Khái niệmVi sóng (sóng vi ba) là một dạng năng lượng điện từ. Năng lượng điện từ có thể truyền vào thực phẩm để sinh nhiệt và làm chín thực phẩm. Đặc trưng của vi sóng là có bước sóng nằm trong khoảng 1mm – 1m và khoảng tần số 300 MHz – 300 GHz. Vi sóng thường được sử dụng để chế biến thực phẩm trong công nghiệp có tần số từ 915 đến 2450 MHz và tần số sử sụng trong lò vi sóng gia đình là 2450 MHz
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GỊN KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI THI TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG SẢN XUẤT SNACK KHOAI TÂY GVHD: TS Nguyễn Vũ Hoàng Phương SVTH: Đoàn Thị Cẩm Hương _ DH61800599_Lớp: D18 – TP04 Nguyễn Thanh Thảo_DH618011127_Lớp: D18 – TP04 TP.HCM THÁNG NĂM 2023 MỤC LỤC MICROWAVE (VI SÓNG) 1.1 Khái niệm 1.2 Cơ sở khoa học 1.3 Nguyên lý hoạt động 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sóng 1.4.1 Tính chất điện mơi thực phẩm 1.4.2 Độ sâu truyền sóng (dp) 1.4.3 Hàm lượng ẩm 1.5 Ứng dụng vi sóng 1.6 Biến đổi chất lượng sản phẩm sử dụng vi sóng SẢN XUẤT KHOAI TÂY CHIÊN BẰNG VI SÓNG 2.1 Giới thiệu: 2.2 Khoai tây chiên vi sóng 2.3 Khảo sát tính chất khoai tây chiên vi sóng 2.3.1 Sự thay đổi tốc độ sấy khuếch tán độ ẩm khoai tây chiên cơng suất vi sóng khác 2.3.2 Định lượng màu 2.3.3 Hàm lượng chất béo 2.4 Ưu nhược điểm so với phương pháp truyền thống KẾT LUẬN Bài thi tốt nghiệp 1 MICROWAVE (VI SĨNG)[1][2] 1.1 Khái niệm Vi sóng (sóng vi ba) dạng lượng điện từ Năng lượng điện từ truyền vào thực phẩm để sinh nhiệt làm chín thực phẩm Hình 1.1: Cơ chế truyền nhiệt phương pháp truyền thống phương pháp vi sóng Đặc trưng vi sóng có bước sóng nằm khoảng 1mm – 1m khoảng tần số 300 MHz – 300 GHz Vi sóng thường sử dụng để chế biến thực phẩm cơng nghiệp có tần số từ 915 đến 2450 MHz tần số sử sụng lị vi sóng gia đình 2450 MHz Hình 1.2: Phổ điện từ 1.2 Cơ sở khoa học Bài thi tốt nghiệp Vi sóng dạng lượng điện từ Năng lượng vi sóng xạ khơng ion hóa gây chuyển động phân tử di chuyển ion quay lưỡng cực không gây thay đổi cấu trúc phân tử Khi cho thực phẩm tiếp xúc với điện trường, có định hướng phân tử phân cực theo cực điện trường Sau đó, phân tử nước bắt đầu định hướng lại thay đổi lặp lặp lại phân cực điện trường, dẫn đến phát sinh ma sát phân tử mơi trường xung quanh, sinh nhiệt Hình 1.3: Cơ chế sinh nhiệt chi tiết trình gia nhiệt vi sóng (A: Chuyển động quay lưỡng cực; B: Dẫn truyền ion) 1.3 Nguyên lý hoạt động Đặc điểm bật phương pháp gia nhiệt vi sóng gia nhiệt thể tích, khác hồn tồn so với gia nhiệt thơng thường Trong q trình gia nhiệt thể tích, vật liệu hấp thụ trực tiếp bên lượng vi sóng chuyển đổi thành nhiệt Chính đặc điểm dẫn đến ưu điểm sử dụng vi sóng để xử lý vật liệu Lị vi sóng sử dụng sóng điện từ gọi vi sóng để làm nóng thức ăn Vi sóng dao động tốc độ cao, thường 2,45 tỷ lần (2450 MHz) giây Khi thực phẩm đặt lị vi sóng, thành phần thực phẩm khác hoạt động khác Thành phần để làm nóng thức ăn sóng vi ba nước Hàm lượng nước thực phẩm cao tốc độ gia nhiệt nhanh Nước có hai đầu tích điện trái dấu có diện nguyên tử Hydro tích điện dương phân tử Oxy tích điện âm Khi sóng vi ba dao động, phân tử nước quay theo Do đầu tích điện âm nước bị hút vào đầu tích điện dương vi sóng, đầu dương nước bị hút vào đầu tích điện âm vi sóng Các vi sóng quay với tốc độ cực cao Điều có nghĩa giây vi sóng quay, phân tử nước quay Tốc độ quay cực cao làm cho phân tử nước va chạm với với tốc độ nhanh Điều tạo ma sát phân tử nước Ma sát tạo nhiệt Bài thi tốt nghiệp Nhiệt truyền qua thực phẩm cách dẫn nhiệt, đối lưu xạ Do thức ăn nóng lên Hình 1.4: Ngun lý hoạt động vi sóng 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sóng 1.4.1 Tính chất điện mơi thực phẩm[2][3] Tính chất điện mơi thực phẩm khả vật liệu lưu trữ phân tán lượng từ xạ điện trường Ngồi ra, tính chất điện môi định phản xạ xạ bề mặt, truyền suốt hấp thụ Nó hiển thị công thức: 𝜀 = 𝜀 ′ − 𝑗𝜀 " Trong đó: 𝜀 ′ : Hằng số điện môi thể khả vật liệu lưu lượng điện trường điện từ 𝜀 " : Hằng số tổn thất điện môi thể chuyển đổi lượng điện từ thành lượng nhiệt 𝑗 : Hệ số ảo Bài thi tốt nghiệp Hệ số phân tán Tan : Thể khả vật liệu hấp thụ lượng Hệ số phân tán mẫu lớn xâm nhập lượng vi sóng tần số định Do đó, lượng vi sóng bị phân tán dạng nhiệt theo hai chế: dẫn ion quay lưỡng cực 𝜀" 𝛿= ′ 𝜀 Nhiệt độ Nhiệt độ trình gia nhiệt vi sóng phụ thuộc vào đặc tính điện mơi thực phẩm Nhiệt độ tăng làm tăng tính di động nước dẫn đến tính chất điện mơi Thành phần nguyên liệu (muối, đường, chất béo…) Muối: Thực phẩm nhiều muối phân tán lượng nhanh, thực phẩm nóng nhanh dẫn điện ion cao Chất béo: Thực phẩm nhiều chất béo nóng chậm chất béo không phân cực nên sinh nhiệt chậm 1.4.2 Độ sâu truyền sóng (dp)[4] Giá trị độ sâu truyền sóng vi sóng loại thực phẩm cụ thể số thể khả chuyển đổi lượng vi sóng thành nhiệt nguyên liệu thực phẩm Đây thơng số hữu ích định độ dày thực phẩm Giá trị dp nhỏ, thực phẩm dày gia nhiệt khơng đồng Độ sâu truyền sóng có liên quan đên cơng suất vi sóng Cơng suất (P0) sâu vào vật liệu giảm, đến giảm xuống tới 1/e (e = 2.718) so với cường độ điểm vào Được thể qua công thức: 𝑃= 𝑃0 𝑒 Bài thi tốt nghiệp Độ sâu cơng suất giảm xuống 1/e gọi độ sâu truyền sóng (dp) tính theo phương trình sau: 𝜀" 𝑑𝑝 = [1 + √( ′ ) − 1] ′ 𝜀 2𝜋√2𝜀 𝜆0 −1 1.4.3 Hàm lượng ẩm Hàm lượng ẩm cao số điện môi hệ số tổn thất tăng Do chế tạo nhiệt quay phân tử nước Thực phẩm khơ khó nóng thực phẩm nhiều nước 1.5 Ứng dụng vi sóng Bản chất vi sóng sóng điện từ nên có khả lan truyền mà không cần phân tử vật chất dao động nên sóng điện từ truyền tronng nhiều mơi trường rắn, lỏng, khí chân khơng Vì thế, vi sóng nghiên cứu ứng dụng trình thay nhiệt hỗ trợ phần trình khác nhằm tiết kiệm lượng thời gian Một số ứng dụng vi sóng: Thanh trùng tiệt trùng Rã đông ủ Nấu nướng Chần Sấy hỗ trợ trình sấy lạnh, sấy chân khơng, sấy đối lưu 1.6 Biến đổi chất lượng sản phẩm sử dụng vi sóng Q trình trùng tiệt trùng: Thanh trùng sữa vi sóng 2.5 phút giúp giảm 97.7% vi khuẩn Tiệt trùng vi sóng nghiên cứu để thương mại hố cịn đối mặt với nhiều hạn chế Q trình rã đơng: Rã đơng truyền thống cần có khơng gian lớn thời gian dài Khi thực phẩm rã đơng, diện tích bề mặt thực phẩm nơi tăng nhiệt độ trước dễ bị nhiễm vi khuẩn Việc sử dụng lượng vi sóng khắc phục vấn đề này, nhiệt tạo với thực phẩm từ bên đến bề mặt, q trình rã đơng nhanh phương pháp khác Q trình nấu nướng: Nấu lị vi sóng có ưu điểm thất độ ẩm tiết kiệm lượng tối đa, dinh dưỡng thực phẩm vitamin, khoáng chất không bị hao hụt nhiều so với gia nhiệt truyền thống Nướng vi sóng có hy vọng thiếu ứng dụng thương mại chưa đạt thành cơng lớn lĩnh vực bánh Do thiếu tính cảm quan phân bố nhiệt không đồng Bài thi tốt nghiệp Quá trình chần: Hai phương pháp chần thương mại sử dụng rộng rãi phương pháp chần nước nóng phương pháp chần nước Tuy nhiên, phương pháp chần thông thường có liên quan chặt chẽ với vấn đề nghiêm trọng phân hủy thành phần dinh dưỡng đường, vitamin khoáng chất Để giữ chất lượng dinh dưỡng sản phẩm thực phẩm, số nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng phương pháp làm nóng lị vi sóng phương pháp thay cho phương pháp chần thông thường sản phẩm thực phẩm Chần vi sóng cần không cần nước để truyền nhiệt hiệu thực phẩm làm giảm q trình thất chất dinh dưỡng so với ngâm nước nóng Q trình sấy: Sấy khơ vi sóng nhằm mục đích giảm thời gian sấy tiêu thụ lượng đảm bảo chất lượng thực phẩm Nhược điểm sấy vi sóng khó kiểm sốt nhiệt độ sản phẩm cuối Điều gây nhiệt độ cao khiến phần rìa sản phẩm thực phẩm dẫn đến cháy xém tạo mùi khó chịu, đặc biệt giai đoạn cuối q trình sấy khơ Điều khắc phục cách kết hợp sấy vi sóng với sấy thơng thường có nhiều ưu điểm ứng dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm Các phương pháp sấy vi sóng kết hợp bao gồm sấy đơng lạnh hỗ trợ vi sóng (MFD), sấy chân khơng hỗ trợ vi sóng (MVD), sấy khơng khí nóng hỗ trợ vi sóng (MHD) SẢN XUẤT KHOAI TÂY CHIÊN BẰNG VI SÓNG[6] 2.1 Giới thiệu: Hiện nay, khoai tây chiên sản phẩm tiêu thụ rộng rãi Khoai tây ngun củ có hàm lượng chất khơ cao (≥ 20 %) hàm lượng đường thấp (≤ 150mg/100g) Trải qua trình chế biến chiên ngập dầu hàm lượng chất béo cuối nằm khoảng 35 – 38% dựa tổng hàm lượng khoai tây chiên Hàm lượng chất béo cao vấn đề liên quan đến sản phẩm Vì vậy, chế biến vi sóng cơng nghệ thay để phát triển khoai tây chiên với lượng dầu ăn vào thấp khơng có Độ ẩm cao (~80 %) sản phẩm có độ mỏng định hai yếu tố tích cực cho phép chế biến khoai tây chiên thơng qua xử lý vi sóng 2.2 Khoai tây chiên vi sóng Khối lượng mẫu khoai tây (25g) đặt dĩa thuỷ tinh lò vi sóng khảo sát cơng suất (180, 300, 450, 600 900 W) khoảng tời gian khác với khoảng tăng 30 giây trọng lượng mẫu giảm xuống mức tương ứng với độ ẩm khoảng 0.12 g nước/g chất khơ Sau đó, khoai tây chiên thương hiệu Lay’s đem làm mẫu so sánh với mẫu khoai tây chiên vi sóng 2.3 Khảo sát tính chất khoai tây chiên vi sóng 2.3.1 Sự thay đổi tốc độ sấy khuếch tán độ ẩm khoai tây chiên cơng suất vi sóng khác Sự thay đổi tốc độ sấy Bài thi tốt nghiệp Ở 180 300 W, khoai tây chiên chưa khơ hồn toàn tốc độ sấy thấp Trong 900 W, thời gian sấy tăng dần, khoai tây chiên bị chuyển sang màu nâu nhiệt độ cao Tốc độ sấy khô cao quan sát thấy 450 W khơng phù hợp tốc độ sấy cao có liên quan đến việc loại bỏ nhanh chóng phân tử nước làm giảm độ ẩm khoai tây chiên lại giảm tính chât cảm quan Vì lý đó, cơng suất 600 W cho phù hợp để chế biến khoai tây chiên cách hâm nóng vi sóng Sau 2.5 – 3.0 phút xử lý 600 W, độ ẩm trung bình khoai tây chiên 1.92 % Hình 2.1: Sự thay đổi tốc độ sấy khoai tây chiên cơng st vi sóng khác Sự khuếch tán độ ẩm Tương tự tốc độ sấy, độ khuếch tán ẩm tăng theo thời gian công suất vi sóng tăng Cao quan sát thấy 600 W thấp quan sát 180 W đạt trọng lượng khơng đổi Vào cuối q trình sấy khơ, độ khuếch tán ẩm khơng đổi giảm Có thể co ngót sấy khơ khoai tây chiên Sự co ngót khiến đường kính lỗ bề mặt khoai tây giảm đó, độ ẩm khuếch tán giảm Hình 2.2: Sự thay đổi khuếch tán độ ẩm khoai tây chiên công suất vi sóng khác Bài thi tốt nghiệp Bảng 2.1: Thời gian sấy công suất khác để đạt độ ẩm ≤ 0.14 % 2.3.2 Định lượng màu Màu sắc mẫu đo theo thông số Hunter (L*, a*, b*) Giá trị L*, a* b* khoai tây chưa qua chế biến 68 ± 1.831, -1.0675 ± 0.273 13.821 ± 1.315 Sau chế biến vi sóng giá trị L không thay đổi nhiều tất giá trị nằm khoảng từ 64 đến 69 Có thể sấy vi sóng khơng gây tượng hóa nâu nhiều ức chế hoạt động enzyme Tất khoai tây lát khơ có màu đỏ đậm lát khoai tây tươi (giá trị = -1,125) Cơng suất vi sóng có ảnh hưởng đến màu đỏ, đặc biệt công suất 600 900 W Điều phản ứng Maillard (hóa nâu không enzyme) hư hỏng nhiệt xảy nhiều nhiệt độ sấy cao Sự gia tăng giá trị b* quan sát thấy q trình sấy vi sóng theo thời gian cho công suất Điều cho thấy thay đổi màu sắc theo hướng ngả vàng Sự gia tăng phát triển từ gia tăng hàm lượng caroten đơn vị trọng lượng q trình sấy khơ Màu sắc khoai tây chiên vi sóng sau 2.5 – 3.0 phút chế biến vi sóng 600 W mơ tả màu vàng kem nhẹ (A) (B) Hình 2.3: (A) Khoai tây chiên Lay’s; (B) Khoai tây chiên vi sóng Bài thi tốt nghiệp 2.3.3 Hàm lượng chất béo Hàm lượng chất béo ước tính loại khoai tây chiên có sẵn thị trường (Lay’s) mẫu đối chứng tìm thấy 35.52 – 36.37 % Hàm lượng chất béo khoai tây chiên vi sóng 3,09%, thấp khoảng 90% so với chế phẩm thương mại đối chứng Do đó, khoai tây chiên chế biến vi sóng coi khoai tây chiên chất béo 2.4 Ưu nhược điểm so với phương pháp truyền thống[3] Phương pháp vi sóng Phương pháp truyền thống (chiên/rán) Ưu điểm Làm nóng thể tích vật liệu Chiên thức ăn nhanh, mặc nhanh cảm quan tạo cảm giác hấp dẫn người tiêu dùng Tốc độ sấy cao Thời gian sấy ngắn ❖ Màu sắc Chất dinh dưỡng bị thất ❖ Hương thơm Giảm tiêu thụ lượng ❖ Mùi vị Chi phí vận hành thấp Kết cấu giúp cải thiện độ ngon miệng Nhược điểm Chi phí ban đầu cao Sử dụng lượng dầu nhiều nên Ảnh hưởng tới tính cảm quan thành phẩm chứa nhiều chất béo (mùi vị, kết cấu) Cần phải có kích thước hình dạng ngun liệu cụ thể để sấy hiệu tính phân bố nhiệt khơng đồng thực phẩm KẾT LUẬN Khi sử dụng vi sóng thay cho phương pháp truyền thống thấy thời gian sấy khô giảm đáng kể Ở mức công suất 600W, khoai tây chiên sản suất mà khơng qua q trình chần Cấu trúc, kết cấu màu sắc khoai tây chiên vi sóng có độ tương đương với sản phẩm khoai tây chiên thông thường với hàm lượng chất béo thấp Vì vậy, kỹ thuật sử dụng vi sóng có tiềm việc sản xuất khoai tây chiên Bên cạnh đó, vi sóng cịn tiết kiệm thời gian lượng tiêu thụ trình chế biến TÀI LIỆU THAM KHẢO Deepak Kumar Verma, Naveen Kumar Mahanti, Mamta Thakur, Subir Kumar Chakraborty, and Prem Prakash Srivastav Microwave Heating: Alternative Thermal Process Technology For Food Application 2020 Adarsh M Kalla and Devaraju R Microwave energy and its application in food industry: A review 2016 M.S Venkatesh, G.S.V Raghavan An Overview of Microwave Processing and Dielectric Properties of Agri-food Materials 2004 Juming Tang Unlocking Potentials of Microwaves for Food Safety and Quality 2015 Journal of Food Science Vol 80, Nr Valérie Orsat, Viboon Changrue and GS Vijaya Raghavan Microwave drying of fruits and vegetables 2006 A Joshi, S G Rudra, V R Sagar, P Raigond, S Dutt, B Singh, B P Singh Development of low fat potato chips through microwave processing 2016