhận đã khẳng định sự hiện diện của anthocyanin trong trái cà chua bi đen
(cv. OG) cùng với một lượng lớn các hợp chất có hoạt tính sinh học khác, từ đó giúp người tiêu dùng nhận thấy được giá trị của loại trái này. Kết quả còn định hướng cho nhà vườn chọn kỹ thuật trồng ghép giúp rút ngắn thời gian thu hoạch và thu nhận nguồn nguyên liệu giàu dinh dưỡng. Các kết quả đạt được cũng đã chứng minh hiệu quả của việc ứng dụng kỹ thuật chân không giúp rút ngắn thời gian và cải thiện chất lượng của cà chua bi đen trong quá trình bảo quản và chế biến. Dựa trên những mô hình được chọn có thể dự đoán được sự thay đổi các chỉ tiêu trong quá trình chế biến và từ đó có thể kiểm soát quá trình tốt hơn.

Tuy nhiên, để đạt được các kết quả tổng quan và hoàn thiện hơn về giống cà chua bi đen này, các nghiên cứu sâu hơn cần tiếp tục thực hiện, bao gồm nghiên cứu ảnh hưởng của việc trồng ghép đến khả năng chống chịu bệnh héo xanh vi khuẩn của cây cà chua bi đen để hiểu rõ hơn tầm quan trọng của kỹ thuật này; ứng dụng kỹ thuật cô đặc chân không và sấy chân không tiên tiến hơn để nâng cao hơn nữa chất lượng sản phẩm; nghiên cứu kéo dài hơn nữa thời gian bảo quản hai sản phẩm sốt và sấy dẻo và áp dụng phương pháp ủ gia tốc để đánh giá thời gian bảo quản hệ thống hơn. Ngoài ra cũng cần có những nghiên cứu tái sử dụng lượng dung dịch đường đã sử dụng sau quá trình tách nước thẩm thấu, ứng dụng sản xuất sản phẩm ở qui mô pilot và tính toán hiệu quả kinh tế để có thể chuyển giao công nghệ.

Thesis title: Determination of harvest stage and application of vacuum technology in preservation and processing of black cherry tomatoes (Solanum lycopersicum cv. OG)

Majors: Food Technology                               Code: 9540101

PhD Student: Ho Thi Ngan Ha

Scientific advisor: Prof. Dr. Nguyen Minh Thuy

Training place: Can Tho University

1. Summary of the thesis

Black cherry tomatoes (Solanum lycopersicum cv. OG) are rich in bioactive compounds, especially anthocyanin. However, these fruits have not been fully studied on planting, harvesting, pretreating, preserving, and processing technologies. Besides, vacuum technology has long been widely applied in the world to improve the quality of fruit and vegetable products, but the application in Vietnam is still limited. Therefore, three main research contents have been carried out in the thesis.

Firstly, the study considered the factors affecting the post-harvest technology of black cherry tomatoes. Results showed that the variety of OG contained high levels of bioactive compounds, especially anthocyanin not only in the skin but also in the outer tissue. Six anthocyanin compounds were identified, of which, two new ones were discovered in the tomato. The grafting helped tomato plants to grow better as shown by the earlier harvest stage (28 days after fruit formation) and the obtained fruits had higher levels of anthocyanin, lycopene, and vitamin C than non-grafted fruits. The total calcium content and firmness of tomatoes increased when fruits were treated in CaCl₂ solution (1.06% w/v) with vacuum application (vacuum level of 626.90 mmHg for 15.96 min), therefore, the storage time was longer than that of samples treated at atmospheric pressure. The temperature of 10-12^oC and PE bags gave better preservation of tomatoes than the temperature of 3-5^oC and PP bags. Under these conditions, fruits were stored well for 30 days. With the selection of the appropriate harvest stage and the application of vacuum technology to infiltrate the fruits in CaCl₂ solution, high-quality fruits were obtained and the storage time was prolonged.

Secondly, the study investigated the factors affecting the processing process and quality of black cherry tomato sauce. The vacuum treatment (vacuum level of 620.70 mmHg for 22.27 min) had been proven to improve effectively the heat transfer during blanching. With optimal blanching conditions (88.71^oC for 80.14 s), the lowest value of peroxidase activity and the highest contents of pectin and bioactive compounds were predicted. The kinetics of peroxidase inactivation and anthocyanin degradation followed the first-order reaction. Xanthan gum and pectin were added of 0.2% (w/w) and 0.1% (w/w), respectively to create a good appearance for the sauce. The sauce which concentrated at a vacuum level of 650 mmHg until the degree Brix of 30% had higher contents of bioactive compounds and sensory values ​​than samples concentrated at atmospheric pressure. The three-parameter exponential model was more suitable to describe the evaporation than the two-parameter and four-parameter models. The sauce contained in glass bottles was pasteurized at 95^oC for 1 min to ensure microbiological safety, maintain bioactive compounds highly, and be stored well for 20 weeks at ambient temperature. The vacuum technology applied in the processing of tomato sauce helped to shorten the heat processing time, thereby minimizing the loss of bioactive compounds, especially anthocyanin.

Thirdly, the study focused on factors affecting the processing process and quality of dried black cherry tomatoes. Results indicated that the low temperature blanching (62.05^oC for 23.09 min) of fruits in a CaCl₂ solution (2.08% w/v) helped to improve the firmness after treatment at a high temperature then. The application of a vacuum level of 627.22 mmHg every first 11.61 min of 1 h osmosis in a sucrose solution of 59.38^oBrix increased the water loss and reduced the osmosis time. The diffusional model showed good compatibility with the experimental data of water loss and solid gain. When fruits were dried under a vacuum level of 700 mmHg at 60^oC until the moisture content of 25% (w/w), the product obtained the water activity value safe for storage while maintained the content of bioactive compounds and sensory value better than samples dried at atmospheric pressure. The logarithmic model was chosen to describe the vacuum drying process of black cherry tomatoes. The product contained in 2-sided aluminum bags had a shelf life of 11 weeks at ambient temperature. The combination of low temperature blanching in CaCl₂ solution with vacuum application in the osmosis and drying process helped to improve the quality of dried tomatoes.

2. New points of the thesis

The first study published on the chemical composition and content of bioactive compounds and initially determined the anthocyanin compounds presenting in black cherry tomatoes grown in Vietnam; The first research showed the effect of grafting on eggplant root on the harvest time as well as the physico-chemical parameters and content of bioactive compounds in black cherry tomatoes; Determination of the optimal harvest stage for a new material grown in Vietnam to obtain black cherry tomatoes suitable for storage and processing; Application of vacuum technology for the treatment of black cherry tomatoes in CaCl₂ solution to improve the structure and prolong the fruit storage time; Application of vacuum technology to infiltrate black cherry tomatoes in water before blanching to improve blanching efficiency and reduce the loss of bioactive compounds when processing tomato sauce; Application of vacuum technology for the osmotis dehydration of black cherry tomatoes in sucrose solution when processing dried tomatoes to speed up mass transfer and improve product quality.

3. Application/applicability in practice and issues need further study

The obtained results confirmed the presence of anthocyanin in black cherry tomatoes
(cv. OG) along with a large amount of other bioactive compounds, thereby helping consumers realize the value of these fruits. The results also guided gardeners to choose the grafting technique to shorten harvest time and obtain nutrient-rich raw materials. The obtained results also proved the effectiveness of the application of vacuum technology to shorten the time and improve the quality of black cherry tomatoes during storage and processing. Based on the selected models, it was possible to predict the change of parameters during the processing process and thereby better control the process.

However, in order to achieve more comprehensive and complete results on this black cherry tomato variety, further studies need to be carried out, including investigating the impact of grafting on the resistance to bacterial wilt of the black cherry tomato plant to better understand the importance of this technique; applying advanced vacuum concentration and vacuum drying technologies to further improve the product quality; studying to further prolong the shelf life of tomato sauce and dried tomatoes and applying the rapid thermal annealing techniques to evaluate the shelf life more systematically. In addition, there should be studies on the reuse of used sucrose solution after osmotic dehydration, production of two products at pilot scale and calculation of economic efficiency for technology transfer.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)