Giới thiệu về quá trình sấy

2.6.1 Khái niệm

Sấy là quá trình tách pha lỏng thường là nước ra khỏi vâ ̣t liê ̣u bằng cách sử du ̣ng nhiê ̣t. Quá trình sấy được thực hiện nhằm nhiều mục đích: đối với thực phẩm quá trình sấy nhằm làm giảm lượng nước tự do để kéo dài thời gian bảo quản, mặc khác quá trình sấy còn làm giảm khối lượng giúp cho sự vận chuyển được thuận tiện hơn.

Vật liệu cần tách ẩm ra để có độ khô theo yêu cầu gọi là vật liệu sấy. Lưu thể cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy và mang ẩm từ vật liệu ra môi trường xung quanh gọi là tác nhân sấy. Có 3 dạng liên kết trong vật liệu sấy: liên kết cơ lý, liên kết hóa lý và liên kết hoá học. Quá trình sấy chỉ tách được ẩm liên kết cơ học và liên kết cơ lý, còn ẩm liên kết hoá học không tách được.

2.6.2 Phƣơng pháp sấy

Phương pháp sấy chia ra hai loại lớn là sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.

Sấy tự nhiên là quá trình phơi vật liệu ngoài trời, sử dụng nguồn nhiệt bức xạ của mặt trời và ẩm bay ra được không khí mang đi.

Các phương pháp sấy nhân tạo được thực hiện trong thiết bị sấy. Căn cứ vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại: phương pháp sấy đối lưu, phương

15

pháp sấy bức xạ, phương pháp ấy tiếp xúc, phương pháp sấy thăng hoa. Trong đó phương pháp sấy đối lưu, bức xạ và tiếp xúc được dùng rộng rãi nhất. Phương pháp sấy đối lưu được thực hiện trong nhiều thiết bị sấy như: thiết bị sấy buồng, sấy hầm, sấy bằng băng tả. Ưu điểm của sấy nhân tạo là thời gian sấy nhanh, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên (Hoàng Văn Chước, 1999).

2.6.3 Các giai đoạn của quá trình sấy

2.6.3.1. Giai đoạn sấy đẳng tốc

Giai đoạn sấy đẳng tốc bắt đầu khi vật liệu đặt vào môi trường sấy cho đến khi trong vật liệu không còn nước tự do. Đầu tiên nhiệt từ môi trường sẽ được truyền đến vật liệu làm nhiệt độ vật liệu gia tăng đến nhiệt độ bầu ướt. Sự gia tăng nhiệt độ ở bề mặt diễn ra nhanh hơn bên trong vật liệu, độ ẩm vật liệu có giảm nhưng không đáng kể. Khi nhiệt độ bề mặt và bên trong vật liệu đạt đến nhiệt độ bầu ướt thì nhiệt lượng được cung cấp cho vật liệu sẽ biến thành ẩn nhiệt làm nước trong vật liệu chuyển thành trạng thái hơi mà không làm tăng nhiệt độ vì vậy chênh lệch nhiệt độ giữ vật liệu và môi trường là không đổi. Nếu gọi sự giảm độ ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian là tốc độ sấy thì trong giai đoạn này tốc độ sấy không thay đổi nên giai đoạn này được gọi là giai đoạn sấy đẳng tốc (Võ Tấn Thành và Vũ Trường Sơn, 2013).

2.6.3.2. Giai đoạn sấy giảm tốc

Khi kết thúc giai đoạn sấy đẳng tốc nước tự do trong vật liệu không còn vì vậy năng lượng cần thiết để làm nước liên kết chuyển thành hơi phải cần nhiều hơn, do đó lúc này tốc độ bay hơi nước bắt đầu giảm dần theo thời gian, nhiệt độ của vật liệu tăng dần để tiến đến nhiệt độ môi trường. Giai đoạn này gọi là giai đoạn sấy giảm tốc. Khi nhiệt độ tiến đến bằng với nhiệt độ môi trường thì độ ẩm tiến đến độ ẩm cân bằng, quá trình thoát ẩm kết thúc (Võ Tấn Thành và Vũ Trường Sơn, 2013).

2.6.4 Giới thiệu về mô hình Lewis

Trong quá trình sấy, việc phỏng đoán thời gian sấy và thay đổi độ ẩm của vật liệu là 2 vấn đề luôn được quan tâm để có thể kiểm soát và điều khiển quá trình. Hiện nay có nhiều mô hình được sử dụng để tính toán và phỏng đoán tiến trình. Một trong những mô hình đó là mô hình Lewis với công thức tính toán như sau:

t K e i e e M M M t M( )  .    (2.1) Trong đó:

M(t): độ ẩm vật liệu tại thời điểm t (% căn bản khô)

Me: độ ẩm cân bằng của vật liệu (% căn bản khô)

Mi: độ ẩm ban đầu của vật liệu (% căn bản khô)

t: thời gian sấy (giờ)

16 Tính toán: Đặt MR= e i e M M M t M   ) (

Lấy logarit hai vế (2.1) ta được: ln(MR) = -K.t

Với y= ln(MR) và x= t thì ta có phương trình có dạng y= -ax. Khi đó K là hệ số góc của phương trình này.

2.6.5 Phản ứng tạo màu trong quá trình sấy

2.6.5.1 Phản ứng Caramen

Phản ứng xảy ra mạnh mẽ ở nhiệt độ nóng chảy của từng loại đường. Tuy nhiên phụ thuộc vào nồng độ đường, pH môi trường và nhiệt độ đun nóng, người ta vẫn tìm thấy các sản phẩm của sự caramen ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của đường.

Giai đoạn đầu của phản ứng tạo nên các alhydrid của đường glucose, fructose, saccharose là những hợp chất không màu. Sau đó bên cạnh sự dehydrate hóa xảy ra sự trùng hợp hóa các đường đã dehydrate hóa để tạo thành các phẩm vật có màu nâu vàng. Hầu như tất cả các sản phẩm caramen hoá đều có vị đắng.

2.6.5.2 Phản ứng Maillard

Phản ứng ozamin, cacbonylamin, aminoza hay phản ứng melanoidin là phản ứng có vai trò đặc biệt quan trọng trong kỹ thuật thực phẩm sản xuất thực phẩm. Đây là phản ứng giữa protein và glucid hay nói rõ hơn là phản ứng giữa đường ose và acid amin. Điều kiện để cho phản ứng xảy ra là phải có nhóm carbonyl và chất kia phải có nhóm amin. Phản ứng tạo melanoidin bao gồm một loạt các phản ứng xảy ra song song hoặc nối tiếp.

Dựa vào mức độ về màu sắc của sản phẩm có thể chia thành 3 giai đoạn kế tiếp nhau:

- Giai đoạn đầu tạo các sản phẩm không màu và không hấp thu ánh sáng cực tím. Giai đoạn này bao gồm hai phản ứng:

+ Phản ứng ngưng tụ Carbonylamin + Phản ứng chuyển vị Amadori

- Giai đoạn hai tạo các sản phẩm không màu hoặc màu vàng nhạt, hấp thu mạnh ánh sáng cực tím. Giai đoạn này bào gồm:

+ Phản ứng khử nước của đường

+ Phản ứng phân huỷ đường và các hợp chất amin

- Giai đoạn cuối tạo sản phẩm có màu đậm. Giai đoạn này gồm có: + Phản ứng ngưng tụ aldol

17

2.7 Động học phản ứng bậc nhất trong quá trình gia nhiệt

Theo một số nghiên cứu, sự mất mát về tổng hàm lượng anthocyanin trong quá trình gia nhiệt được tính toán thông qua việc sử dụng phương trình chuẩn cho mô hình phản ứng bậc nhất (Labuza, 1984). ln(C) = ln(Co) – k.t hay ln(C/Co) = -k.t (2.2)  C = Co.e–k.t = Co.exp(-k.t) (2.3) Với:

C: nồng độ anthocyanin sau một thời gian gia nhiệt Co: nồng độ anthocyanin tại thời gian t = 0

t: thời gian gia nhiệt (giờ)

k: hằng số tốc độ phân hủy anthocyanin theo phương trình bậc nhất (1/giờ) Sự phân hủy anthocyanin phụ thuộc vào nhiệt độ được xác định bởi phương trình Arrhenius:                 T T R E k k ref T a ref 1 1 . exp . (2.4) hay . 1 1 . ) ln( ) ln(                    T T R E k k ref T a ref (2.5) Trong đó:

Ea: năng lượng hoạt hóa (kJ/mol).

k: hằng số tốc độ phân hủy anthocyanin (1/giờ). kref: hằng số tốc độ phản ứng ở nhiệt độ Tref (1/giờ) RT: hằng số khí lý tưởng (=8,314 J/Kmol).

T: nhiệt độ tuyệt đối (K). Tref: nhiệt độ tham chiếu (K). (Ozensen và Erge, 2012)

2.8 Tọa độ màu theo mô hình CIE lab

Một màu sắc được diễn tả bằng một tọa độ gồm 3 con số theo mô hình CIE lab. Mô hình CIE lab được xây dựng dựa trên khả năng cảm nhận màu của mắt người. Các giá trị lab mô tả tất cả những màu mắt một người bình thường có thể thấy được. lab

18

được xem là một mô hình màu độc lập đối với thiết bị và thường được sử dụng như một cơ sở tham chiếu khi chuyển đổi một màu từ một không gian màu này sang một không gian màu khác. Theo mô hình Lab, tất cả các màu có cùng một độ sáng sẽ nằm trên cùng một mặt phẳng có dạng hình tròn theo 2 trục a* và b*. Màu có giá trị a* dương thì ngả đỏ, màu có giá trị a* âm thì ngả lục. Tương tự b* dương thì ngả vàng và b* âm thì ngả lam. Còn độ sáng của màu thì thay đổi theo trục dọc. Hue (sắc màu): thông thường, sắc màu chính là tên của màu. Các sắc màu khác nhau được biểu diễn trên vòng tròn màu và có giá trị từ 0o

19

CHƢƠNG 3: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

3.1 Phƣơng tiện nghiên cứu

3.1.1 Địa điểm và thời gian thực hiện

Thực hiện nghiên cứu, thu thập số liệu tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Thực Phẩm, Khoa Nông Nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ.

Thời gian thực hiện: 4 tháng (từ tháng 8 đến tháng 11/2014)

3.1.2 Nguyên liệu

Khoai lang tím Nhật được mua ở huyện Bình Minh – Vĩnh Long và vận chuyển về phòng thí nghiệm bằng xe.

3.1.3 Dụng cụ, thiết bị

Cân điện tử AR.2140 (USA) Thiết bị sấy (Thermoline, Nhật) Thiết bị nghiền khô ST – 20B Máy ly tâm Hermile

Tủ lạnh (Panasonic)

Máy xay sinh tố (Panasonic)

Máy đo quang phổ Spectrophotometer Bếp điện, nhiệt kế

Máy đo cấu trúc (Rheotex)

Máy đo độ nhớt Viscometer (Brook Co.Ltd). Bình hút ẩm

Vortex

Một số dụng cụ phân tích (ống nghiệm có nắp, cốc thủy tinh, cốc sứ, bình định mức, buret, pipet, cuvet 1 cm)

3.1.4 Hóa chất sử dụng Dung dịch Guaiacol Dung dịch Guaiacol Dung dịch H2O2 Muối KCl khan CH3CO2Na khan KOH khan Etylic 95%

20 Dung dịch HCl đậm đặc

3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu

3.2.1 Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu

Bảng 3.1 Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu cơ bản

3.2.2 Phƣơng pháp xử lý số liệu

Sử dụng phần mềm excel để tính toán số liệu và vẽ đồ thị.

Phương pháp thống kê: các thí nghiệm được khảo sát với 2 lần lặp lại. Số liệu thu thập từ thí nghiệm trước là thông số tối ưu được sử dụng cho quá trình tiến hành thí nghiệm tiếp theo. Tính toán thống kê ANOVA bằng chương trình thống kê Stagraphics Plus 15 với phép thử LSD để tính sự khác biệt có ý nghĩa thống kê của các số liệu.

Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Kiểm tra mức độ vô hoạt enzyme

peroxydase

Dựa vào cường độ màu thể hiện do enzyme peroxydase xúc tác phản ứng giữa Guaiacol với H2O2

Độ ẩm Phương pháp sấy đến khối lượng không đổi ở 105o

C Hàm lượng anthocyanin Phương pháp vi sai

Độ cứng gel của bột Sử dụng máy đo cấu trúc Độ nhớt của bột Sử dụng máy đo độ nhớt Độ bền gel của bột Phương pháp đo độ bền gel

Đo màu sắc Sử dụng thiết bị và chương trình đo màu Matlab Độ trương nở của bột Phương pháp của Konik – Rose et al. (2001)

21

3.2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

3.2.3.1 Qui trình thí nghiệm tổng quát

Hình 3.1 Qui trình chế biến bột khoai lang tím Nhật

Ngâm Rửa sạch Cắt lát Định hình Khoai lang tím Nhật Sấy Để nguội Bột khoai lang tím Nhật Rây Nghiền Vô gói Làm nguội nhanh Rửa lại Chần Bảo quản

22

3.2.3.2 Một số giai đoạn chế biến cơ bản

Nguyên liệu: chọn loại khoai lang tím Nhật củ to vừa phải để thuận lợi cho quá trình định hình, củ phải còn tươi, không sâu bệnh, thối khô, thối ướt hoặc mọc mầm, có thể hư hỏng vật lí với tỉ lệ chấp nhận được, khối lượng khoảng 150-250 g/củ.

Ngâm: ngâm khoảng 15 - 30 phút trong nước sạch (tùy vào mức nhiễm bẩn của khoai) để dễ dàng rửa sạch tạp chất (bùn, cát, bụi, …) trên vỏ khoai.

Rửa sạch: loại bỏ tạp chất bám trên bề mặt khoai lang, tránh chúng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và thuận lợi cho các công đoạn tiếp theo.

Cắt lát: khoai được cắt lát theo chiều ngang với bề dày 5 - 6 mm bằng máy cắt lát. Bề dày của lát có ảnh hưởng nhiều đến sự thất thoát anthocyanin, sự tác động của các yếu tố nhiệt độ, hóa chất đến lát khoai cũng như thời gian sấy và chất lượng của bột khoai lang tím Nhật.

Rửa lại: khoai sau khi cắt lát được cho vào nước rửa lại lần nữa để hạn chế hiện tượng hóa nâu bề mặt trong quá trình định hình tiếp theo và loại bỏ tạp chất trong quá trình cắt lát.

Định hình: để tạo kích thước và hình dạng đồng nhất cho các lát khoai lang. Dùng khuôn định hình bằng kim loại không rỉ (inox) có hình trụ với đường kính 3 cm.

Chần: nhằm đình chỉ các quá trình sinh hóa xảy ra trong nguyên liệu, hạn chế phản ứng hóa nâu do enzyme polyphenol oxydase, giữ màu sắc của nguyên liệu không hoặc ít bị biến đổi. Tùy theo yêu cầu chế biến và tính chất của nguyên liệu mà nhiệt độ chần là 75 - 100oC trong thời gian 2 - 15 phút. Nếu quá nhiệt độ và thời gian nguyên liệu sẽ bị nhũng và tổn thất chất khô nhiều (Nguyễn Xuân Phương và Nguyễn Văn Thoa, 2006).

Sấy: nhằm chủ yếu làm khô lát khoai, thuận lợi cho quá trình nghiền và làm hạ thấp aw nên có tác dụng bảo quản nguyên liệu.

Nghiền: khoai sấy khô, qua làm nguội, rồi nghiền mịn để bao gói ngay (Phạm Vĩnh Viễn, 1985). Nghiền là quá trình phân chia vật thể rắn thành nhiều phần tử. Trong các ngành sản xuất thực phẩm, người ta sử dụng quá trình nghiền để chế biến các loại hạt, các loại rau quả sấy khô,… Kích thước trung bình của vật liệu ban đầu và sau khi nghiền được xác định theo kích thước của các lỗ lưới sàng đem dùng để sàng nguyên liệu ban đầu và các sản phẩm nhận sau khi nghiền (Trần Minh Tâm, 1998).

Bao gói: các sản phẩm sấy có thể duy trì được tính ổn định của chúng khi bảo quản trong điều kiện không bị tác động của nước, ánh nắng mặt trời, không khí và tránh nhiễm bẩn. Do vậy chọn lựa bao bì đóng gói phù hợp là vấn đề thiết yếu nhằm bảo quản sản phẩm sấy trong thời gian dài (Nguyễn Minh Thủy, 2000).

23

3.3 Bố trí thí nghiệm

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian chần đến màu sắc, hàm lƣợng anthocyanin và tính chất của bột khoai lang tím Nhật

3.3.1.1 Mục đích

Xác định nhiệt độ và thời gian chần thích hợp cho hàm lượng anthocyanin, màu sắc và tính chất bột khoai lang tím Nhật.

3.3.1.2 Bố trí thí nghiệm

Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên gồm 2 nhân tố với 2 lần lặp lại: - Nhân tố A: nhiệt độ chần, oC

A1: 80 A2: 90 A3: 100

- Nhân tố B: thời gian chần, phút

B1: 0 B2: 2 B3: 4 B4: 6 Tổng số nghiệm thức: A x B= 3 x 4 = 12 nghiệm thức

24 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 1:

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian chần đến màu sắc, hàm lƣợng anthocyanin và tính chất của bột khoai lang tím Nhật

Chần Ngâm (15 – 30 phút) Rửa sạch Thái lát (dày 5 – 6 mm) Định hình (đường kính 3 cm) Khoai lang tím Nhật Sấy (50oC) Để nguội Bột khoai lang tím Nhật Rây (Ø= 0,12 mm) Nghiền Làm nguội nhanh Rửa lại Xác định các chỉ tiêu của lát khoai lang tím Nhật

Xác định các chỉ tiêu của bột khoai lang tím Nhật

A1 A2 A3

B2 B3 B4

25

3.3.1.3 Chuẩn bị mẫu và tiến hành thí nghiệm

- Nguyên liệu khoai lang tím Nhật được ngâm, rửa sạch tạp chất, cắt lát với bề dày 5- 6 mm, rửa lại và định hình để tạo thành các miếng khoai có kích thước đồng nhất. - Cho các lát khoai vào chần ở các nhiệt độ và thời gian như bố trí thí nghiệm (mục

3.3.1.2). Sau khi chần vớt khoai ra và làm nguội nhanh gián tiếp với nước đá lạnh. - Xác định các chỉ tiêu của lát khoai lang sau khi chần ở nhiệt độ và thời gian như bố

trí thí nghiệm (mục 3.3.1.2).

- Sấy các lát khoai ở nhiệt độ 50oC trong tủ sấy đến khi độ ẩm lát khoai khoảng 8% sau đó lấy ra để nguội, nghiền mịn, rây (đường kính lỗ rây: 0,12 mm) thành bột.