Quá trình tách ẩm và biến đổi màu anthocyanins của khoai lang tím khi sấy hồng ngoại

Sấy hồng ngoại là phương pháp sấy sử dụng nguồn bức xạ là tia hồng ngoại, khi sấy nguyên liệu sẽ hấp thu năng lượng của tia hồng ngoại làm cho nhiệt độ tăng lên, làm xuất hiện gradient nhiệt lớn giữa vùng bề mặt và bên trong vật liệu sấy, quá trình tách ẩm nhanh vì thế thời gian sấy giảm, đó cũng là một yếu tố quan trọng bảo tồn màu tự nhiên anthocyanins của sản phẩm khoai lang tím sấy khô. Bài viết trình bày quá trình tách ẩm và biến đổi màu anthocyanins của khoai lang tím khi sấy hồng ngoại.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 QUÁ TRÌNH TÁCH ẨM VÀ BIẾN ĐỔI MÀU ANTHOCYANINS CỦA KHOAI LANG TÍM KHI SẤY HỒNG NGOẠI PROCESS OF DEHUMIDIFICATION AND VARIATION OF ANTHOCYANINS IN PURPLE SWEET POTATOES BY INFRARED DRYING Huỳnh Thị Kim Cúc, Nguyễn Thị Hồng Ngân, Lê Thị Thảo Tiên, Tạ Thị Tố Quyên Trường Cao đẳng Lương thực – Thực phẩm Email: cuchtk@yahoo.com TÓM TẮT Sấy hồng ngoại phương pháp sấy sử dụng nguồn xạ tia hồng ngoại, sấy nguyên liệu hấp thu lượng tia hồng ngoại làm cho nhiệt độ tăng lên, làm xuất gradient nhiệt lớn vùng bề mặt bên vật liệu sấy, trình tách ẩm nhanh thời gian sấygiảm, yếu tố quan trọng bảo tồn màu tự nhiên anthocyanins sản phẩm khoai lang tím sấy khơ Khi sấy khoai lang tím máy sấy hồng ngoại chế độ cài đặt nhiệt độ để tách ẩm tốt 1800C, sấy nhiệt độ cao xảy trình đốt cháy hợp chất hữu tạo thành CO2 H2O, làm cho độ ẩm tăng giả tạo Độ ẩm khoai lang tím tươi xác định nhiệt độ 1800C 66.14% Khi sấy khoai lang tím đến độ ẩm 7.0%÷7.5%, khoảng nhiệt độ từ 1000C đến 1800C, nhiệt độ tăng thời gian sấy ngắn, hàm lượng màu anthocyanins tăng dần Sấy nhiệt độ 1800C hàm lượng anthocyanins 282.45mg/100g, tăng 4.9% so với hàm lượng màu anthocyanins sấy nhiệt độ 1000C (269.30mg/100g chất khơ) Từ khóa: khoai lang tím; sấy hồng ngoại;anthocyanins; độ ẩm; nhiệt độ ABSTRACT Infrared drying is the method which uses the infrared radiation During this process, drying materials will absorb the energy of infrared, increasing temperature, creating a large temperature gradient between the surface and inside materials, speeding up the dehumidifying process and drying time is; hence, reduced It is also an important factor contributing to the conservation of natural color - anthocyanins found in the dried purple sweet potatoes When purple sweet potatoes are being dried by infrared dryers, the most appropriate temperature setting for dehumidifying is at 1800C If drying at a higher temperature, the combustion of organic compounds forming CO2 and H2O will happen, increasing humidity artificially The humidity of fresh purple sweet potatoes at temperature 1800C is 66.14% When drying purple sweet potato to 7.0% ÷ 7.5% of humidity, from 1000C to 1800C, the more temperature is increased, the shorter the drying time will be and the color anthocyanin content also increases At the drying temperature of 1800C, the anthocyanins content is 282.45mg/100g, increasing by 4.9% compared with the levels of anthocyanins color while the drying temperature is at 1000C (269.30mg/100g dry matter) Key words: fleshpurple sweet potato; infrared drying; anthocyanins; humidity; temperature Đặt vấn đề Khoai lang tím trồng nhiềuở tỉnh phía Nam, phổ biến tỉnh Kiên Giang, Vĩnh Long, sản lượng tương đối cao Ngồi thành phần hóa học thơng thường, khoai lang tím cịn chứa chất màu anthocyanins từ 57.5mg/100g đến 174.7mg/100g nguyên liệu tươi [2], [5], [6], thành phần chất màu tự nhiên có màu sắc đẹp hấp dẫn, tạo nên giá trị vượt trội cho sản phẩm chế biến từ nguyên liệu Hiện nay, nước ta khoai lang tím chủ yếu sử dụng tươi, chưa chế biến thành sản phẩm thực phẩm tiện dụng 92 sử dụng Sấy hồng ngoại phương pháp sấy xạ, sử dụng nguồn xạ tia hồng ngoại, sấy nguyên liệu hấp thu lượng tia hồng ngoại làm cho nhiệt độ tăng lên, xuất gradient nhiệt lớn vùng bề mặt bên vật liệu sấy, làm cho trình tách ẩm nhanh thời gian sấygiảm, yếu tố quan trọng bảo tồn màu tự nhiên anthocyanins sản phẩm khoai lang tím sấy khơ Nguyên liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên liệu Khoai lang tím (Tên khoa học Ipomoea TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 batatas) 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp chuẩn bị mẫu Khoai lang tím tươi → rửa → hấp chín → tách vỏ, đánh tơi → mẫu nghiên cứu 2.2.2 Phương pháp xác định hàm lượng anthocyanins [1] Sử dụng phương pháp pH vi sai (the pH diffrential method), dựa nguyên tắc đổi màu thay đổi độ hấp thụ anthocyanins theo thay đổi pH Tại pH1.0 anthocyanins dạng muối oxinium có màu có độ hấp thụ cực đại Ở pH4.5 anthocyanins có dạng carbinol khơng màu nên độ hấp thụ gần không Hàm lượng anthocyaninsđược tính theo cơng thức (1) a A.M K V , g (1)  l Trong đó: - A độ hấp thụ mẫu pha lỗng(cơng thức 2), với Amax A700 độ hấp thụ bước sóng hấp thụ cực đại (max) 700nm; A = (Amax–A700)pH1.0 – (Amax–A700)pH 4.5 (2) - M: khối lượng phân tử anthocyanins, mol/l; - l: chiều dày cuvet, cm; K: độ pha lỗng; - V: thể tích màu thu mẫu, lit; - ε : hệ số hấp thụ phân tử, M-1cm-1 (lit/mol.cm) Khoai lang tím chứa nhiều loại anthocyanins khác nên tính theo cyanidin3-glucoside (M=449,2g/mol; ε=26.900M-1cm-1) 2.2.3 Phương pháp sấy Sử dụng máy sấy hồng ngoại “Moisture Analyzer MX-50” Kết thảo luận 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến tốc độ tách ẩm sấy hồng ngoại MX-50 nhiệt độ khoảng từ 1000C đến 2000C, thời gian 30 phút.Quá trình tách ẩm tốc độ tách ẩm biểu diễn đồ thị Hình Kết biểu diễn phần trăm ẩm tách khỏi vật liệu sấy, tốc độ tách ẩm (%/phút) nhiệt độ từ 100 0C đến 2000C, thời gian 30 phút (hình 3.1) cho thấy: nhiệt độ tăng ẩm mẫu (moisture) tách tăng, nhiệt độ 100 0C 23.42% ẩm tách ra, nhiệt độ 120 0C ẩm tách 41.93%, nhiệt độ tăng đến 200 0C ẩm tách cao nhất, đạt 65.09% Trong tốc độ tách ẩm (Rate) tăng vài phút đầu tiên, sau giảm dần, cuối có tăng nhẹ, 1000C tốc độ tách ẩm cao (3.66%/phút), sau tốc độ tách ẩm giảm dần, đạt thấp 1800C (0.11%/phút), sau tăng nhẹ lên 0.12%/phút nhiệt độ 2000C Nguyên nhân trình tách ẩm ban đầu chủ yếu tách nước dạng nước tự do, nên tốc độ tách ẩm cao, lượng ẩm tách khỏi mẫu nhiều, sau trình tách nước tự khỏi mẫu trình tách ẩm dạng liên kết lý phần liên kết hóa lý, tốc độ giảm dần, tốc độ tách ẩm giảm thấp có nghĩa gần ẩm tách hết Ở 2000C tốc độ tách ẩm tăng nhẹ,có thểdo nhiệt độ cao (2000C) bắt đầu xảy trình đốt cháy chất hữu khoai lang tím (chủ yếu đường, tinh bột)tạo thành CO H2O, lượng nước làm cho tốc độ tách ẩm tăng nhẹ Đánh giá mức độ ưu tiên cho trình tách ẩm, xác định máy mức A 1800C, mức B 2000C, mức C 1600C, mức D 1400C, mức E 1200C, mức F 1000C Kết khẳng định mức A tốt nhấtđể xác định độ ẩm mẫu, điều có nghĩa xác định độ ẩm khoai lang tím máy sấy hồng ngoại nhanh chọn chế độ nhiệt 1800C thích hợp Ở nhiệt độ cho phép tách nước mẫu, với thời gian ngắn mà chưa xảy trình đốt cháy hợp chất hữu Chọn chế độ sấy khoai lang tím máy 93 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình tách ẩm, sấy hồng ngoại 3.2 Nghiên cứu q trình tách ẩm khoai lang tím 1800C Với kết nghiên cứu mục 3.1, chế độ nhiệt tối ưu để tách ẩm cho khoai lang tím 1800C, tiến hành q trình sấy khoai lang tím nhiệt độ1800C, tách hết ẩm (theo tín hiệu máy) Quá trình tách ẩm độ ẩm mẫu máy ghi tự động (đồ thị Hình 2) Hình Quá trình tách ẩm 1800C, sấy khoai lang tím hồng ngoại 94 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 Hình Quá trình tách ẩm khoai lang tím theo thời gian nhiệt độ Kết đồ thị Hình cho thấy khoảng phút tốc độ tách ẩm tăng mạnh, lúc trình tách ẩm tách nước tự Sau khoảng 10 phút ẩm tiếp tục tách với tốc độ chậm hơn, sau khoảng 13÷15 phút tốc độ tách ẩm giảm thấp gần 0, ẩm không đươc tách thêm, sau 15.31phút, độ ẩm mẫu đạt 66.14%, tương ứng với tốc độ tách ẩm 0.04%/phút Kết nghiên cứu xác định độ ẩm khoai lang tím tươi, theo phương pháp sấy hồng ngoại 66.14%, kết nghiên cứu phù hợp với kết nghiên cứu công bố [2] 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ sấy đến hàm lượng màu anthocyanins Với kết nghiên cứu mục 3.1 3.2, cho thấy nhiệt độ tách ẩm tốt mẫu khoai lang tím hồng ngoại 1800C, nhiên nhiệt độ cao ảnh hưởng đến hàm lượng màu anthocyanins sản phẩm, chúng tơi tiến hành sấy mẫu khoai lang tím nhiệt độ 1000C, 1200C, 1400C, 1600C, 1800C; chiều dày lớp khoai khoảng 1mm, sấycho đến ẩm tách khoảng 63% (tương ứng với độ ẩm sản phẩm khoai lang sấy khơ khoảng 7.0÷7.5%) Q trình tách ẩm mẫu khoai lang tím theo thời gian nhiệt độ trình bày đồ thị Hình Thời gian sấy mẫu trình bày Bảng Bảng Mối quan hệ nhiệt độ thời gian sấy M1 1000C 33 phút 22 giây M2 1200C 20 phút 55 giây M3 1400C 13 phút 24 giây M4 1600C phút 35 giây M5 1800C phút giây Kết đồ thị hình 3.3 bảng 3.1 cho thấy nhiệt độ sấy cao, thời gian sấy nhanh Thời gian sấy để tách khoảng 63% ẩm mẫu 1000C 33 phút 22 giây, mẫu 1200C 20 phút 55 giây, mẫu 1400C 13 phút 24 giây, mẫu 1600C phút 35 giây mẫu sấy nhiệt độ 1800C phút giây.Như thời gian sấy nhiệt độ 1800C giảm khoảng 1/4 so với thời gian sấy 1000C Nguyên nhân dokhi sấy nhiệt độ thấp hàm lượng ẩm nguyên liệu giảm chậm chênh lệch áp suất bề mặt nguyên liệu áp suất riêng phần khơng khí nhỏ, nên tốc độthốt ẩm chậm làm kéo dài thời gian sấy Hơn trình sấy xạ hồng ngoại, tức q trình đốt nóng xạ hồng ngoại, truyền nhiệt theo dạng sóng điện từ, tác động lượng xạ phân tử 95 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 nước dễ dàng bị phân ly thành ion H+ OHnên làm cho ẩm vật liệu sấy thoát nhanh Lúc này, chiều chuyển động dòng ẩm trùng với chiều chuyển động dòng nhiệt (từ vật liệu sấy bề mặt) làm tăng trìnhkhuếch tán nội, điều trái ngược hẳn với phương pháp gia nhiệt thơng thường dịng nhiệt di chuyển từ bề mặt vật liệu vào tâm vật liệu, cịn ẩm di chuyển từ vật liệu bề mặt Ngoài tác dụng xạ hồng ngoại có tần số tương ứng với tần số dao động riêng liên kết hóa học, nhóm chức có khả phản ứng cao như: -OH, -COOH, tác dụng trực tiếp đến liên kết hóa học tạo tình cộng hưởng làm đứt liên kết hóa học [3] Chính sấy xạ hồng ngoại trình thoát ẩm dễ dàng hơn, thời gian sấy ngắn hơn, nhiệt độ sấy tăng cao thời gian sấy lại ngắn Điều tiết kiệm thời gian mà cịn có ý nghĩa việc bảo tồn chất màu anthocyanins sản phẩm khoai lang tím sấy khơ Các mẫu khoai lang tím sau sấy khô, nghiền nhỏ, chiết tách chất màu, xác định hàm lượng anthocyanins (mục 2.2.2), kết hàm lượng anthocyanins 100g chất khơ sản phẩm trình bày đồ thị Hình Hình Sự biến đổi hàm lượng màu anthocyanins theo nhiệt độ sấy Kết đồ thị Hình cho thấy nhiệt độ sấy tăng hàm lượng màu anthocyanins sản phẩm (tính theo mg/100g chất khơ) cao.Ở 1000C hàm lượng màu anthocyanins 269.30mg,ở 1200C 277.6mg, 1400C 278.85mg, 1600C 279.20mg, nhiệt độ 1800C hàm lượng anthocyanins 282.45mg, tăng 1.05 lần so với sấy 1000C Nguyên nhân chất màu anthocyanins khoai lạng tím giàu acylated anthocyanins [4], mà chất màu giàu acylated anthocyanins có khả ổn định màu cao nhờ hợp chất đồng màu nội phân tử Khi nhiệt độ cao, phân ly phức chất flavylium chất đồng màu tăng lên Tuy nhiên, ổn định màu cao trì thời gian nhiệt độ thích hợp, thời gian dài xảy phân giải hợp chất màu [1], [4], [5] 96 Kết luận Sấy hồng ngoại phương pháp sấy sử dụng nguồn xạ tia hồng ngoại, sấy nguyên liệu hấp thu lượng tia hồng ngoại làm cho nhiệt độ tăng lên, làm xuất gradient nhiệt lớn vùng bề mặt bên vật liệu sấy, trình tách ẩm nhanh thời gian sấy giảm, yếu tố quan trọng bảo tồn màu tự nhiên anthocyanins sản phẩm khoai lang tím sấy khơ Khi sấy khoai lang tím máy sấy hồng ngoại chế độ cài đặt nhiệt độ để tách ẩm tốt 1800C, sấy nhiệt độ cao xảy trình đốt cháy hợp chất hữu tạo thành CO2 nước, làm cho độ ẩm tăng giả tạo Độ ẩm khoai lang tím tươi xác định nhiệt độ 1800C 66.14% Khi sấy khoai lang tím đến độ ẩm 7.0%÷7.5%, khoảng nhiệt độ từ 1000C đến 1800C, nhiệt độ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 tăng thời gian sấy ngắn, hàm lượng màu anthocyanins tăng dần Sấy nhiệt độ 1800C hàm lượng anthocyanins 282.45mg/100g, tăng 4.9% so với hàm lượng màu anthocyanins sấy nhiệt độ 1000C (269.30mg/100g chất khô) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Huỳnh Thị Kim Cúc (2007), Nghiên cứu thu nhận ứng dụng chất màu anthocyanins công nghệ thực phẩm, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng [2] Thái Thị Ánh Ngọc (2011), Nghiên cứu thành phần chất màu anthocyanins chiết từ khoai lang tím, Luận văn thạc sĩ, Đại học Đà Nẵng [3] Đặng Minh Nhật (2006), Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [4] Chong Choung Teow (2005), Antioxidant activity and bioactive compounds of sweet potatos (Under the direction of Dr Van-Den Truong), A thesis submitted to the Graduate Faculty of North Carolina State University in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science [5] Van-Den Truong, et al (2010), Characterization of anthocyanins and anthocyanidins in PurpleFleshed Sweetpotatoes by HPLC-DAD/ESI-MS/MS, J.Agric.Food Chem, 58, 404–410 [6] Elyana Cvevas Montilla - Silke Hillebrand - Peter Winterhalter (2011), Anthocyanins in purple sweet potato varieties, Fruit vegetable and cereal science and biotechnology, Global science books (BBT nhận bài: 05/06/2013, phản biện xong: 21/06/2013) 97 ... bên vật liệu sấy, trình tách ẩm nhanh thời gian sấy giảm, yếu tố quan trọng bảo tồn màu tự nhiên anthocyanins sản phẩm khoai lang tím sấy khơ Khi sấy khoai lang tím máy sấy hồng ngoại chế độ cài... để tách ẩm cho khoai lang tím 1800C, tiến hành q trình sấy khoai lang tím nhiệt độ1800C, tách hết ẩm (theo tín hiệu máy) Q trình tách ẩm độ ẩm mẫu máy ghi tự động (đồ thị Hình 2) Hình Quá trình. .. Hình 2) Hình Quá trình tách ẩm 1800C, sấy khoai lang tím hồng ngoại 94 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 10(71).2013 Hình Quá trình tách ẩm khoai lang tím theo thời gian nhiệt