nghiên cứu quy trình công nghệ sấy thăng hoa sản phẩm sữa bắp viên để xuất khẩu

Các mức yếu tố ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy thăng hoa sản phẩm sữa bắp viên .... Bên cạnh đó, độ ẩm của sản phẩm thu được sau khi thực hiện kiểm chứng là: 2,62%

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

SKL013164

Lời đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã và đang giảng dạy ở trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói chung và tất cả các quý thầy cô đang trực tiếp giảng dạy và làm việc tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm nói riêng Trong suốt quá trình học tập ở trường, tôi đã nhận được sự truyền đạt và tích luỹ những kiến thức, kinh nghiệm cùng với kỹ năng vô cùng quý báu bởi sự tận tình, tận tâm từ tất cả quý thầy cô của ngành Công nghệ thực phẩm

Đặc biệt, tôi xin chân thành được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Nguyễn Tấn Dũng - Giảng viên Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và đồng thời cũng là Trưởng Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Thầy luôn luôn tận tình hỗ trợ, chỉ dạy, nhẫn nhịn và hướng dẫn tôi để truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm, định hướng tôi từ khi bắt đầu hình thành ý tưởng và cách làm việc khoa học cho đến khi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Tôi thật sự rất biết ơn, trân trọng điều đó và xin ghi nhớ những lời dạy của thầy Tôi cũng xin chân thành cảm ơn cô Hồ Thị Thu Trang - chuyên viên phụ trách quản lý các phòng thí nghiệm và các xưởng thực hành Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm Khoa Công Nghệ Hóa Học-Thực Phẩm và cô Đỗ Thùy Khánh Linh – giảng viên Bộ môn Công nghệ thực phẩm Các cô đã luôn hỗ trợ và giúp đỡ tôi rất nhiệt tình, nhắc nhở và hướng dẫn tôi nhiều về cách sử dụng và vận hành máy móc, dụng cụ, thiết bị trong quá trình nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm B108, B212 và xưởng công nghệ thực phẩm 3 đã luôn giúp đỡ và hỗ trợ tôi và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi để tôi có thể hoàn thành đề tài này Quý thầy cô đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi rất nhiều về dụng cụ, máy móc, thiết bị trong quá trình nghiên cứu

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, khó tránh khỏi những sai sót nên tôi rất mong nhận được sự góp ý của các quý thầy cô để luận văn của chúng tôi được hoàn thiện hơn Một lần nữa tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn và kính chúc sức khỏe đến tất cả các thầy cô!

Trân trọng cảm ơn!

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 1

M ỤC LỤC

1.1 Tổng quan về sản phẩm sữa bắp viên 13

1.2 Tổng quan về nguyên liệu bắp 13

Giá trị sinh học của bắp 18

Các giai đoạn sinh trưởng và biến đổi của bắp 18

1.3 Cơ sở khoa học về công nghệ sấy thăng hoa 20

Công nghệ sấy thăng hoa 20

Nguyên lý công nghệ sấy thăng hoa 21

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 25

1.4 Phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất sản phẩm sữa bắp viên sấy thăng hoa 27

Các yếu tố công nghệ 27

Hệ thống thiết bị sấy thăng hoa 28

Hàm mục tiêu đạt ra để đánh giá chất lượng sản phẩm sữa bắp viên sấy 29

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 2

2.4 Dụng cụ và thiết bị sử dụng để phân tích 39

2.5 Phương pháp nghiên cứu 41

Phương pháp phân tích và tiếp cận hệ thống 41

Vận hành thiết bị sấy thăng hoa 42

2.6 Phương pháp xác định các hàm mục tiêu trong công nghệ 45

Xác định chi phí năng lượng 45

Xây dựng BTTƯ một mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa sữa bắp viên 56

Xây dựng BTTƯ đa mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa sữa bắp viên 57

3.1 Thành phần hoá học và dinh dưỡng của nguyên liệu 60

3.2 Xây dựng bảng yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu sản xuất sữa bắp viên sấy thăng hoa 60

Nhiệt độ sấy thăng hoa 60

Áp suất sấy thăng hoa 62

Thời gian sấy thăng hoa 63

3.3 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ đến hàm mục tiêu 64

3.4 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu chi phí năng lượng 66

3.5 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu độ ẩm sản phẩm 69

3.6 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu độ cứng (xốp) 73

3.7 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu độ tổn thất màu 76

3.8 Xây dựng và giải các BTTƯ hóa để xác định chế độ công nghệ cho quy trình sấy thăng hóa sữa bắp viên 80

Xây dựng BTTƯ một mục tiêu 80

Xây dựng BTTƯ hóa đa mục tiêu 82

3.9 Kết quả thực nghiệm kiểm chứng 85

3.10 Thành phần hóa học của sản phẩm sữa bắp 86

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 3

3.11 Định mức nguyên liệu và giá thành của sản phẩm sữa bắp viên sấy thăng hoa 86 3.12 Xây dựng quy trình công nghệ sấy thăng hoa bằng phương pháp cấp nhiệt thông thường hoàn chỉnh cho sản phẩm sữa bắp viên sấy thăng hoa 87

Quy trình công nghệ 87 Thuyết mình quy trình 89

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 4

DANH M ỤC HÌNH

Hình 1.1 Đặc điểm hình thái của bắp 14

Hình 1.2 Phân bố sản lượng bắp trên thế giới [7] 15

Hình 1.8 Giản đồ trạng thái của nước 21

Hình 1.9 Đồ thị hoạt động trong buồng sấy thăng hoa sử dụng nhiệt là nguồn bức xạ với nhiệt độ lạnh đông dao động trong khoảng (-35 ÷ -30)0C 21

Hình 1.10 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lạnh đông 23

Hình 1.11 Sơ đồ mô tả các yếu tố ảnh hưởng đầu vào và các yếu tố sản phẩm đầu ra 27

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa DS-11 28

Hình 2.1 Quy trình công nghệ sản xuất sữa bắp viên bằng phương pháp sấy thăng hoa 33

Hình 2.2 Khuôn dùng để đổ mẫu 37

Hình 2.3 Khay inox 37

Hình 2.4 Tủ lạnh đông âm sâu Arctiko 38

Hình 2.5 Hệ thống sấy thăng hoa DS-11 38

Hình 2.6 Cân sấy ẩm hồng ngoại Precisa (Model XM 50) 39

Hình 2.7 Đĩa nhôm sử dụng cho cân sấy ẩm hồng ngoại 39

Hình 2.8 Thiết bị đo màu Konica Minota (Model CR – 400) 40

Hình 2.9 Máy đo kết cấu CT3 41

Hình 2.10 Sơ đồ nghiên cứu nghiên cứu sản xuất sản phẩm sữa bắp 42

Hình 2.11 Màn hình Desktop DS-11 43

Hình 2.12 Màn hình chương trình sấy thăng hoa 43

Hình 2.13 Buồng sấy thăng hoa DS-11 44

Hình 2.14 Chương trình sấy thăng hoa 44

Hình 2.16 Sơ đồ mối quan hệ mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến các hàm mục tiêu 51

Hình 2.17 Sơ đồ bố trí thí nghiệm: Phương án cấu trúc có tâm cấp 2, ba yếu tố 53

Hình 2.18 Không gian hàm mục tiêu của BTTƯ hai mục tiêu 59

Hình 3.1 Đồ thị biễu diễn sự thay đổi của độ ẩm sản phẩm theo nhiệt độ môi trường sấy 61

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm sản phẩm theo áp suất môi trường sấy 62

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 5

Hình 3.3 Đồ thị biễu diễn sự thay đổi của độ ẩm sản phẩm sữa bắp viên theo thời gian sấy 63 Hình 3.4 Sản phẩm sữa bắp sấy thăng hoa 91

Bảng 3.1.Thành phần hoá học của sữa bắp nguyên liệu 60

Bảng 3.2 Các mức yếu tố ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy thăng hoa sản phẩm sữa bắp viên 64

Bảng 3.3 Số liệu thực nghiệm của các hàm mục tiêu 65

Bảng 3.4 Giá trị hàm chi phí năng lượng 66

Bảng 3.5 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 67

Bảng 3.6 Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 67

Bảng 3.7 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm chi phí năng lượng 68

Bảng 3.8 Giá trị hàm mục tiêu của độ ẩm 69

Bảng 3.9 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu của độ ẩm 71

Bảng 3.10 Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu của độ ẩm 71

Bảng 3.11 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm độ ẩm 71

Bảng 3.12 Giá trị hàm mục tiêu của độ cứng (xốp) 73

Bảng 3.13 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu của độ ẩm 74

Bảng 3.14 Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu của độ ẩm 74

Bảng 3.15 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm độ cứng (xốp) 75

Bảng 3.16 Giá trị hàm mục tiêu của độ tổn thất màu sắc 76

Bảng 3.17 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu của độ tổn thất màu sắc 78

Bảng 3.18 Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu của độ tổn thất màu sắc 78

Bảng 3.19 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm tổn thất màu sắc 78

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 7

Bảng 3.20 Giá trị tối ưu của từng hàm mục tiêu 81

Bảng 3.21 Nghiệm Paréto tối ưu và giá trị hiệu quả Paréto tối ưu 84

Bảng 3.22 Kết quả kiểm chứng thực nghiệm 85

Bảng 3.23 Thành phần hóa học của mẫu sữa bắp sấy thăng hoa 86

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 8

DANH M ỤC CHỮ VIẾT TẮT

BTTƯ: Bài toán tối ưu PtHQ: Phương trình hồi quy

Chế độ sấy tối ưu đối với sản phấm sữa bắp viên bằng công nghệ sấy thăng hoa, tôi xác định được các thông số: nhiệt độ: 42,83oC, áp suất: 0,035 mmHg, thời gian: 29,67 giờ Kết quả sau khi phân tích thực nghiêm cho thấy, chi phí năng lượng là 17,24 kWh/kg và phù hợp với điều kiện thực tế < 17,24 kWh/kg Bên cạnh đó, độ ẩm của sản phẩm thu được sau khi thực hiện kiểm chứng là: 2,62% và độ ẩm sản phẩm nằm trong phạm vi độ ẩm (2÷6%) tạo cho sản phẩm có cấu trúc giòn và xốp, đây cũng chính là điểm đặc trưng cho sản phẩm sữa bắp viên sấy thăng hoa Ngoài ra, sản phẩm sữa bắp viên sấy bằng công nghệ sấy thăng hoa cũng kéo dài được thời gian bảo quản và sử dụng Ngoài ra, kết quả của sự tổn thất màu sắc là ∆E = 4,85< 5,00, đối với sự khác biệt này thì không thể so sánh hay nhận biết bằng mắt thường, và điều này làm cho sản phẩm sấy bằng công nghệ sấy thăng hoa ở chế độ sấy tối ưu không làm thay đổi nhiều đến màu sắc sản phẩm sấy

Kết quả của việc nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa với sữa bắp nhằm tạo ra được một sản phẩm sữa sấy đạt các tiêu chí như sau: cấu trúc sản phẩm ổn định tạo độ giòn và xốp, màu vàng tự nhiên của bắp mỹ cũng được giữ nguyên, hạn chế tối đa được các tổn thất về mặt dinh dưỡng, thời gian bảo quản sản phẩm lâu Từ những tiêu chí trên, sản xuất sữa bắp viên bằng công nghệ sấy thăng hoa có tính khả thi cao để ứng dụng vào sản xuất với chi phí phù hợp và mang lại nhiều lợi ích cho các nhà sản xuất và người tiêu dùng

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 10

M Ở ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam được biết đến là một quốc gia có một nền phát triển về nông nghiệp mạnh do Việt Nam được mẹ thiên nhiên ưu ái cho khí hậu nhiệt đợt gió mùa kèm với đất đai màu mỡ nên đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc canh tác nông sản ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ Ngoài ra, Việt Nam cũng nằm trong vùng có sinh thái nhiệt đớt thấp nên cây ngô (hay bắp) cũng là một trong những nông sản được trồng nhiều ở nhiều nơi trên đất nước ta như: các vùng miền núi, Đồng bằng sông Hồng, hay vùng Bắc Trung Bộ gồm các tỉnh như Cao nguyên Nam Trung Bộ, Duyên hải Nam Trung Bộ, Đông Nam Bộ, Đồng bằng sông Cửu Long

Theo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Việt Nam ta có diện tích trồng ngô vào khoảng 1,1 triệu ha, với năng suất trung bình là 43 tạ/ha, và sản lượng dao động ở khoảng 4,5 – 5 triệu tấn/năm, và đứng vị trí thứ 2 sau cây lúa nước Nhưng trên thị trường ngày nay, các sản phẩm được bổ sung thêm ngô thì nhiều mà các sản phẩm được là từ ngô thì khá ít thấy trên thị trường Mặc dù, ngô là một loại cây thực phẩm được trồng nhiều ở Việt Nam và cũng là một trong những cây lương thực có chứa nhiều chất xơ, giàu các hàm lượng dinh dưỡng như vitamin nhóm B, thiamin, niacin và cũng có các chất khoáng thiết yếu khác Tuy nhiên, khi vào mùa, lượng ngô được thu hoạch nhiều nhưng gần như lượng ngô thu hoạch đó chỉ dùng cho việc chăn nuôi, là do các sản phẩm được làm từ ngô và có bổ sung ngô trên thị trường khá ít, và không có sự đa dạng để người tiêu dùng lựa chọn, vì thế, sẽ gây lãng phí cho một cây lương thực có giá trị dinh dưỡng cao lại không được sử dụng để phục vụ người tiêu dùng Ngoài ra, nếu lượng ngô quá nhiều sẽ dẫn đến quá tải trong việc sử dụng và bảo quản, gây ra tình trạng giá thành của ngô sẽ giảm gây tổn thất rất nhiều cho những người nông dân trồng trọt Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm mới từ nông sản sau khi thu hoạch là một bài toán khó và vô cùng quan trọng cho các doanh nghiệp cung cấp cũng như sản xuất nông sản được biệt quan tâm

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 11

Mặc dù, trên thị trường hiện nay, sữa bắp là một loại đồ uống hầu như có mặt khắp nơi như ở trong siêu thị, cửa hàng tiện lợi hay bán ở một số tiêm đồ uống ở Việt Nam nhưng thời gian sử dụng và bảo quản không được lâu Vì thế, đề tài: “Nghiên cứu quy

cứu và giải quyết được một số vấn đề đã nêu trên như tạo ra được một sản phẩm mới và sữa bắp sau khi được sấy thăng hoa sẽ gần như giữ nguyên được màu sắc cũng như giá trị dinh dưỡng của bắp, và có thời gian sử dụng và bảo quản lâu hơn

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này xây dựng quy trình công nghệ sấy thăng hoa sản phẩm sữa bắp viên đảm bảo sản phẩm duy trì được các thành phần dinh dưỡng có trong bắp cũng như đảm bảo độ ẩm và độ xốp của mẫu sữa sau khi sấy và làm tăng giá trị kinh tế của nông sản bắp ở đất nước ta

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu đề tài

Nghiên cứu này được thực hiện trong phạm vi công nghệ sấy thăng hoa trên nguyên liệu là bắp Mỹ được trồng ở nhiều nơi trên đất nước Việt Nam và chủ yếu là bắp Mỹ được trồng ở vùng đất Đà Lạt

4 Nội dung nghiên cứu

Tổng quan về nguyên liệu bắp Các phương pháp xác định thành phần hóa học và dinh dưỡng của nguyên liệu bắp và sản phẩm sữa bắp viên sấy thăng hoa

Mô tả động học, xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa nhằm xác lập chế độ cho công nghệ sản xuất sữa bắp viên sấy thăng hoa

Tiến hành thực nghiệm, thiết lập quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm sữa bắp viên bằng phương pháp sấy thăng hoa

Định mức nguyên liệu và tính toán giá thành cho sản phẩm Triển vọng của sản phẩm và khả năng thương mại hóa sản phẩm

5 Phương pháp nghiên cứu

Phân tích, tổng hợp các tài liệu có liên quan đến nghiên cứu chuyên ngành về sấy thăng hoa

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 12

Phương pháp thực nghiệm Phương pháp phân tích hóa học: Xác định các thành phần hóa học có trong nguyên liệu và các hàm mục tiêu về chất lượng của sản phẩm

Phương pháp tiếp cận hệ thống để phân tích và xác lập mối quan hệ giữa các đại lượng đầu vào

Phương pháp mô hình hóa, tối ưu hóa ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2 bằng phương pháp điểm không tưởng

Ngoài ra còn có sử dụng sự hỗ trợ từ các công cụ toán học và công nghệ thông tin

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 6.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài này sẽ làm cơ sở khoa học cho việc xây dựng các thông số công nghệ tối ưu của sản phẩm sữa bắp viên sấy thăng hoa riêng và các sản phẩm sữa làm từ hạt khác nói chung Từ kết quả của nghiên cứu này, các nhà khoa học sẽ tiếp tục nghiên cứu phát triển và hoàn thiện bằng việc đánh giá chất lượng sản phẩm sau khi sấy

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu này đã xây dựng được quy trình công nghệ sấy thăng hoa ứng dụng vào thực tiễn sản xuất, tạo ra sản phẩm sữa bắp viên có chất lượng cao, an toàn, kéo dài thời gian bảo quản, rất thích hợp phục vụ cho thương mại hóa và xuất khẩu

7 Bố cục

Luận văn nghiên cứu này sẽ được trình bày trong 3 chương bao gồm: Mở đầu

Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và bàn luận

Kết luận – Kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 13

TỔNG QUAN

Sữa bắp là một trong những loại sữa được làm từ thực vật và loại sữa này có thể tiêu thụ như một dạng thay thế cho sữa từ động vật dành cho một số người tiêu dùng bị dị ứng với một số loại sữa từ động vật [1] Sữa bắp là một loại thực phẩm ở dạng lỏng có thể ở 2 dạng lỏng khác nhau như dạng lỏng lỏng bỏng và dạng lỏng sệt hơn Đối với sữa bắp viên sẽ có dạng rắn, giòn và xốp việc chuyển hóa dạng lỏng thành dạng rắn nhằm cho các mục đích như kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm Như vậy, sữa bắp viên sẽ dễ dành bảo quản, cất giữ hay vận chuyển so với sữa bắp dạng lỏng thông thường

Bắp còn được gọi là ngô, là một loại ngũ cốc được thuần hóa lần đầu tiên bởi người dân bản địa ở miền nam Mexico khoảng 10.000 năm trước Thân lá của cây tạo ra các chùm hoa đực (hoặc "tua") tạo ra phấn hoa và các chùm hoa cái gọi là tai mang lại hạt hoặc "hạt" Đây là lương thực chủ yếu ở nhiều nơi trên thế giới, với tổng sản lượng ngô vượt qua lúa mì hoặc gạo [2]

Ngô có nguồn gốc từ Nam Mỹ nhưng được trồng rộng rãi ở nhiều nước khác cũng như Ấn Độ, Thái Lan, Pakistan và Trung Quốc, và ở một số vùng của Philippines Nó được coi là mặt hàng thực phẩm chủ yếu ở một số đảo và tỉnh Nó được trồng rộng rãi ở vùng ôn đới và nhiệt đới với đất thoát nước tốt và màu mỡ [3]

Đặc điểm hình thái

Bắp là một loại cỏ cao hàng năm có một thân duy nhất, có chiều cao từ 1,2 m (4 ft) đến 4 m (13 ft) Các lá dài hẹp mọc ra từ các đốt hoặc khớp, xen kẽ nhau ở các phía đối diện trên thân cây Bắp là cây đơn tính cùng gốc, có hoa đực và hoa cái riêng biệt trên cùng một cây Trên đỉnh thân có tua, một chùm hoa đực; bao phấn của chúng giải phóng phấn hoa, được phát tán nhờ gió Cụm hoa cái, ở phía dưới thân từ tua, lần đầu tiên được nhìn thấy như một sợi tơ, một bó lông mềm hình ống [4], một cho lá noãn trong mỗi hoa cái, phát triển thành nhân (thường được gọi là hạt; về mặt thực vật học, giống như ở tất

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 14

cả các loại cỏ, nó là một loại quả, hợp nhất với vỏ hạt để tạo thành caryopsis khi nó được thụ phấn Toàn bộ cụm hoa cái phát triển thành bắp hoặc lõi ngô, được bao bọc bởi nhiều lớp lá hoặc vỏ trấu [4, 5]

Ngô được trồng rộng rãi trên khắp thế giới và sản lượng ngô mỗi năm cao hơn bất kỳ loại ngũ cốc nào khác Năm 2020, tổng sản lượng toàn thế giới đạt 1,16 tỷ tấn, đứng đầu là Hoa Kỳ với 31,0% tổng sản lượng Trung Quốc sản xuất 22,4% tổng sản lượng toàn cầu [6]

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 15

Ở Việt Nam, bắp được trồng phổ biến ở các khu vực khác nhau nhưng chủ yếu được phân bố trông ở các tỉnh, trung du, miền núi phía Bắc, Bắc Trung bộ và Tây Nguyên Ngoài ra, bắp còn được trồng ở các tỉnh Sơn La, Tuyên Quang, Yên Bái, Phú Thọ, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình, Thanh Hoá…

a) Bắp ngọt

Bắp ngọt hay bắp đường (Zea mays convar saccharata var rugosa) là một loại giống bắp có hàm lượng đường cao Bắp ngọt là kết quả xuất hiện tự nhiên của đặc tính lặn của gen điều khiển việc chuyển đường thành tinh bột bên trong nội nhũ của hạt ngô Trong khi những giống ngô thông thường sẽ được thu hoạch khi hạt đã chín thì ngô ngọt thường được thu hoạch khi bắp chưa chín (ở giai đoạn "sữa"), và thường dùng như một loại rau hơn là ngũ cốc Quá trình chín của hạt ngô liên quan đến việc chuyển hóa đường thành tinh bột nên ngô ngọt thường được ăn tươi, đóng hộp, đông lạnh [8]

Ngoài ra, bắp cũng có hàm lượng protein và chất béo cao hơn so với các loại ngũ cốc khác Tơ ngô chứa axit maizeric, dầu cố định, nhựa, đường, chất nhầy, muối và chất xơ cần thiết cho chế độ ăn uống của chúng ta Xi-rô ngô rất hữu ích trong sản xuất mứt, thạch và các loại đồ ngọt khác và làm chất phụ gia cho đường mía và xi-rô cây thích Dầu ăn được thu được từ hạt rất hữu ích trong món salad và nấu ăn Hạt rang được sử dụng thay thế cà phê Các chất chuyển hóa thứ cấp phytochemical như saponin, allantoin, sterol, stirysterol, alkaloid, hordenine và polyphenol được tìm thấy trong lá, hạt và râu ngô [10]

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 18 Giá tr ị sinh học của bắp

Từ xa xưa ngô đã được sử dụng để làm dịu chứng kapha, pitta, chứng biếng ăn, suy nhược nói chung, hốc hác và bệnh trĩ Bắp là một chất chống oxy hóa mạnh giúp bảo vệ cơ thể khỏi bị tổn hại bởi các gốc tự do gây tổn thương tế bào và/hoặc ung thư Nó có khả năng làm giảm đau và có tác dụng giảm đau Giúp sản xuất các hormone liên quan đến giới tính, tốt cho sức khỏe tình dục, đặc biệt đối với nam giới bị rối loạn cương dương Nó được cho là cải thiện các triệu chứng của bệnh thấp khớp vì phức hợp B có thể cải thiện khả năng vận động của khớp Chất dinh dưỡng chính của râu ngô là kali có tác dụng lợi tiểu mạnh Tại Châu Âu và một số nước khác như Pháp, Tây Ban Nha, Hy Lạp trong đó có Ấn Độ; tơ ngô được sử dụng để điều trị nhiễm trùng đường tiết niệu và sỏi thận Trong khi ở Trung Quốc, nó đã được sử dụng rộng rãi trong trường hợp ứ nước và vàng da Tơ ngô cải thiện huyết áp và hỗ trợ chức năng gan cũng như sản xuất mật Rễ, lá và râu ngô làm thuốc sắc được dùng để chữa bàng quang trong khi nước sắc lõi ngô dùng làm trà để chữa các bệnh về dạ dày Nó hoạt động như một chất làm mềm tốt cho vết loét, vết thương và sưng tấy Ở một số nơi, nước sắc từ râu ngô và ngô khô cực kỳ hữu ích trong việc chữa buồn nôn và nôn mửa [10, 12]

Các giai đoạn sinh trưởng và biến đổi của bắp

Tốc độ sinh trưởng và phát triển của ngô thay đổi theo mùa Cây ngô non tăng trọng lượng chậm nhưng khi ra càng nhiều lá thì tốc độ tích lũy chất khô càng tăng (Hình 1.6) Trong điều kiện sinh trưởng bình thường, tốc độ phát triển của cây phụ thuộc phần lớn vào nhiệt độ Các yếu tố môi trường, chẳng hạn như thiếu nước và dinh dưỡng, có thể làm thay đổi mối quan hệ giữa sự phát triển của cây và nhiệt độ Ở Nam Dakota, nước và nitơ (N) là nguồn tài nguyên quan trọng hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của ngô và cuối cùng ảnh hưởng đến năng suất Nếu nước, nitơ hoặc các nguồn tài nguyên khác trở nên hạn chế, đặc biệt khi cây trồng đang phát triển nhanh, năng suất thường giảm Các yếu tố khác cũng có thể gây căng thẳng cho cây ngô, do đó hạn chế sự tăng trưởng và giảm năng suất Sự xâm nhập của bệnh tật và côn trùng có thể cản trở sự hấp thụ nước và chất dinh dưỡng hoặc gây thiệt hại nghiêm trọng cho cây đến mức mất năng suất Cỏ dại có nhiều ảnh hưởng đến sự phát triển của ngô, bao gồm gây ra sự điều hòa giảm

(Được phép: Bang Iowa)

VE (sự nổi lên) xảy ra khi lá mầm đẩy qua bề mặt đất Sau khi nảy mầm, các giai đoạn sinh dưỡng được ký hiệu bằng các phân khu V1, V2, V3; qua Vn trong đó n là số lá có cổ nhìn thấy được cho đến khi trỗ cờ (VT) Cổ lá là nơi phiến lá tách ra khỏi bẹ và thân của cây ngô một cách trực quan (Hình 1.10), và các giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng dựa trên số lượng cổ lá có thể nhìn thấy được Các lá nằm trong vòng xoắn, chưa nở hết và không có cổ lá nhìn thấy được thì không được tính vào Ví dụ, một cây có 3 vòng cổ sẽ được gọi là cây V3, mặc dù trên cây có thể có nhiều hơn 3 lá (Hình 5.3) Điều quan trọng cần lưu ý là số lượng lá thay đổi tùy theo giống ngô lai và điều kiện môi trường [14]

Cơ sở khoa học về công nghệ sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa (freeze drying hay lypophilization) và còn đươc gọi bằng một tên khác là sấy đông khô là đây một quá trình làm khô dung môi (thường là nước) bằng cách kết tinh ở nhiệt độ thấp và sau đó quá trình thăng hoa sẽ trực tiếp chuyển pha rắn (hay đá) sang pha hơi mà bỏ qua pha lỏng Đây là một trong những công nghệ tối ưu để loại ẩm ra khỏi các hợp chất nhạy cảm với nhiệt và dễ bị oxy hoá bởi vì công nghệ sấy thăng hoa hoạt động ở nhiệt độ và áp suất thấp, dưới điểm ba thể O tương ứng với 4,58 mmHg hoặc 0,006 atm và 0,0098 oC được thể hiện trong hình 1.11

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 21

Quá trình sấy thăng hoa được chia làm 3 giai đoạn sau [15]:

a) Giai đoạn làm lạnh đông b) Giai đoạn sấy thăng hoa c) Giai đoạn sấy chân không nhiệt độ thấp

Chú thích:

1_ nhiệt độ của tấm gia nhiệt

6_ áp suất của buồng

a) Giai đoạn làm đông

Giai đoạn làm đông là giai đoạn đầu tiên trong quy trình của công nghệ sấy thăng hoa Ở giai đoạn này, nước sẽ được đóng băng hoàn toàn bằng cách hạ nhiệt độ sản phẩm từ (20 ÷ 250C) xuống (-35 ÷ -300C) Mỗi loại nguyên liệu thực phẩm khác nhau sẽ có các nhiệt độ cấp đông khác nhau nhưng cần phải đảm bảo tất cả nước bên trong thực phẩm phải đóng băng 100% Từ hình 1.8, đường (3) là đường biểu diễn cho nhiệt độ của vật liệu sấy, ở giai đoạn này, áp suất trong buồng sấy (đường (6)) và buồng lạnh đông thay đổi không đáng kể, bằng với áp suất của khí quyển [15]

Nguyên nhân là khi thực hiện quá trình cấp đông thì phải làm giảm nhiệt độ dẫn đến áp suất cũng sẽ giảm theo (thể tích buồng sấy là không thay đổi và luông ở trạng thái kín) Vì thế, lượng ẩm bay hơi rất ít và chủ yếu chỉ còn sự thăng hoa của đá trên bề mặt vật liệu Ẩm bay hơi là do sự chênh lệch giữa lớp không khí của bề mặt vật liệu và áp suất riêng phần hơi nước diễn ra trong buồng sấy thăng hoa Đồng thời, sự chênh lệch giữa nhiệt độ của môi trường lạnh đông và nhiệt độ vật liệu cũng làm ẩm bay hơi để đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt [15]

Ở hình 1.10, đây là những yếu tố tác động đến quá trình cấp đông nguyên liệu sấy thăng hoa Những yếu tố này bao gồm 3 nhóm yếu tố tác động đến quá trình cấp đông nguyên liệu: nhóm yếu tố công nghệ, nhóm yếu tố phụ thuộc, nhóm yếu tố thiết bịtrong cả quá trình [16]

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 23

b) Giai đoạn sấy thăng hoa

Giai đoạn sắt thăng hoa bắt đầu sau khi vật liệu được cấp đông thì giai đoạn cấp đông kết thúc, khi đó bơm chân không sẽ bắt đầu hoạt động để hút hết không khí ở bên trong buồng sấy, lúc này áp suất sẽ hạ rất nhanh và gần như không thay đổi Pm = (0,001 ÷ 1) mmHg (đường (6)) Vì sự chênh lệch giữa áp suất của hơi nước Pmn và áp suất riêng phần của hơi nước ở vật liệu sấy quá lớn, nên cùng với lượng nhiệt bức xạ từ các tấm gia nhiệt bằng kim loại tỏa ra để đốt nóng làm cho nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt độ bên trong buồng sấy thăng hoa chênh lệch khá lớn Điều này dẫn đến độ ẩm bên trong vật liệu thăng hoa mãnh liệt và giảm rất nhanh (đường (5)) Chính vì điều này, chúng ta có thể xem giai đoạn này là giai đoạn sấy đảng tốc và lượng nhiệt được bức xạ từ các tấm kim loại mà vật liệu sấy nhận được trong giai đoạn sấy thăng hoa được sử dụng để trở

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 24

thành nhiệt ẩn thăng hoa và nhiệt độ của vật liệu sấy gần như không có sự thay đổi Trong thực tế, nhiệt độ tượng tăng nhưng rất chậm và tăng dần từ (-35 ÷ -30)0C đến 0,00980C (nhiệt độ kết tinh cảu sản phẩm Tkt) [15] Ở giai đoạn sấy thăng hoa, phần nước hấp thụ (nước không đông lạnh) trong lớp đã sấy khô có thể được giải hấp phụ (sấy chân không nhiệt độ thấp) Thời gian mà tại đó không còn lớp đóng băng nữa (nghĩa là bề mặt không có sự thăng hoa nữa) là dấu hiệu nhận biết giai đoạn sấy sơ cấp đã kết thúc [17]

Ở giai đoạn này thì nhiệt độ của lối ra buồng sấy gần như không đổi (đường (4)) Điều này dẫn đến nhiệt độ của bình ngưng cũng không thay đổi trong suốt giai đoạn sấy thăng hoa Nhiệt độ của tâm gia nhiệt kim loại cùng với nhiệt độ ở giữa các tầm cũng gần như không đổi trong suốt giai đoạn sấy thăng hoa theo đường (1) và đường (2) (hình 1.8) Nhiệt độ các tấm kim loại này thường dao động trong khoảng (0 ÷ 450C) và nhiệt độ của môi trường sấy thăng hoa tương ứng là khoảng (0 ÷ 400C) [15]

c) Giai đoạn sấy chân không nhiệt độ thấp

Ở cuối giai đoạn của sấy thăng hoa, nhiệt độ của vật liệu sấy sẽ đạt đến nhiệt độ kết tinh và áp suất môi trường sẽ không thay đổi, và áp suất sẽ biến thiên trong khoảng từ (0,001 ÷ 1) mmHg Tuy nhiên, áp suất riêng phần của nước còn lại ở trong vật liệu sấy cao hơn 4,58 mmHg (áp suất ở điểm ba) Điều này làm cho ẩm bên trong vật liệu sấy trở lại trạng thái lỏng Bơm chân không sẽ luôn duy trì áp suất trong buồng sấy từ (0,001 ÷ 1) mmHg nên những tấm gia nhiệt luôn luồng bức xạ đến vật liệu sấy để ẩm liên tục thay đổi pha từ dạng lỏng sang dạng hơi rồi bay vào môi trường ở trong buồng sấy và đi vào thiết bị ngưng tụ Ở giai đoạn sấy này sẽ liên quan đến việc loại bỏ nước không được đóng băng (hay còn được gọi là nước hấp thụ hoặc nước liên kết) Sự chênh lệch giữa nhiệt độ của nguyên liệu sấy với áp suất riêng phần của hơi nước chính là động lực cho quá trình bay hơi và khuếch tán này Giai đoạn sấy chân không nhiệt độ thấp sẽ bắt đầu vào cuối giai đoạn sấy thăng hoa và hơi nước đã khử hấp phụ được vận chuyển qua các lỗ rỗng của vật liệu sấy [18]

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 25

Khi kết thúc giai đoạn sấy chân không nhiệt độ thấp thì độ ẩm sản phẩm đầu ra sẽ đạt yêu cầu hoặc nhiệt độ của môi trường sấy, những tấm gia nhiệt kim loại và nhiệt độ nguyên liệu sấy phải bằng nhau Từ hình 1.8, chúng ta thấy đường (1), đường (2) và đường (3) giao nhau ở một điểm Tại đó, hiện tượng cân bằng ẩm và cân bằng nhiệt và hàm lượng nước trong vật liệu sấy không thể bốc hơi được nữa xảy ra khi đó dẫn đến độ ẩm của sản phẩm đầu ra đạt đến độ ẩm cân bằng (đường (5)

Quá trình ẩm di chuyển ở giai đoạn sấy thăng hoa khác với khi ẩm di chuyển trong các phương pháp sấy khác hoạt động ở áp suất khí quyển với P = 760 mmHg = 1at Môi trường chân không không tồn tại trường lực đàn hồi của không khí nên những phân tử nước sẽ không bị va chạm vào nhau khi xảy ra hiện tượng thăng hoa Vì vậy, công nghệ sấy thăng hoa sẽ giúp bảo toàn được các chất dinh dưỡng và hoạt tính sinh học có trong các sản phẩm sấy Và hơn nữa, những sản phẩm khi sử dụng phương pháp sấy này sẽ không bị oxy hóa [17]

Dưới đây là những yếu tố sẽ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa:

a) Nhiệt độ

Một trong những động lực chính cho quá trình truyền nhiệt và tách ẩm ra khỏi nguyên liệu sấy trong giai đoạn sấy thăng hoa và yếu tố này tác động trực tiếp đến các giá trị cảm quan như màu sắc, cấu trúc, hoạt độ nước trong sản phẩm Vì nếu nhiệt độ không thích hợp sẽ làm cho cấu trúc vật liệu sấy bị sụp đổ, gây bít tắc các mao mạch, dẫn đến sự giảm mất nước, phồng rộp sản phẩm, … Nhiệt độ sẽ tỷ lệ thuận với tốc độ bay ẩm, từ đó sẽ làm giảm thời gian giai đoạn sấy thăng hoa Do vật liệu sấy thường chứa nhiều chất nhạy cảm với nhiệt nên để kiểm soát độ ổn định của sản phẩm thì phải giới hạn trong một khoảng giá trị nhiệt độ cụ thể ở quá trình sấy và độ ẩm sản phẩm và khi kết thúc chu trình sấy, chúng ta làm như vậy để tránh phá vỡ cấu trúc khi nhiệt sấy trên nhiệt độ “sụp đổ” trong quá trình sấy thăng hoa , và đây là một trong nguyên nhân chính làm giảm chất lượng sản phẩm [19, 20]

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 26 b) Thời gian

Thời gian sấy cũng là một trong những ảnh hưởng tác động trực tiếp đến chi phí năng lượng và chất lượng của vật liệu sau khi sấy thăng hoa Vì nếu thời gian sấy quá ngắn thì độ ẩm sẽ không đạt yêu cầu và thời hạn bảo quản cũng không lâu, và ngược lại nếu thời gian sấy quá dài thì làm tăng chi phí năng lượng dẫn đến giá thành của vật liệu sau khi sấy cao Do cơ chế thoát ẩm của quá trình sấy thăng hoa sẽ thay đổi từ pha rắn thành pha hơi khác với cơ chế thoát ẩm trong quá trình sấy chân không thay đổi từ pha lỏng sang pha hơi nên các tính chất hóa học, hàm lượng dinh dưỡng vì vậy mà cũng bị ảnh hưởng theo [17]

c) Áp suất

Yếu tố ảnh hưởng cuối cùng đến quá trình sấy thăng hoa là áp suất Do áp suất ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tách ẩm và truyền nhiệt của giai đoạn sấy Trên cơ sở lý thuyết của công nghệ sấy thăng hoa thì sự chệch lệch áp suất giữa áp suất hơi ở môi trường sấy và áp suất bề mặt nguyên liệu sấy để hiện tượng thăng hoa có thể xảy ra

Khi áp suất thấp thì sẽ có lợi trong việc cung cấp nhiệt cho các tấm gia nhiệt ở buồng sấy thăng hóa, nhưng khong vì vậy mà chúng ta cài đặt áp suất quá thấp, vì nếu áp suất quá thấp sẽ dẫn đến việc làm tăng thời gian sấy gây hạn chế cho tốc độ truyền ẩm Nhưng cũng không vì vậy mà chúng ta dặt áp suất quá cao, vì nếu áp suất quá cao sẽ làm cho cấu trúc của nguyên liệu sấy bị sụp đổ Vì vậy, chúng ta nên tính toán áp suất môi trường sấy cho phù hợp để không làm tăng nhiệt độ của nước ở vật liệu sấy trong pha rắn đến nhiệt độ thăng hoa của áp suất môi trường sấy gây tiêu tốn năng lượng là cực kỳ cần thiết [21]

GVHD: PGS TS NGUY ỄN TẤN DŨNG 27

s ữa bắp viên sấy thăng hoa