nghiên cứu quy trình công nghệ nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông chậm

Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu ………..57 3.2 Xây dựng bảng yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu sản xuất nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông chậm 58 3.2.1..

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ NƯỚC ÉP TÁO

BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẠNH ĐÔNG CHẬM

GVHD: PGS TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: BÙI PHƯƠNG NHÃ TRÚC

S K L 0 1 3 1 9 9

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2024

LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn người đã luôn tận tình trong công tác giảng dạy

và hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng – Trưởng khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Thầy đã dành kiến thức, thời gian quý báu của mình để dạy dỗ và chỉ bảo chúng tôi trong suốt khoảng thời gian thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất nước ép táo” Trong quá trình đó, thầy Nguyễn Tấn Dũng tận tâm trong việc hướng dẫn chúng tôi sửa chữa để hoàn thiện hơn khóa luận tốt nghiệp của mình Một lần nữa, chúng tôi xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành nhất Chúng tôi rất biết ơn sự đồng hành và giúp đỡ của thầy!

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến cô ThS Hồ Thị Thu Trang, chuyên viên phụ trách phòng thí nghiệm của bộ môn Công nghệ thực phẩm khoa Công nghệ Hóa học

và Thực phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Cảm ơn

cô đã hỗ trợ chúng tôi về máy móc, thiết bị và dụng cụ sử dụng trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Xin cảm ơn cô!

Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến các giảng viên bộ môn Công nghệ thực phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Trong những năm được ngồi trên ghế của nhà trường, chúng tôi đã được dạy dỗ với tình thương của thầy cô Các thầy cô đã dạy dỗ, yêu thương và “chăm bón” kiến thức cho các thế

hệ sinh viên Thầy cô luôn truyền đạt các kiến thức một cách nhiệt huyết, luôn lắng nghe và giải đáp các thắc mắc của sinh viên Với kiến thức dày dặn và trải nghiệm của mình, thầy cô trở thành động lực thúc đẩy sinh viên trong việc học và thực hành các kiến thức chuyên môn Chân thành cảm ơn các thầy cô đã trao cho chúng tôi những kiến thức đủ để bản thân có thể thực hiện khóa luận tốt nghiệp và chuẩn bị hành trang để chuẩn bị bước sang một cuộc sống mới Nhà trường cũng đã tạo điều kiện để chúng tôi học tập, thực hành và hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình tại ngôi trường này

Dù có gặp nhiều khó khăn trong quá trình nghiên cứu đề tài, tuy nhiên chúng tôi đã có sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn, chúng tôi đã đảm bảo hoàn thành khóa luận

tốt nghiệp đúng thời hạn Vì kinh nghiệm và kiến thức còn hạn hẹp, chúng tôi không thể tránh khỏi một số thiếu sót Kính mong bản thân sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để có thể hoàn thành tốt hơn

Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn và gửi lời chúng sức khỏe đến quý thầy cô, cán

bộ nhân viên nhà trường Chúc trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh ngày càng phát triển!

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP……… ……….…i

LỜI CẢM ƠN ……… ….… ii

LỜI CAM ĐOAN ……….…iv

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN v

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN vii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỦA HỘI ĐỒNG XÉT BẢO VỆ ……….….x

MỤC LỤC ……… xiii

MỤC LỤC BẢNG ……… xix

MỤC LỤC HÌNH ……… xxi

TÓM TẮT KHÓA LUẬN ………xxiii

MỞ ĐẦU………1

1 Tính cấp thiết của đề tài ………1

2 Mục tiêu đề tài ……… 2

3 Đối tượng và giới hạn 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 ……… ………….…………3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN……… 4

1.1 Tổng quan về nguyên liệu ……… 4

1.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm của táo 4

1.1.1.1 Nguồn gốc 4

1.1.1.2 Đặc điểm sinh thái 5

1.1.2 Phân bố 5

1.1.3 Phân loại 6

1.1.4 Thành phần dinh dưỡng 9

1.1.4.1 Thành phần dinh dưỡng 9

1.1.4.2 Các hợp chất có hoạt tính sinh học 10

1.1.5 Công dụng và lợi ích sức khỏe 12

1.1.6 Một số các sản phẩm từ táo 13

1.1.7 Tiêu chuẩn chất lượng táo nguyên liệu 14

1.2 Tổng quan về nước ép ……… …… ………16

1.3 Cơ sở khoa học về lạnh đông ………17

1.3.1 Quá trình lạnh đông 17

1.3.2 Các phương pháp lạnh đông 18

1.3.2.1 Phương pháp lạnh đông chậm 18

1.3.2.2 Phương pháp lạnh đông nhanh 19

1.3.2.3 Phương pháp lạnh đông cực nhanh (siêu nhanh) 19

1.3.3 Ưu nhược điểm của kỹ thuật lạnh đông chậm 20

1.3.3.1 Ưu điểm 20

1.3.3.2 Nhược điểm 21

1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lạnh đông 21

1.3.4.1 Nồng độ các chất hòa tan: 21

1.3.4.2 Tốc độ lạnh đông 22

1.3.4.3 Thành phần, tính chất nguyên liệu ban đầu 23

1.3.4.4 Nhiệt độ lạnh đông 24

1.3.5 Xác định thời gian lạnh đông 24

1.3.6 Xác định phương pháp lạnh đông 26

1.4. Công nghệ sản xuất nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông chậm……… …27

1.4.1 Tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm nước ép táo 27

1.4.2 Quy trình công nghệ sản xuất nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông……… ……….28

1.4.3 Phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sản xuất sản phẩm nước ép táo lạnh đông chậm 31

1.4.3.1 Các yếu tố công nghệ 31

1.4.3.2 Các hàm mục tiêu 32

1.4.4 Bài toán tối ưu hóa trong công nghệ 33

1.4.5 Kết luận 34

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ - THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……… 35

2.1 Nguyên vật liệu nghiên cứu ………35

2.1.1 Lựa chọn nguyên liệu 35

2.1.2 Phương pháp xử lý nguyên liệu 37

2.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ……… 38

2.2.1 Dụng cụ nghiên cứu 38

2.2.2 Thiết bị nghiên cứu 38

2.3 Phương pháp tiếp cận bằng sơ đồ nghiên cứu ………40

2.3.1 Phương pháp tiếp cận 40

2.3.2 Phương pháp lạnh đông chậm cho nguyên liệu 41

2.3.3 Sơ đồ nghiên cứu 42

2.4 Phương pháp nghiên cứu ………….……… 43

2.4.1 Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất nước ép táo………… ……… 43

2.4.2 Phương pháp xác định chỉ tiêu của nguyên liệu và sản phẩm 43

2.4.2.1 Phương pháp phân tích thành hóa học của táo 43

2.4.2.2 Phương pháp phân tích hàm lượng kim loại nặng của sản phẩm 44

2.4.2.3 Phương pháp phân tích chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm 45

2.4.3 Các phương pháp phân tích xác định hàm mục tiêu 46

2.4.3.1 Xác định hiệu suất thu hồi 46

2.4.3.2 Xác định độ tổn thất vitamin C 46

2.4.3.3 Xác định giá trị cảm quan 48

2.4.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 49

2.4.5 Phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm 53

2.4.5.1 Xây dựng bài toán tối ưu hóa một mục tiêu 53

2.4.5.2 Xây dựng bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu 54

2.4.6 Một số phương pháp khác 56

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN……….57

3.1 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu ……… 57

3.2 Xây dựng bảng yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu sản xuất nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông chậm 58 3.2.1 Thời gian lạnh đông 58

3.2.2 Thời gian rã đông 59

3.2.3 Nhiệt độ thanh trùng 61

3.3 Xây dựng phương án tối ưu và thực nghiệm ……….….62

3.4 Xây dựng hàm mục tiêu mô tả cho quá trình sản xuất nước ép táo…….64

3.4.1 Xây dựng và giải mô hình toán mô tả hiệu suất thu hồi 64

3.4.2 Xây dựng và giải mô hình toán mô tả độ tổn thất vitamin C 66

3.4.3 Xây dựng và giải mô hình toán mô tả giá trị cảm quan 69

3.8 Xây dựng và giải các bài toán tối ưu hóa để xác định chế độ công nghệ 71 3.8.1 Xây dựng bài toán tối ưu một mục tiêu 71

3.8.2 Xây dựng bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phương pháp điểm không tưởng……….73

3.9 Kết quả thực nghiệm kiểm chứng và bàn luận………75

3.9.1 Kết quả kiểm chứng bằng thực nghiệm 75

3.9.2 Bàn luận 76

3.10 Đánh giá chất lượng của sản phẩm tối ưu……… 78

3.10.1 Đánh giá thành phần hóa học và dinh dưỡng của sản phẩm 78

3.10.2 Đánh giá chỉ tiêu vi sinh vật và kim loại nặng trong sản phẩm 79

3.11 Quy trình công nghệ sản xuất nước ép thanh long………81

3.11.1 Sơ đồ quy trình 81

3.11.2 Thuyết minh quy trình 82

3.12 Đánh giá sự khác biệt và độ ưa thích của nước ép táo sản xuất bằng phương pháp lạnh đông chậm và nước ép táo trên thị trường……… 86

3.13 Triển vọng trong ứng dụng công nghệ lạnh đông chậm………88

1 Kết luận………89

2 Kiến nghị……… 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….91

PHỤ LỤC………99

Phụ lục 1: Kết quả phân tích thành phần dinh dưỡng của quả táo……… 99

Phụ lục 2 Kết quả phân tích thành phần hóa học, chỉ tiêu vi sinh và chỉ tiêu kim loại của sản phẩm nước ép táo………100

Phụ lục 2.1 Kết quả phân tích thành phần dinh dưỡng của sản phẩm nước ép táo ……… 100

Phụ lục 2.2 Kết quả phân tích chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm nước ép táo ……… 101

Phụ lục 2.3 Kết quả phân tích chỉ tiêu kim loại của sản phẩm nước ép táo 102

Phụ lục 3 Bảng tra tiêu chuẩn Student 103

Phụ lục 4 Bản tra tiêu chuẩn Fisher 104

Phụ lục 5 Bảng xử lý số liệu thực nghiệm bằng Excel phương pháp xác định hiệu suất thu hồi……… 105

Phụ lục 6 Bảng xử lý số liệu thực nghiệm bằng Excel phương pháp xác định độ tổn thất vitamin C 109

Phụ lục 7 Bảng xử lý số liệu thực nghiệm bằng Excel phương pháp xác định giá trị cảm quan……….113

Phụ lục 8 Phiếu đánh giá cảm quan của các mẫu nước ép 117

Phụ lục 9 Phiếu đánh giá cảm quan về mức độ chấp nhận của nước ép táo sản xuất bằng phương pháp lạnh đông chậm 118

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học có trong 100g táo tây 9

Bảng 1.2 Chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm nước ép 27

Bảng 1.3 Chỉ tiêu kim loại nặng của sản phẩm nước ép 27

1 Bảng 2.1 Các phương pháp xác định thành phần hóa học của nguyên liệu tươi 43

Bảng 2.2 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu kim loại hiện diện trong nước ép táo 44

Bảng 2.3 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm nước ép táo 45

Bảng 2.4 Các mức yếu tố ảnh hưởng 51

Bảng 2.5 Ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2 51

1 Bảng 3.1 Thành phần hóa học của táo Fuji có trong 100g 57

Bảng 3.2 Mức yếu tố ảnh hưởng 62

Bảng 3.3 Số liệu tiến hành thực nghiệm xác định các hàm mục tiêu 63

Bảng 3.4 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với hàm mục tiêu 64

Bảng 3.5 Hệ số của phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là 65

Bảng 3.6 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu là 66

Bảng 3.7 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, hàm mục tiêu là 66

Bảng 3.8 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, hàm mục tiêu là hàm lượng vitamin C còn trong nước táo 67

Bảng 3.9 Hệ số của phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là 68

Bảng 3.10 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu là 69

Bảng 3.11 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, hàm mục tiêu là hàm lượng vitamin C còn trong nước táo 69

Bảng 3.12 Hệ số của phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là 70

Bảng 3.13 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu là 71

Bảng 3 14 Bảng số liệu tối ưu hóa cho từng hàm mục tiêu 72

Bảng 3.15 Giá trị các thông số tối ưu 75

Bảng 3.16 Giá trị các hàm mục tiêu kiểm chứng mẫu tối ưu 75

Bảng 3.17 Thành phần hóa học tính trong 100g nước ép táo 78

Bảng 3.18 Chỉ tiêu vi sinh vật trong mẫu nước ép táo tối ưu : 79Bảng 3.19 Hàm lượng kim loại nặng trong nước ép 79

Hình 1.5 Hoạt tính chống oxy hóa của các chiết xuất từ trái cây khác nhau 10

Hình 1.6 Một số chất chống oxy hóa trong táo 11

Hình 1.7 Nước táo lên men (Cider) ……… …… 14 Hình 1.8 Sản phẩm bánh nhân mứt táo 14

Hình 1.9 Sản phẩm mứt táo 14

Hình 1.10 Táo có giá trị cảm quan tốt 15

Hình 1.11 Nước ép trái cây 16

Hình 1.12 Sản phẩm lạnh đông IQF và Block 20

Hình 1.13 Đường cong làm lạnh 23

Hình 1.14 Quá trình lạnh đông thực phẩm 24

Hình 1 15 Đường biểu diễn nhiệt độ - thời gian trong quá trình cấp đông 26

Hình 1.16 Sơ đồ quy trình sản xuất nước ép bằng phương pháp lạnh đông chậm 28

Hình 1.17 Sơ đồ bài toán công nghệ đa mục tiêu 34

1

Hình 2.1 Hàm lượng phenolic tổng của các giống táo khác nhau 35

Hình 2.2 Hàm lượng flavonoid tổng trong các giống táo khác nhau 36

Hình 2.3 Hàm lượng phenolic được phân tích ở các chủng 'Fuji' khác nhau trong năm

2003 và 2004 37

Hình 2.4 Táo nguyên liệu sau khi xử lý và sắp vào kha 38

Hình 2.5 Cân kĩ thuật 4 số 39

Hình 2.6 Tủ lạnh đông 39

Hình 2.7 Bể điều nhiệt Memmert 40

Hình 2.8 Sơ đồ nghiên cứu công nghệ sản xuất nước ép táo 42

Hình 2 9 Sơ đồ thể hiện mối liên hệ giữa yếu tố ảnh hưởng và hàm mục tiêu 50

Hình 2.10 Không gian hàm mục tiêu của bài toán tối ưu hóa 2 mục tiêu 56Hình 2.11 Sơ đồ phương pháp nghiên cứu công nghệ sản xuất nước ép táo 56

1

Hình 3.1 Đồ thị biểu thị mối liên hệ giữa thời gian lạnh đông và hiệu suất thu hồi 58Hình 3.2 Đồ thị biểu thị mối liên hệ giữa thời gian rã đông và hiệu suất thu hồi 60Hình 3.3 Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa nhiệt độ thanh trùng 61Hình 3.4 Mô hình thực nghiệm 62Hình 3 5 Sản phẩm nước ép táo theo chế độ tối ưu 76Hình 3.6 Quy trình công nghệ sản xuất nước ép táo theo chế độ tối ưu 81Hình 3.7 Tỷ lệ mức độ ưu tiên màu sắc và trạng thái của 2 mẫu 87Hình 3.8 Tỷ lệ mức độ ưu tiên về mùi hương của 2 mẫu 87Hình 3.9 Tỷ lệ mức độ ưu tiên về tổng thể của 2 mẫu 88

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Để tiến hành nghiên cứu về công nghệ sản xuất nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông chậm Chúng tôi bước đầu đã tìm hiểu và thực hiện các khảo sát để cố định vùng khảo sát của các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ thanh trùng, thời gian lạnh đông

và rã đông Từ đó có thể đưa ra được vùng điều kiện nào sẽ thích hợp đối với đề tài này Sau đó xây đựng nên mô hình toán và ma trận cho bài toán tối ưu Tiến hành thực nghiệm để thu nhận số liệu từ thực tế Dựa vào các số liệu đó, xử lý và tính toán bằng các công cụ hỗ trợ để đưa ra được thông số thích hợp cho công nghệ sản xuất nước ép táo

Chế độ tối ưu đã được thiết lập như sau: lạnh đông táo trong trong 10 giờ 20

phút và rã đông trong 94 phút, sau đó thanh trùng nước ép táo trong nhiệt độ 78,5°C

Thực hiện theo các thông số trên thu được các giá trị hàm mục tiêu như sau hiệu suất thu hồi là 94,55%, hàm lượng vitamin C còn trong mẫu nước ép sau quá trình sản xuất là 69,2% (vitamin C bị tổn thất 30,8%) Và điểm đánh giá cảm quan cũng

rất khả quan là trên 7

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Những năm trở lại đây, ngành ngành công nghiệp thực phẩm đã có nhiều tiến

bộ vượt bậc Các sản phẩm mới liên tục được ra đời và được đưa đến tay của khách hàng với chất lượng ngày càng tốt hơn Trong đó, lĩnh vực sản xuất đồ uống, nước giải khát đang trên đà phát triển mạnh mẽ Sự đa dạng và phong phú ngày càng tăng lên, các sản phẩm mới được ra mắt liên tục, trong đó nước ép đang thành công trong việc thu hút sự quan tâm của khách tiêu dùng trong nước nói riêng và quốc tế n ói chung Nước ép không chỉ ngon miệng mà còn chứa nhiều chất dinh dưỡng như vitamin và carbohydrate, làm cho nó trở thành một sự lựa chọn hàng đầu cho người tiêu dùng trên toàn thế giới

Táo không chỉ nổi tiếng với hương vị thơm ngon và giòn ngọt, mà nó còn được biết đến nhờ vào việc mang lại nhiều tác dụng tích cực đối với cơ thể người Bên trong táo chứa rất nhiều thành phần hóa học mà chúng cung cấp dinh dưỡng có thể

kể đến như một số loại vitamin, khoáng và đặc biệt trong táo chứa rất nhiều các hợp chất sinh học có tác động tích cực đối với cơ thể Một trong số đó là các hợp chất polyphenol Chúng góp phần chống lại quá trình oxy hóa, và ngăn ngừa hay làm giảm khả năng gây ung thư cho cơ thể người

Nước ép táo, phù hợp với mọi lứa tuổi và đã trở thành một trong những lựa chọn hàng đầu cho nhiều khách hàng trên toàn thế giới Việc quan tâm đến hoạt động sản xuất nước ép táo không dừng lại ở việc đánh giá chất lượng của sản phẩm mà còn bao gồm quy trình sản xuất hiệu quả, giữ được những giá trị dinh dưỡng một cách tốt nhất

và thân thiện với môi trường

Đề tài “Nghiên cứu quy trinh công nghệ nước ép táo bằng phương pháp lạnh

đông chậm” này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu công nghệ sản xuất nước ép táo, từ

khâu chọn lọc nguyên liệu, quy trình ép, bảo quản, đến các phương pháp đóng gói tiên tiến Bài nghiên cứu này không chỉ nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn đưa ra các giải pháp để tương cường về chất lượng sản phẩm, bảo đảm về sự an toàn

đó đối với các bài nghiên cứu trước là sản xuất nước ép bằng công nghệ lạnh đông với phương pháp lạnh đông chậm Một kỹ thuật còn khá mới lạ và chưa được sử dụng nhiều trong lĩnh vực thực phẩm hiện nay

Thông qua đề tài này, chúng tôi mong sẽ góp phần mang lại cái nhìn mới lạ hơn

về ngành công nghiệp sản xuất nước ép táo và đề ra những đóng góp thực tiễn cho cộng đồng, theo đó mở ra những khía cạnh nghiên cứu mới cho tương lai

2 Mục tiêu đề tài

Đề tài nghiên cứu này hướng đến mục đích là đưa ra được qui trình sản xuất sản phẩm nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông chậm

3 Đối tượng và giới hạn nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Táo Fuji Nam Phi được mua tại cửa hàng thực phẩm Satrafoods

Thiết bị lạnh đông sâu

Giới hạn nghiên cứu

Đề tài của khóa luận tập trung vào việc tiến hành thực nghiệm, xử lý và tính toán số liệu và xây dựng chế độ sản xuất tối ưu Một số các phương pháp nghiên cứu khác có liên quan đến kỹ thuật lạnh đông sâu

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

- Xác định các phương pháp thực hiện

- Xây dựng và giải bài hóa tối ưu hóa để hình thành được chế độ sản xuất tối ưu đối với sản phẩm nước ép táo

- Mô tả động học và xây dựng quy trình công nghệ sản xuất nước ép táo bằng

kỹ thuật lạnh đông với phương pháp lạnh đông chậm

- Tiến hành thực nghiệm

- Tính toán và định giá cho sản phẩm

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích: xác định các thành phần của nguyên liệu và hàm mục tiêu về chất lượng nước ép

- Phương pháp tiến hành thực nghiệm

- Phương pháp phân tích mối quan hệ giữa các đại lượng đầu vào và đại lượng đầu ra

- Phương pháp mô hình hóa và tối ưu hóa thực nghiệm

- Mô hình hóa và tối ưu hóa

- Sử dụng các công cụ, phần mềm toán học và công cụ thống kê

6 Ý nghĩa khoa học

Đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông chậm: nghiên cứu, tìm kiếm chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình sản xuất nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông Từ đó, làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu mới trong tương lai

7 Ý nghĩa thực tiễn

Từ quy trình công nghệ đã được nghiên cứu, áp dụng vào quá trình sản xuất thực tế và tạo ra các sản phẩm có giá trị cho người tiêu dùng Hiểu được cách hoạt động của thiết bị và các bước trong quy trình sản xuất Từ đó, nâng cao được giá trị của sản phẩm và giúp kéo dài thời gian bảo quản và tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn trong nước, giúp phát triển nền công nghiệp nước nhà

8 Bố cục

Đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất nước ép táo bằng phương pháp lạnh đông chậm” được chúng tôi trình bày bao gồm các phần: Lời cảm ơn, Lời cam đoan, Mục lục, Mục lục hình, Mục lục bảng, Tóm tắt khóa luận, Mở đầu, Chương 1: Tổng quan, Chương 2: Nguyên liệu, dụng cụ - thiết bị và phương pháp nghiên cứu, Chương 3: Kết quả và bàn luận, Kết luận và kiến nghị, Tài liệu tham khảo, Phụ lục

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nguyên liệu

1.1.1 Nguồn gốc và đặc điểm của táo

1.1.1.1 Nguồn gốc

Hình 1.1 Táo tây

Táo tây, hay còn được gọi là táo Tây phương hay táo Tây Âu – thuộc loại cây

ăn quả trong họ hoa hồng (Rosacese) Táo được trồng ở nhiều nơi trên thế giới và là loại cây phổ biến nhất được nuôi trồng trong chi Malus Cây táo xuất phát từ vùng

Trung Á, nơi sinh sống củ táo dại Tân Cương và cũng là “tổ tiên” của giống táo tây ngày nay Qua hàng ngàn năm, chúng được mở rộng đến châu Á, châu Âu và khu vực Bắc Mỹ

Táo là một trong những loại cây ăn quả được trồng và tiêu thụ phổ biến ở khắp nơi trên thế giới Trong đó, phụ thuộc vào sở thích và nhu cầu sử dụng mà ngày càng

có nhiều giống táo được biến thể như táo Granny Smith, táo Gala, táo Golden Delicious,… Chúng được trồng ở nhiều quốc gia trên thế giới như Trung Quốc, Nga,

Úc, Ấn Độ, các quốc gia thuộc châu Âu,… Theo FAO (Food Agriculture

Organization of the United Nation) – Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc, số liệu thống kê năm 2021 và đưa ra kết luận rằng trên thế giới táo có diện tích

trồng lớn 4 826 ngàn ha với tổng sản lượng lên đến 93 925 ngàn tấn (Food and Agriculture Organization FAOSTAT) Theo một số báo các nông nghiệp khác, táo

thuộc trong những loài trái cây có giá trị, chiếm tỷ lệ quan trọng trong nền kinh tế

(Zhang và cộng sự, 2019)

1.1.1.2 Đặc điểm sinh thái

Cây táo thuộc loại cây lưu niên, thân cành nhiều lá có tán lá rộng và rậm rạp Thân cây có chiều cao từ 2m đến 5m tùy vào điều kiện sinh thái Lá cây hình bầu dục, phần mép lá có hình răng cưa và long ở mặt dưới lá Chiều dài lá từ 5 - 12cm và chiều rộng đạt 3 - 6m Hoa táo khá nhỏ, hao màu trắng pha chút hồng (tùy loại táo mà có hình dạng mùa sắc hoa khác nhau), hoa thường có năm cánh mỏng bao bọc xung quanh nhụy Đường kính trung bình của hoa từ 2.5 - 3.5m Quả táo có hình cầu, trong quả sẽ chia thành năm múi, giữa các múi có chứa từ 1 - 3 hạt táo Quả khi chín có màu sắc đặc trưng, hương thơm và vị đặc trưng Kích thước trung bình của táo từ 5 - 9cm

Cây táo có thể được trồng bằng hạt hay bằng phương pháp ghép cây Tính từ lúc cây nhỏ, cây táo sẽ cho trái sau 6 đến 8 năm trồng, cây lâu năm và có thể cho quả trong hàng chục năm sau Thời gian phù hợp cho sự sinh trưởng của loại cây này là giữa hay cuối mùa mưa Nhiệt độ để cây táo phát triển thích hợp nằm khoảng 21 - 24°C Vì thế, cây táo sẽ được trồng ở các khu vực có khí hậu lạnh Kích thước thích hợp nhất để trồng táo trong vườn là 5x5m, mật độ trồng sẽ tác động đến sự sinh trưởng

và hiệu suất cho quả của cây Cây táo thường rụng lá vào mùa thu, nở hoa mùa xuân

và quả sẽ được thu hái vào mùa thu Đặc biệt, cây táo thuộc loại nhiễm sâu bệnh trong thời gian thu hoạch trái, vì thể cần thận trọng trong giai đoạn này

1.1.2 Phân bố

Cây táo được trồng ở cả 2 vùng miền Bắc và miền Nam ở nước ta, tuy nhiên số lượng khá thấp Đa số táo đang phụ vụ cho thương mại trên thị trường hiện nay là táo

khẩu táo trên thể giới Việc nhập khẩu táo vào Việt Nam có nhiều lý do, cụ thể có thể

kể đến như: đa dạng các giống táo, học hỏi kỹ thuật và công nghệ trồng trọt, hạ chế

về mùa vụ và các vùng khí hậu,… Ngày nay có rất nhiều đất nước trồng và xuất khẩu táo Theo đó, tên các loại táo cũng được kèm theo tên của giống táo như: táo Gala

Mỹ, Envy Mỹ, Rockit Neww Zealand,…

Một số loại táo nhập khẩu ở Việt Nam là táo Rockit, Envy, Gala,… và các quốc gia xuất khẩu táo cho thị trường Việt Nam như: Mỹ, Úc, Canada, New Zealand, Trung Quốc,…

1.1.3 Phân loại

Hiện nay, thế giới xuất hiện nhiều các giống táo lạ bao gồm cả các giống táo

được lai tạo, lên đến hơn 7 500 giống táo (Elzebroek và cộng sự, 2008) Mỗi loại táo

sẽ khác nhau về năng suất cho trái, hình dạng quả, kích thước của cây, điều kiện nuôi trồng,… Mỗi một điều kiện khí hậu sẽ có các giống táo khác nhau như vùng khí hậu

ôn đới hay cùng khí hậu cận nhiệt đới Phụ thuộc vào mục đích sử dụng và nhu cầu của khách hàng, cần lựa chọn các giống táo sao cho phù hợp Người ta có một số cách

để phân loại táo như phân loại dựa vào màu sắc vỏ quả táo, dựa vào cấu trúc thịt quả hay theo hương vị của quả

Phân loại táo theo màu sắc quả: nếu dựa vào màu sắc vỏ quả, thị trường hiện nay có 3 loại táo là táo đỏ, táo xanh và táo vàng:

Táo đỏ: táo đỏ là các giống táo có màu sắc vỏ quả nghiêng về màu đỏ và vẻ ngoài bóng bẩy, vị ngọt giòn và thường được sử dụng để ăn trực tiếp hoặc sử dụng làm nguyên liệu cho nước ép Một số giống táo thuộc nhóm táo đỏ như: Red Delicious, Fuji, Rockit, Cortland, Gala,… Các loại táo đỏ có thành phần chống oxy hóa cao hơn 2 loại táo xanh và vàng

Hình 1.2 Táo vỏ đỏ

Táo xanh: táo xanh có màu sắc vỏ quả thiên về xanh lá, vỏ mỏng, có vị chua trội hơn vị ngọt và sử dụng phổ biến trong việc làm bánh, nước ép,… Một số giống táo thuộc nhóm táo xanh như: Granny Smith, Shizuka, Crispin,… Các loại táo thuộc nhóm táo xanh sẽ có hàm lượng chất xơ cao hơn và ít carbohydrate thấp hơn táo vàng

và táo đỏ

Hình 1.3 Táo vỏ xanh

Táo vàng: có màu sắc vỏ quả càng, chúng có giá trị dinh dưỡng khá giống như táo đỏ Táo vào được ưa chuộng để ăn tươi Một trong những loại táo vàng có thể nhắc đến như Golden Delicious, Ginger Gold, Jonagold, Opal,…

Táo cổ điển: các loại táo có nguồn gốc từ tự nhiên, đã tồn tại từ lâu Nó bao gồm một số giống táo phổ biến hiện nay như Red Delicious, Granny Smith, Golden Delicious,… Các giống táo này có gen truyền thống không bị thay đổi, nhân giống nhờ vào các phương pháp truyền thống như cấy chồi hay giâm cành

Táo lai tạo: nhóm tóa được tạo ra thông qua phương pháp lai tạo nhân tạo Quá trình lai tạo nhằm chỉ việc kết hợp gen từ các giống táo khác nhau nhằm tạo ra những giống táo mới có các đặc tính tốt hơn cây mẹ như kích thước, hương vị, màu sắc, khả năng kháng bệnh,… Các loại táo lai tạo có thể kể đến như Fuji, Gala,…

Ngoài các thành phần trên và nước, táo còn chứa một số các thành phần khác

Trong thành phần hóa học của táo có nhiều chất chống oxy hóa bao gồm flavonoid và một số các hợp chất polyphenol giúp cơ thể chống lại sự ảnh hưởng có hại của các gốc tự do Ngoài ra, táo chứa hàm lượng nước cao và và lượng chất béo khá thấp Sự có mặt của táo trong chế độ ăn sẽ giúp ích cho sức khỏe cơ thể, giúp chất dinh dưỡng trong cơ thể được duy trì cân bằng

Nước: Hàm lượng nước trong quả táo chín có thể lên đến 90% tùy loại, trong

các loại táo hàm lượng sẽ dao động từ 80% đến 90% tùy giống táo

Carbohydrate: táo chứa một lượng lớn carbohydrate, là thành phần chính trong táo ngoài nước, chúng chiếm đến 90% khối lượng chất khô (Lee CY và cộng sự, 1989; Lal và cộng sự 1995); đặc biệt là các loại đường như fructose, sucrose hay glucose

Đây là nguồn chính cung cấp năng lượng cho cơ thể có trong thành phần của táo

1.1.4.2 Các hợp chất có hoạt tính sinh học

Táo được xem là nguồn cung cấp lượng lớn các hợp chất có hoạt tính sinh học

có giúp ích trong các vấn đề sức khỏe của cơ thể Nó cung cấp lượng Flavonoid chính trong chế độ ăn, đặc biệt có thể kể đến Flavonol quercetin và các hợp chất dẫn xuất

của chúng (Herranz và cộng sự, 2019), chúng là các hợp chất có hoạt tính sinh học –

là đối tượng của các nghiên cứu về đặc tính chống oxy hóa (Wang và cộng sự, 2020)

Bên cạnh đó, các hợp chất đó còn có thể làm ảnh hưởng trong việc chống lại ung thư

(Li và cộng sự, 2019; Imran và cộng sự, 2020) Ngoài ra, các hợp chất này có thể giúp hạ nguy cơ mắc một số bệnh liên quan đến tim mạch (DiNicolantonio và cộng

sự, 2020), tiểu đường (Ebrahimpour và cộng sự, 2020)

Táo được người ta phát hiện chứa hoạt tính chống oxy hóa rất mạnh, nó kiềm hãm được sự phát triển của các tế bào ung thư, làm suy giảm sự diễn ra của các quá trình oxy hóa lipid và làm giảm lượng cholesterol Trong thành phần của táo chứa nhiều chất phytochemical bao gồm catechin, chlorogen acid và quercetin tất cả các

chất trên đều là chất chống oxy hóa mạnh (Boyer và cộng sự, 2004) Tại Hoa Kỳ, khi

so sánh các loại quả được sử dụng phổ biến thì táo có chứa các hợp chất chống oxy hóa cao đứng thứ hai Táo cũng nằm ở vị trí thứ hai trong tổng nồng độ các chất phenolic, có lượng hợp chất phenolic tự do đứng nhất đặt lên bàn cân với các loại trái

khác (Sun và cộng sự, 2002)

Hình 1.5 Hoạt tính chống oxy hóa của các chiết xuất từ trái cây khác nhau

(trung bình ± SD, n = 3) (Boyer và cộng sự, 2004)

Trong táo có chứa một số các thành phần có nguồn gốc từ thực vật, các hợp chất chống oxy hóa trong táo được nghiên cứu bao gồm: quercetin-3-galactoside, epicatechin, catechin, procyanidin, galic acid, Các hợp chất thường được tìm thấy trong vỏ táo bao gồm procyanidin, catechin, epicatechin, axit chlorogen và liên hợp quercetin Trong thịt táo có một số catechin, procyanidin, epicatechin và phloridzin, nhưng những hợp chất này được tìm thấy với nồng độ thấp hơn nhiều khi so với phần

vỏ quả Riêng quercetin chỉ được tìm thấy trong vỏ táo Axit chlorogen có xu hướng

cao hơn trong thịt so với trong vỏ (Escarpa và cộng sự, 1998) Vì vỏ táo chứa nhiều

hợp chất chống oxy hóa (đặc biệt là quercetin) nên vỏ táo sẽ có hoạt tính chống oxy hóa và hoạt tính sinh học cao hơn phần thịt quả Các hoạt tính này trong phần vỏ táo

sẽ cao hơn hai đến sáu lần so với thịt táo

Hình 1.6 Một số chất chống oxy hóa trong táo

(Boyer và cộng sự, 2004)

Sawa và cộng sự (1999) đã tiến hành nghiên cứu và đưa ra kết luận rằng chlorogen acid có khả năng loại bỏ gốc alkyl peroxyl (ROO) rất cao Khả năng này lớn hơn so với khoảng 18 hợp chất chống oxy hóa khác trong đó bao gồm gallic acid, quercetin và 𝛼-tocopherol), hoạt tính chống oxy hóa của chlorogen chỉ đứng sau rutin

(Sawa và cộng sự, 1999) ROO giúp tăng cường khả năng phát triển của khối u và

gây nên ung thư, vì thế chlorogen acid của táo có thể làm tăng thêm tác động giúp chống lại bệnh ung thư Ngoài ra, chlorogen acid cũng được phát hiện có khả năng

ức chế sự hình thành 8-dehydroxy-deoxyguanosine trong ADN tế bào ở mô hình

chuột sau khi được điều trị bằng 4-nitroquinoline-1-oxide (Kasai và cộng sự, 2000)

1.1.5 Công dụng và lợi ích sức khỏe

Các lợi ích về sức khỏe của táo đa phần liên quan đến sự có mặt của các hợp chất có hoạt tính sinh học và phỉa được sử dụng trong khoảng thời gian nhất định

Trong nghiên cứu đối với người cao tuổi năm 2001 (Arts và cộng sự, 2001) đã

cho thấy mối liên hệ giữa catechin trong thực đơn ăn uống và ung thư biểu mô Nghiên cứu này cũng cho thấy rằng mối quan hệ nghịch đảo giữa flavonoid trong trái cây và thực vật với tỷ lệ mắc bệnh ung thư và khối u ở khu vực của hệ tiêu hóa và hô hấp

(Hertog và cộng sự, 1994) Tuy nhiên, catechin không đóng góp trong vấn đề này,

nhưng táo chứa lượng flavonoid tương đối lớn

Đối với các vấn đề có liên quan đến tim mạch, cũng có nghiên cứu về mối quan

hệ giữ việc sử dụng táo và khả năng mắc bệnh tim mạch ở phụ nữ (Sesso và cộng sự, 2003) Từ đây, người ta đã đưa ra kết luận rằng đối với phụ nữ việc ăn táo có ảnh

hưởng đến việc làm giảm khả năng mắc bệnh tim mạch, nguy cơ này giảm từ 13% đến 22% Ở Phần Lan cũng đã diễn ra một nghiên cứu cho thấy tác dụng của quercetin

và táo đối với bệnh mạch máu não (Knekt và cộng sự, 2000) Trong táo có chứa

catechin và epicatechin, việc hấp thụ 2 hợp chất này có liên hệ chặt chẽ đến tỷ lệ tử

vong bởi tim mạch vành ở phụ nữ (Knekt và cộng sự, 2000) Catechin của táo có tính khả dụng sinh học cao hơn catechin và epicatechin gallate (Knekt và cộng sự, 2000) Nghiên cứu khác với đối tượng là người cao tuổi (Hertog và cộng sự, 1993), lượng

flavonoid hấp thụ có mối tương quan chặt chẽ đối với khả năng làm hạ tỷ lệ tử vong

do bệnh tim ở giới nam

Việc tiêu thụ táo có liên quan nghịch với bệnh hen suyễn và liên quan tích cực đối với sức khỏe phổi nói chung Ở Úc, một nghiên cứu đã cho thấy việc ăn táo làm

giảm mẫn cảm phế quản và giảm khả năng mắc bệnh hen suyễn (Woods và cộng sự, 2003) Lượng táo gây ảnh hưởng đến việc hạn chế khả năng mắc bệnh hen suyễn hơn

đối với người lớn ở Vương quốc Anh (Shaheen và cộng sự, 2001) Nghiên cữu này

cũng đã đưa ra được tác dụng đặc biệt có lợi đối với tỷ lệ mắc bệnh hen suyễn của flavonoid có trong táo Việc suy giảm nguy cơ mắc bệnh hen suyễn quan trọng là

nằm ở các hợp chất như quercetin, hesperitin và naringenin (Knekt và cộng sự, 2002)

Ở Hà Lan, người ta nghiên cứu và kết luận táo có ảnh hưởng có lợi đến chức năng

của phổi nhờ vào lượng catechin hấp thụ từ táo (Tabak và cộng sự, 2001)

Tác dụng chống lại bệnh tim mạch của táo có thể đến từ khả năng làm giảm cholesterol của nó Aprikian và cộng sự (2001) đã tiến hành nghiên cứu trên chuột và thấy khi chuột ăn cholesterol có bổ sung táo dạng đông khô sự hấp thụ cholesterol đã

giảm xuống (Aprikian và cộng sự, 2001) Táo chứa lượng phenolic cao, điều này có

thể cho thấy rằng có thể hợp chất phenolic trong táo đã góp phần vào tác dụng làm

giảm cholesterol này (Leontowicz và cộng sự, 2002) Trong nghiên cứu của Aprikian

và cộng sự (Aprikian và cộng sự, 2003) đã phát hiện pectin trong táo khi kết hợp với

các phân đoạn phenolic của táo sẽ làm hạ cholesterol trong huyết tương và trong gan,

chất béo trung tính và sự hấp thụ cholestreol (Aprikian và cộng sự, 2003) Qua đó có

thể thấy sự tương tác có ích giữa chất xơ trong trái cây và các hợp chất phenolic, đồng thời cũng cho thấy lợi ích của việc ăn trái cây thay vì bổ cung trong chế độ ăn uống theo dạng thực phẩm chức năng hay một số dạng khác

1.1.6 Một số các sản phẩm từ táo

Táo được tiêu thụ khá phổ biến ở khắp các quốc gia trên thế giới, nó được ưa chuộng nhờ vào hương vị ngọt ngào, màu sắc tươi sáng và kết cấu giòn ngon,… và nhất là thành phần dinh dưỡng có trong táo được đánh giá cao về chất lượng Bên cạnh đó, táo có thời gian bảo quản khá dài, ngay cả khi để trong điều kiện nhiệt độ thường chúng vẫn chúng vẫn đảm bảo được độ tươi ngon và kéo dài được thời hạn

sử dụng Vì thế chúng được bán quanh năm trên thế giới ở tất cả các địa điểm tiêu thụ như chợ, siêu thị, các cửa hàng trái cây Ngoài việc sử dụng ở dạng tươi sống, táo còn được sử dụng như là một loại nguyên liệu trong một số sảm phẩm khác như bánh, nước giải khát,… Một số sản phẩm sản xuất từ táo có thể kể đến như:

Đóng hộp (Dobiáš và cộng sự, 2006) là một lựa chọn phổ biến giúp bảo quản

1.1.7 Tiêu chuẩn chất lượng táo nguyên liệu

Với mục đích tạo ra một sản phẩm chất lượng thì công đoạn đặc biệt quan trọng

chính là giai đoạn lựa chọn nguyên liệu sản xuất Nguyên liệu muốn đưa vào chế biến

và sản xuất cần đạt một số tiêu chuẩn nhất định về chất lượng nhằm tránh ảnh hưởng đến sản phẩm Một số điều kiện để đánh giá chất lượng táo nguyên liệu như:

Cảm quan: Thông qua giá trị cảm quan có thể phần nào đánh giá được chất

lượng bên trong của nguyên liệu táo Chọn quả táo có màu sắc tươi sáng Quả chín

có mùi thơm thoang thoảng Trên vỏ táo không được xuất hiện các đốm đen, trắng hay có dấu hiệu sự xuất hiện của nấm mốc hay một số vi sinh vật khác Quả táo nguyên vẹn, tròn đẹp, không bị biến dạng, không có các vết mềm và không dập nát,

vỏ quả căng bóng không bị nhăn Thịt quả xốp, rắn chắc không bị mềm

Hình 1.10 Táo có giá trị cảm quan tốt

Vi sinh: quả không có dấu hiệu của sự xuất hiện và sinh trưởng của các loại

vi sinh vật gây hại như E.coli, Salmonella, nấm men, nấm mốc hay một số loại vi sinh vật sống ký sinh trên quả Việc xuất hiện của các vi sinh vật sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và đặc biệt nó ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người tiêu dùng khi sử dụng sản phẩm

Hóa học: quả táo nguyên liệu phải được kiểm tra nồng độ của thuốc bảo vệ

thực vật trên quả bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc sinh trưởng,… Việc này giúp đảm bỏa

an toàn sức khỏe cho người tiêu dùng