Để đảm bảo bột khoai lang tím Nhật có màu sáng, tím đẹp và giữ được tính chất hóa lý cao nhất, thì miếng khoai nên được chần ở nhiệt độ 100oC trong thời gian 4 phút.
4.3 Thí nghiệm 2: Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến sự thay đổi màu sắc, hàm lƣợng anthocyanin và tính chất của bột khoai lang tím Nhật
Sau quá trình chần, quá trình sấy cũng ảnh hưởng chất lượng lát khoai lang, từ đó ảnh hưởng đến đến màu sắc, hàm lượng anthocyanin và tính chất hóa lý của bột khoai lang. Trong quá trình sấy ở nhiệt độ và thời gian khác nhau, sự giảm độ ẩm và hàm lượng anthocyanin cũng được đánh giá theo mô hình động học.
4.3.1 Sự ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến sự thay đổi của độ ẩm, hàm lƣợng anthocyanin, màu sắc L*, a*, b* và góc màu Ho
trong lát khoai lang tím Nhật
4.3.1.1 Khảo sát động học sự thay đổi độ ẩm (tính trên căn bản khô) trong lát khoai lang tím Nhật ở các nhiệt độ sấy khác nhau
Dựa vào sự giảm ẩm (% căn bản khô) của lát khoai lang tím Nhật theo thời gian ở các nhiệt độ sấy, mô hình Lewis (phương trình 2.1 mục 2.6.4) được sử dụng để tính hằng số tốc độ sấy K ở các nhiệt độ sấy khác nhau. Hằng số tốc độ sấy K trong quá trình sấy khoai lang được trình bày ở Bảng 4.11.
55
Bảng 4.11 Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến hằng số tốc độ sấy K trong quá trình sấy khoai lang tím Nhật tính toán theo mô hình Lewis
Nhiệt độ sấy (oC)
50 60 70
Hằng số tốc độ sấy K (l/giờ) 0,230 0,333 0,391
R2 0,959 0,981 0,943
Bảng 4.11 cho thấy hệ số xác định R2 > 0,94 do đó có thể sử dụng mô hình Lewis để tính toán hằng số tốc độ sấy K trong quá trình sấy lát khoai lang tím Nhật. Theo bảng số liệu trên, khi nhiệt độ sấy càng cao thì hằng số tốc độ sấy K càng lớn. Phỏng đoán quá trình sấy khoai lang theo phương trình Lewis: ở 50oC có tốc độ sấy thấp nhất (K = 0,230 l/giờ) và tốc độ sấy cao nhất ở 70oC (K = 0,391 l/giờ).
Hằng số tốc độ sấy K được trình bày ở Bảng 4.11 giúp xác định ẩm độ (% căn bản khô) của lát khoai lang tím Nhật theo nhiệt độ và thời gian sấy theo mô hình Lewis bằng phương trình 2.1 (mục 2.6.4). Sự biến đổi độ ẩm của lát khoai lang tím Nhật theo nhiệt độ và thời gian sấy được thể hiện trong Hình 4.17.
Hình 4.17 Biến đổi độ ẩm (% căn bản khô) của lát khoai lang tím Nhật theo nhiệt độ (oC) và thời gian sấy (giờ) theo mô hình Lewis
0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Độ ẩm (% CBK )
Thời gian sấy (giờ)
50-thuc nghiem 60-thuc nghiem 70-thuc nghiem 50- ly thuyet 60-ly thuyet 70-ly thuyet
56
Hình 4.17 cho thấy quá trình sấy lát khoai lang tím Nhật có ba giai đoạn chính: Giai đoạn 1 (từ 0 - 3 giờ): là giai đoạn mà độ ẩm của lát khoai lang tím Nhật giảm nhanh nhất trong toàn bộ quá trình sấy. Trong giai đoạn này sự chênh lệch độ ẩm (gradient độ ẩm) giữa không khí và vật liệu lớn nhất nên ẩm giảm nhanh nhất (Võ Tấn Thành và Vũ Trường Sơn, 2013). Ở giai đoạn này, tốc độ sấy không đổi. Sự giảm ẩm nhanh nhất khi sấy ở 70oC và giảm chậm nhất là ở 50o
C.
Giai đoạn 2 (từ 3 – 9 giờ): độ ẩm giảm khá nhanh nhưng tốc độ sấy có xu hướng giảm dần. Theo Võ Tấn Thành và Vũ Trường Sơn (2013) trên đường cong vận tốc sấy có một điểm uốn cong gọi là wc . Đây là điểm uốn giữa giai đoạn vận tốc sấy không đổi (giai đoạn 1) và giai đoạn vận tốc sấy thay đổi (giai đoạn 3).
Giai đoạn 3 (từ 9 giờ đến cuối quá trình sấy): độ ẩm của lát khoai lang giảm rất chậm. Ở giai đoạn này gradient độ ẩm giữa độ ẩm tương đối của không khí và độ ẩm vật liệu sấy (lát khoai) rất thấp, nước tự do trong lát khoai lang còn lại ít. Tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy nên độ ẩm của lát khoai lang giảm chậm lại cho đến khi độ ẩm của lát khoai lang đạt độ ẩm cân bằng thì quá trình sấy khoai lang kết thúc (Võ Tấn Thành và Vũ Trường Sơn, 2013).
Hình 4.17 còn cho thấy thời gian sấy dài nhất ở 50o
C (24 giờ), tiếp theo là ở 60oC (21 giờ) và sấy nhanh nhất ở 70oC (18 giờ).
57
4.3.1.2 Khảo sát động học sự thay đổi hàm lượng anthocyanin (tính trên căn bản khô) trong lát khoai lang tím Nhật ở các nhiệt độ sấy khác nhau
Động học thay đổi hàm lượng anthocyanin trong lát khoai lang tím Nhật do tác động của quá trình sấy được tiến hành ở 3 mức nhiệt độ 50, 60 và 70o
C. Ở mỗi nhiệt độ sấy, lát khoai lang tím Nhật được phân tích hàm lượng anthocyanin (% căn bản khô) theo thời gian sấy (0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21 và 24 giờ). Động học phân hủy anthocyanin trong quá trình sấy lát khoai lang tím Nhật được thể hiện trong Hình 4.18.
Hình 4.18 Động học phân hủy anthocyanin trong quá trình sấy lát khoai lang tím Nhật theo mô hình phƣơng trình bậc nhất
Hình 4.18 cho thấy hàm lượng anthocyanin (% căn bản khô) của lát khoai lang tím Nhật giảm theo thời gian và nhiệt độ sấy. Đồng thời, theo thời gian sấy hàm lượng anthocyanin của lát khoai lang tím Nhật giảm nhiều nhất ở 70oC và giảm ít nhất ở 50oC. Nhiệt độ sấy càng cao thì hàm lượng anthocyanin giảm càng nhiều do anthocyanin là hợp chất dễ bị phân hủy bởi nhiệt độ (Von Elbe và Schwartz, 1996). Garzon (1998) cho rằng sự gia tăng nhiệt độ góp phần đẩy nhanh sự suy giảm các anthocyanin monomeric.
Dựa vào sự thay đổi hàm lượng anthocyanin (% căn bản khô) trong lát khoai lang tím Nhật theo thời gian ở các nhiệt độ sấy, phương trình bậc nhất (phương trình 2.2 và 2.3 trong mục 2.7) được sử dụng để tính hằng số tốc độ phân hủy anthocyanin k. Hằng số tốc độ phân hủy anthocyanin k trong quá trình sấy khoai lang được trình bày ở Bảng 4.12. -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0 10 20 30 ln (C /Co)
Thời gian sấy (giờ)
50 60 70 y = -3824.x + 7.375 R² = 0.952 -4.6 -4.5 -4.4 -4.3 -4.2 -4.1 -4 -3.9 -3.8 -3.7 -3.6 0.0029 0.00295 0.003 0.00305 0.0031 0.00315 ln (k) 1/T
58
Bảng 4.12 Ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến hằng số tốc độ phân hủy anthocyanin k trong quá trình sấy khoai lang tím Nhật tính toán theo mô hình phản ứng bậc nhất
Nhiệt độ sấy (oC) 50 60 70 Hằng số tốc độ phân hủy anthocyanin k (l/giờ) 0,012 0,015 0,024
R2 0,97 0,941 0,908
Bảng 4.12 cho thấy hệ số xác định R2 > 0,90. Điều này cho thấy rằng có thể sử dụng phương trình bậc nhất để tính toán hằng số tốc độ phân hủy anthocyanin k trong quá trình sấy lát khoai lang tím Nhật. Theo bảng số liệu trên, khi nhiệt độ sấy càng cao thì hằng số tốc độ phân hủy anthocyanin k càng lớn. Phỏng đoán quá trình sấy khoai lang tím Nhật theo mô hình bậc nhất: ở 50oC có tốc độ phân hủy anthocyanin thấp nhất (k = 0,012 l/giờ) và tốc độ phân hủy anthocyanin cao nhất ở 70oC (k = 0,024 l/giờ). Theo nghiên cứu của Diệp Kim Quyên (2014) thì tốc độ phân hủy anthocyanin trong quá trình gia nhiệt kẹo dẻo dâu tây là k80 = 1,38 (1/giờ), k90 = 1,98 (1/giờ) và k100 = 3 (1/giờ). Ngoài ra, nghiên cứu của Mishra et al. (2008) cho thấy tốc độ phân hủy anthocyanin trong nho nghiền là k110 = 3,6 (1/giờ). Những kết quả này cho thấy tốc độ phân hủy anthocyanin trong quá trình sấy lát khoai lang tím Nhật là thấp hơn trong quá trình gia nhiệt kẹo dẻo dâu tây và nho nghiền. Điều này là do nhiệt độ xử lý khoai lang tím Nhật thấp hơn (50, 60 và 70o
C) và hệ số truyền nhiệt trong môi trường không khí nóng thấp hơn so với trong chất rắn lỏng.
Dựa vào phương trình 2.5 (mục 2.7) với mô hình Arrhenius, năng lượng phân hủy (Ea) anthocyanin trong khoai lang tím Nhật được tính toán với giá trị là Ea = 31,8 kJ/mol (R2 = 0,952). Khi so sánh với năng lượng phân hủy (Ea) anthocyanin trong nước ép blackberry (Ea = 76 kJ/mol) của Wang và Xu (2007) thì Ea trong khoai lang tím Nhật là thấp hơn do sự khác nhau về nguyên liệu và môi trường truyền nhiệt.
59
4.3.1.3 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến sự thay đổi giá trị màu sắc L*, a*, b* và góc màu Ho của lát khoai lang tím Nhật
Ở mỗi nhiệt độ sấy khác nhau, lát khoai lang tím Nhật được đo các giá trị màu sắc theo thời gian sấy (0, 3, 6, 9, 12, 18, 21 và 24 giờ). Sự thay đổi giá trị màu sắc L*, a*, b* và góc màu Ho của lát khoai lang tím Nhật theo thời gian ở các nhiệt độ sấy khác nhau được thể hiện trong các hình 4.19, 4.20 và 4.21.
Hình 4.19 Sự thay đổi giá trị L* của lát khoai lang tím Nhật theo thời gian sấy ở các nhiệt độ sấy khác nhau
Hình 4.19 cho thấy quá trình sấy nhiệt độ càng cao làm giá trị L* của lát khoai lang tím Nhật giảm càng nhiều theo thời gian. Cùng một thời gian sấy, giá trị L* của mẫu thấp nhất khi khi sấy ở 70oC, tiếp theo là ở 60oC và cao nhất là ở 50o
C. Nhiệt độ càng cao gây ra sự suy thoái của anthocyanin thành các chất dẫn xuất không màu, và chuyển đổi tiếp theo của anthocyanin thành những chất màu nâu (Jing et al., 2014) càng nhiều, nên giảm giá trị L* càng giảm. Ngoài ra, theo nghiên cứu của Michael và Wilson (1997), sự giảm giá trị L* của mẫu có lẽ là do những phản ứng Maillard sinh ra các chất màu tối trên bề mặt mẫu.
5 10 15 20 0 3 6 9 12 15 18 21 24 G iá tr ị L *
Thời gian sấy (giờ)
60
Hình 4.20 Sự thay đổi giá trị a* (A) và b* (B) của lát khoai lang tím Nhật theo thời gian sấy ở các nhiệt độ sấy khác nhau
Hình 4.21 Sự thay đổi giá trị Ho
của lát khoai lang tím Nhật theo thời gian sấy ở các nhiệt độ sấy khác nhau
Hình 4.20 và 4.21 cho thấy giá trị màu sắc a*, b* và góc màu Ho của lát khoai lang tím Nhật tăng khi nhiệt độ sấy càng cao. Khi sấy ở 70oC các giá trị a*, b* và Ho
là cao nhất, tiếp theo là ở 60oC và thấp nhất là ở 50oC. Theo nghiên cứu của Maruf et al. (2010), giá trị a* và b* của lát khoai lang sấy ở 65°C cao hơn so với ở 55°C và giá trị này tăng lên cùng với sự tăng nhiệt độ sấy. Do tác dụng của nhiệt độ, cường độ màu tăng lên làm sản phẩm có màu thẩm. Màu nâu do phản ứng Maillard sinh ra ở nhiệt độ cao trong quá trình sấy cũng làm thay đổi các giá trị màu trên bề mặt lát khoai lang tím. Theo Garcia và Bridle (1999), những thay đổi trong các thông số màu sắc có liên quan đến sự biến đổi anthocyanin.
-1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 3 6 9 12 15 18 21 24 G iá t rị b*
Thời gian sấy (giờ)
B 50 60 70 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 0 3 6 9 12 15 18 21 24 G óc m àu H o( o)
Thời gian (giờ)
50 60 70 19 20 21 22 23 24 25 0 3 6 9 12 15 18 21 24 G iá t rị a *
Thời gian sấy (giờ)
A
61
Tuy nhiên sự chênh lệch về các giá trị màu L* (Hình 4.19), a* (Hình 4.20 A), b* (hình 4.20 B) và Ho (Hình 4.21) giữa các nhiệt độ sấy thể hiện rõ nhất ở giai đoạn đầu của quá trình sấy vì giai đoạn này hàm lượng nước trong mẫu còn nhiều và giảm nhanh theo thời gian nên sự hoạt động của các phản ứng tạo màu có điều kiện xảy ra dễ dàng hơn. Maruf et al. (2010) cho rằng thông số màu L*, a*, b* đã được sử dụng rộng rãi để mô tả sự thay đổi màu sắc trong quá trình mất nước của trái cây và các sản phẩm thực vật do đó có thể nói rằng sự mất nước của mẫu trong quá trình sấy ảnh hưởng đáng kể đến sự thay đổi các giá trị màu sắc này.
4.3.2 Sự ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến hàm lƣợng anthocyanin, màu sắc và tính chất của bột khoai lang tím Nhật
4.3.2.1 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hàm lượng anthocyanin của bột khoai lang tím Nhật
Sau khi sấy lát khoai lang tím Nhật ở các nhiệt độ khác nhau, các lát khoai được nghiền thành bột và phân tích hàm lượng anthocyanin trong bột. Hàm lượng anthocyanin trong bột khoai lang tím Nhật chế biến từ các lát khoai sấy ở các mức nhiệt độ khác nhau được trình bày trong Bảng 4.13.
Bảng 4.13 Sự ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến hàm lƣợng anthocyanin của bột khoai lang tím Nhật
Nhiệt độ sấy (oC) HL anthocyanin của bột (% căn bản khô)
50 0,0970a
60 0,0950a
70 0,0825b
F 82,33
P 0,0024
Ghi chú: các số liệu thống kê có ý nghĩa theo hàng dọc, những nghiệm thức có cùng kí tự theo hàng dọc thì không có khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê ở mức 5%
Số liệu trong Bảng 4.13 cho thấy hàm lượng anthocyanin (% căn bản khô) của bột khoai lang tím Nhật có xu hướng giảm khi tăng nhiệt độ sấy ở mức ý nghĩa 5%. Hàm lượng anthocyanin của bột khi sấy ở 50oC không có sự khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê ở mức 5% so với mẫu bột sấy ở 60oC nhưng lại khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê ở mức 5% với mẫu bột sấy ở 70oC. Ở 70oC, tuy thời gian sấy ngắn nhất nhưng do nhiệt độ sấy cao nhất nên anthocyanin trong lát khoai lang bị phân hủy bởi nhiệt nhiều nhất dẫn đến hàm lượng của chúng trong mẫu bột là thấp nhất. Khi sấy ở 50oC, hàm lượng anthocyanin trong lát khoai lang phân hủy bởi nhiệt không nhiều dẫn đến hàm lượng này trong bột cao nhất nhưng thời gian sấy dài nhất. Vì vậy, nhiệt độ 60oC là nhiệt độ
62
sấy tối ưu nhất đối với hàm lượng anthocyanin của bột khoai lang tím Nhật vì hàm lượng anthocyanin của bột tương đối cao (0,0950% căn bản khô) và không khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê với nhiệt độ 50o
C (0,0970% căn bản khô) cũng như thời gian sấy ngắn.
4.3.2.2 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến các giá trị màu sắc L*, a*, b* và góc màu Ho của bột khoai lang tím Nhật
Sau khi sấy lát khoai lang tím Nhật ở các nhiệt độ khác nhau, các lát khoai được nghiền thành bột và đo các giá trị màu sắc của bột. Các giá trị màu sắc của bột khoai lang tím Nhật chế biến từ các lát khoai sấy ở các mức nhiệt độ khác nhau được trình bày trong Bảng 4.14.
Bảng 4.14 Sự ảnh hƣởng của nhiệt độ sấy đến màu sắc L*, a*, b* và góc màu Ho của bột khoai lang tím Nhật
Nhiệt độ sấy (oC)
Giá trị màu sắc của bột
Giá trị L* Giá trị a* Giá trị b* Ho (o) 50 53,5a 24,0a -3,4a -7,935a 60 53,1a 23,3a -2,9a -7,095a 70 51,6b 24,2a -2,0b -4,725b F 21,5 1,24 17,18 39,54 P 0,0167 0,4049 0,0228 0,0070
Ghi chú: các số liệu thống kê có ý nghĩa theo hàng dọc, những nghiệm thức có cùng kí tự theo hàng dọc thì không có khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê ở mức 5%.
Số liệu trong Bảng 4.14, cho thấy:
Giá trị L* của bột khoai lang tím Nhật giảm khi nhiệt độ sấy tăng có nghĩa là bột càng tối màu khi tăng nhiệt độ sấy. Michael và Wilson (1997) cho rằng giá trị L* của bột giảm khi tăng nhiệt độ sấy do phản ứng Maillard hoặc quá trình oxy hóa. Sự tối màu của bột làm giảm chất lượng của bột. Trong Bảng 4.14, giá trị L* cao nhất khi sấy ở 50oC (53,5) và thấp nhất ở 70oC (51,6). Trong đó giá trị L* ở 50 và 60oC không có sự khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê ở mức 5%. Tuy nhiên sấy 50oC không có lợi về mặt kinh tế do đó 60oC là nhiệt độ sấy tối ưu nhất đối với chỉ tiêu L* của bột khoai lang tím Nhật.
Giá trị a* của bột khoai lang tím Nhật giữa các nhiệt độ sấy khác nhau thì không có ý nghĩa về mặt thống kê (P > 0,05). Giá trị b* và Ho của bột khoai lang tím Nhật tăng dần khi tăng nhiệt độ sấy cho thấy màu vàng của bột tăng và màu tím giảm. Giá trị b* của bột tăng có thể do các sản phẩm của phản ứng hóa nâu xảy ra trong quá trình
63
sấy ở nhiệt độ cao gây ra. Giá trị b* và Ho càng tăng thì càng làm giảm màu tím của bột. Bảng 4.14 cho thấy giá trị b* thấp nhất khi sấy ở 50oC và cao nhất ở 70oC. Trong đó giá trị b* và Ho
ở 50 và 60oC không có sự khác biệt ý nghĩa về mặt thống kê. Tuy nhiên sấy 50oC không có lợi về mặt kinh tế do đó 60oC là nhiệt độ sấy tối ưu nhất đối