Báo-cáo-chuyên-đề-Nhóm-08-Osmotic-Dehydration-1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI BÁO CÁO TỪ TÀI LIỆU THAM KHẢO Chapter - Osmotic Dehydration in Drying of Foods, Vegetables, Fruits by E Azarpazhooh and H.S Ramaswamy GVHD: TS Dương Thị Ngọc Diệp Môn: Công nghệ chế biến rau Nhóm: 08 Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 10 năm 2020 DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM STT HỌ VÀ TÊN MSSV Đặng Trần Phi Yến 17125372 Nguyễn Tiểu Băng 17125013 Lỡ Thị Thảo 17125262 Trần Nguyễn Anh Vân 17116189 Nguyễn Thị Thúy An 17125005 Lê Trường Vũ 17125358 Nguyễn Hoàng Vũ 17125359 Trịnh Thị Lan Anh 17125008 Nguyễn Thị Tú Anh 17125009 10 Đinh Thị Ngọc Ánh 17125010 MỤC LỤC 4.1 GIỚI THIỆU 4.2 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA TÁCH NƯỚC THẨM THẤU 4.2.1 Áp suất thẩm thấu .6 4.2.2 Cấu trúc mô thực vật 4.2.3 Hiện tượng vận chuyển khối lượng trình tách nước thẩm thấu 4.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÁCH NƯỚC THẨM THẤU 4.3.1 Ảnh hưởng kích thước hình dạng nguyên liệu khuếch tán 4.3.2 Ảnh hưởng loại tác nhân thẩm thấu .8 4.3.3 Ảnh hưởng thời gian xử lý 4.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch thẩm thấu 4.3.5 Sự khuấy trộn tỷ lệ dung dịch thẩm thấu với khối lượng nguyên liệu 4.4 NÂNG CAO KHẢ NĂNG TÁCH NƯỚC THẨM THẤU 4.4.1 Ứng dụng siêu âm trình tách nước thẩm thấu 4.4.2 Ứng dụng chần phương pháp tiền xử lý 10 4.4.3 Ứng dụng áp suất thủy tĩnh cao phương pháp tiền xử lý 10 4.4.4 Ứng dụng chân không trình tách nước thẩm thấu 10 4.4.5 Ứng dụng xung điện trường phương pháp tiền xử lý .11 4.4.6 Ứng dụng vi sóng q trình tách nước thẩm thấu 11 4.5 MƠ HÌNH TÁCH NƯỚC THẨM THẤU 12 4.5.1 Phương pháp tiếp cận vĩ mô 12 4.5.2 Phương pháp vi mô 14 4.6 PHƯƠNG PHÁP SẤY BỔ SUNG .14 4.6.1 Tác động tách nước thẩm thấu đặc tính chất lượng .15 4.6.1.1 Tác động tách nước thẩm thấu lên màu sắc 15 4.7 4.6.1.2 Tác động nước thẩm thấu đến kết cấu .16 4.6.1.3 Tác động tách nước thẩm thấu tính chất bù nước 17 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 4.1 GIỚI THIỆU Tách nước kỹ thuật đa năng, phổ biến ngành công nghiệp thực phẩm; phương pháp lâu đời thường sử dụng để bảo quản thực phẩm Mục tiêu trình tách nước loại bỏ độ ẩm để giảm hoạt độ nước, giảm hoạt động vi sinh vật enzyme có liên quan làm giảm chất lượng sản phẩm Phương pháp tách nước áp dụng để kéo dài thời hạn sử dụng sản phẩm; nhiên có làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối Các nhược điểm chất lượng phổ biến liên quan đến sản phẩm tách nước: kết cấu, đặc tính dinh dưỡng cảm quan hương vị, màu sắc Nguyên nhân chủ yếu sản phẩm tiếp xúc với nhiệt độ cao thời gian dài, phần lớn tiếp xúc với khơng khí (Theo báo cáo của: Lenart, 1996; Lin et al., 1998) Có nhiều phương pháp dùng để cải thiện chất lượng sản phẩm thực phẩm tách nước:  Sử dụng chân khơng để sử dụng nhiệt độ thấp  Sử dụng phương pháp tách nước đông lạnh thực điều kiện điểm ba trạng thái nước tạo điều kiện cho thăng hoa bảo vệ kết cấu sản phẩm yếu tố chất lượng khác  Sử dụng kỹ thuật tách nước nhanh giảm thời gian sấy khô  Sử dụng nguồn nhiệt vi sóng tần số vô tuyến (giảm đáng kể thời gian tách nước)  Sử dụng phương pháp xử lý khác để thúc đẩy tượng truyền khối Quá trình tách nước thẩm thấu trở nên phổ biến bước xử lý bổ sung chuỗi chế biến thực phẩm tích hợp ngành cơng nghiệp thực phẩm, cải thiện chất lượng tiết kiệm lượng ẩm loại bỏ cách hiệu khỏi sản phẩm thực phẩm mà không cần thay đổi giai đoạn (Theo báo cáo Bolin et al., 1983) Được chứng minh như:  Giảm đổi màu trái enzyme nâu hóa (Theo báo cáo của: Ponting cộng sự, 1966; Contreras Smyrl, 1981)  Giảm tác hại nhiệt kết cấu, màu sắc (Theo báo cáo của: Torreggiani, 1993)  Tăng khả lưu giữ chất bay (Theo báo cáo của: Flink, 1975; Dixon Jen, 1977)  Tăng tỷ lệ đường acid để cải thiện chất lượng kết cấu (Theo báo cáo của: Raoult-Wack, 1994) có chi phí vận hành thấp (Theo báo cáo của: Bolin cộng sự, 1983) Ngồi ra, cịn có phương pháp xử lý đông lạnh (Tregunno Goff, 1996), tách nước đơng lạnh (Theo báo cáo của: Donsì cộng sự, 2001), sấy chân không (Theo báo cáo của: Rahman Mujumdar, 2007), tách nước khơng khí, sấy đối lưu thẩm thấu (Theo báo cáo của: Islam Flink, 1982; Corzo cộng sự, 2008) sấy vi sóng (Theo báo cáo của: Orsat cộng sự, 2007), Các phương pháp cần thiết để cung cấp ổn định sản phẩm Quá trình tách nước thẩm thấu q trình tốn thời gian; đó, cần có phương pháp bổ sung để tăng truyền khối mà không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm (Theo báo cáo của: Rastogi cộng sự, 2002) 4.2 NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA TÁCH NƯỚC THẨM THẤU Quá trình tách nước thẩm thấu định nghĩa trình “thấm khử nước” (viết tắt: DISP) (Torreggiani, 1993; Raoult-Wack, 1994), kết hợp thay đổi đặc tính chức nguyên liệu thực phẩm, tạo sản phẩm Đây q trình truyền khối ngược dịng, vật liệu sinh học (như trái rau quả) ngâm dung dịch nước ưu trương khoảng thời gian chọn trước Động lực học khuếch tán nước từ mô vào dung dịch chênh lệch áp suất thẩm thấu dẫn đến truyền nước từ sản phẩm qua thành tế bào Sự khuếch tán nước gắn liền với khuếch tán ngược đồng thời chất tan khỏi dung dịch thẩm thấu vào mơ Điều góp phần tạo dòng chảy ngược chiều nước chất hịa tan làm mơ trở nên đặc với tỷ lệ xác định tăng chất tan / nước (SG / WL) tùy thuộc vào điều kiện quy trình (Theo báo cáo của: Chiralt Fito, 2003) Vì màng chịu trách nhiệm vận chuyển thẩm thấu khơng có tính chọn lọc hồn hảo nên chất hịa tan khác (đường, acid hữu cơ, khống chất, vitamin) có tế bào ngấm vào dung dịch thẩm thấu (Theo báo cáo Lenart Flink, 1984a; Torreggiani, 1993) với giá trị định lượng không đáng kể so với phương thức vận chuyển khác lại yếu tố quan trọng ảnh hưởng mặt chất lượng sản phẩm cuối (Dixon Jen, 1977) Trong q trình khử nước thẩm thấu, có nhiều biến số khác ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán nước từ nguồn nguyên liệu; đó, khó để thiết lập quy tắc chung cho biến số Những biến số quan trọng kể đến: áp suất thẩm thấu, cấu trúc mô thực vật mối quan hệ truyền khối (Theo báo cáo của: Islam Flink, 1982; Lerici cộng sự, 1985) 4.2.1 Áp suất thẩm thấu Nước thành phần hầu hết loại thực phẩm, ảnh hưởng đến ổn định thực phẩm Trong trình tách nước thẩm thấu, nước dung dịch tương tác với chất tan Sự tương tác đặc trưng trạng thái nhiệt động lực học nước  Trạng thái sinh cơng chất định nghĩa nội chất đó, gọi hóa học Thế hóa học xác định theo mối liên hệ sau: µw = µ0w + RT ln aw Trong : µw : hóa học nước µ0w : hóa học trạng thái tiêu chuẩn T : nhiệt độ tuyệt đối R : số khí aw : hệ số hoạt độ nước  Áp suất thẩm thấu áp suất dư thừa đẩy hệ thống đến trạng thái cân dung môi ban đầu dung dịch, biểu thị công thức: Π = lnaw Trong ∏ áp suất thẩm thấu V thể tích mol nước Q trình tách nước thẩm thấu trái rau sử dụng nhờ khác biệt áp suất thẩm thấu hai hệ thống, kết dẫn đến truyền khối (Theo báo cáo của: Lewicki and Lenart, 2007) 4.2.2 Cấu trúc mô thực vật Mô thực vật xem vật chất sống đóng vai trị quan trọng trình tách nước thẩm thấu (Marcotte and LeMaguer, 1991) Nhu mơ , phận quan, có khả sản xuất dự trữ chất dinh dưỡng Mơ mạch mang dung dịch khoáng chất dinh dưỡng (Rahman and Perera, 1999) Mô thực vật tươi bao gồm tế bào nối với phiến nguyên sinh chất Thành tế bào bao gồm ba vật liệu độc lập : cellulose microfibrils, hemicelluloses pectin (Carpita, 1996) Hemicelluloses với polyme phân nhánh (xyloglucan, glucomannans) liên kết với cellulose pectin liên kết hydro Độ cứng sản phẩm sấy khô đến từ cellulose độ dẻo đến từ pectin hemicelluloses (Lewicki and Pawlak, 2003) Phiến có hai màng mỏng bán thấm: màng tonoplast plasmalemma (màng sinh chất) Hiện tượng thẩm thấu phần lớn kiểm soát màng sinh chất (Nobel, 1999) Hiện tượng truyền khối chế phức tạp xảy mơ thực vật q trình tách nước thẩm thấu Có ba đường quan trọng trình tách nước thẩm thấu: symplastic (vận chuyển thể tích nội bào), vận chuyển khơng gian tự (vận chuyển thể tích ngoại bào) apoplast (nước qua màng plasma) (Shi and LeMaguer, 2002) Sự vận chuyển nước tế bào dọc theo symplastic thực qua trung gian plasmodesmata, trong đường chuyển bào, nước phải qua màng plasma Hơn nữa, nước di chuyển qua mô cách băng qua màng lớp tế bào apoplast (Steudle and Frensch, 1996) 4.2.3 Hiện tượng vận chuyển khối lượng trình tách nước thẩm thấu Trong trái rau quả, màng tế bào đơn vị sinh học sống kéo dài mở rộng ảnh hưởng tăng trưởng áp suất trương phồng tạo bên tế bào Theo báo cáo, đường thâm nhập đến độ sâu 2-3 mm vào mô thực vật thay đổi hàm lượng nước quan sát thấy lên đến 5mm Lewicki Porzecka-Pawlak (2005) báo cáo hình thành tế bào trình tách nước thẩm thấu táo Do đó, tế bào bị tổn thương giảm kích thước nước tiếp xúc màng tế bào thành tế bào (Rastogi cộng sự, 2000b; Rastogi cộng sự, 2002) Sự hấp thụ chất hoạt tính thẩm thấu dẫn đến phát triển lớp bề mặt chất rắn cô đặc, tạo sức cản trở truyền khối (Lenart Lewicki, 1987; Lenart, 1994) Do đó, độ xốp sản phẩm tăng lên mơ co lại lượng nước chảy thường lớn lượng chất tan khuếch tán vào Các chất khuếch tán giả định bao gồm nước sucrose (Marcotte cộng sự,1991) Có báo cáo giảm tới 50% trọng lượng tươi trái rau thẩm thấu mang lại (Rastogi cộng sự, 1997; Kar Gupta, 2001) ) Tất truyền khối ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan / dinh dưỡng sản phẩm tách nước (Sablani cộng sự, 2002) Kết trao đổi này, sản phẩm bị trọng lượng co lại Sự co rút tế bào trình nước quan sát thấy trình tách nước thẩm thấu táo (Lewicki Porzecka-Pawlak, 2005) 4.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÁCH NƯỚC THẨM THẤU Tốc độ khuếch tán nước trình thẩm thấu phụ thuộc vào yếu tố loại tác nhân thẩm thấu, nồng độ chất tan, nhiệt độ, kích thước hình dạng ngun liệu, tỷ lệ khối lượng dung dịch với nguyên liệu mức độ khuấy trộn dung dịch Tuy nhiên, biến đề cập thao tác phạm vi định; phạm vi này, chất lượng bị ảnh hưởng tốc độ khuếch tán nâng cao Ngồi cịn có số kỹ thuật kết hợp với phương pháp thẩm thấu, có khả thay đổi màng để tăng tốc độ khuếch tán Chúng bao gồm: điện trường cường độ cao siêu âm áp suất thủy tĩnh cao vi sóng Việc lựa chọn điều kiện quy trình phụ thuộc vào lượng nước thất thoát dự kiến, gia tăng nồng độ chất tan đặc tính cảm quan sản phẩm thực 4.3.1 Ảnh hưởng kích thước hình dạng nguyên liệu khuếch tán  Tỷ lệ diện tích bề mặt thể tích cao tốc độ thẩm thấu tốt  Kích thước hình dạng thực phẩm có số ảnh hưởng đến mức độ nồng độ chất tan, thời gian tách nước ngắn  Trong điều kiện xử lý, kích thước hạt giảm làm hàm lượng ẩm hạt nhanh làm hàm lượng vật chất khô tăng 4.3.2 Ảnh hưởng loại tác nhân thẩm thấu  Khối lượng phân tử ion tác nhân thẩm thấu bị ảnh hưởng mạnh động học trình tách nước  Các chất thẩm thấu hay sử dụng carbohydrate (sucrose, sorbitol, xyrup ngô, glucose fructose) muối (NaCl, CaCl ) Ion muối dễ khuếch tán qua màng tế bào đường chúng có kích thước nồng độ mol nhỏ cho hàm lượng vật chất khơ cao  Trong trình thẩm thấu, việc rửa trôi acid từ trái vào syrup dẫn đến thủy phân nhanh chóng sucrose thành glucose fructose, dẫn đến tăng q trình tách nước Nó khuyến khích cách sử dụng q trình thẩm thấu giảm 50% khối lượng tốc độ thẩm thấu giảm theo thời gian Theo báo cáo, nước chủ yếu xảy hai hàm lượng vật chất khô đạt tối đa vòng 30 phút cho thấy điều kiện q trình thẩm thấu, sử dụng syrup ngơ làm tác nhân thẩm thấu làm giảm hấp thu đường 4.3.3 Ảnh hưởng thời gian xử lý Là biến số quan trọng trình thẩm thấu  Khi tăng thời gian xử lý thẩm thấu tốc độ khuếch tán giảm hao hụt khối lượng thực phẩm xử lý tăng lên  Trong trình xử lý thẩm thấu, tỷ lệ ẩm hàm lượng vật chất khơ đạt cao nhất, sau tỷ lệ giảm dần thời gian lại Trung bình, tỷ lệ thất ẩm giảm xuống khoảng 20% gần chững lại mức khoảng 10% vịng ba sau Hàm lượng vật chất khơ có xu hướng giảm tương tự Sự nước diễn nhanh chóng thời gian đầu lực thẩm thấu lớn tác động vào dịch pha loãng tươi dung dịch ưu trương xung quanh 4.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch thẩm thấu Nhiệt độ xử lý thẩm thấu yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến trình tách nước thẩm thấu Nhiệt độ trình cao thúc đẩy q trình ẩm nhanh thơng qua đặc tính truyền khối tốt bề mặt độ nhớt môi trường thẩm thấu thấp Nhiệt độ cao (>60 °C), làm thay đổi đặc tính mơ để tạo tượng thẩm thấu, thu vật chất khô; nhiên cần lưu ý nhiệt độ lớn 45 °C, trình nâu hóa khử mùi vị bắt đầu xảy Nhiệt độ chế biến tốt phụ thuộc vào loại thực phẩm: ví dụ đậu xanh, 20 ° C cho kết tốt hơn, 40 ° C nhiệt độ cao 4.3.5 Sự khuấy trộn tỷ lệ dung dịch thẩm thấu với khối lượng nguyên liệu Sự khuấy trộn dung dịch thẩm thấu phần quan trọng trình xử lý thẩm thấu Sự khuấy trộn đảm bảo dung dịch đồng thuận lợi cho việc khuếch tán Tỷ lệ dung dịch thẩm thấu trái yếu tố quan trọng xem xét, quy định động lực khuếch tán nồng độ cân Tỷ lệ dung dịch/ cao trì nồng độ dung dịch thẩm thấu khơng đổi ngăn ngừa pha lỗng Ở quy mơ cơng nghiệp, tỷ lệ thấp tốt để xác định lại quy mơ nhà máy nghiêm ngặt chi phí tái tạo dung dịch Mặt khác, sử dụng tỷ lệ thấp dẫn đến thay đổi đáng kể thành phần dung dịch Hầu hết nghiên cứu phát triển thực với lượng dung dịch thẩm thấu lớn để đảm bảo thay đổi nồng độ dung dịch tối thiểu trình chạy thử nghiệm Tỷ lệ dung dịch thẩm thấu với khôi lượng nguyên liệu thường sử dụng từ đến 10 4.4 NÂNG CAO KHẢ NĂNG TÁCH NƯỚC THẨM THẤU Quá trình tách nước thẩm thấu diễn tương đối chậm nên việc tăng tốc truyền khối có lợi Có nhiều phương pháp khác để tăng khối lượng truyền khối, chẳng hạn áp dụng siêu âm, áp suất thủy tĩnh cao, xung điện trường cao, chân không, lực ly tâm vi sóng 4.4.1 Ứng dụng siêu âm trình tách nước thẩm thấu Siêu âm ngành công nghiệp thực phẩm tương đối chưa khám phá sâu gần Xác định tính chất thực phẩm sóng siêu âm tần số thấp, lượng cao Nó qua mơi trường rắn; đó, ảnh hưởng đến truyền khối Một tượng gọi lỗ hổng âm tạo trình ứng dụng siêu âm sóng tạo bong bóng nhỏ chứa đầy hơi, xẹp xuống nhanh chóng tạo khoảng trống chất lỏng Do đó, dao động áp suất nhanh chóng tạo vật liệu ướt sóng siêu âm Siêu âm thực nhiệt độ mơi trường bình thường, cần thiết để giảm khả suy thối nhiệt Áp dụng siêu âm q trình xử lý thẩm thấu có ảnh hưởng đáng kể đến động học tách nước, độ cứng, ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô tách nước sản phẩm khác nhau, tăng giảm lượng đường dung dịch thẩm thấu 4.4.2 Ứng dụng chần phương pháp tiền xử lý Chần nước nóng nước q trình xử lý sơ trước tách nước thẩm thấu với mục đích khử hoạt tính enzyme, để thúc đẩy việc loại bỏ khí khỏi bề mặt khoảng gian bào; q trình oxy hóa, đổi màu phát triển khơng có hương vị, vi sinh vật bị ngăn cản tăng trưởng Chần áp dụng trước sấy trái rau quả, nhiên, chần có số hạn chế gây thay đổi trạng thái hóa học vật lý chất dinh dưỡng vitamin có tác động xấu đến mơi trường việc sử dụng nhiều nước lượng 4.4.3 Ứng dụng áp suất thủy tĩnh cao phương pháp tiền xử lý Phương pháp xử lí áp suất cao kiểm tra hiệu chúng phương pháp thay chần nhiệt chúng áp dụng cho chất lỏng thực phẩm rắn, có khơng có bao bì, áp suất từ 100 đến 800 Mpa Akyol cộng (2006) cho thấy áp suất thủy tĩnh cao (high hydrostatic pressure/ HHP) với kết hợp xử lý nhiệt nhẹ sử dụng cho mục đích chần để làm cho peroxidase (POD) lipoxygenase (LOX) cà rốt, đậu xanh đậu hà lan khơng hoạt động Ngồi ra, áp suất cao gây thẩm thấu cấu trúc tế bào (Theo báo cáo Eshtiaghi cộng 1994) dẫn đến việc tăng cường tốc độ truyền khối trình tách nước thẩm thấu Một báo cáo Rastogi Niranjan (1998) cho thấy áp dụng HP dứa gây hỏng cấu trúc thành tế bào, làm cho tế bào dễ thấm với giảm chất gian bào vật chất.Vậy nên áp suất cao xem xét sử dụng trình tách nước thẩm thấu cơng thức sản phẩm có hấp thụ đường mong muốn 4.4.4 Ứng dụng chân khơng q trình tách nước thẩm thấu Áp dụng ngâm tẩm chân không (vacuum impregnation/ VI) đồng thời với xử lý thẩm thấu thời gian ngắn nghiên cứu rộng rãi Tẩm chân không sử dụng rộng rãi đồng thời với phương pháp xử lí thẩm thấu để tăng cường truyền khối thúc đẩy cấu hình nồng độ đồng trái Sự vận chuyển toàn nước chất tan trình tách nước thẩm thấu xung chân không hai chế: chế thủy động lực học (hydrodynamic mechanism / HDM) chế giả tưởng HDM thúc đẩy chênh lệch áp suất thẩm thấu vào lỗ rỗng khoảng thời gian ngắn, chế giả tưởng thúc đẩy chênh lệch hoạt động thời gian dài Trong q trình ngâm tẩm chân khơng, đặc biệt sản phẩm xốp, hoạt động chế thủy động lực học (HDM) kết hợp tượng khuếch tán để thúc đẩy truyền khối Khi xung chân không áp dụng hệ thống, khí chất lỏng lỗ rỗng bên sản phẩm thay chất lỏng bên ngồi, q trình ngâm tẩm hồn thành thực tế dung dịch bên làm thay đổi trạng thái truyền khối sản phẩm giảm độ xốp Khi áp dụng VI, hao hụt khối lượng giảm so với trình thực áp suất khí Ngồi ra, sản phẩm l bổ sung chất dinh dưỡng, vitamin, khoáng chất, kết hợp chất phụ gia; nhiều trường hợp, đặc tính cảm quan sản phẩm cải thiện 4.4.5 Ứng dụng xung điện trường phương pháp tiền xử lý Xung điện trường (pulsed electric field/PEF) phương pháp phi nhiệt báo cáo làm tăng tính thấm tế bào thực vật với ảnh hưởng tích cực đến chuyển khối trình Tiềm PEF trình tách nước thẩm thấu lần chứng minh Rastogi et al (1999) Phát tạo nhiều nghiên cứu để xem xét khả tiền xử lý PEF trình tách nước thẩm thấu sản phẩm từ thực vật Các điện trường xung phương pháp khơng nhiệt thẩm thấu qua tế bào để tẩy trắng thời gian ngắn (khoảng μs đến ms) giữ cho cấu trúc sản phẩm không bị thay đổi, tác động tích cực vào q trình truyền khối tách nước thẩm thấu Taiwo cộng (2001) nghiên cứu ảnh hưởng xung điện trường cường độ cao ( high-intensity electric field pulses/ HELP) tiền xử lý động học khuếch tán lát táo Họ báo cáo HELP có ảnh hưởng nhỏ đến độ tăng chất rắn; việc áp dụng HP có lợi độ ẩm giảm thay đổi tối thiểu hương vị sản phẩm mong muốn Hơn nữa, kết cấu săn hơn, màu sắc tươi sáng lưu giữ vitamin C tốt ưu điểm việc áp dụng HELP với tách nước thẩm thấu Lazarides Mavroudis (1996), Ade-Omowaye cộng (2001) Taiwo cộng (2001) báo cáo xử lí trước PEF giải pháp thay tốt chế biến nhiệt độ cao 4.4.6 Ứng dụng vi sóng q trình tách nước thẩm thấu Tách nước thẩm thấu vi sóng kỹ thuật với tiềm hiệu tách nước thẩm thấu trái rau Thực sấy thẩm thấu mơi trường vi sóng giúp tăng cường ẩm thực phẩm ẩm ngâm dung dịch đậm đặc tác nhân thẩm thấu Thẩm thấu hiệu ứng gradient nồng độ tồn dung dịch thực phẩm, động lực để loại bỏ ẩm từ thực phẩm vào môi trường thẩm thấu, tăng cường trường vi sóng Điều hấp thụ có chọn lọc vi sóng lượng phân tử nước dẫn đến tăng độ ẩm ngồi, điều có xu hướng hạn chế truyền đồng thời chất tan từ dung dịch vào thực phẩm Li Ramaswamy (2006) nghiên cứu hệ số vận chuyển khối điều kiện tách nước thẩm thấu vi sóng (MWOD, mơi trường ngâm) so sánh với q trình tách nước thẩm thấu thông thường (COD) Họ báo cáo MWOD làm tăng đáng kể tốc độ ẩm giảm tốc độ thu chất rắn Họ nhận thấy tách nước thẩm thấu điều kiện gia nhiệt vi sóng khiến thu tốc độ khuếch tán truyền ẩm cao nhiệt độ dung dịch thấp Mất nước thẩm thấu vi sóng điều kiện dòng chất lỏng bơm liên tục phát triển cho thấy phương pháp loại ẩm hiệu hạn chế thu chất rắn vượt trội nhiều so với ba kỹ thuật khác điều kiện dòng chảy liên tục tương tự Trái ngược với khối lượng lớn dung dịch bao quanh mẫu hệ thống ngâm MWOD, chế độ phun sử dụng lớp mỏng dung dịch thẩm thấu liên tục bị xả xuống môi trường chảy nhanh trọng lực Chế độ phun giúp loại bỏ vấn đề mẫu, điều hạn chế việc áp dụng chế độ ngâm Sấy vi sóng có ưu điểm cụ thể làm nóng nhanh đồng xâm nhập vi sóng vào thân sản phẩm Đặc tính quan trọng gia nhiệt vi sóng gia nhiệt thể tích, dùng để vật liệu hấp thụ lượng vi sóng trực tiếp bên chuyển thành nhiệt Nhiệt tạo toàn vật liệu, dẫn đến tốc độ gia nhiệt nhanh (so với sưởi thông thường, nơi thường có nhiệt chuyển từ bề mặt vào bên trong) tạo gia nhiệt nhanh chóng đồng Việc gia nhiệt lị vi sóng, gây luồng ẩm tích cực từ sản phẩm, khơng làm độ ẩm lớn mà làm tăng chất rắn Điều thú vị cần lưu ý phun xịt khắc phục vấn đề khử thẩm thấu trái dung dịch 4.5 MƠ HÌNH TÁCH NƯỚC THẨM THẤU Có cách tiếp cận bản:  Phương pháp đầu tiên, phương pháp tiếp cận vĩ mô, giả định mô đồng gen việc mô hình hóa thực dựa đặc tính tích lũy thành tế bào, màng tế bào không bào tế bào  Phương pháp thứ hai, phương pháp tiếp cận vi mơ, xác định tính chất khơng đồng mô dựa cấu trúc vi tế bào (Fito cộng sự, 1996) 4.5.1 Phương pháp tiếp cận vĩ mơ  Phân tích vĩ mơ thực khuếch tán giả, bậc hai thời gian, nhiệt động lực học đảo ngược phương pháp tiếp cận khác (Fito cộng sự, 1996)  Rất cơng trình phát triển từ quan điểm vi mô (LeMaguer, 1996) Việc phân tích nồng độ phát triển suốt q trình truyền khối, sử dụng thấu kính, để làm rõ chế truyền khối ghép nối chúng, đặc biệt liệu có tương quan với đặc điểm cấu trúc vi mơ (hình dạng, kích thước hình học thay đổi khơng gian tế bào gian bào, thay đổi biến dạng giãn thành tế bào, v.v.) quan sát kỹ thuật hiển vi (Alzamora cộng sự, 1996) Tuy nhiên, cấu hình nồng độ cho phép tính tốn động học chuyển khối (Lenart Flink, 1984b)  Một số nhà nghiên cứu sử dụng định luật khuếch tán trạng thái không ổn định Fick để ước tính độ khuếch tán nước chất tan.Có hai tham số yêu cầu định luật Fick; kích thước mẫu hệ số khuếch tán hiệu Hệ số khuếch tán hiệu thu cách tìm giải pháp số giải tích cho liệu thực nghiệm  Trong số nghiên cứu này, số nghiên cứu xem xét chuyển khối trạng thái không ổn định trình tách nước thẩm thấu (Escriche cộng sự, 2000; Rastogi Raghavarao 2004)  Mơ hình hóa khuếch tán kết hợp phương pháp tiếp cận vật lý thực nghiệm Các nghiên cứu truyền khối trình bù nước thực phẩm thường thành lập dựa định luật thứ thứ hai Fick: Trong đó: Jx, thơng lượng (g H 2O / m2 s); W, độ ẩm (g H 2O / m3); x, tọa độ không gian (m); t, (các) thời gian; D, hệ số khuếch tán (m2 / s); V, thể tích (m3) Điều cho phép ước tính hệ số khuếch tán cho tổn thất nước thu chất rắn riêng lẻ đồng thời Sự chuyển khối giả định chiều tương tác thành phần khác khuếch tán chất tan không đáng kể Để dung dịch phân tích mơ hình khuếch tán trạng thái khơng ổn định áp dụng xác, cần phải giữ cho nồng độ dung dịch bên ngồi khơng đổi phải có thể tích dung dịch cố định Điện trở suất bề mặt chất rắn cho không đáng kể so với bên lực cản khuếch tán chất rắn Azuara cộng (1992) phát triển mơ hình dựa cân khối lượng nước đường để dự đoán động học nước thu chất rắn trình tách nước thẩm thấu Mơ hình có liên quan đến định luật thứ hai Fick khuếch tán chiều trạng thái không ổn định qua phiến mỏng để tính tốn hệ số khuếch tán biểu kiến cho lần kết hợp Các mơ hình tương quan đề xuất, để tính tốn thời gian cần thiết để giảm khối lượng định hàm nhiệt độ xử lý nồng độ dung dịch để ước tính thơng số tách nước Nsonzi Ramaswamy (1998b) nghiên cứu động học tách nước thẩm thấu việt quất mô hình hóa thêm khuếch tán độ ẩm khuếch tán chất rắn hòa tan với hàm bậc hai nhiệt độ nồng độ Mơ hình Azuara có ưu điểm cho phép tính tốn giá trị cân (MLe SGe) (Ochoa-Martinez cộng sự, 2007) 4.5.2 Phương pháp vi mô Hiện tượng truyền khối xảy mơ thực vật q trình thẩm thấu, hầu hết chúng tế bào thực vật kiểm sốt Trong q trình tách nước thẩm thấu tế bào, chuyển khối bên vật liệu tế bào phụ thuộc vào biến số xử lý đặc tính cấu trúc vi mơ mơ sinh học Khi vật chất tế bào sinh học trải qua q trình tách nước thẩm thấu, dịng khối lượng hệ thống bao hàm thay đổi đặc tính cấu trúc vận chuyển (thể tích, kích thước, độ nhớt, mật độ, độ xốp, v.v.) Kết là, thay đổi ảnh hưởng đến thông lượng truyền khối Những thay đổi thể tích độ xốp mô vật liệu thúc đẩy hoạt động lực dẫn động không khuếch tán, chẳng hạn gradient áp suất liên quan đến giãn mạng lưới tế bào bị biến dạng để giải phóng ứng suất cấu trúc (Mayor Sereno, 2004), thay đổi tính chất thay đổi màu sắc (Krokida cộng sự, 2000) Kiến thức dự đốn thay đổi quan trọng chúng liên quan đến yếu tố chất lượng số khía cạnh chế biến thực phẩm, chẳng hạn phân loại thực phẩm, mơ hình hóa quy trình thiết kế thiết bị Hầu hết thay đổi này, quan sát cấp độ vĩ mô, thay đổi xảy cấp độ vi cấu trúc / tế bào Theo cách này, việc nghiên cứu thay đổi cấu trúc vi mơ q trình tách nước quan trọng cho phép hiểu dự đoán thay đổi xảy đặc tính vật lý - hóa học cấp cấu trúc cao Hiện tượng truyền khối (và cuối truyền nhiệt) dẫn đến thay đổi cấp độ vi mơ vĩ mơ thay đổi đặc tính vật lý hệ thống thực phẩm Những thay đổi tạo thay đổi chế động học tượng vận chuyển (Fito Chiralt, 2003) 4.6 PHƯƠNG PHÁP SẤY BỔ SUNG Tách nước thẩm thấu - q trình tiền xử lý cải thiện dinh dưỡng, cảm quan tính chất chức thực phẩm mà khơng thay đổi tính tồn vẹn (Torreggiani, 1993) Sấy phần quan trọng tách nước thẩm thấu, tác động việc tách nước khơng khí bổ sung địi hỏi ý đặc biệt Tách nước thẩm thấu thường sử dụng bước sơ để xử lý thêm chẳng hạn đóng băng (Ponting et al., 1966), đông khô (Hawkes Flink, 1978), sấy khô chân không (Dixon Jen, 1977), ứng dụng sưởi ấm xử lý vi sóng (Nelson Datta, 2001), sấy khơng khí (Mandala et al., 2005) Thơng tin phong phú có sẵn ứng dụng điều trị thẩm thấu trước sấy khô thông thường (LemusMondaca et al., 2009) Sharma et al (1998) nghiên cứu ảnh hưởng số tiền xử lý thông số nước blanching xử lý lưu huỳnh dioxide chất lượng sản phẩm sau xử lý tách nước thẩm thấu khơng khí khơ táo Họ tìm thấy lưu giữ lớn acid ascorbic mẫu xử lý với sulfur dioxide nhúng thẩm thấu sấy khô chân không mẫu không xử lý Riva et al (2005) quan sát thấy vitamin C giữ lại cao mẫu mơ thẩm thấu không khí khơ so với mẫu khơ khơng khí khơng xử lý Họ báo cáo tượng hoạt động phenolase thấp tác dụng bảo vệ đường đặc biệt sorbitol Một số tác giả báo cáo kết cấu, hương vị, màu sắc ổn định trái sấy khô rau cải thiện Điều đặc biệt quan trọng kể từ màu sắc yếu tố định việc chấp nhận người tiêu dùng thực phẩm (Krokida et al., 2000) 4.6.1 Tác động tách nước thẩm thấu đặc tính chất lượng Xử lý thẩm thấu trái rau trước sấy đối lưu ảnh hưởng mạnh mẽ đến tính chất sản phẩm cuối (Lewicki Lukaszuk, 2000; Lewicki Pawlak, 2003) Trong trình tách nước thẩm thấu, nhiều khía cạnh cấu trúc tế bào bị ảnh hưởng như thay đổi thành tế bào, tách lamella giữa, lysis màng (plasmalemma tonoplast), co rút mô (Alvarez et al., 1995) ảnh hưởng mạnh mẽ đến tính chất vận chuyển sản phẩm trình chế biến Tất tượng gây thay đổi tính chất vĩ mơ mẫu, chẳng hạn tính chất quang học học, có liên quan đến xuất sản phẩm kết cấu, tương ứng Tất thay đổi ảnh hưởng nhiều đến tính chất organoloptic tách nước thẩm thấu để hấp thu hòa tan lọc acid tự nhiên, màu sắc hợp chất hương vị khỏi mô thực vật nước thẩm thấu; kết là, thành phần tự nhiên sản phẩm thay đổi (Lazarides et al., 1995) Mặc dù thay đổi thành phần có tác động tích cực tiêu cực đến sản phẩm cuối cùng, bù nước trái sấy khô thấp trái không xử lý ngâm tẩm nhanh chóng lớp mơ bề mặt với đường (Nsonzi Ramaswamy, 1998a); nữa, thẩm thấu nhiều thời gian hơn, tỷ lệ bù nước thấp 4.6.1.1 Tác động tách nước thẩm thấu lên màu sắc Nhiều nhà điều tra chứng minh chất lượng (màu sắc, kết cấu lực bù nước) khơng khí, đóng băng chân không- sấy khô trái rau cải thiện bước thẩm thấu trước (Flink, 1975; Hawkes Flink, 1978; Lerici et al., 1985; Nsonzi Ramaswamy, 1998a) Đã có nhiều nghiên cứu việc áp dụng thay đổi màu sắc trình nước thẩm thấu Màu sắc sản phẩm đo màu sáng (giá trị L*), đỏ xanh (giá trị a*) độ vàng xanh dương (b* giá trị), sau sấy khơ Falade et al (2007) báo cáo tính minh bạch màu sắc trái thay đổi thuận lợi thay đổi vật lý hóa học q trình nước thẩm thấu Họ đánh giá L *, a*, b* giá trị osmosed osmo-oven dưa hấu sấy khô, báo cáo thông số màu sắc tăng lên với gia tăng thẩm thấu nồng độ dung dịch Thẩm thấu tách nước cải thiện chất lượng trái cách ổn định màu sắc thông số cho phép màu trái enzyme nâu hóa Ngồi ra, giảm hoạt độ nước mẫu làm giảm phản ứng nâu hóa phi enzyme (Krokida et al., 2000) Giới hạn tách nước thẩm thấu giảm việc sử dụng chất bảo quản sulfur dioxide trái Ngồi ra, lượng khơng khí đáng kể từ mơ lấy ra; Do blanching trước tách nước thẩm thấu bỏ qua (Torreggiani, 1993; Lenart, 1996) Sự hấp thu đường hành động bảo vệ saccharides (Ponting et al 1966) 4.6.1.2 Tác động nước thẩm thấu đến kết cấu Kết cấu thuộc tính chất lượng đáng kể trái rau Trong trình tách nước thẩm thấu, đặc tính lưu biến sản phẩm tách nước thẩm thấu thay đổi sửa đổi vật lý hóa học xảy cấu trúc tế bào (Lewicki, 1998) Tính chất thành tế bào lamella áp lực trương phồng yếu tố quan trọng để xác định kết cấu mô thực vật (Jackman Stanley, 1995; Chiralt et al., 2001b) Mô thực vật bị ảnh hưởng kích thước hình dạng tế bào, thể tích vacuole, thể tích khơng gian nội bào, diện hạt tinh bột thành phần hóa học Phần lớn loại thực phẩm có tính chất đàn hồi nhớt; lý sao, trình tách nước thẩm thấu, chất nhớt trái rau tăng lên độ đàn hồi chúng giảm hấp thu đường (Thị trưởng et al., 2007) Tách nước thẩm thấu làm suy yếu kết cấu táo làm cho mô táo mềm nhựa so với táo sống (Monsalve-GonaLez et al., 1993) Mặc dù có nhiều báo cáo đối phó với ảnh hưởng số loại đường tính chất cấu trúc vật liệu thực vật xử lý thẩm thấu (Marcotte LeMaguer, 1991; Maltini et al., 1993; Barat et al., 2001b), có vài báo cáo nói thay đổi cấu trúc cấp độ tế bào mà truy cập thơng qua quan sát kính hiển vi (Saurel et al., 1994; Martinez-Monzo et al., 1998) Lực đâm thủng thường sử dụng để đo tính chất sản phẩm tách nước thước đo độ cứng bề mặt sản phẩm, trình bày mức độ cứng trường hợp q trình sấy khơ (Lin et al., 1998) Trong q trình xử lý thẩm thấu, thay đổi ảnh hưởng đến tính chất học mơ thực vật thay đổi khơng khí phân số thể tích chất lỏng mẫu, kích thước hình dạng mẫu (Fito, 1994), turgor tế bào, thay đổi lamella (Alzamora et al., 1996), thay đổi tế bào tường kháng, thiết lập cấu hình nồng độ nước hòa tan hồ sơ thành phần mẫu nước thẩm thấu (Salvatori, 1998) Contreras et al (2007) báo cáo pectin hòa tan tăng lên q trình sấy khơ thay đổi khu vực liên kết tế bào kết việc thay đổi tính quán ma trận rắn Các sản phẩm tách nước thẩm thấu có kết cấu mềm lọc canxi vào dung dịch thẩm thấu dẫn đến giảm nồng độ ion hàm lượng canxi bên mô (Prothon et al., 2001) 4.6.1.3 Tác động tách nước thẩm thấu tính chất bù nước Cần phải hiểu rõ trình bù nước đa dạng thực phẩm nước có sẵn ngày hơm cho người tiêu dùng Mối quan tâm đặc biệt đáp ứng thông số kỹ thuật chất lượng bảo tồn lượng Các sản phẩm tách nước thường bù nước cách ngâm nước chất lỏng khác, chẳng hạn nước ép trái cây, dung dịch sucrose glucose Khơi phục tính chất sản phẩm tươi cách ngâm sản phẩm tách nước pha lỏng khía cạnh quan trọng trình bù nước Bù nước phản ánh thay đổi vật lý hóa học xảy q trình tách nước thẩm thấu, sử dụng số chất lượng Nói cách khác, tiền xử mà sản phẩm bị sửa đổi thành phần mẫu Quá trình bù nước thường bao gồm ba bước đồng thời: hấp thụ nước vào vật liệu khô, trương sản phẩm bù nước, mát khuếch tán thành phần hòa tan (Lee et al., 2006) Được biết, việc tăng khả bù nước nhiệt độ khoảng 40–80 °C nhiều loại trái rau quả, bao gồm chuối, cà rốt, táo, khoai tây, cà chua, ớt vàng, đỏ xanh làm tăng đáng kể khối lượng sản phẩm (Krokida MarinosKouris, 2003) Để thiết kế tối ưu hóa bù nước, mơ hình tốn học khác sử dụng để mơ tả làm số biến trình ảnh hưởng đến chuyển nước Một số nhà nghiên cứu giả định điều chỉnh hình vng đơn giản cho mơ hình dựa mơ hình hàm mũ mao mạch lý thuyết hấp thụ, người khác sử dụng luật khuếch tán Fick, chứng minh mơ hình dựa động học thứ tự mơ tả cách đạt nước trình bù nước (Krokida Marinos-Kouris, 2003; Giraldo et al., 2006; Lee et al., 2006) Có ba phương pháp để ước tính đặc tính bù nước sản phẩm tách nước: (1) khả hấp thụ nước, WAC, khả ma trận để hấp thụ nước mà thay nước bị q trình sấy khơ (2) khả giữ khối lượng khô, DHC, khả vật chất để giữ lại chất rắn hòa tan sau bù nước, (3) khả bù nước lực, RA, khả sản phẩm tách nước để bù nước, cho thấy tổng thiệt hại cho mô gây sấy khô ngâm tẩm trình bù nước (Maldonado et al., 2010) 4.7 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI Ngày nay, có thêm bước tiến lĩnh vực tách nước thẩm thấu Các ứng dụng thực phẩm trình tách nước thẩm thấu cung cấp tiềm áp dụng quy trình hiệu lượng quy mô công nghiệp để sản xuất sản phẩm chất lượng cao, chế biến nhẹ Tách nước thẩm thấu có tiềm thị trường to lớn để sản xuất thực phẩm chất lượng cao với nhiều loại khác nhau, phát triển thành phần trái rau với đặc tính chức riêng Tuy nhiên, khó để xác định mơ hình xử lý dự báo chung biến động lớn nguyên liệu thực vật (loài, trồng, giai đoạn trưởng thành, v.v.) Ngồi ra, cịn có vấn đề liên quan đến dung dich thẩm thấu (khả liên kết, nhiễm vi sinh vật, tái sử dụng xả dung dịch sử dụng, v.v.) phát triển thiết bị xử lý liên tục Đáng ý ứng dụng vi sóng thẩm thấu dung dịch đường nhớt tách nước làm tạo cấu trúc cho thực phẩm Thiếu đề cập kiến thức liên quan đến phát triển vi sinh vật sản phẩm vừa chế biến Ưu điểm công nghệ sấy vi sóng nhiệt thâm nhập tia sóng siêu nhỏ khiến cho tất thành phần sản phẩm tách nước thời gian ngắn Vi sóng truyền qua thực phẩm gia nhiệt cho chúng Nước, chất béo, chất thực phẩm hấp thụ lượng từ lò vi sóng q trình gọi gia nhiệt điện mơi Năng lượng vi sóng tác động đến phân tử điện từ trường (thực phẩm), đặc biệt thơng qua ma sát phân tử, Cơ chế gia nhiệt vi sóng quay lưỡng cực điện phân cực ion (nước chất hòa tan) Ngồi ra, cịn có chế gia nhiệt phụ, tác dụng điện trường, ion dung dịch di chuyển toàn dung dịch va chạm chuyển lượng động học thành nhiệt Ở tần số siêu cao, phân tử đảo chiều liên tục, tạo chuyển hoá lượng cao, dẫn tới gia nhiệt nhanh TÀI LIỆU THAM KHẢO Azarpazhooh, E., & Ramaswamy, H S (2010) Osmotic dehydration Drying of Foods, Vegetables and Fruits, 1, 83-110