nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền bằng phương pháp sấy thăng hoa

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHÁO DINH DƯỠNG ĂN LIỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY THĂNG HOA GVHD: PGS.TS.NGUYỄN TẤN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHÁO DINH DƯỠNG ĂN LIỀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SẤY THĂNG HOA

GVHD: PGS.TS.NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: NGUYỄN THANH BẢO NGỌC LÊ TRỌNG HIẾU

S K L 0 1 3 1 7 3

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 07/2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thanh Bảo Ngọc MSSV: 19116111

Lê Trọng Hiếu 20116288

Ngành: Công nghệ thực phẩm 1 Tên khóa luận: Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng

ăn liền bằng phương pháp sấy thăng hoa

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

Tổng quan về cơ sở lý thuyết sấy thăng hoa và nguyên liệu cháo dinh dưỡng sấy thăng hoa

Xác định thành phần hóa học và dinh dưỡng của nguyên liệu cháo dinh dưỡng Mô hình hóa quá trình sấy thăng hoa sản phẩm cháo dinh dưỡng bằng mô hình thực nghiệm và tối ưu hóa quy trình công nghệ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng Triển

vọng và khả năng thương mại hóa sản phẩm 3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 11/01/2024 4 Ngày hoàn thành khóa luận: 18/07/2024 5 Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng

Phần hướng dẫn: Toàn bộ khóa luận Nội dung và yêu cầu đồ án tốt nghiệp đã được thông qua bởi

Trưởng Ngành Công nghệ Thực phẩm

Tp HCM, ngày tháng năm 2024

Lời đầu tiên chúng tôi xin gửi tới thầy PGS TS Nguyễn Tấn Dũng là Trưởng Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm kiêm giảng viên Bộ môn Công nghệ Thực phẩm của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Đã dành thời gian hỗ trợ, cho chúng tôi lời khuyên hữu ích, chỉ ra những thiếu sót trong quá trình thực hiện đồ án, đồng thời cho phép chúng tôi sử dụng thiết bị để phục vụ trong quá trình thực nghiệm Những lời chỉ dạy tận tâm với đầy sự chân thành của thầy đã dẫn dắt chúng tôi hoàn thành đồ án này

Thêm vào đó, chúng tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến chuyên viên phụ trách các phòng thí nghiệm và các xưởng thực hành Bộ Môn Công Nghệ Thực Phẩm Khoa Công Nghệ Hóa Học - Thực Phẩm là cô ThS Hồ Thị Thu Trang và cô ThS Đỗ Thùy Khánh Linh là giảng viên Bộ môn Công nghệ thực phẩm Trong quá trình làm đồ án, hai cô đã luôn hỗ trợ tận tình và giúp đỡ chúng tôi rất nhiều về nơi làm đồ án, máy móc, dụng cụ, thiết bị cũng như cách vận hành các thiết bị trong quá trình nghiên cứu

Với điều kiện thời gian cũng như kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên, Khóa luận tốt nghiệp của chúng tôi không thể tránh được những thiếu sót Chúng tôi rất biết ơn nếu nhận được sự đóng góp ý kiến, lời khuyên của các quý thầy cô để đồ án có thể hoàn thành một cách tốt và hoàn thiện nhất Lời cuối cùng, chúng tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn, sâu sắc nhất và kính chúc tất cả quý thầy cô sức khỏe dồi dào và thành công trên con đường sự nghiệp ạ!

Trân trọng cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin được cam đoan rằng toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là do chính tôi thực hiện Chúng tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo quy định

Ngày tháng năm 2024

Sinh viên thực hiện

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2019 - 2020 (NGƯỜI

HƯỚNG DẪN)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2019 - 2020 (PHẢN

BIỆN)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH

CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2019 - 2020 (THÀNH

VIÊN HỘI ĐỒNG)

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2019 - 2020 (NGƯỜI HƯỚNG DẪN) iv

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2019 - 2020 (PHẢN BIỆN) viii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2019 - 2020 (THÀNH VIÊN HỘI ĐỒNG) xii

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học 3

7 Ý nghĩa thực tiễn 3

8 Bố cục báo cáo 3

Chương 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Nguyên liệu 4

1.1.1 Nguồn gốc của cháo dinh dưỡng ăn liền 4

1.1.2 Thị trường cháo 5

1.1.3 Phân loại cháo 7

1.1.4Thành phần hóa học và dinh dưỡng của cháo dinh dưỡng 8

1.1.4.1 Chất dinh dưỡng đa lượng 8

1.1.4.2 Chất dinh dưỡng vi lượng 25

1.1.4.3 Hợp chất có nguồn gốc thực vật 26

1.1.5 Công dụng và lợi ích sức khỏe của cháo dinh dưỡng 27

1.1.6 Giá trị kinh tế 30

1.1.7 Tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm cháo dinh dưỡng 31

1.2 Cơ sở khoa học về sấy thăng hoa 33

1.2.1 Quá trình sấy thăng hoa 33

1.2.2 Nguyên lý cơ bản của sấy thăng hoa 33

1.2.2.1 Các quá trình chuyển pha của nước 33

1.2.2.2 Quan hệ giữa thông số áp suất và nhiệt độ trong quá trình thăng hoa 35 1.2.2.3 Giai đoạn làm lạnh đông 36

1.2.2.4 Giai đoạn thăng hoa (Sấy sơ cấp) 37

1.2.2.5 Giai đoạn sấy chân không làm bay hơi ẩm còn lại (Sấy thứ cấp) 39

1.2.3 Ưu, nhược điểm của kỹ thuật sấy thăng hoa 40

1.2.3.1 Ưu điểm [42] 40

1.2.3.2 Nhược điểm [42] 41

1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 42

1.2.4.1 Nhiệt độ môi trường sấy 42

1.2.4.2 Thời gian sấy 42 1.2.4.3 Áp suất môi trường sấy 43 1.2.4.4 Kích thước hình học sản phẩm sấy 43 1.2.5 Các biến đổi vật lý, hóa học và vi sinh ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 43 1.2.6 Hệ thống và thiết bị sấy thăng hoa 44 1.2.6.1 Buồng sấy thăng hoa 44 1.2.6.2Thiết bị ngưng tụ - đóng băng (Thiết bị hóa đá) 45

1.2.6.3 Bơm chân không 46 1.2.6.4Hệ thống đo lường, điều khiển 46

1.2.6.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa 47 1.2.7 Một số hệ thống sấy thăng hoa 48 1.2.7.1 Sấy thăng hoa cấp đông riêng 48 1.2.7.2 Sấy thăng hoa tự cấp đông 49 1.2.7.3 Sấy thăng hoa liên tục 50 1.2.8 Tình hình nghiên cứu về lĩnh vực sấy thăng hoa 51

1.2.8.1 Đối với Việt Nam 51

1.2.8.2 Đối với thế giới 55

1.3 Công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền sấy thăng hoa 59

1.3.1 Quy trình công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền sấy thăng hoa 59 1.3.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 59 1.3.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 59 1.3.2Tính chất nhiệt vật lý của nguyên liệu cần thiết cho tính toán 62

1.3.2.1 Độ nhớt và quan hệ giữa độ nhớt với chất lượng của nguyên liệu sinh học 62

1.3.2.2 Nhiệt dung riêng của nguyên liệu 63 1.3.2.3 Khối lượng riêng của nguyên liệu 63 1.3.2.4 Hệ số dẫn nhiệt của nguyên liệu 64 1.3.2.5 Hệ số khuếch tán ẩm của nguyên liệu 65 1.3.3Phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất sản phẩm cháo dinh dưỡng ăn liền sấy thăng hoa 65 1.3.3.1 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 65 1.3.3.2Hàm mục tiêu để đánh giá chất lượng, hiệu quả kinh tế và thời gian bảo quản sản phẩm cháo dinh dưỡng sấy thăng hoa 66 1.3.4 Bài toán tối ưu hóa trong công nghệ sấy thăng hoa 69 1.3.5Kết luận 70

Chương 2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 71 2.1 Nguyên liệu nghiên cứu 71

2.1.1 Lựa chọn nguyên liệu 71

2.1.1.1Gạo 71 2.1.1.2 Thịt gà ác 72 2.1.1.3 Nấm đông trùng hạ thảo 72 2.1.1.4 Hạt sen 73 2.1.2 Phương pháp xử lý nguyên liệu 73

2.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 74

2.2.1 Dụng cụ 74 2.2.2 Thiết bị 74

2.3 Phương pháp nghiên cứu 79

2.3.1 Phương pháp phân tích và tiếp cận hệ thống 79

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 81 2.3.3 Phương pháp xác định các hàm mục tiêu trong công nghệ 82 2.3.3.1 Xác định chi phí năng lượng 82 2.3.3.2 Xác định độ ẩm sản phẩm 82 2.3.3.3 Xác định độ xốp của sản phẩm 83 2.3.3.4 Xác định độ nhớt 84 2.3.4 Phương pháp phân tích nguyên liệu và sản phẩm cháo dinh dưỡng 85 2.3.4.1 Phương pháp phân tích nguyên liệu cháo dinh dưỡng ban đầu 85 2.3.4.2 Phương pháp phân tích sản phẩm 86

2.3.5 Phương pháp đánh giá giá trị cảm quan chất lượng sản phẩm 88 2.3.6 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm 89 2.3.7 Phương pháp đánh giá hàm lượng kim loại nặng của sản phẩm 94 2.3.8 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 95 2.3.9 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu trong nghiên cứu công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền sấy thăng hoa 100 2.3.9.1 Xây dựng BTTƯ một mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 100 2.3.9.2 Xây dựng BTTƯ hóa đa mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 101

2.4 Một số công cụ toán học và công nghệ thông hỗ trợ quá trình nghiên cứu 103 2.5 So sánh với các sản phẩm trên thị trường hiện nay 103 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 104 3.1 Xác định thành phần hóa học và dinh dưỡng của nguyên liệu đầu vào 104

3.2 Xác lập các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 105

3.2.1 Nhiệt độ sấy thăng hoa 105 3.2.2 Áp suất môi trường sấy thăng hoa 105 3.2.3 Thời gian sấy thăng hoa 106 3.2.4 Xây dựng bảng yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 106

3.3 Xây dựng phương án thực nghiệm theo quy hoạch trực giao cấp 2 và thực nghiệm xác định các giá trị hàm mục tiêu 107 3.4 Xây dựng mô hình toán thực nghiệm mô tả chi phí năng lượng cho quá trình sấy thăng hoa 108 3.5 Xây dựng mô hình toán thực nghiệm độ ẩm cho quá trình sấy thăng hoa 111 3.6 Xây dựng và mô hình toán thực nghiệm độ xốp cho quá trình sấy thăng hoa 114 3.7 Xây dựng mô hình toán thực nghiệm độ nhớt cho quá trình sấy thăng hoa 116 3.8 Xây dựng và giải các BTTƯ hóa để xác định chế độ công nghệ cho quy trình sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng 118

3.8.1 Xây dựng BTTƯ một mục tiêu 118

3.8.2Xây dựng BTTƯ hóa đa mục tiêu 121

3.9 Kết quả thực nghiệm kiểm chứng và bàn luận 122 3.10 Đánh giá cảm quan sản phẩm cháo dinh dưỡng ăn liền sấy thăng hoa ở chế độ công nghệ tối ưu 125 3.11 Đánh giá chất lượng của sản phẩm tối ưu 126 3.12 Xây dựng quy trình công nghệ sấy thăng hoa bằng phương pháp cấp nhiệt thông thường hoàn chỉnh cho sản phẩm cháo dinh dưỡng ăn liền 128

3.12.1 Quy trình công nghệ 128 3.12.2 Thuyết mình quy trình 128

3.13 Định mức nguyên liệu và giá thành sản phẩm 130 3.14 Triển vọng và thương mại hóa sản phẩm cháo dinh dưỡng sấy thăng hoa 132 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 134

1 Kết luận 134 2 Kiến nghị 135

TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 PHỤ LỤC 141

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cháo dinh dưỡng 7 Hình 1.2 Cháo dinh dưỡng dạng gói khô 7 Hình 1.3 Cháo dinh dưỡng tươi (dạng súp) 8 Hình 1.4 Gạo tẻ 9 Hình 1.5 Gà ác 15 Hình 1.6 Nấm đông trùng hạ thảo 16Hình 1.7 Hạt sen 21 Hình 1.8 Giản đồ biến đổi pha của nước 33 Hình 1.9 Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ thăng hoa của nước đá 35Hình 1.10 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa 36 Hình 1.11 Tóm tắt quá trình sấy thăng hoa 40 Hình 1.12 Buồng sấy thăng hoa 44Hình 1.13 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 45 Hình 1.14 Máy bơm chân không 46 Hình 1.15 Mô tả hệ thống đo lường và điều khiển tự động 47 Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa 47 Hình 1.17 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa lạnh đông riêng 48 Hình 1.18 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông DS1 và DS2 49 Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa liên tục 50 Hình 1.20 Hệ thống sấy thăng hoa DS-6 52Hình 1.21 Hệ thống sấy thăng hoa DS-10 53 Hình 1.22 Hệ thống sấy thăng hoa DS-12 54 Hình 1.23 Một số loại trái cây sấy thăng hoa 55Hình 1.24 Máy sấy thăng hoa hai buồng Ultra 35 Super ES 56 Hình 1.25 Máy sấy thăng hoa FD - JP - 01 của Nhật 57Hình 1.26 Máy sấy thăng hoa FD - JP - 02 của Nhật 58Hình 1.27 Sơ đồ quy trình sản xuất cháo gà ác hạt sen nấm đông trùng STH 59 Hình 1.28 Sơ đồ mô tả các yếu tố ảnh đầu vào và các yếu tố sản phẩm đầu ra 66

Hình 2.1 Gạo thơm ST25 71 Hình 2.2 Nấm đông trùng hạ thảo sấy lạnh 72Hình 2.3 Giấy chứng nhận sản phẩm 73 Hình 2.4 Tủ đông Arctiko 75 Hình 2.5 Thiết bị sấy thăng hoa DS-11 75Hình 2.6 Màn hình Chương trình điều khiển hệ thống sấy thăng hoa DS - 11 76 Hình 2.7 Cân sấy ẩm hồng ngoại 77 Hình 2.8 Máy đo cấu trúc CT3 79 Hình 2.9 Sơ đồ mối quan hệ mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến các hàm mục tiêu 96Hình 2.10 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 98 Hình 2.11 Không gian hàm mục tiêu của bài toán tối ưu hai mục tiêu [21] 103 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của độ ẩm sản phẩm theo nhiệt độ môi trường sấy 105 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của độ ẩm sản phẩm theo áp suất môi trường sấy 106Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn biến thiên của độ ẩm sản phẩm theo thời gian trường sấy 106Hình 3.4 Sản phẩm cháo gà ác hầm hạt sen sấy thăng hoa 123Hình 3.5 Đồ thị cột thể hiện kết quả cảm quan 125 Hình 3.6 Giá trị dinh dưỡng trong 1 gói 70g cháo ăn liền trên thị trường 127Hình 3.7 Quy trình công nghệ cháo dinh dưỡng STH với thông số tối ưu 128Hình 3.8 Sản phẩm cháo sấy thăng hoa của An Instant Food 131 Hình 3.9 Sản phẩm cháo sấy thăng hoa Gà ác hầm hạt sen nấm đông trùng hạ thảo nhóm nghiên cứu 132

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học đa lượng trong 100g gạo tẻ [3] 11Bảng 1.2 Chỉ tiêu cảm quan (TCVN 11888:2017) [45] 11 Bảng 1.3 Chỉ tiêu chất lượng của gạo trắng (TCVN 11888:2017) [45] 11Bảng 1.4 Một vài chỉ tiêu về nước phục vụ cho mục đích ăn uống, chế biến thực phẩm theo quy định của QCVN 01-1:2018/BYT [35] 13 Bảng 1.5 Thành phần hóa học đa lượng trong 100g hạt sen tươi [3] 21Bảng 1.6 Thành phần hóa học vi lượng trong 100g gạo tẻ [3] 25 Bảng 1.7 Thành phần hóa học vi lượng trong 100g hạt sen tươi [3] 26 Bảng 1.8 Giới hạn các chất nhiễm bẩn đối với cháo dinh dưỡng [36] 32Bảng 1.9 Các chỉ tiêu vi sinh vật của cháo dinh dưỡng [36] 32 Bảng 1.10 Quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất thăng hoa của nước đá [23] 35Bảng 2.1 Chỉ tiêu dinh dưỡng 100g gạo ST25 71 Bảng 2.2 Thành phần hóa học trong 100g hạt sen khô [3] 73 Bảng 2.3 Dụng cụ sử dụng 74Bảng 2.4 Thông số đo cấu trúc 84 Bảng 2.5 Thang điểm để đánh giá cảm quan 89 Bảng 2.6 Các mức yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng ăn liền 96 Bảng 2.7 Ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2, k= 3, no= 4, yi = 1  4 97 Bảng 3.1 Thành phần hóa học trong mẫu cháo gà ác nguyên liệu 104Bảng 3.2 Các mức yếu tố ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy thăng hoa cháo gà ác hầm hạt sen nấm đông trùng 107 Bảng 3.3 Số liệu thực nghiệm của các hàm mục tiêu 107Bảng 3.4 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 109 Bảng 3.5 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu chi phí năng lượng 110 Bảng 3.6 Phương sai hệ số phương sai bj và tj với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 110

Bảng 3.7 Giá trị tiêu chuẩn Fisher và các giá trị phương sai 111 Bảng 3.8 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là độ ẩm 111Bảng 3.9 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu độ ẩm 112 Bảng 3.10 Phương sai hệ số phương sai bj và tj với hàm mục tiêu là độ ẩm 112 Bảng 3.11 Giá trị tiêu chuẩn Fisher và các giá trị phương sai 113Bảng 3.12 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là độ xốp 114 Bảng 3.13 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu độ xốp 115 Bảng 3.14 Phương sai hệ số phương sai bj và tj với hàm mục tiêu là độ xốp 115Bảng 3.15 Giá trị tiêu chuẩn Fisher và các giá trị phương sai 116 Bảng 3.16 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là độ nhớt 116Bảng 3.17 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu độ nhớt 117 Bảng 3.18 Phương sai hệ số phương sai bj và tj với hàm mục tiêu là độ nhớt 117 Bảng 3.19 Giá trị tiêu chuẩn Fisher và các giá trị phương sai 118Bảng 3.20 Thông số của các bài toán tối ưu một mục tiêu 120 Bảng 3.21 Nghiệm Pareto tối ưu và hiệu quả Pareto tối ưu của bài toán tối ưu đa mục tiêu 122Bảng 3.22 Kết quả kiểm chứng thực nghiệm 123 Bảng 3.23 Kết quả đánh giá cảm quan của người tiêu dùng 125Bảng 3.24 Thành phần dinh dưỡng của cháo gà ác hầm hạt sen nấm đông trùng sấy thăng hoa trong mẫu 25g 127 Bảng 3.25 Thành phần dinh dưỡng của cháo ăn liền trên thị trường 127

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

STH: Sấy thăng hoa PTHQ: Phương trình hồi quy BTTƯ: Bài toán tối ưu MAPA: Bộ Nông nghiệp Chăn nuôi và Cung ứng Thực phẩm, Brazil LAB: Các loài vi khuẩn sản sinh axit lactic

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam ĐTHT: Đông trùng hạ thảo QCVN: Quy chuẩn Việt Nam NQ: Nghị quyết

QT: Quy trình

TÓM TẮT KHÓA LUẬN Đồ án với đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền bằng phương pháp sấy thăng hoa” được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu

sấy thăng hoa dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Tấn Dũng gồm các thành viên Nguyễn Thanh Bảo Ngọc, Lê Trọng Hiếu, Lê Minh Gia Huy và Phạm Duy Khánh

Đồ án này được thực hiện với mục đích tìm và thiết lập quy trình công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền với thông số tối ưu, từ đó áp dụng vào sản xuất thực tiễn Qua đó trở thành nguồn tham khảo cho các nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền sấy thăng hoa sau này Từ đó đóng góp vào sự phát triển của lĩnh vực sấy thăng hoa nói chung và ngành công nghệ thực phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói riêng

Sau quá trình nghiên cứu và tính toán, kết quả của quá trình tối ưu hóa chúng tôi chọn được chế độ sấy thích hợp cho công nghệ sấy thăng hoa sản phẩm cháo dinh dưỡng sấy thăng hoa là: nhiệt độ môi trường sấy là 58,436 0C, áp suất môi trường sấy là 0,015 mmHg và thời gian sấy là 33,647 giờ Kết quả sau khi phân tích thực nghiệm cho thấy, chi phí năng lượng là 15,32 kWh/kg hoàn toàn phù hợp với điều kiện tổ hợp thực tế y1 < 22,99 kWh/kg Độ ẩm sản phẩm thu được sau khi thực nghiệm kiểm chứng là 4,12 % nằm trong phạm vi độ ẩm là (2 ÷ 5) %, vừa tạo điều kiện bất lợi cho các vi sinh vật gây hại vừa giúp kéo dài thời gian bảo quản cho sản phẩm Độ nhớt trong tính toán tối ưu hóa là 2715,1978 cP thấp hơn so với yêu cầu thực tế là 4099 cP, sau khi chế biến mang đến tính chất cảm quan đạt yêu cầu đề ra Cuối cùng, độ xốp của sản phẩm cháo dinh dưỡng sấy thăng hoa thu được kết quả là 4,23 N và giá trị này không lớn hơn so với giá trị thực nghiệm lớn nhất là 5,57 N và với giá trị độ xốp này sẽ đạt cấu trúc phù hợp với yêu cầu của sản phẩm

Do đó, quy trình sản cháo dinh dưỡng sấy ở điều kiện sấy tối ưu có tính khả thi cao để ứng dụng vào sản xuất dòng sản phẩm chất lượng tốt với chi phí phù hợp

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay với sự phát triển của công nghệ, kỹ thuật chế biến kèm theo mức sống của người tiêu dùng được nâng cao, thị trường tiêu dùng cần những sản phẩm có chất lượng cao về nhiều mặt như dinh dưỡng, tính tiện lợi, giá thành, tính ứng dụng Trong những thực phẩm mà con người sử dụng, cháo là một sản phẩm hết sức phổ biến, phù hợp mọi lứa tuổi, đa dạng về nguyên liệu và phương thức chế biến nhờ vậy mà sản phẩm có sự đa dạng về hàm lượng dinh dưỡng và hương vị

Do đó, trên thị trường cháo ăn liền có sự canh tranh gay gắt giữa các nhà sản xuất để thu hút người tiêu dùng Cháo ăn liền hay còn được gọi là cháo gói được chế biến từ gạo thường kết hợp với các nguyên liệu như thịt, cá, các loại rau củ,… nhằm mang đến món ăn thơm ngon Đặc điểm của sản phẩm này là gạo sẽ được ép đùn và sấy khô sau đó đem đóng gói trong bao bì và có thể sử dụng ngay sau khi pha với nước nóng Tuy nhiên sản xuất bằng phương pháp này lại mang theo nhược điểm tính dinh dưỡng bị hạn chế để mang lại tính hiệu quả về kinh tế cao hơn

Vì lí do này, mà việc sử dụng cháo ăn liền cho đối tượng người thiếu chất dinh dưỡng hoặc đang cần sản phẩm dinh dưỡng cao không khả thi Do đó nhóm nghiên

cứu đã chọn đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền bằng phương pháp sấy thăng hoa” cho nhóm đối tượng trên 12 tuổi để

nhằm hướng đến và thu hút nhóm khách hàng tiềm năng Cháo là sản phẩm dạng lỏng sệt, có chứa nhiều thành phần nguyên liệu nên dẫn đến việc giảm thời gian bảo quản Nhưng khi sử dụng phương pháp sấy thăng hoa, giúp cháo có thể bảo quản lâu dài và bảo vệ được các tính chất ban đầu của sản phẩm như nguyên liệu, hương vị, kết cấu Nghiên cứu trong đề tài nhằm mở ra hướng khả thi cho sản phẩm cháo dinh dưỡng ăn liền bằng phương pháp sấy thăng hoa thông qua việc tối ưu hóa và tìm ra chế độ sấy thăng hoa phù hợp cho các sản phẩm cháo dinh dưỡng ăn liền để cho ra sản phẩm có chất lượng tốt nhất và giảm giá thành sản phẩm nhờ tiết kiệm chi phí năng lương trong quá trình sấy bằng thiết bị sấy thăng hoa DS -11

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Trong đề tài này, nghiên cứu giúp xác định chế độ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng ăn liền có độ ẩm phù hợp, giữ được các giá trị dinh dưỡng như ban đầu và tiết kiệm năng lương trong quá trình sấy

Mặt khác, nghiên cứu này cũng xây dựng quy trình sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền sấy thăng hoa có nguyên liệu là gạo, gà ác, nấm đông trùng, hạt sen là thành phần chính trong sản phẩm để tham khảo cho những nghiên cứu công nghệ sản xuất cháo ăn liền ở quy mô công nghiệp

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài này đối tượng nghiên cứu được xác định là cháo gà ác hầm hạt sen nấm đông trùng và chế độ công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền bằng phương pháp sấy thăng hoa

Phạm vi nghiên cứu của đề tài nghệ công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng ăn liền bằng phương pháp sấy thăng hoa: nguyên liệu ban đầu sử dụng để sản xuất cháo; quy trình sản xuất cháo; lợi ích của sản phẩm cháo đến sức khỏe người tiêu dùng; tổng quan về phương pháp sấy và sấy thăng hoa; các tính chất của cháo; các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa; thiết lập mô hình sấy thăng hoa

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về nguyên liệu cháo gà ác hầm hạt sen nấm đông trùng - Các phương pháp xác định thành phần hóa học và dinh dưỡng của nguyên liệu cháo và sản phẩm cháo dinh dưỡng ăn liều sấy thăng hoa

- Xây dựng và giải bài toán tối ưu để xác định các thông số tối ưu cho quá trình sấy thăng hoa đối với nguyên liệu cháo gà ác hầm hạt sen nấm đông trùng

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất để phục vụ cho quy mô thương mại - Tính toán và định lượng nguyên liệu đầu vào phù hợp cho sản phẩm

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong luận văn bao gồm: - Phương pháp thực nghiệm kết hợp với các lý thuyết cơ sở - Phương pháp phân tích để xác định thành phần hóa học và dinh dưỡng của nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra

- Phương pháp khảo sát và thống kê giúp xây dựng mô hình hóa và tối ưu hóa ma trận thực ngiệm trực giao cấp 2 qua đó mô tả quá trình sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng ăn liền

- Phương pháp quan sát hỗ trợ xử lý các thông tin hình ảnh sản phẩm trong quá trình nghiên cứu

- Phương pháp khoa học sử dụng các công cụ và phần mềm hiện đại như Microsoft Word, Microsoft Excel, Minitab,…

6 Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu công nghệ sản xuất cháo dinh dưỡng sấy thăng hoa là một đề tài có ý nghĩa khoa học trong nhiều mặt bao gồm các vấn đề lý thuyết và thực hành sấy thăng hoa Đồ án đã nghiên cứu và tìm kiếm chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng đạt chất lượng cao, từ đó làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu sau này

7 Ý nghĩa thực tiễn

Trên cơ sở tối ưu hóa đã tìm ra chế độ công nghệ sấy thăng hoa thích hợp cho phép tiến hành quy hoạch và xây dựng quy trình công nghệ sấy thăng hoa cháo dinh dưỡng ứng dụng vào thực tiễn sản xuất, làm ra các sẩn phẩm phục vụ cho thương mại và xuất khẩu

8 Bố cục báo cáo

Đồ án bao gồm các phần: Lời cảm ơn, lời cam đoan, mục lục, danh mục hình – bảng, danh mục chữ viết tắt, tóm tắt khóa luận, mở đầu Nội dung đồ án được chia làm 3 chương, trong đó: Chương 1 Tổng quan, Chương 2 Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu, Chương 3 Kết quả và bàn luận Ngoài ra, còn phần Kết luận - kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Nguyên liệu 1.1.1 Nguồn gốc của cháo dinh dưỡng ăn liền

Cháo - một dạng thực phẩm được dùng rộng rãi ở các quốc gia châu Á như Trung Quốc, Thái Lan, Việt Nam và Philippines Liang và các đồng nghiệp cho rằng cháo là một trong ba món ăn được chế biến từ gạo trắng nhiều nhất đối với người dân Trung Quốc Chúng thường được dùng làm bữa sáng hoặc bữa ăn thường xuyên cho bệnh nhân vì dạng súp nên dễ tiêu hóa Theo khảo sát của Liang và đồng nghiệp tại những bệnh viện ở một tỉnh miền Nam Trung Quốc, trung bình lượng tiêu thụ cháo của những cá nhân được phỏng vấn nằm khoảng từ 242,7 - 352,3 g/tuần Tuy nhiên, một điều tất yếu khi nấu cháo mà khách hàng tiêu dùng cần đối mặt là rất tốn thời gian và tốn công sức Với lối sống hiện đại ngày nay, việc này được coi là bất tiện, vì đòi hỏi thời gian chuẩn bị ngắn nhất là với bữa sáng Do đó, cháo ăn liền hay cháo nhanh được coi là giải pháp loại bỏ những khó khăn trong quá trình nấu cháo Hơn nữa, cháo ăn liền được coi là một lựa chọn thực phẩm có thị trường sẵn sàng nhất định với tổng doanh số 22 triệu đô la chỉ riêng tại Thái Lan [50]

Cháo dinh dưỡng (hay còn gọi là cháo thuốc), là món ăn hấp thụ đơn giản, được chế biên bằng các nguyên liệu tốt cho sức khỏe, bổ sung thêm thành phần dễ hấp thu ví dụ canxi, vitamin, chất khoáng giúp cải thiện và tăng khả năng phục hồi sức khỏe ở người mới khỏi bệnh và góp phần vào phòng bệnh/chữa bệnh cho mọi người Cháo thuốc dinh dưỡng có tính ưu việt mà các biện pháp tẩm bổ khác không thể so sánh được Do thuốc và thức ăn cùng nguồn gốc, như sơn dược (củ mài), khiếm thực (hạt súng), chi ma (vừng), hồ đào, quế viên (nhãn), lật tử (hạt dẻ), bản thân chúng vừa là thuốc, vừa là thức ăn, nấu với gạo, bất cứ già trẻ nam nữ đều có thể ăn; cho thêm nhân sâm, hoàng kỳ, câu kỷ, thục địa, phục linh, đông trùng,… vào cháo thì tác dụng của cháo càng tăng Huống chi cháo là bữa ăn hàng ngày, vị thuốc tăng giảm linh hoạt, ăn lâu dài không gây phản ứng phụ Con người sau khi mắc bệnh, hoặc mắc bệnh mạn tính, do công năng miễn dịch của bản thân giảm, năng lực kháng thuốc yếu,

thường không thể nhanh chóng khôi phục sức khỏe hoàn toàn Trước tình trạng đó, rất nhiều Trung y cho rằng lúc này dùng cháo gạo điều chỉnh là thích hợp nhất Vì cháo gạo không những dinh dưỡng phong phú, mà còn rất dễ tiêu hóa dễ hấp thụ, lại còn có thể tăng cường năng lượng, nếu chọn một loại Trung dược thích hợp cho vào nấu, thì càng lý tưởng, với cháo dinh dưỡng, chúng ta có thể ăn lâu dài, không bị hạn chế bởi liệu trình, và không có tác dụng phụ Theo đà phương pháp ăn uống trị liệu ngày càng được nhiều người xem trọng và dinh dưỡng học ngày càng phát triển, miễn dịch học và y học tuổi già Liệu pháp cháo thuốc cổ xưa và độc đáo trong kho báu y học Trung Hoa, chắc chắn sẽ được thúc tiến và không ngừng phát triển, tỏa sáng mãi mãi, phục vụ sức khỏe của loài người [47]

Khi mà nhịp sống ngày càng vội vàng như hiện nay, có thể thấy việc tiêu thụ các dòng sản phẩm nhanh - tiện lợi càng ngày càng được ưa chuộng và được nhiều đối tượng tiếp thu Tuy nhiên, xã hội đổi thay kéo theo yêu cầu ngày càng cao của người dùng, có thể nhận ra rằng việc sử dụng các sản phẩm ngày nay đều phải đáp ứng được các yếu tố vừa tiện lợi, mà có thể sử dụng ngay tuy vậy vẫn phải đầy đủ các dưỡng chất cần thiết Vì thế mà các dòng sản phẩm ăn liền ra đời như mì, đồ hộp và cả cháo hiện nay đều có ở dạng ăn liền, tất cả đều xuất phát từ mong muốn của người tiêu dùng mà sinh ra Để thỏa mãn và làm hài lòng người tiêu dùng, các loại cháo ăn liền liên tục được cải tiến và nâng cấp lên thành nhiều loại cháo dinh dưỡng ăn liền Đây là loại cháo vừa thỏa mãn các yếu tố nhanh và tiện lợi, vừa đáp ứng được yêu cầu về dinh dưỡng khi có đầy đủ các thành phần chất đạm (từ cá, thịt, trứng, tôm…), tinh bột (gạo, bắp…), chất béo (dầu mè, dầu cá, dầu ăn, ) và chất xơ (rau củ quả các loại…) Bên cạnh đó một số dòng cháo dinh dưỡng ăn liền còn có công dụng trị liệu, tẩm bổ cơ thể khi mà thêm vào các loại dược phẩm như cam thảo, đông trùng hạ thảo, yến sào, táo đỏ, kỷ tử,…

1.1.2 Thị trường cháo

Những năm gần đây, thị trường cháo ăn liền toàn cầu đã có sự phát triển nhanh chóng, được thúc đẩy bởi nhiều yếu tố, cộng thêm với tiêu chuẩn và sự khắt khe ngày càng tăng của khách hàng đối với mặt hàng thực phẩm tiện lợi Với tốc độ đô thị hóa

diễn ra nhanh chóng cùng lối sống bận rộn, kéo theo ý thức về sức khỏe của khách hàng ngày càng nâng cao đã góp phần đáng kể khiến nhu cầu cháo ăn liền tăng cao

Ngoài ra, thị trường đã tăng lên ở các nước đang phát triển do thay đổi chế độ ăn uống và thu nhập khả dụng tăng lên Đi sâu hơn vào việc khám phá thị trường, người ta có thể quan sát cả những công ty đã thành lập và mới nổi đang tranh giành thị phần, dẫn đến sự mở rộng và thay mới hơn nữa ở lĩnh vực này

Hơn nữa, nhiều công ty trong khu vực đã nhận thấy tiềm năng phát triển của phân khúc cháo ăn liền và bắt tay vào hợp tác chiến lược cũng như mở rộng dòng sản phẩm có nguồn gốc từ gạo đồng thời thúc đẩy hơn nữa tốc độ phát triển của thị trường Hơn nữa, việc đầu tư góp vốn vào những quá trình nghiên cứu khoa học và phát triển do các bên tham gia chủ chốt trong ngành dẫn đầu đã được tăng cường nhằm giới thiệu các sản phẩm đã được cải tiến và đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cụ thể

Việc người dân thay đổi mô hình tiêu thụ thực phẩm và ngày càng ưa chuộng những bữa ăn lành mạnh đã đẩy mạnh sự phát triển thị trường cháo toàn cầu Cháo có lợi vì nó rất bổ dưỡng và chứa chất xơ ăn kiêng, cung cấp một bữa ăn lành mạnh và ngăn ngừa ăn quá nhiều Điều này giúp ngăn ngừa tăng cân, giảm nguy cơ cholesterol cao và điều hòa lượng đường trong máu Cháo có hàm lượng carbohydrate cao giúp cho việc cải thiện chức năng của não Hơn nữa, cháo còn chứa beta-glucan và chất xơ, cả hai đều hỗ trợ ngăn ngừa bệnh tim mạch, điều hòa nhu động ruột và táo bón

Theo dữ liệu phân tích của Data Bridge Market cho thấy rằng thị trường cháo trị giá 255,86 triệu USD vào năm 2022 sẽ đạt 414,31 triệu USD vào năm 2030 và dự kiến rằng sẽ đạt tốc độ CAGR là 6,21% trong tương lai gần Cháo từ yến mạch chiếm ưu thế trong phân khúc sản phẩm trên thị trường vì nó được ưa chuộng rộng rãi nhờ lợi ích dinh dưỡng, tính linh hoạt và khả năng tạo kết cấu dạng kem, khiến chúng trở thành sự lựa chọn thông dụng và lành mạnh cho bữa sáng thịnh soạn Hương vị trung tính, dễ tiêu hóa và tính bền vững của nó góp phần phổ biến hơn trong việc áp dụng vào thực phẩm và các loại đồ uống khác nhau Bên cạnh các hiểu biết sâu sắc về tình trạng thị trường như giá trị, tốc độ tăng trưởng, các phân khúc, phạm vi địa lý và những đối tượng chính, các báo cáo thị trường do Data Bridge Market tuyển chọn

cũng bao gồm phân tích chuyên sâu, hoạt động xuất khẩu - sản xuất và thông tin của công ty được đại diện theo địa lý; năng lực, bố trí mạng lưới của các nhà phân phối và đối tác, phân tích xu hướng giá chi tiết và cập nhật cũng như phân tích thâm hụt của chuỗi cung ứng và nhu cầu [7]

1.1.3 Phân loại cháo

Hiện tại trên các hệ thống mua bán có rất nhiều mặt hàng cháo dinh dưỡng ăn liền nhưng chủ yếu dưới ba hình thức sau:

Một là cháo dinh dưỡng loại ăn liền được nấu sẵn và bán ở trong tô hoặc hộp đem về từ các thương hiệu có tên tuổi như cháo Cây Thị cho đến các hàng quán bình dân ven đường

Hình 1.1 Cháo dinh dưỡng

Hai là dạng cháo khô, đây là loại cháo được sản xuất bằng phương pháp ép đùn gạo sau đó nghiền nhỏ ra, toàn bộ gói cháo sẽ bao gồm gói cháo gạo, gói gia vị, gói dầu và gói thịt (nếu có)

Hình 1.2 Cháo dinh dưỡng dạng gói khô

Ba là cháo tươi là một dạng cháo (hoặc súp) được nấu chín với những nguyên liệu tươi ngon nhất, được “đảo ngược” quy trình chế biến: cho gạo, thịt, tôm, cá, nước dùng, rau củ quả vào bao bì, hàn nhiệt, hút chân không rồi mới gia nhiệt nấu chín trực tiếp trong bao bì chuyên dụng chịu nhiệt độ cao

Hình 1.3 Cháo dinh dưỡng tươi (dạng súp)

1.1.4 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của cháo dinh dưỡng

Cháo dinh dưỡng có thể được chế biến từ nhiều nguồn nguyên vật liệu như tinh bột gạo, ngô, các loại thịt, cá, trứng kèm với các loại rau củ quả khác nhau nhằm tạo nên sự đa dạng về mặt hương vị và cảm quan cho người dùng Đồng thời, nhờ sự đa dạng đó mà người sử dụng sẽ có thể hấp thu chất dinh dưỡng từ nhiều loại thực phẩm khác nhau mà không hề cảm thấy ngắn hay chán ăn Tuy nhiên, phần lớn ở Việt Nam thì các nguyên liệu chính có thể nhắc đến khi nói về cháo thì không thể thiếu gạo, nước Ngoài ra, nhiều loại cháo dinh dưỡng còn sử dụng tổ yến, thịt heo, cá, các loại rau củ quả như cà rốt, khoai tây, hạt sen, nấm… để nâng cao trị dinh dưỡng của thực phẩm

Chính vì nguồn nguyên liệu khá phong phú và đa dạng nên quá trình định lượng thành phần hóa học diễn ra tương đối phức tạp và gặp nhiều khó khăn Do vậy, ở bài nghiên cứu này, chúng tôi chỉ đề cập đến thành phần của các nguyên liệu về loại cháo mà chúng tôi sử dụng

1.1.4.1 Chất dinh dưỡng đa lượng a) Gạo tẻ

Ở hầu hết các nước, gạo (Oryza Sativa L.) là một trong những thành phần dinh

dưỡng chính của người dân Do được coi trực tiếp là thực phẩm cho con người hoặc gián tiếp là thức ăn chăn nuôi, nó được đánh giá là một trong các loại cây lương thực dinh dưỡng quan trọng nhất trên thế giới trong số các loại ngũ cốc Gạo là nguồn cung