Quả thảo quả là loại quả có giá trị kinh tế cao, được sử dụng làm thuốc đông y và làm gia vị thực phẩm. Mục tiêu của nghiên cứu này là tối ưu hóa các thông số công nghệ và hoàn thiện quy trình công nghệ sấy quả thảo quả.
KHOA HỌC CƠNG NGHỆ NGHIÊN CỨU HỒN THIỆN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY QUẢ THẢO QUẢ HÀ GIANG Nguyễn Văn Lợi1 TĨM TẮT Quả thảo loại có giá trị kinh tế cao, sử dụng làm thuốc đông y làm gia vị thực phẩm Mục tiêu nghiên cứu tối ưu hóa thơng số cơng nghệ hồn thiện quy trình cơng nghệ sấy thảo Các kết nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố xác định yếu tố: độ dày lớp nguyên liệu khay sấy, nhiệt độ vận tốc gió ảnh hưởng đến thời gian sấy Kết nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính có dạng: Y= 6,93 + 0,45X1 - 0,53X2 0,48X3 - 0,098X1X2 - 0,39X1X3 + 0,125X2X3 Từ hồn thiện quy trình sấy khơ thảo Hà Giang với thông số công nghệ tối ưu là: độ dày lớp thảo khay sấy 4,62 cm, tương ứng với hai lớp thảo quả, nhiệt độ sấy 67,5oC vận tốc gió 1,3 m/s Với điều kiện sấy thời gian sấy mẻ thảo 6,33 độ ẩm đạt 12-13% Từ khóa: Độ ẩm, thảo quả, quy trình sấy, thời gian sấy, tối ưu hóa MỞ ĐẦU4 Cây thảo có tên khoa học Amomum aromaticum Roxb, trồng mọc hoang vùng khí hậu mát miền Bắc nước ta, như: Hà Giang, Lào Cai, Yên Bái, Lai Châu, Điện Biên, Cao Bằng, Lạng Sơn [1, 2] So với địa phương Hà Giang có nhiều tiềm năng, lợi (thời tiết, tiểu khí hậu, thổ nhưỡng, diện tích tự nhiên) thuận lợi để phát triển thảo Tính đến cuối năm 2020 diện tích trồng thảo Hà Giang 9.200 phân bố hầu hết huyện Các kết nghiên cứu cho thấy thảo trồng Hà Giang cho có hàm lượng tinh dầu cao trồng địa phương khác khu vực, đặc biệt hàm lượng tinh dầu lên tới 2,2% [3] Thành phần thảo gồm có carbonhydrate, chất xơ, protein, vitamin C, niacin, pyridoxine, riboflavin, thiamin, sắt, canxi, magie, mangan, kẽm, tinh dầu, tinh bột hợp chất alcaloid [1, 2] Quả thảo sử dụng làm thuốc đông y làm gia vị thực phẩm Loại có mùi thơm, vị cay, gia vị thực phẩm thảo dùng để nấu phở sử dụng để làm tăng vị cay, mùi thơm cho thực phẩm Quả thảo có tính ơn hịa, có tác dụng trừ hàn, trừ đờm, ấm bụng, tiêu tích, giúp ăn ngon miệng giải độc Trong dân gian, thảo chủ yếu dùng để làm thuốc kích thích tiêu hóa, phịng chống nơn mửa, trướng bụng, ho, tiêu chảy, đờm đặc gây khó thở phịng chống miệng [1, 2] Hiện nay, tỉnh phía Bắc nói chung tỉnh Hà Giang nói riêng, việc làm khơ thảo chủ yếu sử dụng phương pháp sấy thủ công (sấy củi gỗ) Phương pháp có ưu điểm chi phí thấp, nhược điểm gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, sản phẩm sau sấy dễ nhiễm mùi khói, thời gian sấy dài thông số kỹ thuật không ổn định, dẫn tới chất lượng sản phẩm khơng đồng Vì thế, để nâng cao chất lượng đảm bảo đồng chất lượng sản phẩm thảo sấy khô sở, hộ dân tham gia vào chuỗi chế biến thảo địa phương, cần phải có quy trình sấy thống phù hợp địa phương Từ góp phần xây dựng thương hiệu cho sản phẩm địa bàn tỉnh Hà Giang Do thời điểm thu hoạch thảo Hà Giang thường từ tháng 8- thời điểm mùa mưa, đồng thời nơi trồng thảo thường rừng, cường độ ánh nắng mặt trời yếu Vì vậy, nghiên cứu tiến hành sấy thảo nhiệt độ cao sử dụng lượng điện Mục tiêu nghiên cứu tối ưu hóa thơng số cơng nghệ xây dựng quy trình sấy khơ thảo tỉnh Hà Giang cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Ni Email: nguyenvanloi@hus.edu.vn 100 Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2021 KHOA HC CễNG NGHỆ VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu 2.1.1 Vật liệu thí nghiệm Nguyên liệu sử dụng thảo tươi thu mua xã Nấm Dẩn, huyện Xín Mần, tỉnh Hà Giang thời điểm từ 165 đến 180 ngày (kể từ đậu quả) Quả thảo phải tươi, có dạng hình trứng hay hình elip, đảm bảo ngun vẹn, khơng bị tổn thương, khơng bị sâu, bệnh, đường kính trung bình 2,2 cm, chiều dài trung bình 3,8 cm, khối lượng trung bình 13,6 g, hàm lượng nước trung bình 71,69%, có màu đỏ đậm tươi, hạt có màu nâu đen hay nâu xám, thịt có màu trắng xen lẫn màu nâu, cấu trúc giòn, mùi thơm đặc trưng, vị cay nóng Quả thảo đựng thùng xốp đục lỗ vận chuyển phịng thí nghiệm, bảo quản tủ lạnh nhiệt độ từ - 6oC để chờ tiến hành thí nghiệm sấy 2.1.2 Thiết bị sấy thí nghiệm Sử dụng thiết bị sấy DAKH Việt Nam chế tạo Đây loại thiết bị sấy đối lưu cưỡng bức, cấp nhiệt điện trở, công suất gia nhiệt kW Quạt gió có cơng suất 0,37 kW, tốc độ gió điều khiển biến tần Số khay sấy 12, khối lượng nguyên liệu trung bình tối đa mẻ sấy tương ứng 150 kg 180 kg thảo nguyên liệu Z1 (cm), nhiệt độ sấy Z2 (oC) vận tốc gió Z3 (m/s) đến thời gian sấy Y (h) [3] Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hưởng độ dày lớp nguyên liệu đến thời gian sấy Tiến hành thí nghiệm với độ dày lớp nguyên liệu 2,2 cm (một lớp), 4,4 cm (hai lớp), 6,6 cm (ba lớp), 8,8 cm (bốn lớp) 11 cm (năm lớp) thảo quả; nhiệt độ sấy 65oC vận tốc gió 1,5 m/s Thí nghiệm 2: Xác định ảnh hưởng nhiệt độ đến thời gian sấy Thí nghiệm sấy nhiệt độ 45oC, 50oC, 55oC, 60oC, 65oC, 70oC, 75oC, 80oC độ dày lớp nguyên liệu 4,4 cm vận tốc gió 1,5 m/s Thí nghiệm 3: Tiến hành sấy thảo với tốc độ gió 0,5 m/s, m/s, 1,5 m/s, m/s, 2,5 m/s, m/s nhiệt độ sấy 65oC, độ dày lớp nguyên liệu 4,4 cm 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố (hay phương pháp quy hoạch thực nghiệm) để nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời yếu tố: Độ dày lớp nguyên liệu Z1 (cm), nhiệt độ sấy Z2 (oC) vận tốc gió Z3 (m/s) đến thời gian sấy Y (h) Ma trận thí nghiệm xây dựng theo phương án quy hoạch thực nghiệm bậc Box - Wilson [4, 5, 6] Tổng số th sấy thích hợp Z2= 60 - 70oC 3.1.3 Ảnh hưởng vận tốc gió đến thời gian sấy Vận tốc gió ảnh hưởng lớn đến thời gian sấy thảo Tốc độ gió q lớn q nhỏ khơng có lợi cho trình sấy Tiến hành sấy thảo với tốc độ 0,5 m/s, m/s, 1,5 m/s, m/s, 2,5 m/s, m/s Kết ảnh hưởng vận tốc gió đến thời gian sấy thể hình Hình cho thấy, sấy với tốc độ gió 0,5 m/s thời gian sấy Do tốc độ gió thấp nên chất lượng thảo không buồng sấy, nơi cuối luồng gió thảo bị ẩm nhiều Vì lượng gió khơng đủ mang ẩm thảo đi, dẫn tới thời gian sấy kéo dài, đồng thời xảy tượng thủy phân oxy hóa làm giảm chất lượng sản phẩm Khi tăng tốc tốc độ gió m/s thời gian sấy 30 phút, tăng vận tốc gió 1,5 m/s thời gian sấy 10 phút, vận tốc gió m/s thời gian sấy 40 phút Tuy nhiên, tăng vận tốc gió lên 2,5 m/s m/s thời gian sấy giảm không đáng kể so với vận tốc gió m/s Khi tăng tốc độ gió cao, dẫn tới trình tách ẩm bề mặt thảo mạnh làm cho bề mặt khô nhanh, trình khuếch tán ngoại mạnh trình khuếch tán nội, dẫn đến bề mặt sản phẩm bị biến dạng mạnh, co nhăn bay hàm lượng chất thơm sản phẩm Hơn gió lớn cần quạt có cơng suất cao, tăng chi phí lượng cho trình sấy Kết tương đồng với kết Angom I S Anand K P (2013) [7] Do đó, để đảm bảo chất lượng tiết kiệm thời gian chi phí lượng cho q trình sấy, vận tốc gió thích hợp Z3=1 - m/s Từ kết thí nghiệm hình 2, 4, chọn khoảng nghiên cứu thích hợp yếu tố là: độ dày lớp nguyên liệu Z1= 4,4 - 8,8 cm, nhiệt độ sấy Z2=60 - 70oC vận tốc gió Z3= - m/s Ứng với khoảng nghiên cứu thời gian sấy, chất lượng sản phẩm chi phí điện cho q trình sấy có giá trị tương đối tốt 3.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 3.2.1 Chọn mức biến thiên, khoảng biến thiên yếu tố Hình Ảnh hưởng vận tốc gió đến thời gian sấy Điều kiện thí nghiệm: độ dày lớp nguyên liệu Z1=6,6 cm nhiệt độ sấy Z2= 65oC Mức biến thiên, khoảng biến thiên yếu tố nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố lựa chọn theo kết nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố (mục 3.1) Kết lựa chọn mức biến thiên, khoảng biến thiên giá trị mã hóa yếu tố nh hng c ghi bng Nông nghiệp phát triển nông thôn - K - THáNG 12/2021 103 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Bảng Mức biến thiên, khoảng biến thiên giá trị mã hoá yếu tố Các yếu tố ảnh hưởng Độ dày Nhiệt Vận tốc TT Các mức lớp nguyên độ sấy gió Z3 o liệu Z1 (cm) Z2 ( C), (m/s) Mức 8,8 70 (+1) Mức 6,6 65 1,5 (0) Mức 4,4 60 (-1) Khoảng biến thiên 2,2 0,5 Zi Mô hình tốn hàm thời gian sấy thảo Y biểu diễn phương trình hồi quy bậc có dạng sau: Y= bo + b1X1 + b2X2 + b3X3 + b12X1X2+ b13X1X3 + b23X2X3 (1) 3.2.2 Xây dựng ma trận thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm sấy thảo theo phương án quy hoạch thực nghiệm bậc BoxWillson với tổng số 11 thí nghiệm, có thí nghiệm mức và thí nghiệm mức trung tâm Ma trận kết thí nghiệm ghi bảng Hàm mục tiêu thời gian sấy Y (h) giá trị trung bình lần thí nghiệm lặp lại Bảng Ma trận kết thí nghiệm Số thí nghiệm 10 11 Z1 Z2 Z3 X1 X2 X3 4,4 8,8 4,4 8,8 4,4 8,8 4,4 8,8 6,6 6,6 6,6 60 60 70 70 60 60 70 70 65 65 65 1 1 2 2 1,5 1,5 1,5 -1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 0 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 0 -1 +1 +1 +1 7,1 -1 -1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 -1 7,5 +1 +1 -1 -1 6,7 +1 -1 +1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 6,1 0 0 6,9 0 0 6,9 0 0 6,9 lý thuyết thực nghiệm, đồng thời đảm bảo độ tin cậy nghiên cứu thực nghiệm Phân tích ANOVA cho thấy, mối tương quan chặt chẽ yếu tố ảnh hưởng lên hàm mục tiêu Y với (R2>0,9) Kết phân tích ANOVA mơ hình ghi bảng 3.2.3 Tối ưu hố thơng số cơng nghệ trình sấy Bảng Kết phân tích ANOVA mơ hình Giá Giá trị TT Hệ số Giá trị p trị b thực Hằng số bo 6,93