Ứng dụng mô hình đáp ứng bề mặt (RSM) tối ưu hóa quá trình công nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm.pdf

NTTU-NCKH-04 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2021 Tên đề tài: Ứng dụng mơ hình đáp ứng bề mặt (RSM) tối ưu hóa q trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) Số hợp đồng: 2021.01.177/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS.DS Nguyễn Ngọc Quý Đơn vị công tác: Viện Ứng dụng công nghệ phát triển bền vững Thời gian thực hiện: TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2021 Tên đề tài: Ứng dụng mô hình đáp ứng bề mặt (RSM) tối ưu hóa q trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm (Annona muricata L.) Số hợp đồng : 2021.01.177/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS.DS Nguyễn Ngọc Quý Đơn vị công tác: Viện Ứng dụng Phát triển bền vững Thời gian thực hiện: Các thành viên phối hợp cộng tác: STT Họ tên Chuyên Cơ quan ngành công tác DS Nguyễn Ngọc Quý Dược ĐH NTT CN Trần Thị Yến Nhi Thực phẩm ĐH NTT CN Phạm Trí Nhựt Hóa học ĐH NTT CN Đào Tấn Phát Hóa học ĐH NTT DS Nguyễn Minh Tiến Dược ĐH NTT Ký tên MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 11 1.1 Mãng cầu xiêm (Annona muricata) .11 1.1.1 Nguồn gốc .11 1.1.2 Đặc điểm thực vật mãng cầu xiêm 11 1.1.3 Thành phần hóa học mãng cầu xiêm 13 1.1.4 Lợi ích từ mãng cầu xiêm 14 1.2 Công nghệ sấy 17 1.2.1 Khái niệm trình sấy .17 1.2.2 Tác nhân sấy 17 1.2.3 Các phương pháp sấy 17 1.2.4 Thiết bị sấy 19 1.3 Các hướng nghiên cứu gần nước 21 1.3.1 Ngoài nước 22 1.3.2 Trong nước 23 CHƯƠNG MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 25 2.1 Mục tiêu nghiên cứu .25 2.2 Đối tượng nghiên cứu 25 2.3 Nội dung nghiên cứu 25 ii 2.4 Hóa chất 26 2.5 Phương pháp nghiên cứu 26 2.5.1 Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm 26 2.5.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 30 2.6 Phương pháp phân tích 37 2.6.1 Phương pháp xác định độ ẩm 37 2.6.2 Phương pháp đo màu .37 2.6.3 Hàm lượng polyphenol tổng 37 2.6.4 Hàm lượng Vitamin C .39 2.6.5 Hàm lượng ABTS 40 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Khảo sát nguyên liệu ban đầu 42 3.2 Ảnh hưởng trình thẩm thấu syrup đường lên độ Brix, hàm lượng polyphenol, vitamin C, khả kháng oxi hóa mẫu .43 3.2.1 Ảnh hưởng áp suất thời gian thẩm thấu lên độ Brix 43 3.2.2 Ảnh hưởng áp suất thời gian thẩm thấu lên hàm lượng polyphenol 44 3.2.3 Ảnh hưởng áp suất thời gian thẩm thấu lên hàm lượng Vitamin C 46 3.2.4 Ảnh hưởng áp suất thẩm thấu thời gian thẩm thấu lên khả kháng oxi hóa sản phẩm .47 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đối lưu lên hàm lượng polyphenol, Vitamin C, khả kháng oxi hóa độ sáng L* sản phẩm .49 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đối lưu lên hàm lượng Polyphenol 49 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đối lưu lên hàm lượng Vitamin C 51 3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đối lưu đến khả kháng oxi hóa iii sản phẩm .52 3.3.4 Ảnh hưởng q trình sấy nóng đối lưu lên độ sáng L* sản phẩm 53 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên hàm lượng polyphenol, vitamin C, khả kháng oxi hóa độ sáng L* sản phẩm .55 3.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên hàm lượng Polyphenol .55 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên hàm lượng Vitamin C 56 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên khả kháng oxi hóa sản phẩm 58 3.4.4 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên độ sáng L* sản phẩm 59 3.5 So sánh sản phẩm sấy phương pháp sấy nóng đối lưu đối lưu sấy bơm nhiệt .60 3.6 Đánh giá sản phẩm mứt mãng cầu xiêm sấy dẻo 61 3.6.1 Đánh giá cảm quan 61 3.6.2 Đánh giá tiêu chất lượng .63 3.6.3 Đánh giá vi sinh kim loại nặng 64 3.7 Tối ưu hóa quy trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm hàm lượng vitamin C (mg/g DW) phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) 65 3.7.1 Mơ hình tính phù hợp mơ hình tối ưu hóa 65 3.7.2 Tối ưu hóa tham số chiết xuất 68 3.7.3 Kiểm tra đánh giá độ tương thích phương trình 70 3.8 Bảo quản sản phẩm mãng cầu Xiêm sấy dẻo 71 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt đầy đủ/tiếng Anh Ký hiệu/ chữ viết tắt ABTS 2,2'─ azino─ bis (3─ ethylbenzothiazoline─ 6─ sulphonic acid) DW Dry weight TPC Total polyphenol content TAA Total ascorbic acid v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng 100g mãng cầu xiêm 13 Bảng 2.1 Bảng đánh giá chất lượng sản phẩm mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm theo TCCS viện dẫn TCVN 1870:2007 mứt cam, quýt, TCVN 1440-1986 đồ hộp – mận nước đường, TCVN 4843:2007 khô sấy khô .36 Bảng 3.1 Khảo sát nguyên liệu ban đầu 42 Bảng 3.2 So sánh tiêu sấy nóng đối lưu đối sấy bơm nhiệt 60 Bảng 3.3 Kết đánh giá cảm quan trung bình 30 người .62 Bảng 3.4 Kết đánh giá cảm quan mẫu mứt mãng cầu xiêm sấy dẻo sấy theo phương pháp sấy đối lưu theo TCVN 3125-79 62 Bảng 3.5 Kết đánh giá cảm quan mẫu mứt mãng cầu xiêm sấy dẻo sấy theo phương pháp sấy bơm nhiệt theo TCVN 3125-79 63 Bảng 3.6 Kết phân tích tiêu chất lượng sản phẩm 63 Bảng 3.7 Bảng kết phân tích vi sinh kim loại nặng sản phẩm mứt mãng cầu xiêm sấy dẻo .64 Bảng 3.8.Các mức giá trị khảo sát ba yếu tố chiết xuất mô hình 65 Bảng 3.9 Giá trị thực nghiệm dự đốn 13 thí nghiệm RSM 66 Bảng 3.10 Phân tích ANOVA cho mơ hình hồi quy 67 Bảng 3.11 Kết sử dụng điều kiện tối ưu Design expert 11 70 Bảng 3.12 Bảng mô màu hình ảnh mãng cầu Xiêm sấy dẻo sau bảo quản .71 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1 Mãng cầu dai, mãng cầu xiêm bình bát 11 Hình 1.2 Thân, lá, hoa mãng cầu xiêm 12 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu khơng khí nóng 19 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống sấy bơm nhiệt (sấy bơm nhiệt) 20 Hình 2.1 Quy trình sản xuất mãng cầu Xiêm sấy dẻo 26 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu 30 Hình 3.1 Ảnh hưởng áp suất thời gian thẩm thấu lên độ Brix thịt sau trình thẩm thấu 43 Hình 3.2 Ảnh hưởng áp suất thời gian thẩm thấu lên hàm lượng polyphenol thịt sau trình thẩm thấu 44 Hình 3.3 Ảnh hưởng áp suất thời gian thẩm thấu lên hàm lượng vitamin C 46 Hình 3.4 Ảnh hưởng áp suất thời gian thẩm thấu lên khả bắt gốc tự ABTS 47 Hình 3.5 Ảnh hưởng trình sấy nóng đối lưu lên hàm lượng TPC sản phẩm mứt mãng cầu xiêm 49 Hình 3.6 Biểu đồ thể ảnh hưởng nhiệt độ sấy đối lưu lên hàm lượng vitamin C sản phẩm mứt mãng cầu xiêm 51 Hình 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đối lưu lên khả bắt gốc tự ABTS 52 Hình 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy nóng đối lưu lên độ sáng L* sản phẩm 53 Hình 3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên hàm lượng TPC 55 Hình 3.10 Biểu đồ thể ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên hàm lượng vitamin C sản phẩm mứt mãng cầu xiêm 56 Hình 3.11 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên hàm lượng ABTS 58 Hình 3.12 Ảnh hưởng nhiệt độ sấy bơm nhiệt lên độ trắng sản phẩm 59 Hình 3.13 Biểu đồ giá trị thực nghiệm – dự đoán (A) phân bố ngẫu nhiên (B) 13 thí nghiệm 68 Hình 3.14 Biểu đồ đáp ứng bề mặt hai chiều ba chiều thể mối quan hệ hàm lượng vitamin C cặp yếu tố áp suất thẩm thấu – nhiệt độ sấy vii 69 TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Sản phẩm thực đạt - - Quy trình cơng nghệ sản xuất mứt - Quy trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm sấy dẻo mãng cầu xiêm Báo cáo tối ưu hố q trình - Báo cáo tối ưu hố q trình trong sản xuất mứt sấy dẻo mãng sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm cầu xiêm - Sản phẩn đăng ký thuyết minh - 01 báo Tạp chí khoa học nước 01 báo quốc tế Thời gian đăng ký: Thời gian nộp báo cáo: ngày viii MỞ ĐẦU Trái thực phẩm có hàm lượng dinh dưỡng cao, chứa nhiều vitamin, chất khoáng, chất xơ chất chống oxy hóa khác Các nghiên cứu trước giới cung cấp đa dạng nguyên lý thay đổi loại trái thơng qua q trình chế biến khác Mãng cầu xiêm (Annona muricata) loại trái phổ biến, sử dụng nhiều nơi giới hương vị thơm ngon, giá trị dinh dưỡng hiệu cao việc phòng điều trị bệnh người Tuy nhiên, mãng cầu xiêm có đặc điểm khó bảo quản, thời gian ngắn hoạt chất có lợi tươi dễ bị phân hủy Một phương pháp giúp bảo quản tăng giá trị sử dụng cho mãng cầu xiêm chế biến thành sản phẩm khác nhau, điển mãng cầu xiêm sấy dẻo, rượu, bột hương mãng cầu,… Trong đó, sấy phương pháp thường áp dụng hiệu cao, dễ thực hiện, đặc biệt sản phẩm mãng cầu xiêm sấy dẻo giữ tương đối hình dáng, màu sắc mùi vị hấp dẫn tươi Đây tiềm lớn để tập trung nghiên cứu đa dạng hoá sản phẩm liên ngành từ nguồn nguyên liệu Phương pháp đáp ứng bề mặt (Response surface methodology – RSM) phát triển từ năm 50 kỉ trước nhà khoa học Box đồng Phương pháp đáp ứng bề mặt bao gồm nhóm kĩ thuật tốn học thống kê dựa phù hợp mô hình thực nghiệm để liệu thực nghiệm thu liên quan đến thiết kế thí nghiệm Trên giới có nhiều nghiên cứu ứng dụng phương pháp RSM để tối ưu hóa quy trình chiết xuất dịch chiết quy trình sản xuất sản phẩm từ mãng cầu xiêm Việc ứng dụng phần mềm hỗ trợ tối ưu góp phần loại bỏ thơng số gây nhiễu, tìm điều kiện tối ưu để sản xuất sản phẩm, hạn chế thất thoát hợp chất có hoạt tính sinh học khơng bền nhiệt trình chế biến, điển hàm lượng phenolic tổng số, khả kháng trung hoà gốc tự sản phẩm,… Tuy nhiên, nghiên cứu ứng dụng phương pháp RSM để tối ưu hóa quy trình sản xuất mứt sấy dẻo từ mãng cầu xiêm cịn hạn chế Do đó, chúng tơi thực đề tài nghiên cứu “Ứng dụng mơ hình đáp ứng bề mặt (RSM) tối ưu hóa q trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm ... 64 3.7 Tối ưu hóa quy trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm hàm lượng vitamin C (mg/g DW) phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) 65 3.7.1 Mơ hình tính phù hợp mơ hình tối ưu hóa 65... độ sấy vii 69 TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Sản phẩm thực đạt - - Quy trình cơng nghệ sản xuất mứt - Quy trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm sấy dẻo mãng cầu xiêm Báo cáo tối ưu hoá... xuất mứt sấy dẻo từ mãng cầu xiêm hạn chế Do đó, chúng tơi thực đề tài nghiên cứu ? ?Ứng dụng mơ hình đáp ứng bề mặt (RSM) tối ưu hóa q trình cơng nghệ sản xuất mứt sấy dẻo mãng cầu xiêm (Annona muricata