Kết quả xác định loại bao bì phù hợp trên cơ sở đánh giá chất lượng quả thanh long và khả năng cân bằng nồng độ khí oxy, khí cacbonic biến thiên trong khoảng cận miền tối ưu với chế độ[r]
(1)TỐI ƢU HĨA MỘT SỐ THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ BẢO QUẢN QUẢ THANH LONG BẰNG KĨ THUẬT BAO GĨI KHÍ ĐIỀU BIẾN
Phạm Anh Tuấn*
, Vũ Thị Nga
Viện Cơ điện nông nghiệp Công nghệ sau thu hoạch, Số 60 Trung Kính, Trung Hịa, Cầu Giấy, Hà Nội
*
Email: phamtuanvcd@yahoo.com
Đến Tòa soạn: 15/8/ 2016; Chấp nhận đăng: 7/10/2016 TÓM TẮT
Mục tiêu nghiên cứu xác định vật liệu bao gói phù hợp tối ưu hóa hai yếu tố thực nghiệm gồm tỉ lệ diện tích màng bao bì/khối lượng (cm2/g) độ dày màng bao
bì (mm) có ảnh hưởng đến điều kiện cân nồng độ khí oxy (%) nồng độ khí cacbonic (%) mơi trường vi khí hậu màng bao bì bảo quản long Kết thực nghiệm xác định vật liệu màng bao gói LDPE có khả thẩm khí phù hợp cho bảo quản long Kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố gồm thí nghiệm với khoảng khảo sát yếu tố thực nghiệm: tỉ lệ diện tích màng bao bì/khối lượng từ 1,80 - 2,20 cm2
/g, độ dày màng bao bì LDPE từ 0,02 - 0,04 mm, nguyên liệu long sau sơ chế, bao gói tồn trữ nhiệt độ ± oC độ ẩm 90 - 95 % Kết tối ưu xác định tỉ lệ diện tích màng bao bì
/khối lượng long 1,96 cm2
/g độ dày màng bao bì LDPE dày 0,03 mm, tương ứng trạng thái cân mơi trường vi khí hậu nồng độ khí oxy 3,82 %, nồng độ khí cacbonic 5,84 % Chất lượng mẫu long điều kiện tối ưu đánh giá sau 20 ngày bảo quản với hàm lượng đường tổng số 7,98 %, hàm lượng vitamin C 7,5 mg/100 g, cảm quan 18,2 điểm
Từ khóa: long, bao gói khí điều biến, nồng độ khí oxy, nồng độ khí cacbonnic 1 MỞ ĐẦU
Thanh long (Hylocereus undatus) thuộc chi Hylocereus, ruột trắng có vỏ màu hồng hay đỏ, loại trồng phổ biếnở nước khu vực Đông Nam Á Việt Nam, Malaysia, Thái Lan, Philippines, Indonesia Tại Việt Nam long chủ yếu tiêu thụ nội địa xuất dạng tươi, thị trường xuất phần lớn Trung Quốc Ở điều kiện thường long bảo quản từ - ngày, tổn thất sau thu hoạch cao tổn thương học, nước, giảm giá trị cảm quan dinh dưỡng q trình vận chuyển tiêu thụ
Đặc tính long dễ bị tổn thương lạnh nhiệt độ thấp từ – 10 o
C tùy thuộc vào giống loài long, điều kiện mơi trường độ chín thu hoạch Thanh long loại khơng có hơ hấp đột biến, cường độ hô hấp 20 oC khoảng từ 95 - 144 mg
CO2/kg.h [1], 23
oC khoảng 75 - 100 mg CO
2/kg.h [2] Bệnh sau thu hoạch thường gặp
loài Fusarium lateritium, Aspergillus riger, Aspergillus flavus [2] Phương pháp bao gói khí
(2)dụng vật liệu bao gói dạng màng polymer thích hợp, có khả tạo mơi trường vi khí hậu với nồng độ khí oxy thấp nồng độ khí cacbonic cao dựa nguyên tắc bán thấm khí bao bì kết hợp với q trình tự hơ hấp loại rau tươi Do làm giảm phát triển vi sinh vật gây thối hỏng, ức chế q trình hơ hấp rau kéo dài thời gian bảo quản, mặt khác giảm khả sản sinh ethylen biến đổi sinh hóa, hóa học hoạt tính enzyme [3, 4]
Nghiên cứu nhằm lựa chọn vật liệu bao bì thích hợp tối ưu hóa số thơng số kĩ thuật phương pháp bao gói MAP Qúa trình nghiên cứu thực nhiệm kế thừa số kết nhóm tác giả thực “Nghiên cứu cải tiến hồn thiện quy trình cơng nghệ, thiết kế, chế tạo ứng dụng vào sản xuất hệ thống thiết bị rửa sạch, xử lí bảo quản long, qui mô 50 tấn/ngày” thuộc đề tài cấp Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thơn (2014 - 2016): quy trình sơ chế xử lí nguyên liệu long, chế độ tối ưu bảo quản long phương pháp điều chỉnh khí (Controlled Atmosphere - CA) với nồng độ khí oxy 3,77 %, nồng độ khí cacbonic 5,84 %
2 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu
Nguyên liệu long ruột trắng (Hylocereus undatus) trồng Tiền Giang, thu
hoạch vào tháng 10/2014 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp lấy mẫu tươi:theo TCVN 5120 - 90
2.2.2 Phương pháp sơ chế xử lí nguyên liệu
Thanh long sau thu hoạch sơ chế lựa chọn có kích thước, ngoại hình đồng với trọng lượng khoảng 600 ± 10 g/quả Thanh long rửa nước, xử lí nhúng dung dịch axit citric 0,1 M (pH = 3,5) 52 oC thời gian 12
phút, làm tự nhiên chuẩn bị cho kế hoạch thực nghiệm
2.2.3 Phương pháp thực nghiệm
a Thực nghiệm lựa chọn vật liệu bao gói phù hợp cho bảo quản long
Tiến hành khảo sát với loại bao bì gồm LDPE, HDPE, PP, PVC MAP (sản xuất Viện Hóa học Việt Nam) với độ dày 0,03 mm, kích thước bao bì 250 × 220 mm, thí nghiệm tiến hành 12 quả, quy cách long/1 bao bì (Hình 1) Sau bao gói long đặt thùng carton, bảo quản nhiệt độ ± 1oC độ ẩm từ 90 – 95 %
Theo dõi lấy mẫu phân tích thời gian bảo quản 20 ngày Các tiêu đánh giá chất lượng gồm: Chất lượng cảm quan (điểm), hàm lượng đường tổng số (%), hàm lượng vitamin C (mg/100 g) với tần suất phân tích ngày/lần, lần quả/ thí nghiệm Đồng thời cập nhật số liệu phân tích nồng độ khí O2 CO2 bên bao bì với tần suất ngày/lần
(3)LDPE HDPE PP PVC MAP (Viện hóa)
Hình Mẫu thí nghiệm với loại màng bao gói khác
b Thực nghiệm đa yếu tố bảo quản long phương pháp bao gói MAP
Sử dụng mơ hình trực giao bậc với yếu tố thực nghiệm gồm: Tỉ lệ diện tích bề mặt bao bì/khối lượng (X1), độ dày màng bao bì(X2) Mỗi yếu tố tiến hành mức (- 1, 0, +1) với
= (k = 2) Kế thừa kết nghiên cứu thực nghiệm (a) xác định miền biến thiên yếu tố thực nghiệm tương ứng biến (X1 X2) vật liệu bao gói xác định làm
cơ sở xây dựng kế hoạch thực nghiệm đa yếu tố Quy hoạch thực nghiệm gồm thí nghiệm với hàm mục tiêu Y1 - Nồng độ khí O2 (%) Y2 - nồng độ khí CO2 (%) với mong muốn có giá trị
đạt gần với điều kiện tối ưu bảo quản long phương pháp điều chỉnh khí CA (nồng độ khí O2 3,77% nồng độ khí CO2 5,84 %) đánh giá chất lượng tương ứng
sau 20 ngày bảo quản
Mỗi mẫu thí nghiệm tiến hành 12 quả, quả/bao bì, với chế độ sơ chế, xử lí điều kiện bảo quản nhiệt độ ± oC độ ẩm từ 90 – 95 % Theo dõi lấy mẫu phân tích
trong q trình thực nghiệm gồm nồng độ O2, CO2 bên bao bì tiêu chất lượng
của long gồm chất lượng cảm quan (điểm), hàm lượng đường tổng số (%), hàm lượng vitamin C (mg/100 g) Tần suất phân tích ngày/lần Các thí nghiệm tiến hành độc lập với số lần lặp lại
2.2.4 Phương pháp phân tích đánh giá chất lượng
a Đánh giá chất lượng cảm quan phương pháp lập Hội đồng chấm điểm với tiêu gồm: màu sắc, mùi, vị trạng thái long Các tiêu đánh giá riêng rẽ theo thang điểm, điểm cao 5, điểm thấp Tương ứng hệ số quan trọng (HSQT): màu sắc (1,2), mùi (0,8), vị (0,8) trạng thái (1,2) Mức xếp loại theo tổng điểm: tốt (18,2 - 20), (15,2 - 18,1), trung bình (11,2 - 15,1), (7,2 - 11,1), hỏng ≤ 7,1;
b Xác định hàm lượng đường tổng số: theo TCVN 4594 - 88
c Xác đinh hàm lượng vitamin C: theo TCVN 6427- 2: 1998 (ISO 6557/2:1984)
2.2.5 Phương pháp xử lí số liệu
Kết thí nghiệm phân tích ANOVA kiểm định LSD (5 %) để so sánh khác biệt trung bình lần lặp lại thí nghiệm Các phân tích thống kê sử dụng phần mềm SAS 2000
2.2.6 Phương pháp xử lí số liệu đa yếu tố
(4)2.2.7 Thiết bị sử dụng dụng cụ đo đạc khác
Kho lạnh bảo quản lạnh dung tích 10 m3
phịng thí nghiệm Bộ mơn nghiên cứu công nghệ bảo quản nông sản - Viện Cơ điện nông nghiệp Công nghệ sau thu hoạch Thiết bị có chức điều khiển giám sát nhiệt độ độ ẩm Cân phân tích: Model FWN-V6, thang đo: 100 g - 30 kg ± g Thiết bị phân tích nồng độ khí O2 CO2 hãng Illinois Instruments, model
6600
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết xác định vật liệu bao bì phù hợp cho bao gói long
Tổng hợp kết nghiên cứu thực nghiệm bảo quản long với loại vật liệu bao bì khác thể với biến đổi nồng độ khí O2 CO2 Hình 2, Hình
biến đối chất lượng Bảng
Hình Ảnh hưởng vật liệu bao gói đên biến
đổi nồng độ khí oxy bao bì
Hình Ảnh hưởng vật liệu bao gói đên
biến đổi nồng độ khí cacbonic bao bì
Trong q trình tồn trữ, hơ hấp tiêu thụ khí oxy thải khí cacbonic, nồng độ khí oxy có xu hướng giảm ngược lại nồng độ khí cacbonic có xu hướng tăng Mỗi loại màng bao gói khác có đặc tính thấm khí khác nhau, nhờ nồng khí oxy cacbonic túi bao gói có trạng thái cân khác Theo Hình cho thấy màng LDPE, HDPE, PVC màng MAP đạt trạng thái cân nồng độ khí oxy sau - ngày bảo quản, tương ứng giá trị cân với màng LDPE từ 3,4 - 3,6 %, HDPE 4,3 - 4,7%, PVC 15,7 - 16,3 % MAP 19,4 – 20 %, với màng PP sau - ngày đạt trạng thái cân khí oxy 9,6 - 9,8 % Mặt khác quan sát theo Hình cho thấy loại màng LDPE, HDPE, PVC, PP MAP đạt trạng thái cân nồng độ khí cacbonic ngày sau bảo quản, tương ứng trạng thái cân với nồng độ khí cacbinic màng LDPE 6,0 - 6,2 %; HDPE 7,9 - 8,2 %, PVC 11,4 - 11,7%, PP 10,2 - 10,4 % MAP 1,5 - 1,7 %
(5)theo thời gian bảo quản tất thí nghiệm, với màng LDPE cho thấy có hiệu trì hàm lượng vitamin C cao ngày thứ 20 7,4 mg/100 g Trong chất lượng cảm quan sau 20 ngày bảo quản, màng LDPE cho chất lượng tốt (17,8 điểm), sau HDPE PP (16,4 16,0 điểm), màng MAP PVC cho chất lượng cảm quan mức trung bình
Tổng hợp kết cho thấy màng LDPE phù hợp để bảo quản long nhờ khả thấm khí trì trạng thái cân nồng độ khí oxy cacbonic gần với điều kiện tối ưu tương ứng nồng độ khí oxy 3,77 % khí cacboninc 5,84 % Từ quy đổi giá trị tỉ lệ diện tích màng LDPE khối lượng khoảng 1,8 - 2,2 cm2
/g
Bảng Ảnh hưởng màng bao gói đến chất lượng long trình bảo quản
Màng bao bì
Thời gian (ngày)
Chỉ tiêu đánh giá Hàm lượng đường
tổng số (%) Hàm lượng vitamin C (mg/100 g)
Cảm quan (điểm)
- 7,62a 8,13f 20,0
LDPE
5 8,54e 8,00e 19,2
15 8,95f 7,66cd 18,2
20 8,22d 7,40c 17,8
HDPE
5 8,64e 7,79d 19,1
15 8,76e 7,48c 17,5
20 7,73ab 7,21ab 16,4
PP
5 8,31e 7,56cd 19,1
15 8,15c 7,24b 17,3
20 7,67a 7,13a 16,0
PVC
5 8,55e 7,59cd 19,0
15 8,09c 7,40c 16,3
20 7,86ab 7,18a 15,0
MAP Viện hóa
5 8,25d 7,87d 19,1
15 8,59e 7,46c 16,5
20 8,1c 7,25b 14,6
3.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố xác định chế độ cơng nghệ bao gói MAP thụ động cho Thanh long
Kết tổng hợp số liệu thực nghiệm đa yếu tố Bảng
Từ kết thực nghiệm mục 3.1 xác định vật liệu bao gói phù hợp cho bảo quản long LDPE với độ dày 0,03 mm, khả trao đổi khí oxy cacbonic phù hợp với long với tỉ lệ diện tích bao bì / khối lượng khoảng 1,8 - 2,2 cm2
(6)Bảng Bảng số liệu thí nghiệm đa yếu tố bảo quản long.
STT X1 X2 Y1 Y2
1 1,80 0,04 2,50 6,90
2 2,00 0,04 3,70 6,10
3 1,80 0,03 2,90 6,50
4 1,80 0,02 3,30 6,00
5 2,20 0,03 4,20 5,10
6 2,00 0,03 3,90 5,70
7 2,20 0,04 3,80 5,40
8 2,20 0,02 4,70 4,80
9 2,00 0,02 4,40 5,30
Xử lí số liệu phần mềm Design - Expertversion 7.1:
+ Hàm mục tiêu Y1: Kết phân tích hồi quy với F- value = 157,63 (P < 0,05) cho thấy mơ hình có ý nghĩa Sự có nghĩa hệ số hồi quy kiểm định chuẩn F, giá trị P < 0,05 cho thấy hệ số hồi quy A, B A2
có nghĩa, hệ số AB = 0.534 B2 = 0,2782 khơng có nghĩa, mơ hình giữ lại hệ số AB, B2 để tiến hành tối ưu hóa Phương trình hồi quy Y1 có dạng bậc biểu diễn theo dạng biến coded (1a) biến
thực (1b):
Y1 = 3,96 + 0,67A - 0,40B - 0,025AB - 0,43A
+ 0,067B2 (1a)
Y1 = - 44,99444 + 47,04167X1 - 55,00000X2 - 12,50000X1X2 - 10,83333X1
+ 666,66667X2
2
(1b)
Biểu diễn đồ thị quy luật biến thiên hàm mục tiêu Y1 dạng 2D (Hình 4)
Design-Expert® Software Y1: Nong O2
Y1: Nong O2 Actual Factors
A: X1: Ty le dien tich/khoi luong = 2.00 B: X2: Do day bao goi = 0.03
Perturbation
Deviation from Reference Point (Coded Units)
Y
1:
N
on
g
do
k
hi
O
2
-1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 2.5
3.05 3.6 4.15 4.7
A
A B
B
Hình Biểu diễn 2D quan hệ
giữa yếu tố thực nghiệm
đến hàm nồng độ khí O2 (Y1)
Thơng qua hệ số hồi quy phương trình hồi quy (1a 1b), đồ thị 2D (Hình 4) cho thấy: yếu tố thực nghiệm tỉ lệ diện tích/khối lượng (A) độ dày bao gói (B) có ảnh hưởng đáng kể đến hàm nồng độ khí O2 (Y1) Trong A có quan hệ tỉ lệ thuận với hàm Y1, A tăng
thì hàm Y1 tăng ngược lại Điều hồn tồn phù hợp quy luật bao gói có đặc tính bán
thấm khí O2 q trình hơ hấp đối tượng rau tươi nói chung, đồng nghĩa với việc ta
cố định khối lượng long điều chỉnh tăng (hoặc giảm) diện tích bao gói với loại vật liệu bao gói độ dày lưu lượng thấm khí O2 từ mơi trường vào bao bì tương
ứng tăng (hoặc giảm), lượng khí O2 tiêu thụ khối lượng long thời
điểm không đổi Mặt khác yếu tố B có quan hệ tỉ lệ nghịch với hàm Y1, có nghĩa tăng
(7)năng thấm khí O2 so với cường độ hô hấp Trong ảnh hưởng độ dày bao gói có
tác động mạnh so với yếu tố tỉ lệ diện tích/khối lượng Tuy q trình tính tốn bao gói MAP việc điều chỉnh yếu tố tỉ lệ diện tích/ khối lượng dễ dàng việc điều chỉnh độ dày vật liệu bao gói
+ Hàm mục tiêu Y2: Kết phân tích hồi quy với F- value = 1147.97 (P < 0,05) cho thấy mơ hình có ý nghĩa Sự có nghĩa hệ số hồi quy kiểm định chuẩn F, giá trị P < 0,05 cho thấy hệ số hồi quy A, B, AB A2
có nghĩa, hệ số B2 = 0,4228 khơng có nghĩa, mơ hình giữ lại hệ số B2
để tiến hành tối ưu hóa Phương trình hồi quy Y2 có dạng bậc biểu diễn theo dạng biến coded (2a) biến thực (2b):
Y2 = 5,71 - 6,08A + 0,38B - 0,075AB + 0,083A
- 0,017B2 (2a) Y2 = 17,32778 - 10,62500X1 + 123,33333X2 - 37,50000X1X2 + 2,08333 X1
2
- 166,66667X2
(2b) Biểu diễn đồ thị quy luật biến thiên hàm mục tiêu Y2 dạng 2D (Hình 5):
Design-Expert® Software Y2: Nong CO2
Y2: Nong CO2 Actual Factors
A: X1: Ty le dien tich/khoi luong = 2.00 B: X2: Do day bao goi = 0.03
Perturbation
Deviation from Reference Point (Coded Units)
Y2 : N on g k hi C O
-1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 4.7 5.25 5.8 6.35 6.9 A A B B
Hình Biểu diễn 2D quan hệ
giữa yếu tố thực nghiệm đến
hàm nồng độ khí CO2 (Y2)
Thơng qua hệ số hồi quy phương trình hồi quy (2a 2b), đồ thị 2D (Hình 5) cho thấy: yếu tố thực nghiệm tỉ lệ diện tích/khối lượng (A) độ dày bao gói (B) có ảnh hưởng đáng kể đến hàm mục tiêu Y2 Trong yếu tố A tỉ lệ nghịch với hàm Y2, quy
luật ngược với hàm nồng độ khí O2 tăng A Y2 giảm, điều chứng tỏ khả
thấm khí CO2 từ bên bao gói mơi trường với lưu lượng lớn ngược lại Mặt khác
B lại có quan hệ tỉ lệ thuận với hàm Y2, quy luật ngược với hàm Y1, điều có nghĩa
khi tăng (hoặc giảm) độ dày bao gói dẫn đến nồng độ khí CO2 tăng ngược lại, khả
cản trở mức thấm khí CO2 từ bên bao gói ngồi mơi trường Điều có ý nghĩa
trong tính tốn bao gói MAP để tận dụng tối đa khả tự tạo khí CO2 q trình hơ hấp
của mặt khác tận dụng nguồn khí O2 mơi trường khí có từ 20 – 21 %,
trong nồng độ khí CO2 khí thấp khoảng 0,03 %
+ Tối ưu hóa q trình bao gói MAP cho Thanh long
Tiến hành giải toán tối ưu theo thuật toán “Hàm mong đợi” với điều kiện ràng buộc: Tỉ lệ diện tích bề mặt/khối lượng khoảng 1,80 - 2,2 cm2/g, mong muốn nằm mức cao
trong miền khảo sát, đảm bảo yếu tố an toàn khả trao đổi khí tránh tượng yếm khí dẫn đến hư hỏng với hệ số quan trọng 5/5 Độ dày màng bao bì khoảng 0,02 - 0,04 mm, mong muốn nằm mức cao đảm bảo vừa có khả trao đổi khí cải thiện tính lí bao gói q trình vận chuyển tiêu thụ với hệ số quan trọng 5/5 Hàm mục tiêu nồng độ khí O2 (%) nồng độ khí CO2 (%) tương ứng mức mong muốn đạt 3,77 % 5,84 %
điều kiện tối ưu xác định điều kiện CA, với hệ số quan trọng hai hàm mục tiêu 5/5
Kết tối ưu xác định với tỉ lệ diện tích bề mặt bao gói/khối lượng 1,96 cm2/g, độ dày màng bao bì LDPE 0,03 mm, nồng độ khí oxy 3,82 %, nồng độ khí cacbonic
( Hylocereus, Đông Nam Á như Việt Nam, Malaysia, Thái Lan, Philippines, Indonesia