Tối ưu hóa quá trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ lá sương sâm và ứng dụng làm chất ổn định trong chế biến nectar ổi

Đồ án trình bày về kết quả tối ưu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất pectin từ lá sương sâm Sau quá trình làm thí nghiệm theo mô hình thực nghiệm trực giao cấp 2 tối ưu hóa bằng phương pháp chập phi tuyến tính các phương trình với sự hỗ trợ của phầm mềm Design Expert 9 tìm ra được các điều kiện tối ưu như sau Giai đoạn siêu âm hỗ trợ nồng độ acid citric là 5 25 chu kì siêu âm là 68 84 và thời gian siêu âm là 9 85 phút Giai đoạn ngâm chiết bằng nhiệt nhiệt độ ngâm chiết là 70oC và thời gian ngâm chiết là 25 38 phút Với điều kiện tối ưu đã tìm được khi tiến hành chiết xuất pectin từ lá sương sâm thu được pectin với hàm lượng là 15 09 và độ nhớt của dung dịch pectin thu nhận là 210 5 cP Pectin lá sương sâm sau khi thu nhận sẽ được gửi mẫu đi đo phổ hồng ngoại FTIR để xác định cấu trúc và tìm ra được chỉ số ester hóa DE là 48 2 50% - LMP (low methoxyl pectin): nhóm có số methoxyl thấp có Me < 7% (thông thường khoảng – %), DE ≤ 50% Theo khả hòa tan nước: - Pectin hòa tan (methoxyl polygalacturonic): pectin hòa tan polysaccharide cấu tạo gốc acid galacturonic, có số gốc acid chứa nhóm methoxyl Hình 1.2 Sản phẩm pectin thương mại - Pectin khơng hịa tan (protopectin): dạng kết hợp pectin với polysaccharide thành tế bào (araban) 1.1.3 Các tính chất đặc trưng pectin Pectin thuộc nhóm chất phụ gia tạo gel, tạo độ sệt xem phụ gia thực phẩm an toàn, chấp nhận nhiều với hàm lượng sử dụng không giới hạn Mã hiệu quốc tế pectin E440 (tcvn 3742 – 2001) a Tính tan pectin nước Pectin tan nước tạo nên dung dịch có độ nhớt cao Khi tiếp xúc với nước, pectin nhanh chóng hấp thụ nước trương nở làm kích thước hạt pectin tăng lên nhiều lần so với kích thước hạt ban đầu, sau phân tử pectin bắt đầu tách rời khỏi Nếu hạt pectin dính vào tiếp xúc với nước tất chúng trương lên, dính hợp lại thành viên có kích thước lớn, thời gian hịa tan lâu Nhưng ngược lại, hạt pectin tách rời tiếp xúc với SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” nước chúng có đủ khoảng trống để trương nở, q trình hịa tan diễn nhanh [3] b Khả tạo đặc, ổn định hệ nhũ tương Khả tạo đặc, giữ nước: Pectin có khối lượng phân tử lớn nên hịa tan vào dung dịch nhóm hoạt động phân tử tương tác với nước tạo thành lớp vỏ hydrate làm cho lực liên kết mắt xích phân tử yếu phân tử pectin bị xê dịch bị nhão ra, nước xâm nhập vào bên làm cho pectin trương lên Nếu pectin trương lên mà khơng rã pectin đóng vai trị chất giữ nước, cịn pectin bị rã hồn tồn tạo thành dung dịch nhớt pectin đóng vai trị chất tạo đặc [3] Khả ổn định nhũ tương: Pectin hòa tan pha liên tục làm tăng độ nhớt dung dịch, hạn chế khả chuyển động hệ phân tán, làm giảm va chạm chúng, từ giảm khả tạo giọt, ổn định pha phân tán pha liên tục Khả tạo đặc ổn định hệ nhũ tương hai tính chất kèm [3] Khả tạo nhũ: Phân tử pectin có nhóm ưa nước nhóm kị nước có khả hấp thụ lên bề mặt pha phân tán tạo thành lớp màng đặc bao quanh hạt pha phân tán, nhờ ngăn cản tạo giọt, phân pha [3] c Khả tạo gel Đặc tính quan trọng pectin mơi trường có mặt acid đường có khả tạo gel, tính chất ứng dụng phổ biến công nghệ sản xuất bánh kẹo Hai chế tạo gel pectin: chế tạo gel nhờ đường – acid chế tạo gel Ca2+ - Tạo gel theo chế acid – đường (HMP tạo gel liên kết hidro) Điều kiện để tạo gel : nồng độ đường lớn 50%, pH = – 3,5; nồng độ pectin từ 0,5 – 1% Đường có khả hút ẩm làm giảm khả mức độ hydrate hóa phân tử pectin dung dịch Ion H+ thêm vào (hoặc nhờ môi trường acid chế biến) trung hòa phần gốc COO- , làm giảm điện tích phân tử, phân tử tiến lại gần tạo liên kết phân tử tạo gel Trong trường hợp này, phân tử pectin liên kết với chủ yếu cầu nối hydro nhóm hydroxyl, kiểu liên kết không bền nên gel tạo thành có cấu trúc mềm dẻo tính di động phân tử khối gel [4] Cấu trúc gel phụ thuộc vào hàm lượng đường, hàm lượng acid hàm lượng pectin SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” + Đường thêm vào pectin đường saccharose, cần phải trì mơi trường acid để đun nấu xảy tượng thủy phân đường saccharose, ngăn cản trình kết tinh đường saccharose Tuy nhiên khơng nên trì mơi trường có pH q thấp pH q thấp xảy thủy phân lượng lớn đường saccharose gây kết tinh glucose hóa gel nhanh tạo nên cục vón + Khi cho pectin vào với lượng lớn q mức thích hợp gel tạo có cấu trúc cứng, dùng lượng pectin lớn cần phải tiến hành đun lâu để phân giải bớt pectin - Tạo gel theo chế tạo liên kết với Ca2+ (LMP) Điều kiện tạo gel: có mặt Ca2+ (ngay nồng độ pectin nhỏ 0,1%) miễn chiều dài phân tử pectin phải đạt mức độ định, gel tạo thành mà khơng cần có mặt đường acid Khi số methoxyl thấp tỉ lệ nhóm –COO- cao liên kết phân tử pectin liên kết ion qua ion hóa trị hai (đặc biệt ion Ca2+) Gel tạo thành nhờ chế tạo liên kết với Ca2+ thường có tính đàn hồi giống gel agar – agar, cấu trúc gel phụ thuộc vào nồng độ Ca2+ số methoxyl [4] 1.1.4 Ứng dụng pectin Pectin chất tạo gel quan trọng sử dụng để tạo cấu trúc gel cho thực phẩm Khả tạo gel sử dụng thực phẩm cần có ổn định nhiều pha Tác dụng tạo gel pectin sử dụng chủ yếu sản phẩm mứt trái mứt đông, tác dụng pectin tạo cấu trúc mứt đông mứt trái khơng bị thay đổi q trình vận chuyển, tạo mùi vị thơm ngon cho sản phẩm giảm phá vỡ cấu trúc Trong số trường hợp, pectin sử dụng với carrageenan để tăng hiệu qủa tạo gel Trong thực phẩm: pectin ứng dụng nhiều lĩnh vực thực phẩm - Ứng dụng trog chế biến nước cô đặc, nước không thịt - Dùng sản xuất mứt đông, mứt trái - Sử dụng sản xuất loại kẻo mềm,dẻo… - Làm màng bao thực phẩm Trong Y dược: pectin chất xơ hịa tan, khơng cung cấp lượng có nhiều giá trị phòng bệnh, chữa bệnh - Kéo dài thời gian tiêu hóa thức ăn ruột, có tác dụng tăng hấp thu dưỡng chất thức ăn Giảm béo (do tạo cảm giác no bụng kéo dài, giảm lượng ăn vào, giúp giảm cân người béo phì) SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” - Giảm hấp thu lipid, giảm cholesterol toàn phần máu, khống chế tăng đường huyết trước sau bữa ăn người có bệnh tiểu đường, chống táo bón, cầm máu, sát trùng - Hoa có nhiều pectin giúp thể hấp thu tốt acid hữu chất trung gian thúc đẩy chuyển hóa, tăng khả sử dụng chất dinh dưỡng thức ăn Ngồi , q trình lên men, chất pectin ứng dụng rộng rãi kỹ nghệ làm sợi đay, gai, dệt vải, làm bao tải 1.2 Tổng quan nguyên liệu sản xuất pectin Pectin có nhiều loại quả, chủ yếu tập trung phần vỏ quả bưởi, táo, vỏ chuối, vỏ dưa hấu… sương sâm nguyên liệu có hàm lượng pectin cao (khoảng 16,43%) [1] Sương sâm có tên khoa học Tiliacora triandra, loại thực vật có hoa có nguồn gốc địa Đông Nam Á dùng ẩm thực số quốc gia Thái Lan, Lào, Việt Nam [2] Hình 1.3 Lá sương sâm [2] Cây sương sâm gồm loại: Một loại có trơn láng, loại có hình tim có lơng mịn, cịn gọi sương sâm lơng (sương sâm mối) Riêng loại sương sâm lơng vị với nước cho sản phẩm nhanh đông làm thạch để ăn Sương sâm lơng thường mọc tự nhiên rừng, núi hay khu vườn hoang dại, nhiên thời gian gần có nhiều mơ hình trồng sương sâm lơng cách ươm hạt [2] Qua nghiên cứu trước sương sâm [1], xác định số thành phần hóa học sương sâm: nước (68,35%), protein (0,328%), đường khử (5,695%), cellulose (2,73%), pectn tổng (16,43%) Theo kinh nghiệm dân gian sương sâm có tính mát, cơng nhuận tràng, hạ nhiệt độ thể có tính giải độc Trong rễ sương sâm có chứa alcaloid tetrandrin, isochondrodendrin, homoaromalin, linacin, magnoflorin…, rễ sương sâm có vị đắng, có tính hàn, có tác dụng giải độc, giảm đau, tan ứ, lợi tiểu, giải nhiệt…[2] SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Trong dân gian, người ta sử dụng sương sâm để làm thạch, ăn có tác dụng giải nhiệt Ở số quốc gia khác Thái Lan, Lào… sương sâm cịn sử dụng loại rau thông dụng dùng bữa ăn hàng ngày Trong y học, sương âm có tác dụng để điều chế thuốc chống sốt rét, chống viêm, lợi tiểu… [2] 1.3 Các phương pháp sản xuất pectin Từ trước tới nay, pectin hợp chất nhiều nhà khoa học nước tiến hành nghiên cứu chiết xuất từ nhiều loại nguyên liệu với nhiều phương pháp khác như: - Phương pháp ngâm chiết thông thường: phương pháp chiết xuất pectin xuất sớm Việc chiết xuất pectin hồn tồn dựa vào dung mơi Đối với phương pháp trình chiết xuất pectin diễn lâu, nhiều thời gian, tốn nhiều dung môi, nhiên tính chất sản phẩm pectin khơng thay đổi nhiều so với phương pháp khác [5] - Phương pháp ngâm chiết nhiệt: Với phương pháp này, tác động nhiệt độ thúc đẩy trình chiết pectin diễn nhanh Tuy nhiên, với điều kiện nhiệt độ cao, thời gian chiết kéo dài làm ảnh hưởng đến tính chất pectin [5] - Chiết xuất pectin phương pháp siêu âm: Để rút ngắn thời gian trình chiết xuất pectin siêu âm phương pháp nhà nghiên cứu tìm Phương pháp siêu âm phương pháp sử dụng sóng siêu âm để làm phá vỡ tế bào, đẩy nhanh trình chiết Với phương pháp siêu âm làm tăng sản lượng tỷ lệ khai thác pectin giảm thời gian, nhiên với phương pháp pectin tạo có khả tạo gel mà tăng cường độ tác động siêu âm kéo dài thời gian siêu âm [6][7] - Chiết xuất pectin có hỗ trợ vi sóng: phương pháp nhiều nhà khoa học nghiên cứu có khả làm tăng đáng kể suất chất lượng pectin chiết xuất điều giải thích rằng: Khi sử dụng vi sóng làm tác nhân hỗ trợ cho trình chiết xuất pectin tác dụng xạ nhiệt vi sóng có thủy phân phần mô thực vật, thủy phân protopectin khử hoạt tính nhanh enzyme pectolytic nguyên liệu [8][9] Trên số phương pháp sản xuất pectin nghiên cứu giới nói chung Việt Nam nói riêng Mỗi phương pháp có mặt mạnh riêng bên cạnh tồn vài hạn chế Do đó, để kết hợp điểm mạnh hạn chế điểm yếu số phương pháp tiến hành SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” phương pháp chiết xuất pectin pectin theo phương pháp ngâm chiết nhiệt có hỗ trợ sóng siêu âm 1.4 Tổng quan phương pháp trích ly Trích ly q trình hóa lí tách cấu tử khỏi hỗn hợp nhờ dung môi Dung mơi sử dụng cần phải hịa tan chọn lọc số chất hỗn hợp nhằm khai thác, thu nhận chất có giá trị nguyên liệu, thu nhận sản phẩm mong muốn [10] Có dạng trích ly trích ly lỏng (trích ly chất hịa tan hỗn hợp lỏng) trích ly rắn (trích ly chất có chất rắn) 1.4.1 Cơ sở q trình trích ly Q trình trích ly dựa sở độ hịa tan khơng đồng chất có hỗn hợp dung mơi hay dung mơi khác Trích ly q trình khuếch tán hiệu số chênh lệch nồng độ chất hòa tan hòa tan hai pha tiếp xúc động lực trình Chất tan (cấu tử cần trích ly) di chuyển từ nơi có nồng độ cao pha đến nơi có nồng độ thấp pha khác [10] Quá trình trích ly thực hay khơng cân phân bố chất hỗn hợp cần tách dung môi Trong ngành công nghệ thực phẩm q trình trích ly q trình hịa tan chất nằm nguyên liệu vào dung môi, q trình hịa tan xảy đạt đến độ cân nồng độ dịch trích ly chất bên [10] 1.4.2 Dung môi q trình trích ly Dung mơi sử dụng q trình trích ly ngành cơng nghệ thực phẩm phải đạt u cầu sau: - Có tính hịa tan chọn lọc – hòa tan thành phần cần tách khỏi hỗn hợp - Không gây tác dụng hóa học với thành phần có nguyên liệu - Không phá hủy thành phần sản phẩm q trình bảo quản - Dung mơi phải dễ tách sau q trình trích ly khơng gây ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau trích ly - Khơng độc hại, khơng ăn mịn thiết bị - Rẻ tiền dễ kiếm 1.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly - Sự chênh lệch nồng độ hai pha lớn trình trích ly thuận lợi diễn nhanh chóng Do tiến hành q trình trích ly cần phải tìm biện pháp để làm tăng chênh lệch nồng độ pha [10] - Diện tích tiếp xúc dung mơi ngun liệu lớn q trình trích ly diễn nhanh chóng Do đó, trước tiến hành q trình trích ly cần phải xử SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” lý nguyên liệu nhiều cách khác để làm tăng diện tích tiếp xúc pha [10] - Độ ẩm nguyên liệu lớn q trình trích ly diễn khó khăn ẩm làm cản trở dung môi thấm vào nguyên liệu Chính thế, trước tiến hành ngâm chiết cần phải tiến hành làm giảm ẩm nguyên liệu [10] - Nhiệt độ dung mơi lớn trình chiết diễn thuận lợi nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán chất tan vào dung mơi (do nhiệt độ cao độ nhớt dung dịch giảm) nhiệt độ cao ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Tùy loại nguyên liệu, loại cấu tử cần tách mà tiến hành chọn loại dung môi, chọn cách tiến hành xử lí nguyên liệu khác để thu hiệu suất cao nhất, chất lượng cao 1.5 Tổng quan sóng siêu âm Lâu nay, siêu âm biết đến với ứng dụng ngành y học Riêng với ngành công nghệ thực phẩm gần đây, nhiều nhà nghiên cứu tiến hành nghiên cứu trình chiết xuất chất phương pháp siêu âm có pectin Siêu âm mang lại nhiều ưu điểm so với phương pháp ngâm chiết truyền thống giảm hàm lượng dung môi, rút ngắn thời gian, giảm nhiệt độ chiết tách, dễ tự động hóa… 1.5.1 Các đặc tính sóng siêu âm Siêu âm dạng sóng học hình sin, hình thành lan truyền dao động phân tử khơng gian, có tần số lớn giới hạn ngưỡng nghe người ( 16 – 20 kHz) Sóng siêu âm chia làm vùng tần số chính: - Sóng siêu âm có tần số cực thấp gọi vùng hạ âm (infrasound ) có tần số nhỏ 16Hz - Sóng siêu âm có tần số nghe (audible sound) có tần số khoảng 16Hz – 20kHz - Sóng siêu âm (ultrasound) có tần số lớn 20kHz Hình 1.4 Các khoảng tần số sóng siêu âm [11] SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngơ Thị Minh Phương 10 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Phân loại sóng siêu âm: Theo phương pháp dao động người ta chia sóng siêu âm làm hai loại sóng ngang sóng dọc - Sóng dọc: sóng mà phương giao động phần tử môi trường trùng với tia sóng, sóng dọc xuất mơi trường chịu biến dạng thể tích nên sóng truyền mơi trường rắn, lỏng khí [11] - Sóng ngang: sóng mà phương dao động phần tử môi trường vuông góc với tia sóng Sóng ngang xuất mơi trường có tính đàn hồi hình dạng, có vật rắn [11] Các đặc tính vật lí sóng siêu âm [12]: - Chu kì siêu âm T(m/s): khoảng thời gian cần thiết để sóng siêu âm thực q trình nén giãn (hay cịn gọi dao động) Có hai cách phát sóng siêu âm: phát sóng liên tục (tức thời gian phát sóng siêu âm liên tục) phát gián đoạn (là thời gian phát sóng xen lẫn với thời gian gừng phát sóng) - Biên độ siêu âm (A): thay đổi độ lớn thực thể vật lí - Tần số sóng: số dao động phân tử diễn đơn vị thời gian (hay nói cách khác tần số sóng số chu kì dao động lặp lại giây) Đơn vị tần số Hert (Hz), vịng/giây Trong hóa học thường sử dụng sóng siêu âm có tần số từ 20kHz – 45kHz Hình 1.5 Biểu diễn sóng siêu âm theo thời gian [11] - Bước sóng λ(m): quãng đường mà sóng truyền sau chu kì, hay cịn gọi khoảng cách ngắn hai điểm có dao động pha - Công suất siêu âm P (W hay mW): mức lượng truyền từ đầu dò vào môi trường - Cường độ siêu âm I (W/cm2 mW/cm2): biểu thị lượng sóng siêu âm đơn vị diện tích SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 11 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” 1.5.2 Nguyên lí xử lí mẫu sóng siêu âm Sóng siêu âm cường độ cao truyền vào lòng chất lỏng gây nên kích thích mãnh liệt Tại bề mặt tiếp xúc hai pha lỏng - rắn hay khí-rắn, sóng siêu âm gây nên hỗn loạn cực độ tạo thành vi xoáy Hiện tượng làm giảm ranh giới pha, tăng cường truyền khối đối lưu thúc đẩy xảy khuếch tán vài trường hợp mà khuấy trộn thông thường không đạt [13] Hiện tượng sủi bóng (cavitation) : sóng siêu âm tạo dao động học tần số cao 15kHz Khi truyền môi trường lỏng, phân tử trường siêu âm trải qua chu trình nén (compression) duỗi (rarefaction) dao động lan truyền cho phần tử kế cận Khi nặng lượng đủ lớn, chu trình duỗi, tương tác phân tử vượt lực hấp dẫn nội lỗ hổng nhỏ lịng chất lỏng hình thành (theo Kuldiloke J., 2002) Hiện tượng vỡ bóng: Khi chúng đạt đến thể tích mà chúng khơng cịn hấp thu lượng, chúng vỡ cách đột ngột nhanh chóng Trong suốt q trình vỡ, nhiệt độ áp suất tăng lên cao ( khoảng 4000K 1000atm) 1.5.3 Nguyên tắc hoạt động sóng siêu âm Khi xun qua mơ, sóng siêu âm bị hấp thụ phần chuyển thành nhiệt Phần lớn lượng sóng siêu âm chuyển thành (làm rung) Sự rung kéo dài làm vỡ bọt khí chỗ Dưới tác dụng siêu âm, dung môi hốc nhỏ nguyên liệu bị sủi bọt, đẩy chất cần thiết khỏi nguyên liệu, chất tan vào dung môi [14] Sử dụng thiết bị siêu âm trình chiết tách giúp làm giảm thời gian, nhiệt độ từ nâng cao hiệu kinh tế, thiết bị siêu âm tương đối đơn giản, bảo quản vận hành đơn giản, thiết bị không đắt tiền Tuy nhiên có số nhược điểm dung mơi khó làm q trình chiết, thời gian lọc rửa dịch chiết kéo dài nên tốn nhiều dung môi, làm lượng dịch chiết dịch chiết bị nhiễm bẩn, đầu dị bị thối hóa theo thời gian sử dụng ảnh hưởng đến hiệu suất chiết 1.5.4 Ứng dụng sóng siêu âm vai trị sóng siêu âm nghiên cứu Siêu âm lĩnh vực nghiên cứu có tiềm phát triển ngành cơng nghệ thực phẩm Sóng siêu âm có tần số từ 20kHz đến 25kHz thường ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Có hai lĩnh vực ứng dụng cơng nghiệp thực phẩm : - Siêu âm tần số cao lượng thấp: gọi siêu âm chẩn đoán, khoảng tần số 20-60MHz Phần sử dụng kỹ thuật phân tích, khơng SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 12 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” làm phá hủy cấu trúc mẫu, điều ứng dụng để xác định tính chất thực phẩm, đo tốc độ dòng chảy, kiểm tra bao gói thực phẩm,… (Floros,J.D,1994) - Siêu âm tần số thấp siêu âm lượng cao (2MHz-10MHz): ứng dụng rộng rãi trình hỗ trợ hàng loạt lĩnh vực như: kết tinh, sấy, khí, trích ly, lọc, đồng hóa, làm mềm thịt, q trình oxi hóa, q trình tiệt trùng … (Floros,J.D,1994) Trong q trình nghiên cứu chiết xuất pectin từ sương sâm, sóng siêu âm đóng vai trị hỗ trợ làm phá vỡ tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho trình ngâm chiết nhiệt sau, giúp làm rút ngắn thời gian trình ngâm chiết, đồng thời với trình siêu âm hỗ trợ thời gian ngắn, làm giảm chi phí lượng Từ tăng hiệu q trình chiết xuất pectin 1.5.5 Thiết bị siêu âm LABSONIC®P Để hỗ trợ cho q trình nghiên cứu, tơi sử dụng thiết bị siêu âm LABSONIC®P Thiết bị phát sóng siêu âm LABSONIC®P sử dụng thuộc dạng sóng dọc có tần số thấp f = 24kHz Nguyên lí làm việc máy: Thiết bị sản sinh rung động học dọc với tần số 24KHz Bộ phận phát điện làm nhiệm vụ chuyển đổi lượng điện thành lượng âm thanh, dao động theo phương thẳng đứng chuyển chúng vào môi trường cần xử lý sóng siêu âm với sức mạnh lớn Sự hình thành bong bóng nước sở ứng dụng cho nhiệm vụ giải sinh vật học, y học, hóa học, kỹ Hình 1.6 Máy siêu âm sử dụng nghệ lĩnh vực khác nghiên cứu Các thông số cài đặt thiết bị biên độ chu kì Hai thơng số điều chỉnh lượng siêu âm thiết bị thay đổi - Biên độ (Amplitude): giá trị biên độ cài đặt thơng qua núm vặn AMPLITUDE có chia vạch từ 20-100% - Chu kì (cycle) : giá trị chu kì cài đặt thơng qua núm vặn CYCLE có chia vạch từ 0-1 Chế độ phát xung (chu kì) tỉ lệ thời gian xử lý siêu âm thời gian tạm dừng siêu âm, từ 10-100% giây SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 13 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” 1.6 Ứng dụng pectin làm chất ổn định chế biến nectar ổi 1.6.1 Chất ổn định công nghệ thực phẩm Trong cơng nghệ thực phẩm, có nhiều phụ gia có chức làm chất ổn định, làm dày, làm đặc khác như: Agar (Thạch trắng) phụ gia vừa có chức ổn định, nhũ hóa, vừa chất độn [15]; Carrageenan muối Na, K, NH4 chất đóng vai trị chất nhũ hóa, ổn định; loại gơm khác gơm Xathan, gơm Karava, gơm Tara… có vai trị chất ổn định Ngồi cịn số chất ổn định khác Carbonxyl methyl Cellulose (CMC), gelatin thực phẩm… pectin phụ gia đóng vai trị làm chất ổn định chế biến loại thực phẩm [15] Riêng pectin chế ổn định hệ nhũ tương pectin chủ yếu dựa vào độ hịa tan pha liên tục làm tăng độ nhớt dung dịch, hạn chế khả chuyển động hệ phân tán, làm giảm va chạm chúng, từ giảm khả tạo giọt, ổn định pha phân tán pha liên tục Khả tạo đặc ổn định hệ nhũ tương hai tính chất kèm pectin 1.6.2 Nectar Nectar tên sử dụng cho sản phẩm nước trái có thành phần trái ép từ 25% trở lên, có chứa dịch ép phần thịt có kích thước từ 0,5 – 0,75 mm [16] Nectar sản phẩm giàu chất dinh dưỡng, vitamin, chất xơ mà đặc biệt chất chống oxy hóa tự nhiên có loại rau cần thiết cho sức khỏe Hình 1.7 Sản phẩm nectar cam Hình 1.8 Sản phẩm nectar xoài Theo TCVN 7946 : 2008, nectar dịch chưa bị lên men lên men cách thêm nước, có bổ sung không bổ sung đường, mật ong và/hoặc xirô, và/hoặc chất phụ gia tạo liệt kê Tiêu chuẩn chung phụ gia thực phẩm (GSFA) hay hỗn hợp chúng Tất chất thơm, thành phần SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 14 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” hương dễ bay hơi, thịt tế bào phải khôi phục lại cho loại thu lại biện pháp vật lý thích hợp bổ sung Ngoài ra, sản phẩm phải đáp ứng yêu cầu quy định nectar Nguyên liệu để làm nectar dịch tươi, puree (là sản phẩm chưa lên men lên men, thu biện pháp thích hợp nghiền, xay, lọc phần ăn được), hay puree cô đặc (là sản phẩm thu biện pháp vật lí để loại bỏ lượng nước vừa đủ từ puree để làm tăng độ Brix tới giá trị thấp 50%) Có nhiều loại nectar khác nhau, tùy thuộc vào loại nguyên liệu làm nên sản phẩm nectar mà có cách gọi tên khác nhau, thị trường có nhiều loại nectar nectar cam, táo, đào… nhiên sản phẩm nectar cần phải đạt tiêu chất lượng quy định tcvn 7946 : 2008 1.6.3 Giới thiệu ổi Ổi loại ăn thường xanh quanh năm, có tên khoa học Psidium guajava L, cịn có tên gọi khác Apple guava, Common guava (tên tiếng Anh), hay theo tên tiếng Pháp Goyavier [17] Quả ổi có nhiều hình dạng khác trịn, hình trứng, hình lê…Vỏ ổi cịn non có màu xanh, chín chuyển qua màu vàng, xanh nhạt, thịt ổi có màu trắng, vàng hồng tùy thuộc vào giống ổi Khi chín có vị chua ngọt có mùi thơm đặc trưng Ổi dùng để ăn tươi, làm mứt hay làm nước giải khát [17] Hình 1.9 Quả ổi Theo nơng nghiệp Hoa Kỳ, 100g phần ăn ổi có chứa chất bảng 1.1 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 15 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Bảng 1.1 Thành phần chất có mặt 100g phần ăn ổi [17] Quả ổi giống Apple Guava, tính theo 100g phần ăn STT Thành phần Hàm lượng Năng lượng 36 – 50 cal Hàm lượng nước 77 – 86 g Xơ tiêu hóa 2,8 – 5,5 g Protein 0,9 – 1,0 g Chất béo 0,1 – 0,5 g Tro 0,43 – 0,7 g Carbohydrat Calcium 9,1 – 17 mg Phospho 17,8 – 30 mg 10 Sắt 0,30 – 0,70 mg 11 Carotene ( Vitamin A) 200 – 400 I.U 12 Acid ascorbic ( Vitamin C) 200 – 400 I.U 13 Thiamin ( Vitamin B1) 14 Riboflavin (Vitamin B2) 0,03 – 0,04 mg 15 Niacin ( Vitamin B3) 0,6 – 1,068 mg 9,5 – 10 g 0,046 mg Ổi loại dễ trồng, Việt Nam gia đình có trồng ổi bên cạnh nhu cầu sử dụng ổi ổi cịn có nhiều tác dụng sức khỏe người chữa đau bụng… dân gian sử dụng lâu 1.7 Tình hình nghiên cứu nước giới liên quan đến đề tài 1.7.1 Tình hình nghiên cứu nước Hiện nay, Việt Nam có nhiều cơng trình nghiên cứu chiết xuất pectin từ loại nguyên liệu khác với phương pháp khác như: Năm 2008 Tạ Duy Tiên, Dương Thị Hương Giang Phan Thị Bích Trâm nghiên cứu chiết pectin từ dây hoàng với hiệu suất pectin thu nhận cao 9,63% điều kiện tách chiết dung mơi nước có pH = 85oC; Vào năm 2009, tác giả Bùi Anh Võ Nguyễn Đức Lượng tiến hành nghiên cứu trích li pectin từ vỏ cà phê, kết thu lượng pectin thô khoảng 16,25% so với nguyên liệu điều kiện dung môi acid H2SO4, nhiệt độ trích li 100oC, pH = 1, thời gian trích li SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 16 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Tuy nhiên, với phương pháp sử dụng sóng siêu âm vào việc sản xuất pectin từ nguồn nguyên liệu chưa nghiên cứu nhiều Về ứng dụng siêu âm việc chiết xuất pectin, có nghiên cứu thu nhận pectin từ vỏ bưởi sương sâm phương pháp siêu âm so sánh với phương pháp ngâm chiết thông thường cô Ngô Thị Minh Phương cô Trương Thị Minh Hạnh tiến hành nghiên cứu (2016) thu hàm lượng pectin từ vỏ bưởi 17,23 % điều kiện siêu âm biên độ 80%, chu kì 50%, thời gian 30 phút, nhiệt độ 40oC; pectin thu từ sương sâm với hàm lượng 16,87% ứng với điều kiện siêu âm: biên độ 80%, chu kì 70%, thời gian 20 phút, nhiệt độ 40oC Bên cạnh đó, việc nghiên cứu chiết xuất pectin từ sương sâm nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu pectin xây dựng quy trình sản xuất bột thạch từ sương sâm Trình Liên Vy (luận văn thạc sĩ kĩ thuật 2012) thu kết sau dung môi sử dụng acid citric với nồng độ 5%, tỉ lệ nguyên liệu : dung môi : 20 g/ml, nhiệt độ chiết 90oC, pH = 3, thời gian 60 phút thu pectin với hiệu suất chiết 15,87 %; Đề tài Nghiên cứu quy trình chiết tách pectin từ sương sâm ứng dụng tính chất tạo màng pectin tạo màng bao bọc nho Phạm Duy Phúc Trần Thị Vui (2015, hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học trường Cao đẳng Công nghệ - Đại học Đà Nẵng) thu kết chiết xuất pectin acid citric nồng độ 7%, nhiệt độ 90oC, pH = 4,5 với thời gian ngâm chiết 70 phút thu pectin với hàm lượng 16,43% Nhìn chung, Việt Nam chúng ta, việc ứng dụng siêu âm vào công nghệ chiết xuất pectin, đặc biệt pectin từ sương sâm cịn ít, chưa có nghiên cứu nghiên cứu chiết xuất pectin từ sương sâm với phương pháp ngâm chiết nhiệt có hỗ trợ siêu âm 1.7.2 Tình hình nghiên cứu giới Trên giới, việc ứng dụng sóng siêu âm vào q trình sản xuất pectin nghiên cứu nhiều ngày trở thành phương pháp sản xuất pectin phổ biến Có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng dụng sóng siêu âm để chiết xuất pectin từ nguồn nguyên liệu khác như: Đề tài Chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ phế thải Sisal (J Prakash Maran B Priya - 2015) với kết thu được: chiết xuất pectin từ phế thải Sisal điều kiện công suất siêu âm 61 W, nhiệt độ 50oC, thời gian 26 phút tỉ lệ nguyên liệu : dung môi : 28 (g/ml) thu pectin với hàm lượng 29,32% [18] Đề tài Ảnh hưởng siêu âm và/hoặc nhiệt đến chiết xuất pectin từ vỏ bưởi (Yuting Xu cộng - 2014) xác định điều kiện trình siêu âm hỗ trợ mật độ điện siêu âm 0,40 W/ml, chu kì siêu âm 50%, nhiệt độ ngâm chiết 60oC thời gian 51,79 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 17 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” phút thu pectin từ vỏ bưởi với suất lên đến 26,74% [19] Đề tài Tối ưu hóa phản ứng bề mặt siêu âm hỗ trợ đến trình chiết xuất pectin từ vỏ lựu (I.Ganesh Moorthy cộng - 2015) tìm điều kiện tối ưu tỉ lệ nguyên liệu : dung môi : 18 g/ml; pH = 1,3 với nhiệt độ 62oC thời gian 29 phút thu pectin từ vỏ lựu với suất 23,87 ± 0,28 % [20]… Trên giới, việc chiết xuất pectin từ nguồn nguyên liệu có hỗ trợ siêu âm áp dụng nhiều, nhiên chưa có nghiên cứu nghiên cứu việc chiết xuất pectin từ sương sâm Dựa vào tình hình nghiên cứu ngồi nước, thấy việc chiết xuất pectin trọng, ngày tìm nhiều nguồn nguyên liệu giàu pectin khác Nhưng nghiên cứu chiết xuất pectin từ sương sâm cịn ít, đặc biệt chưa có cơng trình nghiên cứu nghiên cứu việc hỗ trợ siêu âm cho trình ngâm chiết pectin từ sương sâm Chính vậy, tơi tiến hành nghiên cứu với đề tài “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 18 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Chương NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu Lá sương sâm thu mua địa bàn huyện Đại Lộc – tỉnh Quảng Nam Sau thu mua sương sâm xử lí sau: Lá sương sâm mua Làm sơ Sấy khơ Nghiền mịn Hình 2.1 Sơ đồ quy trình xử lí nguyên liệu sương sâm Lá sương sâm sau thu mua nhặt bỏ rác, vàng úa … để có nguồn nguyên liệu đảm bảo cho q trình nghiên cứu Sau đó, đem phơi héo nắng để rút ngắn thời gian sấy, sau phơi héo tiến hành sấy điều kiện 60oC khơ giịn nhằm giảm độ ẩm, kéo dài thời gian bảo quản mẫu Mẫu sau sấy đưa nghiện mịn, bảo quản điều kiện bình thường để phục vụ cho trình nghiên cứu Hình 2.2 Lá sương sâm sau phơi héo Hình 2.3 Bột sương sâm 2.2 Dụng cụ - hóa chất – thiết bị - Hóa chất: hóa chất sử dụng hóa chất có sẵn phịng thí nghiệm mua cơng ty cổ phần hóa chất vật tư khoa học kĩ thuật Thành Trung (khu cơng nghiệp Hịa Khánh – Liên Chiểu – Đà Nẵng) gồm: + Acid citric xuất xứ Trung Quốc (hãng Xilong) + Cồn 96o - cồn công nghiệp + KOH có xuất xứ Trung Quốc SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 19 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” - Dụng cụ, thiết bị hỗ trợ trình nghiên cứu gồm: + Thiết bị: Máy siêu âm, máy lọc chân không, máy cô đặc chân không, tủ sấy, máy đo pH, nhớt kế quay + Dụng cụ gồm có: Cân điện tử, bếp điện, nhiệt kế, Bx kế, bình tam giác 250ml, cốc thủy tinh 250ml, cốc thủy tinh 500ml, đũa thủy tinh, đĩa petri, phễu lọc, giấy lọc… Hình ảnh số thiết bị sử dụng trình nghiên cứu: Hình 2.4 Bơm lọc chân khơng Hình 2.5 Nhớt kế quay BROOKFIELD 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Xác định hàm lượng pectin nguyên liệu phương pháp canxi pectat a Nguyên tắc Phương pháp dựa sở tiến hành xà phịng hóa pectin dung dịch xút, sau tiến hành acid hóa thêm vào ion Ca2+, sau thu nhận kết tủa canxi pectat Kết tủa canxi pectat sau thu nhận đưa rửa, sấy khơ cân trọng lượng [14][21] b Hóa chất Dung dịch canxi clorua (CaCl2) 2N: Hòa tan 230 – 250 g CaCl2 bình định mức 1000 ml, sau thêm nước cất tới vạch Dung dịch NaOH 0,1N: Hòa tan g NaOH bình định mức 1000 ml, sau thêm nước cất tới vạch định mức Dung dịch acid acetic 1N: pha loãng 60,03 ml acid acetic nước cất bình định mức 1000 ml c Cách tiến hành SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 20 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Cho 0,15 g pectin nghiên cứu vào bình định mức 100 ml, sau thêm nước cất vào định mức đến vạch 100 ml để yên thời gian thu dung dịch đồng Hút 20 ml dung dịch pectin vừa định mức cho vào bình tam giác 250ml, thêm vào bình tam giác 100 ml dung dịch NaOH 0,1N để yên hỗn hợp vòng để qua đêm cho pectin bị xà phịng hóa hồn tồn thành acid pectic Thêm 50 ml dung dịch acid acetic 1N sau phút cho thêm 50 ml dung dịch CaCl2 2N vào để yên tiếp 1h Đun sôi phút hỗn hợp dung dịch sau lọc qua giấy lọc (giấy lọc đảm bảo không tan sấy khô đến khối lượng không đổi) Rửa kết tủa canxi pectat nước cất nóng hết ion Cl- (thử lại nước rửa với dung dịch bạc nitrat 1%) Sau rửa xong, tiến hành sấy giấy lọc kết tủa 105oC khối lượng không đổi, cân thu kết [21] d Tính tốn kết Lượng pectin lấy để xà phịng hóa (B) tính theo cơng thức sau [21]: B= Trong đó: W  V2 (g) V1 (2.1) W – khối lượng pectin lấy để pha thành dung dịch (g) V1 – Thể tích dung dịch pectin ban đầu (ml) V2 – Thể tích dung dịch pectin lấy để xà phịng hóa Hàm lượng pectin (P) tính theo cơng thức sau [21]: P= (m2 − m1 )  0,92  100 (%) B (2.2) Trong đó: m2 – Khối lượng giấy lọc có kết tủa (g) m1 - Khối lượng giấy lọc ban đầu (g) 0,92 – Hệ số tính chuyển đổi trừ hàm lượng canxi có kết tủa (nghĩa pectin chiếm 92% trọng lượng canxi pectat) 100 – Hệ số chuyển đổi phần trăm 2.3.2 Phương pháp sản xuất pectin phịng thí nghiệm Đề xuất quy trình sản xuất pectin phịng thí nghiệm từ sương sâm sơ đồ hình 2.6 [13] Thuyết minh quy trình: Ngun liệu bột khơ ngâm sơ vòng 10 phút với acid citric theo tỉ lệ bột : acid citric : 20 (g/ml) với nồng độ acid citric khảo sát khoảng – 7%, sau đưa siêu âm thiết bị siêu âm với điều kiện nghiên cứu: SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 21 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” thời gian siêu âm – 15 phút, chu kì siêu âm 70 – 90% Sau siêu âm xong, hỗn hợp bột lá, acid citric đưa sang giai đoạn ngâm chiết nhiệt điều kiện nghiên cứu: nhiệt độ ngâm chiết 70 – 90oC thời gian ngâm chiết 20 – 60 phút, Tối ưu hóa yếu tố (nồng độ acid citric, thời gian chu kì siêu âm) phương pháp quy hoạch thực nghiệm Nguyên liệu bột khô Acid citric (Khảo sát nồng độ) Ngâm sơ (10 phút) Tỉ lệ bột :acid citric = 1:20 Siêu âm Tối ưu hóa yếu tố ( nhiệt độ thời gian ngâm chiết) phương pháp quy hoạch thực nghiệm Ngâm chiết nhiệt Lọc vải Dung dịch KOH 0,2 N Bã Trung hòa pH = 4,5 - Cô đặc (60oC, Bx = 10) Cồn 96o Kết tủa (dịch : cồn = 1:2) Lọc chân không Dịch lọc Rửa kết tủa Sấy khô (60oC) Nghiền mịn Pectin thơ Hình 2.6 Sơ đồ quy trình sản xuất pectin phịng thí nghiệm giai đoạn q trình chiết xuất pectin từ sương sâm Sau kết thúc trình ngâm chiết nhiệt, đưa hỗn hợp lọc vải nhiều lần, loại bỏ SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 22 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” bã, thu dịch lọc Dịch lọc sau lọc vải trung hòa dung dịch KOH 0,2N để đưa pH dịch lọc pH khoảng 4,5 – Để loại bỏ bớt nước, tạo điều kiện thuận lợi cho trình kết tủa sau dịch lọc sau trung hịa đưa đặc máy cô đặc chân không điều kiện 60oC đặc đến Bx = 10 dừng lại Sau đặc xong tiến hành kết tủa pectin cồn 96o với tỉ lệ dịch : cồn : 2, để yên khoảng 10 phút sau đưa lọc thu nhận kết tủa máy lọc chân không Kết tủa sau lọc rửa nhiều lần với nước cất để loại bỏ dung mơi cịn sót lại Pectin sau rửa tủa mang sấy điều kiện 60oC khối lượng không đổi Pectin sau sấy nghiền mịn thành bột tạo thành pectin thô 2.3.3 Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận pectin độ nhớt dung dịch thu phương pháp quy hoạch thực nghiệm Với mục đích tìm điều kiện sản xuất pectin nhanh, hiệu giữ tính chất mong muốn sản phẩm pectin, tơi tiến hành nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng trình siêu âm hỗ trợ trình ngâm chiết nhiệt đến trình sản xuất pectin, cụ thể ảnh hưởng đến hiệu suất thu nhận pectin độ nhớt dung dịch pectin thu nhận a Tối ưu hóa yếu tố q trình siêu âm hỗ trợ điều kiện ngâm chiết không đổi phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố, mức, hàm mục tiêu Dựa vào nghiên cứu trước chiết xuất pectin từ sương sâm [13] lựa chọn yếu tố ảnh hưởng trình siêu âm là: Nồng độ acid citric ( x1 – C%), thời gian siêu âm ( x2 – phút) chu kì siêu âm ( x3 – %) Hai hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin (%) độ nhớt dung dịch pectin thu (cP) Tối ưu hóa phương pháp chập phi tuyến tính (sử dụng phần mềm hỗ trợ Design Expert 9) b Tối ưu hóa yếu tố q trình ngâm chiết nhiệt điều kiện siêu âm hỗ trợ không đổi phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố, mức, hàm mục tiêu Sau tối ưu hóa điều kiện trình siêu âm hỗ trợ, tiến hành tối ưu hóa q trình ngâm chiết nhiệt Dựa vào nghiên cứu trước chiết xuất pectin từ sương sâm [23], lựa chọn yếu tố ảnh hưởng trình ngâm chiết nhiệt là: Nhiệt độ ngâm chiết (x1 – oC) thời gian ngâm chiết ( x2 – phút) SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 23 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Hai hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin (%) độ nhớt dung dịch pectin thu (cP) Tối ưu hóa phương pháp chập phi tuyến tính (sử dụng phần mềm hỗ trợ Design Expert 9) 2.3.4 Xác định độ nhớt pectin thu nhận nhớt kế quay Pectin sau sấy xác định khối lượng, đưa pha thành dung dịch pectin có nồng độ 2% nước ấm có nhiệt độ khoảng 60oC Sau tiến hành hydrate hóa dung dịch pectin đưa đo độ nhớt thiết bị đo độ nhớt tự động nhớt kế quay HAT Brookfield Synchro Electric Các phép đo độ nhớt thực lần tốc độ 10, 12, 16, 20, 50 100 rpm để tìm tốc độ quay phù hợp Sau tìm tốc độ quay phù hợp tiến hành đo độ nhớt mẫu tốc độ quay xác định tiến hành đo lặp lần [24] 2.3.5 Xác định cấu trúc phân tử pectin thu nhận phương pháp phổ hồng ngoại FTIR (Fourier Transformation Infrared Spectrometer) a Nguyên tắc: Ở thiết bị biến đổi Fourier, xạ không bị tán sắc mà trái lại tất bước sóng đến detector lúc phương pháp biến đổi toán học (biến đổi Fourier) áp dụng để biến đổi kết thu thành phổ hồng ngoại thông thường Giống máy đo hồng ngoại khác, thiết bị FTIR sử dụng dụng cụ đo giao thoa (interferometer) thay cho máy đơn sắc Dụng cụ tách chùm tia hồng ngoại sau kết hợp lại cách cho phản xạ chùm sáng trở lại hệ thống thông qua hệ thống gương Do quãng đường chùm sáng thay đổi di chuyển qua gương nó, gặp lại hai chùm sáng giao thoa với theo kiểu tăng cường giảm tùy thuộc vào chênh lệch pha Do đó, cường độ xạ đến detector thay đổi tùy thuộc vào hiệu số đường ánh sáng hai chùm đồ thị thể cường độ lượng đo theo hiệu số đường quang học gọi phổ giao thoa (interferogram) Khi mẫu đặt vào đường chùm ánh sáng kết hợp trước detector, phân tử mẫu hấp thụ xạ tần số đặc trưng xạ đến detector bị thay đổi có mặt mẫu Sau nhờ phép biến đổi fourier, phổ giao thoa (thể mối quan hệ cường độ hiệu số quãng đường) chuyển đổi thành phổ hồng ngoại (thể mối quan hệ độ hấp thụ tần số) Phép biến đổi thực nhanh chóng nhờ máy tính [14][25] b Cách chuẩn bị mẫu: Phổ hồng ngoại đo với chất phân tích dạng rắn, dạng lỏng tinh khiết, dạng lỏng dung dịch đo dạng SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 24 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” - Ở dạng rắn: Nghiện nhỏ vài mg chất nghiên cứu với vài giạt parafin lỏng ép phần thu vào hai NaCl Hoặc trộn mẫu nghiên cứu thật đồng với KBr theo tỉ lệ : 10 : 100 ép thành viên mỏng suốt máy ép thủy lực Hoặc đo phổ chất rắn dạng màng lỏng cách làm nóng chảy chất nghiên cứu làm bay dung môi dung dịch chất nghiên cứu chất có khả tạo màng - Ở dạng lỏng tinh khiết: chuẩn bị mẫu cách ép giọt nhỏ chất lỏng nghiên cứu vào hai NaCl để có màng mỏng có độ dày khoảng 0,01 – 0,1 mm (gọi màng lỏng) - Ở dạng lỏng dung dịch: Hòa tan chất nghiên cứu dung mơi thành dung dịch có nồng độ – 5% Cho dung dịch dung môi nguyên chất vào hai cuver khác có bề dày 0,1 – mm Sau so sánh hai chùm tia qua dung dịch qua dung môi để loại vân hấp thụ dung môi - Ở dạng hơi: dạng hơi, mẫu nghiên cứu đưa vào ống đặc biệt có chiều dài khoảng 10 cm với hai đầu ống bịt kín NaCl [25] c Ứng dụng xác định cấu trúc phân tử Từ tần số vân phổ hấp thụ cho phép kết luận có mặt nhóm chức phân tử cần nghiên cứu cách so sánh phổ hồng ngoại với tập hợp phổ chuẩn xác định phổ trùng lặp [14][25] 2.3.6 Ứng dụng pectin làm chất ổn định chế biến nectar ổi a) Đề xuất quy trình sản xuất nectar ổi phịng thí nghiệm Sau nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu sản xuất nectar [26], đề xuất quy trình sản xuất nectar ổi phịng thí nghiệm hình 2.7 Thuyết minh quy trình: Lựa chọn giống ổi lê trồng Tiền Giang Quả ổi thu mua siêu thị Coopmark, tiến hành lựa ổi chín mềm Sau ổi mang rửa sạch, gọt vỏ, loại bỏ chỗ bầm, dập… Sau tiến hành xử lí sơ tiến hành chần ổi thời gian – phút điều kiện nhiệt độ khoảng 50 – 60oC, nhằm giúp phá vỡ liên kết, làm mềm cấu trúc làm cho thịt ổi mềm hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho trình xay sau; đồng thời, với điều kiện nhiệt độ cao giúp hạn chế số vi sinh vật có nguyên liệu giúp ức chế số enzyme oxy hóa, qua giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm ổi Ổi sau chần xong đưa xay nghiền mịn máy xay sinh tố mịn, đạt kích thước thịt nhỏ, đồng Tiếp theo trình xay, nghiền ta tiến hành chà, sử dụng rây lọc có kích thước lỗ rây khoảng 0,5 – 0,75 mm đế tiến hành lọc, sau chà nguyên liệu ổi chia làm hai phần: dịch chà với thịt ổi mịn, phần SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 25 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Nước Quả ổi Thanh trùng Xử lí sơ Bài khí, đóng nắp Chần Rót hộp Xay nghiền Đồng hóa Chà Phối chế Pectin, CaCl2, đường Hình 2.7 Sơ đồ quy trình sản xuất nectar ổi phịng thí nghiệm thứ hai bã chà chứa phần k sử dụng hạt, thịt ổi có kích thước lớn Sau q trình chà thu dịch chà thịt ổi, ta tiến hành phối chế nguyên liệu gồm ổi : đường : pectin : CaCl2 theo tỉ lệ 100g : 15g : (pectin hàm lượng khảo sát) : CaCl2 2% so với hàm lượng pectin bổ sung vào Dùng máy xay sinh tố để đồng hóa nguyên liệu bổ sung Sau đồng hóa xong tiến hành rót chai, đóng nắp tiến hành trùng điều kiện 85oC vòng 15 phút sau làm nguội đến nhiệt độ 35 – 45oC b) Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng pectin đến khả ổn định pha sản phẩm nectar ổi Pectin thu nhận sau trình nghiên cứu ứng dụng vào làm chất ổn định chế biến nectar ổi Để làm sản phẩm nectar ổi chọn thành phần nguyên liệu: ổi 100 g, đường 15 g, CaCl2 2% so với hàm lượng pectin bổ sung vào sản phẩm Tiến hành khảo sát hàm lượng pectin đến khả ổn định pha sản phẩm nectar ổi với tỉ lệ 0,4 – 0,6 – 0,8 – 1,0 % so với tổng khối lượng ổi đường bổ sung vào Bố trí thí nghiệm: với thí nghiệm khảo sát hàm lượng pectin bổ sung vào, tiến hành làm mẫu để quan sát khả tách pha 25 ngày Các mẫu nectar ổi sau làm trùng bảo quản điều kiện bình thường tiến hành quan sát khả tách pha sản phẩm theo thời gian – 10 – 15 – 20 – 25 ngày Cứ ngày tiến hành kiểm tra mẫu để quan sát khả ổn định mẫu có hàm lượng pectin khác nhau, đồng thời xác định khả biến đổi mùi, màu, vị sản SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 26 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” phẩm dựa việc đánh giá cảm quan Từ đó, xác định thời gian mà pectin ổn định sản phẩm thời gian hư hỏng sản phẩm 2.3.7 Đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm chất lượng sản phẩm Sản phẩm nectar sau tìm hàm lượng pectin bổ sung thích hợp xác định thời gian hư hỏng, đánh giá cảm quan phương pháp cho điểm chất lượng sản phẩm Phương pháp cho điểm chất lượng sản phẩm sử dụng để đánh giá tổng quát mức chất lượng sản phẩm nectar ổi so với tiêu chuẩn sản phẩm nectar dựa tiêu cảm quan màu sắc, mùi – vị, hình thái… Tình trạng chất lượng sản phẩm nectar đánh giá điểm giá trị điểm tăng theo mức tăng chất lượng [27] Trong tiêu cảm quan có vai trị khác chất lượng chung sản phẩm nên giá trị cho tiêu nhân thêm với giá trị tương ứng gọi hệ số trọng lượng, tiêu đóng vai trị quan trọng hệ số trọng lượng lớn so với tiêu quan trọng [27] Hệ số trọng lượng sản phẩm nước (sản phẩm nectar): màu – 1,2; Mùi – 1; Vị – 1; Hình thái – 0,8 Sản phẩm đánh giá theo hệ điểm 20 thang điểm thống từ – điểm Trong đó, điểm ứng với chất lượng sản phẩm “bị hỏng”, từ – điểm tương ứng với mức độ khuyết tật sản phẩm giảm dần, điểm coi sản phẩm khơng có sai lỗi khuyết tật [27] Theo thang điểm 20 chất lượng sản phẩm chia làm mức Bảng 2.1 Mức chất lượng sản phẩm theo hệ điểm 20 Mức Điểm Mức Điểm Tốt 18,6 – 20 Kém 7,2 – 11,1 Khá 15,2 – 18,5 Rất 4,0 – 7,1 Trung bình 11,2 – 15,1 Hỏng – 3,9 Người đánh giá dựa vào phiếu hướng dẫn điểm tiêu cảm quan, sau kết đánh giá cảm quan xử lí tính trung bình excell để tính điểm chất lượng cho sản phẩm SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 27 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xác định hàm lượng pectin có ngun liệu Sau q trình thí nghiệm xác định hàm lượng pectin nguyên liệu sương sâm phương pháp canxi pectat, thu kết sau: - Khối lượng giấy lọc sau sấy khô đến khối lượng không đổi m1 = 0,7616 g - Khối lượng giấy lọc kết tủa sau sấy đến khối lượng không đổi m2 = 0,7670g Từ kết thu tiến hành xử lí, tính tốn kết quả: Dựa vào cơng thức 2.1, ta tính lượng pectin lấy để xà phịng hóa (B): B= W  V2 0,15  20 = = 0, 03( g ) V1 100 Trong đó: W khối lượng pectin lấy để pha thành dung dịch ( W = 0,15g) V1 thể tích dung dịch pectin ban đầu (V1 = 100 ml) V2 thể tích dung dịch pectin lấy để xà phịng hóa (V2 = 20 ml) Dựa vào cơng thức 2.2, ta tính hàm lượng pectin (P) có nguyên liệu: P= (m2 − m1 )  0,92 100 (0,7670 − 0,7616)  0,92 100 = = 16,56(%) B 0,03 Trong đó: m2 khối lượng giấy lọc có kết tủa (m2 = 0,7670 g) m1 khối lượng giấy lọc ban đầu (m1 = 0,7616 g) 0,92 hệ số tính chuyển đổi trừ hàm lượng canxi có kết tủa 100 hệ số chuyển đổi % 3.2 Tối ưu hóa q trình siêu âm hỗ trợ điều kiện ngâm chiết cố định phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố, mức, hàm mục tiêu Theo quy trình cơng nghệ phần 2.3.2 tham khảo điều kiện trình ngâm chiết nhiệt [23], chọn điều kiện trình ngâm chiết (nhiệt độ ngâm chiết 85oC thời gian ngâm chiết 50 phút) Ở trình siêu âm, sau tham khảo tài liệu [13], chọn tiến hành quy hoạch thực nghiệm yếu tố ảnh hưởng với mức sau: - Nồng độ acid citric (Z1) = – 7% - Thời gian siêu âm (Z2) = – 15 phút - Chu kì siêu âm (Z3) = 50 – 90% Từ mức yếu tố, dựa vào công thức Zi0 = Zimax + Zimin (3.1) [22], ta tính mức yếu tố: Z10 = 5%, Z20 = 10 phút, Z30 = 70% SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 28 Đề tài: “Tối ưu hóa trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Khoảng biến thiên yếu tố tính theo cơng thức: i = Zimax − Zimin (3.2) [22] Dựa vào công thức 3.2 tính khoảng biến thiên yếu tố: λ1 = 2%, λ2 = phút, λ3 = 20% Tra bảng phụ lục 1, xác định α2 = 1,831 Suy α = ± 1,353 Cơng thức tính mức * yếu tố: Zi+ = Zi0 +  i (3.3) [22] Zi− = Zi0 −  i Dựa vào cơng thức 3.3 tính mức * yếu tố sau: Z1+α = 7,706 % Z2+α = 16,765 phút Z3+α = 97,06 % Z1-α = 2,294 % Z2-α = 3,235 phút Z3-α = 42,94 % Từ kết tìm mức điểm yếu tố ảnh hưởng trình siêu âm hỗ trợ sau: Bảng 3.1 Mức yếu tố ảnh hưởng trình siêu âm Mức * (+α) Yếu tố ảnh hưởng Mức (+1) Mức sở (0) Mức (-1) Mức * (-α) Nồng độ acid citric (x1) 7,706 2,294 Thời gian siêu âm (x2) 16,765 15 10 3,235 Chu kì (x3) 97,06 90 70 50 42,94 Từ mức yếu tố ảnh hưởng trình siêu âm hỗ trợ bảng 3.1, ta tiến hành xây dựng mơ hình thí nghiệm theo ma trận trực giao cấp Chọn số thí nghiệm tâm no = Số yếu tố ảnh hưởng k = Số thí nghiệm cần tiến hành N = 2k + 2k + no = 23 + 2x3 + = 17 (thí nghiệm) Các thí nghiệm xếp bảng 3.2 Chọn phương trình hồi quy có dạng [22]: y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b23x2x3 + b13x1x3 + b11x12 + b22x22 + b33x32 Sau tiến hành thí nghiệm theo mơ hình quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, thu kết sau: SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 29 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Bảng 3.2 Mơ hình thí nghiệm kết thí nghiệm theo mơ hình quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp STN x1 (C%) x2 (phút) x3 (%) y1 (%) y2 (cP) 15 90 12,460 5,20 15 90 12,410 5,42 90 10,370 7,61 90 12,750 8,93 15 50 16,570 5,64 15 50 11,640 6,20 7 50 16,660 4,86 50 11,640 5,94 7,506 10 70 18,843 6,72 10 2,294 10 70 17,714 19,60 11 16,765 70 11,500 6,36 12 3,235 70 11,907 12,12 13 10 97,06 12,105 11,58 14 10 42,94 11,481 8,50 15 10 70 16,770 20,34 16 10 70 17,100 22,38 17 10 70 17,400 21,02 Tiến hành lập ma trận thực nghiệm cấp II cấu trúc có tâm, yếu tố để xuất cột x12, x22, x32 Tiến hành đổi biến x12, x22, x32 thành biến x1’, x2’, x3’ dựa theo công thức đổi biến: X 'ju = X 2ju − 2k + 2 (3.4) N Thay α2 = 1,831, k = N = 17 vào công thức 3.4 ta có: x1’ = x12 – 0,686; x2’ = x22 – 0,686; x3’ = x32 – 0,686 Lập ma trận trực giao cấp II, k = 3, α2 = 1,831 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 30 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Bảng 3.3 Ma trận trực giao cấp II, k = 3, α2 = 1,831 kết thí nghiệm STN x0 x1 x2 x3 x1x2 x2x3 x1x3 x1’ x2’ x3’ y1(%) y2 (cP) 1 1 1 1 0,314 0,314 0,314 12,460 5,20 -1 1 -1 -1 0,314 0,314 0,314 12,410 5,42 1 -1 -1 -1 0,314 0,314 0,314 10,380 7,61 -1 -1 1 -1 -1 0,314 0,314 0,314 12,750 8,93 1 -1 -1 -1 0,314 0,314 0,314 16,580 5,64 -1 -1 -1 -1 0,314 0,314 0,314 11,640 6,20 1 -1 -1 -1 -1 0,314 0,314 0,314 16,660 4,86 -1 -1 -1 1 0,314 0,314 0,314 11,640 5,94 1,353 0 0 1,145 -0,686 -0,686 18,843 6,72 10 -1,353 0 0 1,145 -0,686 -0,686 17,714 19,60 11 1,353 0 0 -0,686 1,145 -0,686 11,500 6,36 12 -1,353 0 0 -0,686 1,145 -0,686 11,907 12,12 13 0 1,353 0 -0,686 -0,686 1,145 12,105 11,58 14 0 -1,353 0 -0,686 -0,686 1,145 11,481 8,70 15 0 0 0 -0,686 -0,686 -0,686 16,780 20,34 16 0 0 0 -0,686 -0,686 -0,686 17,100 22,38 17 0 0 0 -0,686 -0,686 -0,686 17,400 21,02 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 31 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Sau có bảng ma trận kết thí nghiệm, tiến hành tính tốn excell với cơng thức tính sau [22]: ✓Cơng thức tính hệ số b: N N b0' = y x u 0u u =1 N bj = y x u =1 N u x u =1 ju ju N y x b jl = u u =1 N  (x x (3.5) ju lu x )2 ju lu u =1 N b 'jj = y x ' ju  (x ) u u =1 N u =1 ' ju Với j ≠ l = 1,2,….,k; u = 1,2,….,N ✓ Công thức tính phương sai hệ số b: Sb2' = o Sth2 N x 0u u =1 Sb2j = Sth2 N x u =1 Sb2jl = ju N  (x u =1 Sb2' = jj (3.6) Sth2 x )2 ju lu Sth2 N  (x u =1 ' ju ) Với j ≠ k = 1,2,…N; u = 1,2,…,N Trong đó: Sth2 phương sai tái tính theo m lần lặp thí nghiệm tâm Sth2 = m ( yi − yi ) (3.7)  m − i =1 Với yi kết thí nghiệm thứ I thí nghiệm tâm yi trung bình kết thí nghiệm tâm ✓Cơng thức tính độ lệch chuẩn hệ số b: SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 32 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Sb' = Sb j = Sb jl = Sb' = jj Sth N Sth + 2 Sth k (3.8) 2k Sth 2k (1 − x 2j ) + 2( − x 2j ) + (2k − + n0 )( x 2j ) 3.2.1 Xây dựng mơ tả tốn học cho hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin Dựa vào cơng thức 3.5, tính hệ số b sau: b0’ = 14, 079 b1 = 0,786 b2 = 0,095 b3 = -0,658 b13 = -1,535 b12 = 0,293 b11’ = 1,081 b23 = 0,228 b22’ = -2,510 b33’ = -2,461 Dựa vào cơng thức 3.7, tính phương sai tái sau: Sth2 = 0, 096 Dựa vào công thức 3.6 3.8xác định độ lệch chuẩn hệ số sau: Sb0 = 0, 0752 Sbj = 0,0908 Sbjl = 0,1096 Sb' = 0,1198 jj Để kiểm tra mức ý nghĩa hệ số phương trình hồi quy ta sử dụng chuẩn Student Chuẩn Student tính theo cơng thức: ttn = bj Sb j (3.9) Dựa vào công thức 3.9 tính chuẩn số Student ứng với hệ số là: t’0 = 187,2285 t1 = 8,6585 t2 = ,0477 t3 = 7,2495 t12 = 2,6683 t23 = 2,0753 t13 = 14,0028 t11’ = 9,0284 t22’ = 20,9594 t33’ = 20,5512 Tra bảng phụ lục 2, tìm chuẩn số Student p = 0,05, f = 2, t(0,05;2) = 4,3 So sánh ttn tb, ta thấy hệ số b2, b12, b23 có ttn nhỏ tb nên bị loại khỏi phương trình hồi quy Phương trình hồi quy hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin (y1) gồm hệ số sau: b’0 = 14,079 b1 = 0,786 b3 = -0,658 b13 = -1,535 b11’ = 1,081 b22’ = -2,510 b33’ = -2,461 Phương trình hồi quy có dạng : y1’ = 14,079 + 0,786x1 – 0,658x3 – 1,535x1x3 + 1,081x1’ – 2,510x2’ – 2,461x3’ (3.10) SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 33 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Biến đổi trở lại, ta có phương trình hồi quy cho hàm mục tiêu hàm lượng: y1 = 16,7474 + 0,786x1 – 0, 658x3 – 1,535x1x3 + 1,081x12 – 2,510x22 – 2,461x32 (3.11) Kiểm tra tương thích phương trình 3.11 với thực nghiệm Sự tương thích phương trình với thực nghiệm kiểm định theo tiêu chuẩn Ftn = Fisher (F): S du2 (3.12) Sth2 N Trong đó, S du phương sai dư, tính theo công thức: S du = (y u =1 u − yu' ) (3.13) f du Với: yu giá trị thực nghiệm thí nghiệm thứ u ghi bảng 3.3 yu’ giá trị tính theo phương trình hồi quy ứng với điều kiện thứ u fdu bậc tự để tính phương sai dư: fdu = N – L = 17 – = 10 N số thí nghiệm phương án (N = 17) L số hệ số có nghĩa phương trình hồi quy (L = 7) Bảng 3.4 Kết thực nghiệm kết tính theo phương trình hồi quy 3.11 STN 10 11 12 13 14 15 16 17 y1 12,460 12,410 10,380 12,750 16,580 11,640 16,660 11,640 18,843 17,714 11,500 11,907 12,105 11,481 16,780 17,100 17,400 y1’ 11,4505 12,9485 11,4505 12,9485 15,8365 11,1945 15,6385 11,1945 19,7899 17,6629 12,1527 12,1527 11,3521 13,1327 16,7475 16,7475 16,7475 (y1 – y1’) 1,010 -0,538 -1,071 -0,198 0,743 0,446 1,022 0,446 -0,947 0,051 -0,653 -0,246 0,753 -1,652 0,033 0,353 0,653 (y1 – y1’)2 1,0191 0,2900 1,1460 0,0394 0,5528 0,1985 1,0435 0,1985 0,8966 0,0026 0,4260 0,0604 0,5669 2,7281 0,0011 0,1243 0,4258 Thay giá trị vào cơng thức 3.10 ta tính kết sau: Sdu2 = 0,9354 Dựa vào công thức 3.12 ta tính Ftn: Ftn = 9,730 Tra bảng phụ lục 3, tìm giá trị Fb p = 0,05; f1 = 10; f2 = Fb = 19,3 So sánh Fb Ftn ta thấy Ftn < Fb, phương trình 3.11 phương trình phù hợp với mơ hình thực nghiệm có hệ số r2 = 0,9378 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 34 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” 3.2.2 Xây dựng mơ tả tốn học cho hàm mục tiêu độ nhớt dung dịch pectin thu nhận Dựa vào cơng thức 3.5, tính hệ số b sau: b0’ = 10,507 b3 = 0,722 b1 = -1,767 b12 = 0,203 b2 = -1,087 b23 = -0,870 b13 = 0,013 b33’ = -3,312 b11’ = -3,663 b22’ = -5,804 Dựa vào cơng thức 3.7, tính phương sai tái sau: Sth2 = 1, 079 Dựa vào công thức 3.6 3.8 xác định độ lệch chuẩn hệ số sau: Sb0 = 0, 2519 Sbj = 0,3042 Sbjl = 0,3672 Sb' = 0, 4012 jj Dựa vào cơng thức 3.9 tính chuẩn số Student ứng với hệ số là: t’0 = 41,7069 t1 = 5,8095 t2 = 3,5729 t3 = 2,3728 t12 = 0,5514 t23 = 2,3690 t13 = 0,0340 t11’ = 9,1294 t22’ = 14,4661 t33’ = 13,2409 Tra bảng phụ lục 2, tìm chuẩn số Student p = 0,05, f = 2, t(0,05;2) = 4,3 So sánh ttn tb, ta thấy hệ số b2, b3, b12, b23, b13 có ttn nhỏ tb nên bị loại khỏi phương trình hồi quy Phương trình hồi quy hàm mục tiêu độ nhớt dung dịch pectin thu nhận (y2) gồm hệ số sau: b’0 = 10,507 b1 = -1,767 b11’ = -3,663 b22’ = -5,804 b33’ = -5,312 Phương trình hồi quy có dạng : y2’ = 10,507 – 1,767x1 – 3,663x1’ – 5,804x2’ – 5,312x3’ (3.14) Biến đổi trở lại, ta có phương trình hồi quy cho hàm mục tiêu hàm lượng: y2 = 20,645 – 1,767x1 – 3,663x12 – 5,804x22 – 5,312x32 (3.15) Kiểm tra tương thích phương trình 3.12 với thực nghiệm Sự tương thích phương trình với thực nghiệm kiểm định theo tiêu chuẩn Fisher (F) Dựa vào kết thực nghiệm kết tính theo phương trình hồi quy 3.15 bảng 3.5 ta tính được: Thay giá trị vào cơng thức 3.13 ta tính kết sau: Sdu2 = 7,3681 Dựa vào cơng thức 3.12 ta tính Ftn: Ftn = 6,8290 Tra bảng phụ lục 3, tìm giá trị Fb p = 0,05; f1 = 12; f2 = Fb = 19,4 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 35 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Bảng 3.5 Kết thực nghiệm kết tính theo phương trình hồi quy 3.15 STN y2 y2’ (y2 – y2’) (y2 – y2’)2 5,20 4,0990 1,1010 1,2122 5,42 7,6330 2,2130 4,8974 7,61 4,0990 3,5110 12,3271 8,93 7,6330 1,2970 1,6822 5,64 4,0990 1,5410 2,3747 6,20 7,6330 1,4330 2,0535 4,86 4,0990 0,7610 0,5791 5,94 7,6330 1,6930 2,8662 6,72 11,5487 4,8287 23,3163 10 19,60 16,3302 3,2698 10,6916 11 6,36 10,0201 3,6601 13,3963 12 12,12 10,0201 2,0999 4,4096 13 11,58 10,9208 0,6592 0,4345 14 8,70 10,9208 2,2208 4,9320 15 20,34 20,6450 0,3050 0,0930 16 22,38 20,6450 1,7350 3,0102 17 21,02 20,6450 0,3750 0,1406 So sánh Fb Ftn ta thấy Ftn < Fb, phương trình 3.15 phương trình phù hợp với mơ hình thực nghiệm với hệ số r2 = 0,9006 Sau xác định phương trình hồi quy 3.11 3.15 phù hợp với mơ hình thực nghiệm, tiến hành tối ưu hóa phương pháp chập phi tuyến tính, sử dụng phần mềm hỗ trợ Design Expert để xác định điều kiện tối ưu trình siêu âm hỗ trợ Điều kiện siêu âm hỗ trợ tối ưu: - Nồng độ acid citric (C%): 5,26% - Chu kì siêu âm (%): 68,84% - Thời gian siêu âm (phút): 9,85 phút Với điều kiện siêu âm trên, kết hợp với trình ngâm chiết điều kiện 85oC thời gian 50 phút, ta thu pectin với hàm lượng 16,8968% độ nhớt dụng dịch 20,327cP Dựa vào bảng số liệu kết quy hoạch thực nghiệm 3.2 hai phương trình hồi quy 3.11, 3.15 ta thấy: SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 36 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” - Đối với hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin (phương trình 3.11) thấy mối quan hệ yếu tố ảnh hưởng Cả ba yếu tố (nồng độ acid citric, thời gian siêu âm chu kì siêu âm) có ảnh hưởng đến hàm lượng pectin thu nhận Trong đó, nồng độ acid citric chu kì siêu âm có mối quan hệ tác động lẫn Trong ba yếu tố acid citric yếu tố có ảnh hưởng so với yếu tố lại Muốn tăng hiệu suất thu nhận pectin, theo phương trình 3.8 ta cần tiến hành tăng nồng độ acid citric đồng thời giảm thời gian siêu âm chu kì siêu âm xuống - Đối với hàm mục tiêu độ nhớt dung dịch pectin thu nhận (phương trình 3.15), ta thấy chu kì siêu âm, thời gian tiến hành trình siêu âm ảnh hưởng mạnh so với nồng độ acid citric Các yếu tố ảnh hưởng độc lập với đến độ nhớt Muốn tăng độ nhớt dung dịch pectin thu nhận cần tiến hành giảm đồng thời mức ảnh hưởng yếu tố - Chu kì siêu âm: tăng chu kì siêu âm từ 50 – 70% hàm lượng pectin có xu hướng tăng dần, hàm lượng pectin cao tập trung chủ yếu thí nghiệm có chu kì siêu âm 70% Tuy nhiên, tăng chu kì siêu âm từ 70 – 90% hàm lượng pectin khơng tăng lên nhiều sau có xu hướng giảm dần hàm lượng pectin Điều giải thích sau: Ở thực vật, pectin chủ yếu tồn chủ yếu dạng liên kết thành tế bào, sóng siêu âm truyền vào mơi trường chu kì kéo nén liên tiếp tạo thành Trong điều kiện bình thường, phân tử chất lỏng môi trường gần nhờ liên kết hóa học Khi có sóng siêu âm tác động vào chu kì nén làm cho phân tử môi trường lỏng nén lại gần nhau, chu kì kéo chúng bị tách áp lực chu kì kéo lớn so với liên kết phân tử nên phân tử bị tách tạo thành bọt khí nhỏ Các bọt khí nhỏ trở thành hạt nhân tượng xâm thực khí (theo Kuldiloke J., 2002) Do đó, có sóng siêu âm tác động vào bọt khí Hình 3.1 Kết xử lí số liệu phần mềm Design Expert SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 37 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” công vào nguyên liệu, làm phá vỡ liên kết phân tử, tạo điều kiện thuận lợi cho q trình trích ly pectin diễn dễ dàng nhanh Nhưng tác động sóng siêu âm mức thấp khơng đủ khả để phá vỡ hết toàn tế bào ngun liệu, cịn tác động sóng siêu âm lớn dẫn đến tượng cắt đứt mạch pectin, làm pectin hòa tan vào mơi trường, hiệu suất thu nhận pectin giảm đi, đồng thời với việc cắt đứt mạch pectin làm giảm trọng lượng phân tử pectin, điều dẫn đến việc tiến hành siêu âm mức cao độ nhớt dung dịch pectin giảm trọng lượng phân tử pectin giảm - Thời gian siêu âm: dựa vào hai phương trình 3.11 3.15, thấy thời gian yếu tố quan trọng, ảnh hưởng nhiều đến trình siêu âm Muốn tăng hàm lượng pectin thu nhận nâng cao độ nhớt cho dung dịch pectin thu cần phải giảm thời gian siêu âm lại đến mức thích hợp Cũng chu kì siêu âm, thời gian siêu âm định đến hiệu trình Khi tiến hành siêu âm thời gian ngắn, tác động sóng siêu âm việc phá vỡ nguyên liệu chưa đủ, hàm lượng pectin thu nhận chắn khơng cao q trình chiết diễn khơng hồn tồn (khi siêu âm điều kiện thời gian phút hàm lượng pectin thu độ nhớt dung dịch mức không cao) Nhưng tiến hành siêu âm thời gian dài tác động trình siêu âm đến nguyên liệu lâu, phần làm gây tiêu tốn lượng, mặt khác siêu âm lâu tác động tiêu cực đến cấu trúc phân tử pectin phân cắt mạch phân tử, làm giảm trọng lượng phân tử pectin, khả thu nhận pectin thấp đồng thời độ nhớt dung dịch pectin giảm Ở mức thời gian siêu âm 10 phút (theo bảng kết thí nghiệm 3.3) thu pectin với hàm lượng cao độ nhớt cao so với mức thời gian siêu âm phút hay 15 phút - Nồng độ acid: Nồng độ acid citric góp phần ảnh hưởng đến hàm lượng độ nhớt của sản phẩm pectin thu nhận mức độ ảnh hưởng nồng độ acid citric yếu so với hai yếu tố thời gian chu kì siêu âm Theo phương trình tối ưu 3.11 3.15 ta thấy hàm lượng pectin thu tăng tăng nồng độ acid tăng nồng độ acid độ nhớt dung dịch giảm Điều giải thích sau: Trong mơi trường acid có mặt ion H+ làm giảm điện tích phân tử pectin, từ hạn chế giãn mạch pectin làm cho độ nhớt dung dịch giảm, pectin nguyên liệu dễ khuếch tán vào dung mơi hơn, mơi trường acid góp phần chuyển hóa protopectin thành pectin giúp cho trình chiết tách diễn triệt để SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 38 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Việc cắt đứt mạch pectin tác động q trình siêu âm giải thích tổng qt sau: Khi sóng siêu âm tác động vào mơi trường, có tạo thành bong bóng khí (cavity), bong bóng khí bị vỡ, vỡ chất lỏng từ mơi trường xung quanh ùa vào cavity từ phía với tốc độ lớn 100 m/s, với tốc độ lớn gây tượng giống tượng phun tia dung dịch bề mặt phân tử làm phá hủy bề mặt phân tử (được gọi tượng Jetting) Và tăng biên độ, chu kì thời gian siêu âm đến mức độ dao động cavity mạnh làm đứt mạch phân tử pectin, ảnh hưởng đến cấu trúc vốn có sản phẩm Hình 3.2 Hiện tượng Jetting Hình 3.3 Sự cắt đứt mạch pectin 3.3 Tối ưu hóa trình ngâm chiết nhiệt điều kiện siêu âm cố định phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố, mức, hàm mục tiêu Quá trình siêu âm đóng vai trị q trình hỗ trợ cho q trình chiết xuất pectin Do đó, sau tối ưu hóa điều kiện trình siêu âm hỗ trợ, tiến hành tối ưu hóa q trình ngâm chiết nhiệt Dựa vào nghiên cứu trước chiết xuất pectin từ sương sâm [23] lựa chọn yếu tố ảnh hưởng trình ngâm chiết nhiệt là: Nhiệt độ ngâm chiết (x1 – oC) thời gian ngâm chiết ( x2 – phút) Theo quy trình cơng nghệ phần 2.3.2, điều kiện trình siêu âm hỗ trợ không đổi tối ưu phần 3.2 (nồng độ acid citric 5,26%, thời gian siêu âm 9,85 phút chu kì siêu âm 68,84%) Ở trình ngâm chiết nhiệt tiến hành quy hoạch thực nghiệm yếu tố ảnh hưởng với mức sau: - Nhiệt độ ngâm chiết (Z1) = 70 – 90oC - Thời gian ngâm chiết (Z2) = 20 – 60 phút SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 39 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Từ mức mức yếu tố ảnh hưởng, dựa vào công thức 3.1, ta tính mức yếu tố sau: Z10 = 80oC, Z20 = 40 phút Dựa vào cơng thức 3.2, tính khoảng biến thiên yếu tố: λ1 = 10oC, λ2 = 20 phút Tra bảng phụ lục 1, xác định α2 = 1,317 Suy α = ± 1,148 Dựa vào công thức 3.3 tính mức * yếu tố sau: Z1+α = 91,48oC Z2+α = 62,96 phút Z1-α = 68,52oC Z2-α = 17,04 phút Từ kết tìm mức điểm yếu tố ảnh hưởng trình ngâm chiết nhiệt sau: Bảng 3.6 Mức yếu tố ảnh hưởng trình ngâm chiết nhiệt Mức * Yếu tố ảnh hưởng Mức (+α) (+1) Nhiệt độ ngâm chiết(x1) 91,48 Thời gian ngâm chiết (x2) 62,96 Mức Mức Mức * sở (0) (-1) 90 80 70 68,52 60 40 20 17,04 (-α) Từ mức yếu tố ảnh hưởng trình ngâm chiết nhiệt bảng 2.3, ta tiến hành xây dựng mơ hình thí nghiệm theo ma trận trực giao cấp Chọn số thí nghiệm tâm no = Số yếu tố ảnh hưởng k = Số thí nghiệm cần tiến hành N = 2k + 2k + no = 22 + 2x2 + = 11 (thí nghiệm) Các thí nghiệm xếp mơ hình bảng 3.7 Chọn phương trình hồi quy có dạng [22]: y = b0 + b1x1 + b2x2 + b12x1x2 + b11x12 + b22x22 Sau tiến hành thí nghiệm theo mơ hình quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, thu kết bảng 3.7 Tiến hành lập ma trận thực nghiệm cấp II cấu trúc có tâm yếu tố để xuất cột x12, x22, tiến hành đổi biến x12, x22 thành biến x1’, x2’, dựa theo công thức đổi biến 3.7 Thay α2 = 1,317; k = N = 11 vào cơng thức 3.7 ta có: X1’ = X12 – 0,6031; X2’ = X22 – 0,6031; SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 40 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Bảng 3.7 Mơ hình thí nghiệm kết thí nghiệm theo mơ hình quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp STN x1 (oC) x2 (phút) y1 (%) y2 (cP) 90 60 18,200 17,5 70 60 15,030 244,5 90 20 14,500 258,0 70 20 16,630 478,0 91,5 40 18,360 51,5 68,5 40 17,360 298,0 80 62,96 13,860 117,5 80 17,04 16,500 270,0 80 40 18,400 207,5 10 80 40 19,000 236,0 11 80 40 19,100 196,0 Lập ma trận trực giao cấp II, k = 2, α2 = 1,317 Bảng 3.8 Ma trận trực giao cấp II, k = 2, α2 = 1,317 STN x0 x1 x2 x1x2 x1’ x2’ y1 y2 10 11 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1,148 -1,148 0 0 1 -1 -1 0 1,148 -1,148 0 -1 -1 0 0 0 0,3969 0,3969 0,3969 0,3969 0,7148 0,7148 -0,6031 -0,6031 -0,6031 -0,6031 -0,6031 0,3969 0,3969 0,3969 0,3969 -0,6031 -0,6031 0,7148 0,7148 -0,6031 -0,6031 -0,6031 18,200 15,030 14,500 16,630 18,360 17,360 13,860 16,500 18,400 19,000 19,100 17,5 244,5 258,0 478,0 51,5 298,0 117,5 270,0 207,5 236,0 196,0 Sau có bảng ma trận kết thí nghiệm, tiến hành tính tốn excell 3.3.1 Xây dựng mơ tả tốn học cho hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin Dựa vào cơng thức 3.5, tính hệ số b sau: b0’ = 16,995 b1 = 0,330 b2 = -0,140 b12 = 1,325 b11’ = -0,376 b22’ = -2,412 Dựa vào cơng thức 3.7, tính phương sai tái sau: Sth2 = 0,1433 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 41 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Dựa vào công thức 3.6 3.8 xác định độ lệch chuẩn hệ số sau: Sb0 = 0,1142 Sbj = 0,1470 Sbjl = 0,1893 Sb' = 0, 2032 jj Dựa vào cơng thức 3.9 tính chuẩn số Student ứng với hệ số là: t’0 = 148,8786 t1 = 2,2435 t2 = 0,9543 t12 = 6,9996 t11’ = 1,8521 t22’ = 11,8675 Tra bảng phụ lục 2, tìm chuẩn số Student p = 0,05, f = 2, t(0,05;2) = 4,3 So sánh ttn tb, ta thấy hệ số b1, b2, b11’ có ttn nhỏ tb nên bị loại khỏi phương trình hồi quy Phương trình hồi quy hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin (y1) gồm hệ số sau: b’0 = 16,995 b22’ = -2,412 b12 = 1,235 Phương trình hồi quy có dạng : y1’ = 16,995 + 1,235x1x2 – 2,412x2’ (3.16) Biến đổi trở lại, ta có phương trình hồi quy cho hàm mục tiêu hàm lượng: y1 = 18,4497 + 1,235x1x2 – 2,412x22 (3.17) Kiểm tra tương thích phương trình 3.14 với thực nghiệm Bảng 3.9 Kết thực nghiệm kết tính theo phương trình hồi quy 3.17 STN 10 11 y1 18,200 15,030 14,500 16,630 18,360 17,360 13,860 16,500 18,400 19,000 19,100 y1’ 17,3627 14,713 14,713 17,363 18,45 18,45 15,271 15,271 18,45 18,45 18,45 (y1 – y1’) 0,8373 0,3173 0,2127 0,7327 0,0897 1,0897 1,4109 1,2291 0,0497 0,5503 0,6503 (y1 – y1’)2 0,7011 0,1007 0,0452 0,5368 0,0080 1,1874 1,9906 1,5107 0,0025 0,3028 0,4229 Thay giá trị vào công thức 3.10 ta tính kết sau: Sdu2 = 0,8511 Dựa vào cơng thức 3.12 ta tính Ftn: Ftn = 5,938 Tra bảng phụ lục 3, tìm giá trị Fb p = 0,05; f1 = 8; f2 = Fb = 19,3 So sánh Fb Ftn ta thấy Ftn < Fb, phương trình 3.17 phương trình phù hợp với mơ hình thực nghiệm có hệ số r2 = 0,8408 3.3.2 Xây dựng mô tả toán học cho hàm mục tiêu độ nhớt dung dịch pectin thu nhận Dựa vào cơng thức 3.5, tính hệ số b sau: SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 42 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” b0’ = 215,864 b1 = -110,006 b2 = -97,813 b12 = -1,750 b11’ = 7,655 b22’ = 22,085 Dựa vào cơng thức 3.7, tính phương sai tái sau: Sth2 = 1, 079 Dựa vào công thức 3.6 3.8 xác định độ lệch chuẩn hệ số sau: Sbj = 7,994 Sb0 = 6, 209 Sbjl = 10, 297 Sb' = 11,054 jj Dựa vào cơng thức 3.9 tính chuẩn số Student ứng với hệ số là: t’0 = 34,766 t1 = 13,761 t2 = 12,235 t12 = 0,170 t11’ = 0,693 t22’ = 1,998 Tra bảng phụ lục 2, tìm chuẩn số Student p = 0,05, f = 2, t(0,05;2) = 4,3 So sánh ttn tb, ta thấy hệ số b12, b11, b22 có ttn nhỏ tb nên bị loại khỏi phương trình hồi quy Phương trình hồi quy hàm mục tiêu độ nhớt dung dịch pectin thu nhận (y2) gồm hệ số sau: b’0 = 215,864 b1 = -110,006 b2 = -97,813 Phương trình hồi quy có dạng : y2 = 215,864 – 110,006x1 – 97,813x2 (3.18) Kiểm tra tương thích phương trình 3.18 với thực nghiệm Bảng 3.10 Kết thực nghiệm kết tính theo phương trình hồi quy 3.18 STN 10 11 y2 17,5 244,5 258,0 478,0 51,5 298,0 117,5 270,0 207,5 236,0 196,0 y2’ 8,0450 228,0570 203,6712 423,6830 89,5771 342,1509 103,5747 328,1533 215,8640 215,8640 215,8640 (y2 – y2’) 9,4550 16,4430 54,3288 54,3170 38,0771 44,1509 13,9253 58,1533 8,3640 20,1360 19,8640 (y2 – y2’)2 89,3970 270,3722 2951,6185 2950,3365 1449,8655 1949,3020 193,9140 3381,8063 69,9565 405,4585 394,5785 Thay giá trị vào công thức 3.13 ta tính kết sau: Sdu2 = 1763,329 Dựa vào cơng thức 3.12 ta tính Ftn: Ftn = 4,1580 Tra bảng phụ lục 3, tìm giá trị Fb p = 0,05; f1 = 8; f2 = Fb = 19,4 So sánh Fb Ftn ta thấy Ftn < Fb, phương trình 3.18 phương trình phù hợp với mơ hình thực nghiệm với hệ số r2 = 0,9758 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 43 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Sau xác định phương trình hồi quy 3.17 3.18 phù hợp với mơ hình thực nghiệm, tiến hành tối ưu hóa phương pháp chập phi tuyến tính, sử dụng phần mềm hỗ trợ Design Expert để xác định điều kiện tối ưu trình ngâm chiết nhiệt Điều kiện ngâm chiết nhiệt tối ưu: - Nhiệt độ ngâm chiết (oC): 70oC - Thời gian ngâm chiết (phút): 25,38 phút Với điều kiện siêu âm hỗ trợ cố định trình ngâm chiết nhiệt ta thu pectin với hàm lượng 17,7484% độ nhớt dụng dịch 254,079 cP Dựa vào bảng số liệu kết thí nghiệm 3.7 hai phương trình hồi quy 3.17 3.18 ta thấy: - Đối với hàm mục tiêu hiệu suất thu nhận pectin (phương trình 3.17) hàm lượng pectin thu nhận thí nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ thời gian ngâm chiết chịu ảnh hưởng mạnh thời gian ngâm chiết Muốn tăng hàm lượng pectin thu nhận ta giảm thời gian ngâm chiết - Đối với hàm mục tiêu độ nhớt dung dịch pectin thu nhận (phương trình 3.18), thời gian nhiệt độ ngâm chiết có ảnh hưởng nhiều đến độ nhớt dung dịch pectin Trong hai yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ ngâm chiết có ảnh hưởng mạnh so với yếu tố thời gian ngâm chiết, muốn tăng độ nhớt dung dịch phải giảm đồng thời hai yếu tố Qua kết thí nghiệm dựa vào phương trình hồi quy 3.17 3.18 xác định được, ta thấy quan trọng hai yếu tố nhiệt độ thời gian ngâm chiết trình chiết xuất pectin - Nhiệt độ ngâm chiết: Khi nhiệt độ tăng dần từ 70 – 80oC hàm lượng pectin thu nhận tăng dần lên sau 80oC có xu hướng giảm, điều giải thích sau: Nhiệt độ cao làm cho độ nhớt dung dịch giảm, linh động cấu tử tác động nhiệt độ làm tăng tốc độ di chuyển phân tử pectin từ làm cho q trình khuếch tán diễn nhanh hơn, thuận lợi Nhưng ngược lại với hàm lượng pectin, tăng nhiệt độ độ nhớt dung dịch pectin giảm giảm mạnh Khi nhiệt độ lên q cao (trên 90oC) làm cắt mạch phân tử pectin làm phân hủy pectin, từ hiệu suất thu nhận pectin giảm Việc cắt mạch phân tử làm cho độ nhớt dung dịch giảm nhiều, điển hình điều kiện nhiệt độ 91,5oC thời gian 40 phút độ nhớt đạt mức 51,5 cP điều kiện 90oC vịng 60 phút độ nhớt đạt có 17,5 cP - Thời gian ảnh hưởng đến khả chiết pectin, trình ngâm chiết diễn thời gian ngắn (20 phút) việc khuếch tán pectin vào mơi trường dung SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 44 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” môi chưa xảy hoàn toàn, kéo dài thời gian ngâm chiết lâu (60 phút) hiệu trình chiết giảm xuống khả chiết đạt đến giới hạn định, vượt qua giới hạn khả khuếch tán cấu tử giảm Hình 3.4 Kết xử lí số liệu phần mềm Design Expert Đối với độ nhớt dung dịch pectin, tác động nhiệt độ cao thời gian ngâm chiết dài độ nhớt dung dịch pectin thấp, giảm nhiệt độ thời gian ngâm chiết xuống độ nhớt dung dịch lại cao cách đáng kể (cụ thể điều kiện nhiệt độ ngâm chiết 90oC thời gian 60 phút độ nhớt pectin đạt 17,5 cP khi nhiệt độ ngâm chiết 70oC vịng 20 phút độ nhớt dung dịch pectin 478 cP) Điều cho thấy, nhiệt độ ngâm chiết thời gian ngâm chiết ảnh hưởng mạnh đến cấu trúc phân tử pectin, nhiệt độ cao, thời gian tác động nhiệt độ lâu làm cắt đứt liên kết phân tử pectin, độ nhớt dung dịch pectin giảm Từ kết trình tối ưu ta thấy rằng: có hỗ trợ sóng siêu âm giai đoạn đầu trước ngâm chiết, giảm thời gian ngâm chiết cách đáng kể xuống 25,38 phút, đồng thời giảm nhiệt độ ngâm chiết xuống 70 oC Trong phương pháp ngâm chiết nhiệt thơng thường ngun liệu sương sâm, trình ngâm chiết cần phải tiến hành 70 phút nhiệt độ 90oC (Phạm Duy Phúc Trần Thị Vui, 2015) Với nhiệt độ cao thời gian dài khơng ảnh hưởng đến hiệu trình chiết xuất pectin mà cịn làm cấu trúc vốn có phân tử pectin Như vậy, nhờ hỗ trợ ban đầu sóng siêu âm mà q trình ngâm chiết sau diễn nhanh mà nhiệt độ để ngâm chiết giảm đi, đồng thời với nhiệt độ thời gian vừa phải cấu trúc phân tử pectin đảm bảo SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 45 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Sau xác định điều kiện tối ưu trình siêu âm hỗ trợ trình ngâm chiết nhiệt, tiến hành làm mẫu kiểm chứng để kiểm tra lại điều kiện tối ưu tìm ra: Xác định hàm lượng pectin thô thu nhận theo cơng thức: P% = Trong đó: (m2 − md − mg ) m1 100 (3.19) m2 khối lượng cân sau sấy khô (g) m1 khối lượng bột sương sâm đưa chiết xuất (g) md khối lượng đĩa petri sau sấy đến khối lượng không đổi (g) mg khối lượng giấy lọc sau sấy đến khối lượng không đồi (g) Sau tiến hành thí nghiệm, thu số liệu sau: m1 = 10 g; m2 = 94,119g; md = 91,090 g; mg = 1,52g Thay số liệu vào cơng thức 3.19 ta có: P% = (m2 − md − mg ) m1 100 = (94,119 − 91, 090 − 1,520) 100 = 15, 09(%) 10 Với điều kiện siêu âm hỗ trợ ngâm chiết nhiệt tối ưu, tiến hành tối ưu hóa điều kiện thu pectin với hàm lượng 15,09% Sau xác định hàm lượng, pectin thô đưa xác định độ nhớt gửi mẫu đo FTIR Tiến hành đo độ nhớt dung dịch pectin thu mức dung dịch 2% thiết bị nhớt kế quay Brookfield với tốc độ quay 12 rpm, xác định độ nhớt dung dịch pectin thu nhận 210,5cP Tóm lại, với điều kiện siêu âm hỗ trợ tối ưu (nồng độ acid citric 5,26 %, thời gian siêu âm 9,85 phút chu kì siêu âm 68,84 %) kết hợp với trình ngâm chiết nhiệt tối ưu (nhiệt độ ngâm chiết 70oC thời gian ngâm chiết 25,38 phút) thu sản phẩm pectin từ sương sâm với hàm lượng 15,09 % độ nhớt dung dịch pectin thu nhận 210,5 cP 3.4 Xác định cấu trúc pectin phương pháp phổ hồng ngoại FTIR Sau xác định hàm lượng pectin thu nhận độ nhớt dung dịch pectin điều kiện siêu âm hỗ trợ ngâm chiết nhiệt tối ưu được, mẫu pectin gửi đến phịng thí nghiệm ngành Hóa dầu trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng để tiến hành đo hồng ngoại FTIR để giúp xác định cấu trúc sản phẩm pectin từ tính số DE sản phẩm SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 46 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Hình 3.5 Kết hấp thụ phổ hồng ngoại mẫu pectin từ sương sâm mẫu pectin chuẩn (mẫu đối chứng) Sau xử lí số liệu vẽ đồ thị excell, vẽ phổ hấp thụ hồng ngoại mẫu: mẫu sương sâm thí nghiệm mẫu chuẩn (mẫu đối chứng) pectin thương mại Dựa vào đồ thị hình ảnh phổ hồng ngoại hai mẫu đối chứng mẫu pectin sương sâm, ta nhận thấy hai mẫu hấp thụ bước sóng tương đương Nhìn vào đồ thị ta thấy, số peak phổ hồng ngoại hai mẫu giống nhiều Như vậy, từ nhận định ta khẳng định rằng, mẫu pectin chiết xuất từ sương sâm pectin Sau đo phổ hồng ngoại FTIR xác định peak, tính số DE mẫu pectin cách xác định diện tích peak bước sóng 1735 cm-1 1610 cm-1 Chỉ số DE pectin xác định theo công thức (Lima, Paiva, & Paixao, 2010 Manrique & Lajolo, 2002): DE (%) = A1735 100 (3.20) A1735 + A1610 Trong đó: A1735 diện tích peak bước sóng 1735 cm-1 A1610 diện tích peak bước sóng 1610 cm-1 Sau xác định diện tích peak phần mềm Origin, xác định số DE mẫu pectin sương sâm là: DE = 48,2% (< 50%) Vì pectin thu từ sương sâm thuộc loại pectin methoxyl thấp (LMP – low methoxyl pectin) SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 47 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” 3.5 Ứng dụng pectin làm chất ổn định chế biến nectar ổi 3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng pectin đến ổn định sản phẩm nectar ổi Pectin sử dụng làm chất ổn định sản phẩm nectar ổi pectin thu từ trình chiết xuất pectin từ sương sâm dạng LMP Với pectin dạng LMP chế tạo gel phụ thuộc vào có mặt ion Ca2+, kể nồng độ pectin nhỏ 0,1% mà khơng cần có mặt đường acid Khi có mặt Ca2+, petin dạng LMP có nhóm –COO- liên kết phân tử pectin liên kết ion qua ion hóa trị hai [11] Vì mà phân tử pectin liên kết với tạo thành hệ gel, từ làm tăng độ nhớt dung dịch, hạn chế tách pha hệ nhũ tương Chính sương sâm dạng LMP tạo thành hệ gel để làm tăng độ nhớt sản phẩm, sản phẩm có khơng có mặt đường; CaCl2 bổ sung vào sản phẩm nectar mặt tác nhân để pectin tạo gel, mặt khác nhằm bổ sung thêm lượng canxi cho người dùng Do vậy, với mong muốn tạo sản phẩm tự nhiên tốt cho sức khỏe người sử dụng, định chọn pectin sương sâm để bổ sung vào sản phẩm nectar ổi để làm chất ổn định hệ nhũ tương sản phẩm Sản phẩm nectar ổi bổ sung với hàm lượng pectin khác theo tỉ lệ 0,4 – 0,6 – 0,8 – 1,0% tiến hành quan sát khả tách pha sản phẩm đánh giá biến đổi mùi, vị, màu sắc theo thời gian Các sản phẩm bảo quản điều kiện thường Sản phẩm nectar ổi bắt đầu đánh giá từ ngày thứ kể từ sau sản xuất ngày tiến hành kiểm tra mẫu lần Sau trùng xong, mẫu sản phẩm với hàm lượng pectin bổ sung khác có đặc điểm sản phẩm có độ đồng nhất, khơng có tượng tách pha, sản phẩm có màu trắng đục ổi Sau trình kiểm tra mẫu thu bảng kết sau đây: Bảng 3.11 Kết kiểm tra chất lượng sản phẩm nectar ổi Ngày kiểm tra Chỉ tiêu Hàm lượng pectin bổ sung (%) 0,4 0,6 0,8 1,0 Phân lớp Sản phẩm đồng đều, có phân pha Sản phẩm đồng Sản phẩm đồng Sản phẩm đồng Màu sắc Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 48 Đề tài: “Tối ưu hóa trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Mùi Có mùi thơm nhẹ ổi chín Có mùi thơm nhẹ ổi chín Có mùi thơm nhẹ ổi Vị Có vị nhẹ Có vị nhẹ Có vị nhẹ Phân lớp Bắt đầu có phân lớp Sản phẩm đồng Sản phẩm đồng Màu sắc Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Mùi Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Vị Có vị nhẹ Có vị nhẹ Có vị nhẹ Phân lớp Sản phẩm bị phân lớp Sản phẩm đồng đều, bắt đầu có phân lớp Sản phẩm đồng đều, có tách lớp Màu sắc Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Mùi Khơng có mùi thơm ổi Có mùi thơm nhẹ ổi chín Có mùi thơm nhẹ ổi chín Vị Có vị chua sản phẩm hỏng Có vị nhẹ Có vị nhẹ Có phân lớp, lắc thịt phân tán đồng sản phẩm Có tách lớp, lắc có mãng thịt phân tán không đồng 10 15 Phân lớp 20 Màu sắc Mùi Vị Khơng đánh giá Có màu trắng đục, ngã vàng Có mùi thơm nhẹ, khơng thơm lúc đầu Có vị chua Có màu đen Khơng đánh giá Có mùi thơm nhẹ ổi Có vị nhẹ Sản phẩm đồng Màu trắng đục tự nhiên ổi Màu trắng đục tự nhiên ổi Có vị nhẹ Sản phẩm đồng Màu trắng đục tự nhiên ổi Có mùi thơm nhẹ ổi chín Có vị nhẹ Bắt đầu có tách lớp, lắc có mãng lớn phân tán khơng đồng Có màu đen phía Khơng đánh giá Qua trình khảo sát ảnh hưởng hàm lượng pectin đến ổn định pha sản phẩm nectar ổi, nhận thấy với hàm lượng pectin 0,6% sản phẩm đạt có ổn định pha lâu, phân bố pha phân tán pha liên tục hệ nhũ tương sản phẩm đồng so với mẫu cịn lại Các mẫu có hàm lượng bổ sung 0,8% 1% có khả ổn định với thời gian tương tự mẫu 0,6% có SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 49 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” tạo mảng, tiến hành lắc pha phân tán khơng phân tán pha liên tục không tạo sản phẩm đồng Do đó, tơi chọn hàm lượng pectin bổ sung vào sản phẩm nectar ổi 0,6 % so với tổng khối lượng nguyên liệu ổi đường bổ sung vào 3.5.2 Đánh giá cảm quan sản phẩm nectar ổi Sau khảo sát hàm lượng pectin bổ sung vào, tiến hành đánh giá cảm quan từ 20 thành viên từ lớp 12H2 Mẫu nectar ổi mang đánh giá cảm quan theo phương pháp cho điểm sản phẩm, với thang điểm từ – điểm tương đương với mức chất lượng tiêu cảm quan Người thử nếm thử sản phẩm, dựa tiêu chí chấm điểm đưa bảng hướng dẫn cho điểm tiêu chất lượng sản phẩm nectar ổi tiến hành cho điểm vào phiếu trả lời dành cho người đánh giá Tên sản phẩm: NECTAR ỔI Họ tên:……………………………… Ngày thử:…………… Mời bạn thử mẫu sản phẩm cho điểm tiêu cảm quan đề nghị sản phẩm nectar ổi Điểm cho theo thang điểm – điểm tương ứng với tính chất miêu tả bảng hướng dẫn cho điểm đính kèm Các tiêu Điểm Nhận xét Màu sắc Mùi Vị Trạng thái Đánh giá chung sản phẩm nectar ổi: … Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bạn Hình 3.6 Mẫu phiếu trả lời dành cho người thử SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 50 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Bảng 3.12 Bảng hướng dẫn cho điểm tiêu cảm quan sản phẩm nectar ổi theo thang điểm từ – điểm Các tiêu Màu sắc Mùi Vị Trạng thái Hệ số quan Điểm Tính chất sản phẩm Màu xanh trắng đặc trưng ổi Màu đặc trưng, khơng có màu lạ Sản phẩm có màu đặc trưng Khơng có màu đặc trưng, màu nhạt đậm Sản phẩm bị biến màu Màu không đồng nhất, chỗ đậm, chỗ nhạt Hương thơm đặc trưng ổi chín Mùi thơm tương đối, khơng có mùi lạ Mùi thơm nhẹ, khơng có mùi lạ Mùi khơng thơm, khơng có mùi ổi Sản phẩm có mùi lạ Mùi hôi sản phẩm bị hư hỏng Vị chua hài hịa, uống có vị ổi Vị chua đặc trưng, khơng có vị lạ Vị đặc trưng, nhạt q, khơng có vị lạ Khơng có vị đặc trưng Có vị lạ, nhạt Có vị lạ sản phẩm bị hư hỏng Trạng thái đồng nhất, thịt phân tán Trạng thái đồng nhất, có tách pha Trạng thái đồng nhất, có tách pha trọng 1,2 1 0,8 SVTH: Trần Thị Thảo Trâm Sản phẩm bị tách thành pha, lắc phân tán Sản phẩm tách pha hồn tồn, phân tán Sản phẩm hồn tồn tách pha, khơng có khả phân tán GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 51 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Sau tiến hành đánh giá cảm quan xử lí số liệu, tính số điểm tổng số điểm trung bình tiêu cảm quan (Màu sắc, mùi, vị, trạng thái) excell, thu kết sau: Bảng 3.13 Kết đánh giá cảm quan sản phẩm nectar ổi theo phương pháp cho điểm chất lượng STT 10 Màu sắc 3 3 3 Mùi 3 2 3 Trạng STT thái 3 11 12 3 13 14 15 4 16 17 18 19 20 Tổng Trung bình chưa có hệ số trọng lượng Vị Hình 3.7 Sản phầm trước trùng SVTH: Trần Thị Thảo Trâm Màu sắc 3 3 3 56 2,80 Mùi Vị 3 3 2 56 2 4 3 57 Trạng thái 2 3 4 58 2,80 2,85 2,90 Hình 3.8 Sản phẩm sau trùng GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 52 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” Sau tính số điểm trung bình tiêu, tiến hành tính điểm chất lượng sản phẩm Điểm chất lượng sản phẩm tổng điểm trung bình tiêu cảm quan nhân với hệ số trọng lượng tương ứng với tiêu cảm quan Dựa theo hệ số trọng lượng tiêu là: Màu sắc – 1,2; Mùi – 1; Vị - 1; Trạng thái – 0,8 Ta tính điểm chất lượng sản phẩm nectar ổi (A) sau: A = 2,80x1,2 + 2,80x1,0 + 2,85x1,0 + 2,90x0,8 = 11,33 Dựa vào mức chất lượng sản phẩm theo hệ điểm 20 bảng 2.1, ta thấy: Với sản phẩm nectar ổi, có điểm chất lượng tính theo hệ điểm 20 11,33 nằm khoảng 11,2 – 15,1 Do đó, với hệ điểm 20 sản phẩm nectar xếp loại chất lượng nằm mức trung bình SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 53 Đề tài: “Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi” KẾT LUẬN Từ trình nghiên cứu kết thu được, xin đưa số kết luận sau đây: Xác định hàm lượng pectin có nguyên liệu sương sâm 16,56 % Tìm điều kiện tối ưu trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm sau: ✓ Điều kiện siêu âm hỗ trợ: Nồng độ acid citric dùng để ngâm chiết 5,26 % Chu kì siêu âm 68,84 % Thời gian siêu âm 9,85 phút ✓ Điều kiện ngâm chiết nhiệt: Nhiệt độ ngâm chiết 70oC Thời gian ngâm chiết 25,38 phút Khi chiết xuất pectin từ sương sâm với điều kiện siêu âm hỗ trợ ngâm chiết nhiệt điều kiện tối ưu thu pectin có hàm lượng 15,09 % độ nhớt dung dịch pectin thu nhận 210,5 cP Xác định số DE pectin sương sâm 48,2 % (< 50%) Với số DE này, ta khẳng định lại pectin chiết xuất từ sương sâm pectin có methoxyl thấp ( pectin dạng LMP – low methoxyl pectin) Xác định hàm lượng pectin bổ sung vào sản phẩm nectar ổi để làm chất ổn định 0,6% so với tổng khối lượng nguyên liệu đường ổi bổ sung vào Với mức bổ sung pectin trên, điều kiện bảo quản bình thường sản phẩm nectar ổi giữ chất lượng ổn định vòng 20 ngày khả tách pha, màu sắc, mùi vị SVTH: Trần Thị Thảo Trâm GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh NCS.ThS Ngô Thị Minh Phương 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Duy Phúc, Trần Thị Vui, (2015), “Nghiên cứu quy trình chiết tách pectin từ sương sâm ứng dụng tính chất tạo màng pectin tạo màng bao bọc nho”, Bài báo khoa học, Hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học 2015, Trường Cao đẳng Công Nghệ - Đại học Đà Nẵng [2] http://www.suongsamlong.com/p/homepage.html (ngày truy cập: 24/03/2017) [3] Trình Liên Vy, (2012), “Nghiên cứu pectin xây dựng quy trình sản xuất bột thạch từ sương sâm”, Luận văn thạc sĩ kĩ thuật, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng [4] Trần Thị Xơ, (2007), “Bài giảng Hóa sinh I ”, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng [5] Homa Bagherian, Farzin Zokaee Ashtiani, Amir Fouladitajar, Mahdy Mhtashamy, “Comparisons between coventional, microwave – and ultrasound – assisted methods for extraction of pectin from grapefruit”, Journal of Chemical Engineering and Processing (Process Intensification) 50 (2011) [6] I Panchev, N Kirchev, C Kratchanov, “ On the production of low esterified pectins by acid maceration of pectin raw materials with ultrasound treatment”, Journal of Food Hydrocolloids (1994) [7] R Seshadri, J Weiss, J.G Hulbert, “Ultrasonic processing influences rheologycal and optical properties of highmethoxyl pectin dispersions”, Journal of Food Hydrocolloids 17 (2003) [8] M Kratchanova, I Panchev, E Pavlova, L Shtereva, “Extraction of pectin from fruit materials pretreated in an electromagnetic field of super – high frequency”, Journal of Carbohydrate Polymers 25 (1994) [9] M Kratchanova, I Panchev, E Pavlova, “The effect of micrawave heating of fresh orange peels on the fruit tissue and quality of extracted pectin”, Journal of Carbohydrate Polymers 56 (2004) [10] Trần Thế Truyền, Bùi Viết Cường, (2013), “Bài giảng Cơ sở kĩ thuật thực phẩm”, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng [11] http://doc.edu.vn/tai-lieu/luan-van-nhung-co-so-ky-thuat-cua-sieu-am-va-ungdung-cua-ky-thuat-do-tren-thiet-bi-thuc-te-khao-sat-duoc-mot-so-ung-1678/ (ngày truy cập 08/05/2017) [12] Nguyễn Thị Thanh Phương, Nguyễn Phước Bảo Quân, (1999), “ Nguyên lí sở kỹ thuật Siêu âm chuẩn đoán”, NXB Y học [13] Nguyễn Thị Ngân, Vũ Thanh Hòa, (2016), “ Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình thu nhận pectin từ vỏ bưởi sương sâm phương pháp siêu âm ứng dụng công nghệ thực phẩm”, Đồ án tốt nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng [14] Đặng Minh Nhật, (2010), “Bài giảng Phân tích Thực Phẩm”, trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng [15] Quy định số 3742/2001/QĐ-BYT, Quyết định Bộ Y tế việc ban hành “Quy định danh mục chất phụ gia phép sử dụng thực phẩm”, Hà Nội, ngày 31/08/2001 [16] http://doan.edu.vn/do-an/de-tai-cong-nghe-che-bien-nectar-oi-25416/ (ngày truy cập 09/04/2017) [17] https://sites.google.com/site/kysuhodhinhhai/cay-an-qua-viet-nam/cay-oi (ngày truy cập 18/04/17) [18] J Prakash Maran and B Priya, “Ultrasound – asisted extraction of pectin from sisal waste”, Journal of Carbohydrate Polymers 115 (2015) [19] Yuting Xu, Lifen Zhang, Yakufu Bailina, Zhi Ge, Tian Ding, Xingqian Ye, Donghong Liu, “Effects of ultrasound and/or heating on the extraction of pectin from grapefruit peel”, Journal of Food Engineering 126 (2014) [20] I Ganesh Moorthy, J Prakash Maran, S Muneeswari @ Surya, S Naganyashree, C.S Shivamathi, “Reponse surface optimization of ultrasound assisted extraction of pectin from pomegranate peel”, International Journal of Biological Macromolecules 72 (2015) [21] https://www.slideshare.net/an_danh2002/xc-nh-hm-lng-pectin-va-acid-hu-c-tngs-71210 ( ngày truy cập 16/04/2017) [22] Nguyễn Thị Lan, (2007), “Bài giảng Mơ hình thống kê tối ưu hóa”, Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng [23] Ngô Thị Minh Phương, Trần Thị Xơ, “Tối ưu hóa q trình chiết tách pectin từ sương sâm nghiên cứu tạo màng pectin – alginate”, Bài báo khoa học, Trường Cao đẳng Công Nghệ - Đại học Đà Nẵng [24] Bonnie Allison Harper, (2013),”Understanding interactions in wer alginate film formation used for inline food processes” [25] http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-phuong-phap-pho-hong-ngoai-va-ung-dungtrong-thuc-pham-8463/( ngày truy cập 18/04/2014) [26] Lê Văn Việt Mẫn (Chủ biên), Lại Quốc Đạt, Nguyễn Thị Hiền, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Trần Thị Thu Trà, “Công nghệ chế biến thực phẩm” (tái lần thứ 2), NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh (2011) [27] Hà Duyên Tư, (2014), “Kĩ thuật phân tích cảm quan”, Đà Nẵng PHỤ LỤC PHỤ LỤC Giá trị α2 phụ thuộc vào số yếu tố (k) số thí nghiệm tâm (no) no Phụ lục k 1,000 1,160 1,317 1,475 1,476 1,650 1,831 2,000 2,000 2,164 2,390 2,580 5* 2,390 2,590 2,770 2,95 PHỤ LỤC Giá trị chuẩn số Student (t) với mức ý nghĩa P từ 0,2 – 0,001 f2 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 40 60 120 ∞ Phụ lục 0,20 3,08 1,89 1,64 1,53 1,48 1,44 1,42 1,40 1,38 1,37 1,36 1,36 1,35 1,34 1,34 1,33 1,33 1,33 1,33 1,32 1,32 1,32 1,32 1,32 1,32 1,32 1,31 1,31 1,31 1,31 1,30 1,30 1,29 1,28 0,10 6,31 2,92 2,35 2,13 2,02 1,94 1,90 1,86 1,83 1,81 1,80 1,78 1,77 1,76 1,75 1,75 1,74 1,73 1,73 1,73 1,72 1,72 1,71 1,71 1,71 1,71 1,70 1,70 1,70 1,70 1,68 1,67 1,66 1,64 Mức có ý nghĩa P từ 0,2 - 0,001 0,05 0,02 0,01 0,005 12,71 31,82 63,66 127,32 4,30 6,97 9,93 14,09 3,18 4,54 5,84 7,45 2,78 3,75 4,60 5,60 2,57 3,37 4,03 4,77 2,45 3,14 3,71 4,32 2,77 3,00 3,50 4,03 2,31 2,90 3,36 3,83 2,26 1,82 3,25 3,69 2,23 2,76 3,17 3,58 2,20 2,72 3,11 3,50 2,18 2,68 3,06 3,43 2,16 2,65 3,01 3,37 2,15 2,62 2,98 3,33 2,13 2,60 2,95 3,29 2,12 2,58 2,92 3,25 2,11 2,57 2,90 3,22 2,10 2,55 2,98 3,20 2,09 2,54 2,86 3,17 2,09 2,53 2,85 3,15 2,08 2,52 2,83 3,14 2,07 2,51 2,82 2,12 2,07 2,50 2,81 3,10 2,06 2,49 2,80 3,09 2,06 2,48 2,39 3,08 2,06 2,48 2,78 3,07 2,05 2,47 2,77 3,06 2,05 2,47 2,76 3,05 2,04 2,46 2,76 3,04 2,04 2,46 2,75 3,03 2,02 2,42 2,70 2,97 2,00 2,39 2,66 3,91 1,98 2,36 2,62 2,86 1,96 2,33 2,58 2,81 0,001 636,62 31,60 12,94 8,61 6,86 5,96 5,51 5,04 4,78 4,59 4,44 4,32 4,22 4,14 4,07 4,02 3,97 3,92 3,88 3,85 3,82 2,79 3,77 3,75 3,73 3,71 3,69 3,67 3,66 3,65 3,55 3,46 3,37 3,19 PHỤ LỤC Giá trị chuẩn số Fisher mức ý nghĩa p = 0,05 f2 = m-1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 26 28 30 40 60 120 ∞ Phụ lục 164,4 18,5 10,1 7,7 6,6 6,0 5,6 5,3 5,1 5,0 4,8 4,8 4,7 4,6 4,5 4,5 4,5 4,4 4,4 4,4 4,3 4,3 4,2 4,2 4,2 4,1 4,0 3,9 3,8 199,5 19,2 9,6 6,9 5,8 5,1 4,7 4,5 4,3 4,1 4,0 3,9 3,8 3,7 3,7 3,6 3,6 3,6 3,5 3,5 3,4 3,4 3,4 3,3 3,3 3,2 3,2 3,1 3,0 215,7 19,2 9,3 6,6 5,4 4,8 4,4 4,1 3,9 3,7 3,6 3,5 3,4 3,3 3,3 3,2 3,2 3,2 3,1 3,1 3,1 3,0 3,0 2,9 2,9 2,9 2,8 2,7 2,6 f1 = N - L 224,6 230,2 234,0 19,3 19,3 19,3 9,1 9,0 8,9 6,4 6,3 6,2 5,2 5,1 5,0 4,5 4,4 4,3 4,1 4,0 3,9 3,8 3,7 3,6 3,6 3,5 3,4 3,5 3,3 3,2 3,4 3,2 3,1 3,3 3,1 3,0 3,2 3,0 2,9 3,1 3,0 2,9 3,1 2,9 2,8 3,0 2,9 2,7 3,0 2,8 2,7 2,9 2,8 2,7 2,9 2,7 2,6 2,9 2,7 2,6 2,8 2,7 2,6 2,8 2,6 2,5 2,7 2,6 2,4 2,7 2,6 2,4 2,7 2,5 2,4 2,6 2,5 2,3 2,5 2,4 2,3 2,5 2,3 2,2 2,4 2,2 2,1 12 244,6 19,4 8,6 5,9 4,7 4,0 3,6 3,3 3,1 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 2,5 2,4 2,4 2,3 2,3 2,3 2,2 2,2 2,1 2,1 2,1 2,0 1,9 1,8 1,8 24 249,0 19,5 8,6 5,8 4,5 3,8 3,4 3,1 2,9 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 2,3 2,2 2,2 2,1 2,1 2,1 2,0 2,0 1,9 1,9 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 ∞ 254,3 19,5 8,5 5,6 4,4 3,7 3,2 2,9 2,7 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,1 2,0 2,0 1,9 1,8 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7 1,8 1,5 1,4 1,3 1,0 PHỤ LỤC Kết xử lí tính phương sai, độ lệch chuẩn, chuẩn số Student phần tối ưu trình siêu âm hỗ trợ Hệ số b Hệ số Phụ lục Hàm lượng Phương sai Độ nhớt Hàm lượng Độ nhớt Độ lệch chuẩn Hàm Độ lượng nhớt Chuẩn số Student ( ttn) Hàm lượng Độ nhớt Chọn hệ số b Hàm Độ lượng nhớt b0 14,079 10,507 0,0056549 0,06347 0,0752 0,2519 187,2285 41,707 14,079 10,507 b1 0,786 -1,767 0,0082439 0,09252 0,0908 0,3042 8,658521 5,8095 0,786 -1,767 b2 0,095 -1,087 0,0082439 0,09252 0,0908 0,3042 1,047735 3,5729 0,000 0,000 b3 -0,658 0,722 0,0082439 0,09252 0,0908 0,3042 7,249543 2,3728 -0,658 0,000 b12 0,293 0,203 0,0120167 0,13487 0,1096 0,3672 2,668295 0,5514 0,000 0,000 b23 0,228 -0,870 0,0120167 0,13487 0,1096 0,3672 2,075341 2,369 0,000 0,000 b13 -1,535 0,013 0,0120167 0,13487 0,1096 0,3672 14,00285 0,034 -1,535 0,000 b11 1,081 -3,663 0,0143414 0,16096 0,1198 0,4012 9,028353 9,1294 1,081 -3,663 b22 -2,510 -5,804 0,0143414 0,16096 0,1198 0,4012 20,95935 14,466 -2,510 -5,804 b33 -2,461 -5,312 0,0143414 0,16096 0,1198 0,4012 20,55116 13,241 -2,461 -5,312 PHỤ LỤC Kết xử lí tính phương sai, độ lệch chuẩn, chuẩn số Student phần tối ưu trình ngâm chiết nhiệt Hệ số b Hệ số Phụ lục Hàm lượng Độ nhớt Phương sai Hàm Lượng Độ nhớt Độ lệch chuẩn Hệ số ttn Hàm Độ Hàm Lượng nhớt Lượng Độ nhớt Chọn hệ số b Hàm Lượng Độ nhớt b0 16,995 215,864 0,013 38,553 0,114 6,209 148,879 34,766 16,995 215,864 b1 0,330 -110,006 0,022 63,908 0,147 7,994 2,244 13,761 0,000 -110,006 b2 -0,140 -97,813 0,022 63,908 0,147 7,994 0,954 12,235 0,000 -97,813 b12 1,325 -1,750 0,036 106,021 0,189 10,297 7,000 0,170 1,325 0,000 b11 -0,376 7,655 0,041 122,191 0,203 11,054 1,852 0,693 0,000 0,000 b22 -2,412 22,085 0,041 122,191 0,203 11,054 11,867 1,998 -2,412 0,000 PHỤ LỤC Kết đo phổ hồng ngoại FTIR mẫu pectin sương sâm Phụ lục ... tài: ? ?Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi? ?? 1.6 Ứng dụng pectin làm chất ổn định chế biến nectar ổi 1.6.1 Chất ổn định. .. q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi? ?? phương pháp chiết xuất pectin pectin theo phương pháp ngâm chiết nhiệt có hỗ trợ sóng siêu. .. tài: ? ?Tối ưu hóa q trình chiết xuất pectin có hỗ trợ siêu âm từ sương sâm ứng dụng làm chất ổn định chế biến nectar ổi? ?? phút thu pectin từ vỏ bưởi với suất lên đến 26,74% [19] Đề tài Tối ưu hóa