Có lẽ bạn đã từng gặp cảnh táo gọt sẵn để cho vào hộp cơm chuyển sang màu vàng nâu khi đến giờ ăn trưa. Khoai tây thái sẵn, quả bơ bổ đôi hay chuối bóc vỏ cũng vậy. Hiện tượng thực phẩm đổi màu dù chưa hỏng này chính là “sự hóa nâu do enzyme (Enzymatic Browning)”.
Nói một cách đơn giản, sự hóa nâu do enzyme là “phản ứng trong đó enzyme có trong rau quả sử dụng oxy trong không khí để oxy hóa các hợp chất phenol, từ đó tạo ra sắc tố nâu”. Nếu màu nâu xuất hiện khi nướng thịt là do phản ứng Maillard dưới tác động của nhiệt, thì màu nâu trên táo lại hình thành qua một phản ứng khác do enzyme gây ra ngay ở nhiệt độ phòng. Tuy khiến thực phẩm trông kém tươi hơn, chính phản ứng này cũng tạo nên sắc đỏ và hương vị đậm đà của hồng trà.
Trong tài liệu này, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu khái niệm và cơ chế của sự hóa nâu do enzyme, những cách làm chậm quá trình hóa nâu trong đời sống, cùng các thực phẩm chủ động tận dụng phản ứng này và những công nghệ mới.
Khoa học về enzyme ẩn sau màu nâu của táo
Sự hóa nâu do enzyme là gì?
Sự hóa nâu do enzyme bắt đầu khi mô thực vật bị tổn thương do cắt hoặc đè ép. Trong tế bào nguyên vẹn, các chất tham gia phản ứng và enzyme nằm ở những ngăn khác nhau nên hầu như không gặp nhau. Khi việc cắt thái hoặc va đập làm vỡ thành và màng tế bào, chúng trộn lẫn với nhau; oxy trong không khí tiếp tục tham gia khiến phản ứng bắt đầu ngay lập tức.
- Enzyme polyphenol oxidase (Polyphenol Oxidase): Là enzyme chứa đồng, gọi tắt là PPO, đóng vai trò chủ chốt trong phản ứng hóa nâu.
- Hợp chất phenol (Phenolic Compounds): Là các thành phần tạo vị chát và hương thơm của rau quả, đồng thời là nguyên liệu cho sự hóa nâu.
- Melanin (Melanin): Là sắc tố nâu hoặc đen được tạo thành ở cuối phản ứng, thuộc cùng nhóm với sắc tố tạo màu da người.
Ngay cả với táo, tốc độ hóa nâu cũng khác nhau tùy giống vì lượng enzyme và loại hợp chất phenol của mỗi giống khác nhau. Những loại rau củ đổi màu ngay sau khi cắt như khoai tây, cà tím, rễ ngưu bàng và củ sen thường đặc biệt giàu cả hai thành phần này.
3 giai đoạn hình thành màu nâu
Sự hóa nâu do enzyme diễn ra qua một chuỗi gồm nhiều giai đoạn phản ứng hóa học. Enzyme đảm nhiệm giai đoạn đầu, còn các giai đoạn sau tự diễn ra mà không cần enzyme.
(1) Oxy hóa: Từ phenol thành quinone
Enzyme polyphenol oxidase sử dụng oxy để chuyển các hợp chất phenol thành một chất có hoạt tính phản ứng rất cao gọi là “quinone (Quinone)”. Đến giai đoạn này, hầu như vẫn chưa thấy rõ màu nâu.
(2) Trùng hợp: Các quinone liên kết với nhau
Quinone không bền nên kết tụ với nhau hoặc liên kết với protein và axit amin. Khi các phân tử ngày càng lớn, khả năng hấp thụ ánh sáng cũng tăng lên.
(3) Tạo màu: Melanin xuất hiện
Các phân tử đã tăng kích thước cuối cùng trở thành sắc tố nâu melanin. Từ lúc này, mặt cắt của táo chuyển sang màu vàng nâu rồi dần thành nâu sẫm.
Phản ứng này cần có đầy đủ enzyme, hợp chất phenol, oxy và điều kiện thuận lợi cho enzyme hoạt động. Enzyme polyphenol oxidase thường hoạt động mạnh nhất ở độ pH khoảng 5–7 và gần như không còn hoạt động khi pH xuống dưới 3. Chỉ cần loại bỏ một trong bốn yếu tố là quá trình hóa nâu sẽ chậm đi đáng kể.
Làm chậm sự hóa nâu qua những ví dụ đơn giản
Cách ngăn sự hóa nâu suy cho cùng là loại bỏ một trong những điều kiện cần cho phản ứng. Những mẹo thường dùng trong bếp đều có cơ sở khoa học riêng.
[Ví dụ 1] Táo được rưới nước cốt chanh và ngâm trong nước đường
Khi rưới nước cốt chanh, axit làm giảm pH khiến enzyme hoạt động yếu đi, còn vitamin C (axit ascorbic) trong chanh chuyển quinone trở lại thành phenol không màu. Tuy nhiên, vitamin C bị tiêu hao trong quá trình sử dụng, nên khi cạn hết theo thời gian, sự hóa nâu sẽ bắt đầu trở lại. Ngâm trong nước muối loãng hoặc nước đường cũng có tác dụng ngăn bề mặt tiếp xúc với không khí.
[Ví dụ 2] Chần và đóng gói hút chân không
Khi sản xuất rau củ đông lạnh, việc chần nhanh bằng nước sôi hoặc hơi nước nhằm dùng nhiệt phá hủy chính enzyme. Đóng gói hút chân không hoặc nạp khí nitơ giúp loại bỏ oxy, còn bảo quản lạnh làm chậm tốc độ phản ứng.
- Axit hóa (Acidification): Là phương pháp dùng axit citric hoặc giấm để hạ pH, qua đó ức chế hoạt động của enzyme.
- Chất khử (Reducing Agent): Là chất như vitamin C, chuyển quinone trở lại thành chất ban đầu để ngăn hình thành màu.
- Chần (Blanching): Là công đoạn chế biến sử dụng nhiệt trong thời gian ngắn để bất hoạt enzyme.
Trước đây, các quầy salad tự chọn trong nhà hàng từng phun sulfite để rau trông tươi hơn. Tuy nhiên, sau khi liên tiếp xảy ra các phản ứng quá mẫn nghiêm trọng, chủ yếu ở người mắc bệnh hen suyễn, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã cấm sử dụng sulfite trên rau quả ăn sống vào năm 1986.
Thực phẩm tận dụng sự hóa nâu và những công nghệ mới
Sự hóa nâu không phải lúc nào cũng cần tránh. Một số thực phẩm được chủ động tạo phản ứng này để có màu sắc và hương vị đặc trưng.
(1) Điểm rẽ giữa hồng trà và trà xanh
Cùng là lá cây chè, nhưng nếu vò và làm dập lá rồi để enzyme oxy hóa catechin đầy đủ thì sẽ tạo thành hồng trà. Theaflavin và thearubigin hình thành trong quá trình này tạo nên nước trà màu đỏ cùng hương vị đậm đà. Ngược lại, nếu sao hoặc hấp lá ngay sau khi hái để ngừng hoạt động của enzyme thì sẽ tạo thành trà xanh có sắc xanh.
(2) Màu sẫm của trái cây sấy khô
Sự hóa nâu do enzyme cũng góp phần tạo màu nâu sẫm cho trái cây khô như nho khô và hồng khô. Cùng với các phản ứng hóa nâu khác diễn ra trong quá trình làm khô, nó tạo nên màu sắc và hương vị đặc trưng.
(3) Táo không hóa nâu
Công ty Okanagan Specialty Fruits của Canada đã phát triển “táo Arctic (Arctic Apple)” bằng cách sử dụng các đoạn gen của chính quả táo để ức chế hoạt động của gen polyphenol oxidase, và Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ đã phê duyệt loại táo này vào năm 2015. Mặt cắt giữ được màu trắng lâu sau khi thái, nhưng những tranh luận xoay quanh việc đây là cây trồng biến đổi gen vẫn còn tồn tại.
Sự hóa nâu do enzyme là phản ứng tự nhiên khi enzyme, hợp chất phenol và oxy gặp nhau trong mô thực vật bị tổn thương để tạo ra sắc tố nâu. Vì vậy, chỉ cần ngắt một điều kiện của phản ứng bằng các biện pháp như dùng axit, nhiệt, ngăn oxy hoặc hạ nhiệt độ là có thể làm chậm quá trình này; ngược lại, nếu kiểm soát tốt như khi làm hồng trà, phản ứng sẽ tạo nên hương vị và màu sắc mới.
Hình dung enzyme đang hoạt động trên mặt cắt nâu của quả táo đã gọt chính là bước đầu tiên của khoa học thực phẩm, biến căn bếp thành một phòng thí nghiệm nhỏ.
