Quá trình hô hấp và hiện tượng bốc nóng ở ngũ cốc diễn ra như thế nào?

Có bao giờ bạn để ý rằng các loại hạt ngũ cốc khi để bên ngoài một thời gian thì khối hạt sẽ nóng dần, sau đó khi cân lại thì có sự giảm nhẹ về trọng lượng hay không? Đó chính là kết quả của quá trình hô hấp hiện tượng bốc nóng ở ngũ cốc. Tìm hiểu cụ thể hơn trong bài viết dưới đây!

Các thực phẩm giàu saccharide (hay carbohydrat) khi bảo quản thường xảy ra quá trình hô hấp. Quá trình này dẫn đến những thiệt hại trực tiếp đối với nhà sản xuất như:

• Khối lượng chất khô trong hạt giảm dẫn đến trọng lượng khối hạt giảm.
• Thành phần không khí bên trong bao bì chứa thay đổi, cụ thể là hàm lượng CO₂ tăng trong khi hàm lượng O₂ giảm.
• Thoát hơi nước trong quá trình hô hấp dẫn đến độ ẩm khối hạt tăng. Hoạt độ nước cao có thể trở thành điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các loại nấm mốc.

>> Xem thêm Tổng quan về độc tố nấm mốc (Mycotoxins) trong công nghệ thực phẩm

• Hô hấp kéo theo quá trình tỏa nhiệt nên khiến khối hạt có hiện tượng “bốc nóng”.

Cơ chế quá trình hô hấp ở ngũ cốc

Đối tượng xảy ra: Các hạt ngũ cốc đã chín sinh lý và đang trong trạng thái ngủ sinh lý. Lúc này hạt sẽ có hiện tượng hô hấp.

Sự hô hấp của hạt phụ thuộc vào 2 yếu tố: Sự có mặt của oxy và hàm lượng oxy trong môi trường bảo quản. Phương trình diễn ra như sau:

• (C₆H₁₀O₅)_n → C₆H₁₂O₆ → 6nCO₂ + 6nH₂O+674kcal (Môi trường nhiều oxy).
• (C₆H₁₀O₅)_n → C₆H₁₂O₆ → 2nCO₂ + 6nH₂O+24kcal + 2nC₂H₅OH → CH₃COOH (Môi trường ít oxy).

Theo phương trình ta có thể thấy quá trình hô hấp của ngũ cốc sẽ sản sinh ra nước và năng lượng (đối với môi trường nhiều oxy) và có thể tạo ra thêm Acid acetic (Đối với môi trường ít oxy). Do đó sẽ làm giảm trọng lượng (Phản ứng tinh bột) và độ ẩm, nhiệt độ tăng lên (Hiện tượng sinh nhiệt).

Hậu quả của quá trình hô hấp

Ngũ cốc lên men chua/lên men rượu

Khi nhiệt độ tăng đến 1 mức thích hợp thì enzyme oxidase sẽ hoạt động làm cho quá trình hô hấp trở nên mạnh mẽ đồng nghĩa với việc nhiệt độ khối hạt sẽ càng ấm lên và hoạt độ nước càng tăng cao. Đây là điều kiện cực kỳ thích hợp cho các vi sinh phát triển. Đồng thời, các enzyme thủy phân sẽ phân giải các chất dinh dưỡng trong ngũ cốc và làm cho nó dễ bị hư hỏng do hiện tương lên men rượu.

Hô hấp yếm khí

Nếu bạn bảo quản khối hạt trong điều kiện yếm khí (hạn chế sự xuất hiện của Oxy không khí) thì sẽ xảy ra quá trình hô hấp yếm khi sinh ra rượu ethylic. Hậu quả của nó là phôi sẽ bị ngộ độc và mất khả năng nảy mầm. Do đó nếu khối hạt dùng làm giống thì không được để trong môi trường yếm khí.

Yếu tố nào ảnh hưởng đến cường độ hô hấp của ngũ cốc

Có nhiều yếu tố quyết định đến khả năng hô hấp mạnh hay yếu của các hạt ngũ cốc. Nhưng quan trọng nhất vẫn là độ ẩm và nhiệt độ:

• Độ ẩm môi trường: Độ ẩm của khối hạt ngũ cốc càng cao thì nó hô hấp càng mạnh. Tuy nhiên biểu đồ cường độ hô hấp không phải đường thẳng tăng trưởng. Theo nghiên cứu, cường độ hô hấp của hạt chỉ bắt đầu tăng rõ rệt khi độ ẩm của nó vượt độ ẩm giới hạn. Mỗi loại ngũ cốc có mức độ ẩm giới hạn khác nhau, cụ thể:
  • Hạt lương thực có độ ẩm giới hạn là 14 – 15%.
  • Hạt có dầu có độ ẩm giới hạn là 8 – 9%.
• Nhiệt độ cũng được nghiên cứu là có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ hô hấp. Mức nhiệt độ 50 – 55^oC sẽ khiến hạt hô hấp với cường độ mạnh nhất. Khi tăng nhiệt độ cao hơn, cường độ hô hấp sẽ giảm xuống nhưng protein sẽ bị biến tính và hạt bị mất sức sống.

Điều kiện bảo quản củ, quả tươi

Không chỉ riêng các hạt ngũ cốc, các loại củ quả với hàm lượng saccharide cao (Ví dụ như khoai lang, khoai tây, ngô,…) cũng xảy ra tình trạng hô hấp.

Để bảo quản các loại củ, quả tươi cần:

• Giảm quá trình thất thoát hơi nước.
• Giảm quá trình hô hấp.
• Hạn chế hiện tượng nảy mầm.

>> Xem thêm Tìm hiểu về sự biến đổi chất lượng rau quả sau khi thu hái

Điều kiện bảo quản củ, quả tươi được nghiên cứu là: Nhiệt độ 13 – 16^oC, độ ẩm 70 – 80% và hạn chế sự hiện diện của ánh sáng để ngăn hiện tượng nảy mầm.

Kết luận này được rút ra dựa trên thí nghiệm 18 ngày bảo quản khoai lang. Khoai lang được bảo quản ở điều kiện không khí bình thường thì:

• Trọng lượng giảm do thoát hơi nước là 5,9%.
• Tinh bột giảm từ 52,01% còn 31,13%.
• Hàm lượng đạm, vitamin giảm rõ rệt.

Tạm kết

Quá trình hô hấp hiện tượng “bốc nóng” ở ngũ cốc và củ quả là một hiện tượng sinh học phổ biến ở các loại nguyên liệu giàu saccharide. Đây là quá trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng trong hạt thành năng lượng để duy trì sự sống và phát triển của hạt. Tuy nhiên quá trình này lại gây bất lợi đến các nhà sản xuất. Để kiểm soát quá trình này, cầm nắm rõ nguyên lý và cơ chế của nó. Theo nghiên cứu thì điều kiện tối ưu để bảo quản củ, quả là: Nhiệt độ 13 – 16^oC, độ ẩm 70 – 80% và hạn chế sự hiện diện của ánh sáng để ngăn hiện tượng nảy mầm.

Tài liệu tham khảo
Lê Thị Hồng Ánh (Chủ biên), Giáo trình Hoá sinh học thực phẩm, Trường Đại học công nghiệp thực phẩm TPHCM.

Vân Thanh