Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun

7. Ý nghĩa khoa học của đề tài

2.4.1Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun

23

Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:

Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu.

Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nƣớc tại bề mặt vật liệu và mơi trƣờng xung quanh.

Quá trình sấy phun cĩ một số điểm khác biệt hơn so với các quá trình sấy khác. Mẫu nguyên liệu đƣa vào sấy phun cĩ dạng lỏng, cịn sản phẩm thu đƣợc sau khi sấy cĩ dạng bột. Thực chất, mẫu nguyên liệu khi vào thiết bị sấy sẽ đƣợc phân tán thành những hạt nhỏ li ti trong buồng sấy. Chúng đƣợc tiếp xúc với tác nhân sấy. Kết quả là hơi nƣớc đƣợc bốc đi nhanh chĩng. Các hạt sản phẩm đƣợc tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng.

Quá trình sấy phun bao gồm ba giai đoạn cơ bản sau:

Giai đoạn phân tán dịng nhập liệu thành những hạt sƣơng nhỏ li ti (giai đoạn phun sƣơng).

Giai đoạn trộn mẫu cần sấy vào khơng khí nĩng, khi đĩ sẽ xãy ra quá trình bốc hơi nƣớc trong mẫu.

Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau khi sấy từ dịng khí thốt.

2.4.2 Ưu điểm của quá trình sấy phun

Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn, do đĩ nhiệt độ của mẫu nguyên liệu đem sấy khơng bị tăng quá cao. Nhờ đĩ sự tổn thất các hợp chất dinh dƣỡng mẫn cảm với nhiệt độ cĩ trong mẫu là khơng đáng kể.

Sản phẩm sấy phun thu đƣợc là những hạt cĩ hình dạng và kích thƣớc tƣơng đối đồng nhất. Tỷ lệ khối lƣợng giữa các cấu tử khơng bay hơi trong hạt sản phẩm tƣơng tự nhƣ trong mẫu lỏng ban đầu .

Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thƣờng cĩ năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục. Điều này gĩp phần làm hiện đại hố các quy trình sản xuất cơng nghiệp.

2.4.3 Nhược điểm của quá trình sấy phun

Khơng thể sử dụng cho những mẫu nguyên liệu cĩ độ nhớt quá cao hoặc sản phẩm thu đƣợc yêu cầu cĩ tỷ trọng cao.

24

Mỗi thiết bị sấy phun thƣờng đƣợc thiết kế để sản xuất một số sản phẩm với những tính chất và chỉ tiêu đặc thù riêng.

Vốn đầu tƣ thiết bị khá lớn khi so sánh với các thiết bị sấy liên tục khác.

2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun:

Cĩ nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy phun. Nhƣng quan trọng nhất là những yếu tố sau:

Nồng độ chất khơ của nguyên liệu:

Trong quá trình sấy phun, nếu nồng độ chất khơ của nguyên liệu càng cao thì lƣợng nƣớc cần bốc hơi để sản phẩm đạt giá trị độ ẩm cho trƣớc sẽ càng thấp. Nhƣ vậy, các nhà sản xuất sẽ tiết kiệm đƣợc thời gian sấy và năng lƣợng cần cung cấp cho quá trình. Tuy nhiên, nếu nồng độ chất khơ quá cao sẽ làm tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khĩ khăn cho quá trình tạo sƣơng mù trong buồng sấy, cơ cấu phun dễ bị tắc nghẽn hoặc tạo hạt với hình dạng và kích thƣớc khơng nhƣ mong muốn.

Nhiệt độ tác nhân sấy:

Nhiệt độ tác nhân sấy là yếu tố ảnh hƣởng đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun. Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của sản phẩm bột thu đƣợc sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tác nhân sấy tăng quá cao, độ ẩm cuối cùng của sản phẩm bột sẽ khơng giảm thêm nhiều. Hơn nữa, việc gia tăng nhiệt độ cĩ thể gây phân huỷ một số cơ cấu trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lƣợng cho tồn bộ quá trình.

Các yếu tố khác: Tốc độ bơm đƣa dịng nguyên liệu vào cơ cấu phun sƣơng, lƣu lƣợng khơng khí nĩng vào buồng sấy, cấu tạo và kích thƣớc buồng sấy cũng ảnh hƣởng đến quá trình sấy phun.

2.4.5 Một số nghiên cứu ứng dụng của sấy phun trong sản xuất thực phẩm:

Kết quả nghiên cứu của F. D. B. Abadio và ctv (2004) [62] đề xuất việc bổ

sung nồng độ matodextrin 10% vào dịch ép khĩm, điều kiện sấy: 190oC, tốc độ

nạp liệu 0.18 kg/phút (tốc độ đĩa quay: 25,000 rpm) sấy cho kết quả cĩ màu sắc sáng, hạt mịn và dễ hịa tan.

25

Theo Poonam Mishra và ctv (2013)[63], khi tiến hành khảo sát quá trình sấy (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

phun trên dịch quả quit (Emblica officinalis) với áp lực sấy: 1.2 bar, tốc độ nạp liệu

là 1315ml ml/phút cho thấy hàm lƣợng maltodextrin (5–9%) và nhiệt độ (125–

200◦C) cĩ ảnh hƣởng đáng kể đến hàm lƣợng ẩm, thuộc tính màu, phenolic tổng

và hoạt tính chống oxi hĩa DPPH (2,2-diphenylpicrylhydrazyl), với điều kiện sấy ở

125oC, hàm lƣợng maltodextrin 5% cho thấy khả năng giữ phenolic tổng và hoạt

tính chống oxi hĩa DPPH tốt hơn, tuy nhiên bột dễ bị dính lại. Ở chế độ sấy 175o

C và 7% maltodextrin khắc phục đƣợc hiện tƣợng bột dính và hoạt tính chống oxi hĩa cũng nhƣ phenolic tổng giảm ở mức chấp nhận đƣợc, bên cạnh đĩ màu sắc sáng hơn.

Một nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng, nhiệt độ sấy và hàm lƣợng maltodextrin cĩ ảnh hƣởng sâu sắc tới độ ẩm, tổng hàm lƣợng carotenoid, tổng

hoạt tính oxi hĩa. Ở điều kiện sấy 120oC, trên thiết bị SD-05 spray dryer (Lab

Plant Ltd., England), áp lực 0.6 bar, tốc độ nạp liệu 12–14 mL/phút, bổ sung 10% maltodextrin. Kết quả nhận thấy màu sắc bột gấc sáng hơn, tổng hoạt tính chống

oxi hĩa cao hơn so với sấy ở nhiệt độ 200oC (0.14 so với 0.08 mmol TE/g ở

200oC) [64].

J. M. Obĩn và ctv (2009) [65] cho thấy thơng số tối ƣu khi sấy phun bột màu

từ trái cây với chế độ sấy 160oC, lƣu lƣợng 0.72 lit/giờ, bổ sung 10% glucose

syrup (DE 29). Khi đĩ sản phẩm đạt hiệu suất thu hồi cao nhất (58%), giữ đƣợc màu sắc tốt (>98%). Màu sắc của bột ổn định sau một tháng tồn trữ ở nhiệt độ phịng.

Tƣơng tự nghiên cứu trên, Milton Cano-Chauca và ctv (2005) [66] đã nghiên

cứu các chất mang khác nhau cho quá trình sấy phun bột xồi đã đƣa ra kết luận

rằng, việc dùng 12% maltodextrin (DE20) thêm vào dịch xồi (12oBrix), sấy ở

160oC tốc độ bơm 10ml/phút cho chất lƣợng bột tốt hơn và độ hịa tan cao (lớn

hơn 90%) so với khi kết hợp maltodextrin với crystalline cellulose 3%, 6%, 9%. Kết quả khác trong việc sấy phun dịch chiết cây thù du (sumac) với nhiệt độ sấy

160oC, bổ sung maltodextrin (DE 1012) vào dịch dịch chiết cây thù du (chứa

3.5% tổng chất rắn hịa tan) đến 10% chất khơ đƣợc đánh giá là điều kiện tốt nhất cho tính chất vật lý, hĩa học, đặc tính của bột, màu sắc, và các hợp chất phenolic

26

đƣợc giữ tốt hơn. Với tác giả L.H. Tee (2012)[67] khi nghiên cứu tối ƣu sấy phun

dịch chiết của lá trầu, cho thấy rằng điều kiện sấy tối ƣu ở 159.52oC, tốc độ bơm

10.5 ml/phút, bổ sung 5% maltodextrin (9DE12) vào dịch (cĩ độ Brix là 10).

Khi đĩ, kích thƣớc phân tử bột, độ ẩm và khả năng hút ẩm thấp nhất, bên cạnh đĩ lƣợng bột thu đƣợc nhiều nhất (đạt 10.53 gam bột/100gam dịch đem sấy).

Bảng 2. 7 Tĩm tắt một số cơng trình nghiên cứu khác về sấy phun

Nguyên

liệu sấy Nhiệt độ sấy Maltodextrin (MD) bổ Điều kiện sấy tối ưu Đặc điểm bột Nguồn sung (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

(%) DE

Dịch khĩm

150 15 10 Độ ẩm, độ hịa tan, màu sắc,

mức độ chấp nhận của ngƣời tiêu dùng tốt [68] Dịch trái thanh mai (bayberry)

150 30 10 Giảm độ dính do protein trên

bề mặt phân tử bị biến tính gây ra [69] Dịch trái nhàu (8.7% ck)

150 11.3 912 Giảm khả năng hút ẩm trong

thời gian tồn trữ [70] Dịch chiết ổi (12oBrix) 185 7 Maltrin 500® RM 1249 Giữ đƣợc hàm lƣợng vitamin C, bột cĩ tính dính thấp [71] Dịch chiết hoa mơi (Satureja montana) 135140 10 16 Tính hút ẩm, mật độ hạt, hàm lƣợng các hợp chất phenol, DPPH, cảm quan ở mức chấp nhận tốt [72] Dầu cá 149.3 MD+WPI=1 5%, tỷ lệ MD/WPI = 1/1 10 Độ ẩm thấp, tính hút ẩm, hịa tan khơng bị ảnh hƣởng, nhiệt độ sấy thấp, Bề mặt hạt bột chứa dầu cá mịn so với chỉ sử dụng WPI [73] Dịch trích cây muối 3.5oBx (sumac) 160 Bổ sung đến 10oBx 1012 Tổng phenonlic, hoạt tính chống oxi hĩa DPPH ít bị biến đổi [74]

27

CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nguyên vật liệu

3.1.1 Nguyên liệu trái quách

Trái quách đƣợc mua tại Trà Vinh, để chín tự nhiên thêm ba ngày sau khi

rụng và đem bảo lạnh đơng -18oC đến khi sử dụng.

3.1.2 Enzyme

Cellulase (từ nấm mốc Trichoderma, hãng Novozymes, Đan Mạch) khoảng

pH hoạt động 37[37], nhiệt độ hoạt động khoảng 4050oC [37][42][92], hoạt độ

riêng theo kết quả phân tích là 5021 U/ml.

Pectinase (từ nấm mốc Asperillus, hãng Novozymes, Đan Mạch), khoảng pH

hoạt động 35 [37][75], nhiệt độ hoạt động 4050oC [54][76], hoạt độ riêng theo

kết quả phân tích là 4751U/ml.

Từ các đặc điểm tƣơng đồng về điều kiện pH, nhiệt độ hoạt động của cellulase và pectinase phù hợp với nguyên liệu trái quách, nên việc khảo sát từng enzyme hoặc kết hợp chúng với tỷ lệ khác nhau nhằm tìm ra loại và tỷ lệ enzyme sử dụng là cơ sở quan trọng cho các thí nghiệm trong nghiên cứu.

3.1.3 Maltodextrin:

Sử dụng sản phẩm GLUCIDEX 12D của Pháp, độ ẩm 3.3%.

3.1.4 Hĩa chất

Methanol (Merck, Đức) Ethanol (Việt Nam) Acid galic (Merck, Đức)

Na2CO3 (Merck, Đức)

K2Cr2O7 (Merck, Đức)

Folin-Ciocalteu (Merck, Đức) Acid citric (Trung Quốc) Sodium citrate (Trung Quốc) Ether dầu hỏa (Trung Quốc)

28 ABTS (BioBasic, Canada) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

DPPH (Sigma-Aldrich, Mỹ) Trolox (Sigma-Aldrich, Mỹ) 3.2 Dụng cụ và thiết bị 3.2.1 Dụng cụ Bình định mức 50ml, 100ml Bình tam giác 100ml Nhiệt kế Bình hút chân khơng 3.2.2 Thiết bị Bể điều nhiệt Máy lắc (memmert) Tủ sấy (memmert) Vortex pH kế

Máy quang phổ UV-VIS (Genesys 6. Thermo spectroic USA) Máy khuấy từ

Bơm chân khơng

Máy sấy phun (SD – 06AG spray dryer, Anh) Cân điện tử 1, 2 và 4 số lẻ

Cân sấy ẩm (IR 35 Denver Instrument Germany)

Micropipet 10100l, 1001000l, 10005000l

29

3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu

3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu

Phân tích thành phần trái quách Xác định hoạt tính enzyme Khảo sát tỷ lệ enzyme sử dụng Khảo sát tỷ lệ pha lỗng thịt quả/H2O Sấy phun và đánh giá chất lƣợng sản phẩm bột quách

- Tỷ lệ vỏ/ thịt quả/ hạt - Carbohydrate - Tro

- Độ ẩm - Đƣờng tổng - Ca

- Protein - Đƣờng khử - P

- Lipid - Xơ thơ - Fe

- Cellulase - Pectinase - Cellulase/pectinase - pH - Nhiệt độ - Nồng độ enzyme/ chất khơ - Thời gian Xác định thành phần trong dịch quách thủy phân tối ƣu

- Carbohydrate - Lipid - Ca

- Độ ẩm - Đƣờng tổng - P

- Protein - Đƣờng khử - Fe

Xác định các điều kiện thủy phân tối ƣu

- Carbohydrate - Tổng số nấm men, mốc

- Độ ẩm - Tổng vi sinh vật hiếu khí

- Protein - Coliform, E. coli

- Lipid - Bacillus cereus

- Đánh giá cảm quan Đánh giá sự biến đổi một số thành phần từ nguyên liệu quách đến sản phẩm bột quách - Phenolic - DPPH - ABTS - Carotene

30

3.3.2 Quy trình thực hiện

Enzyme

Thu thịt quả, hạt và xơ Tách vỏ

Thu dịch quả Chà Trái Quách

Thủy phân Vơ hoạt enzyme (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

85oC/10 phút Thu dịch lọc Bã lọc Hạt, xơ Vỏ Pha lỗng 0.5 lần Lọc Sản phẩm Sấy phun Phối chế Maltodextrin

31 Thuyết minh quy trình:

Lựa chọn nguyên liệu trái quách

Mục đích: Đảm bảo nguyên liệu mang tính đồng nhất dùng cho nghiên cứu.

Thực hiện: Chọn những trái quách chín rụng tự nhiên, nguyên vỏ, khơng nứt và khơng bảo quản quá ba ngày, nếu khơng sử dụng trực tiếp, trái sau khi rụng để

thêm ba ngày để cho quả chín đồng loạt, sau đĩ đem bảo quản trong tủ đơng -18oC

đến khi sử dụng. Tách vỏ

Mục đích: Loại bỏ phần vỏ cứng bên ngồi để thu phần thịt quả bên trong.

Thực hiện: Dùng dụng cụ cứng đập nứt vỏ và lấy muỗng thu phần thịt quả, hạt xơ bên trong.

Pha lỗng

Mục đích: Nhằm giúp cho quá trình chà thu dịch quả thực hiện dễ dàng hơn.

Thực hiện: Dùng nƣớc lọc với các tỷ lệ khác nhau bổ sung vào phần thịt quả, hạt và xơ sau khi tách phần vỏ.

Chà thu dịch quả

Mục đích: Loại bỏ phần hạt và xơ, thu thịt quả.

Thực hiện: Dùng rây, chà để thu thịt quả qua rây. Thủy phân

Mục đích: Tăng hiệu suất thu hổi chất khơ của quá trình trích ly thịt quả quách.

Thực hiện: Quá trình thủy phân đƣợc thực hiện trong bể điều nhiệt cĩ lắc đảo 120 vịng/phút nhằm tăng khả năng tƣơng tác giữa enzyme và cơ chất giúp cho quá

trình thủy phân hiệu quả hơn [76]. Các điều kiện khảo sát: tỷ lệ cellulase/pectinase,

pH, nhiệt độ, nồng độ enzyme tính theo chất khơ, thời gian của quá trình thủy phân.

Vơ hoạt enzyme

Mục đích: Đình chỉ hoạt động của enzyme bổ sung trong quá trình thủy phân, nhằm tránh các biến đổi diễn ra sau thủy phân do enzyme bổ sung, và làm cho sản

phẩm khơng cịn lẫn enzyme [23].

32 Lọc

Mục đích: Loại bỏ bã và thu dịch quả trong.

Thực hiện: Dùng bộ lọc chân khơng nhằm rút ngắn thời gian lọc. Phối chế

Mục đích: Bổ sung maltodextrin để làm cho quá trình sấy đƣợc dễ dàng, tránh làm cho sản phẩm bị dính và bảo quản sản phẩm tốt hơn.

Thực hiện: Quá trình sấy phun đƣợc thực hiện với các điều kiện khảo sát: Nồng độ maltodextrin bổ sung, áp lực và nhiệt độ của quá trình sấy phun

3.3.3 Nội dung 1: Tối ưu hĩa các điều kiện cho quá trình thủy phân

* Mục đích thí nghiệm: Xác định các điều kiện thủy phân dịch quả nhằm thu đƣợc hiệu suất thu hồi chất khơ tối ƣu.

* Phƣơng pháp chọn thơng số thí nghiệm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Phân tích phƣơng sai ANOVA để đánh giá sự khác biệt ý nghĩa với độ tin cậy 95% giữa hiệu suất thu hồi chất khơ từ các thí nghiệm. Từ đĩ chọn ra thơng số tốt nhất trong thí nghiệm khảo sát làm cơ sở cho thí nghiệm tiếp theo. Sử dụng phần mềm thống kê Statgraphics.

Tất cả các thí nghiệm đều đƣợc lặp lại 3 lần, khối lƣợng mỗi đơn vị thí nghiệm là 100g. Kết quả đánh giá là giá trị trung bình của các lần lặp lại.

* Chỉ tiêu đánh giá:

Hiệu suất thu hồi chất khơ dịch lọc quách Y (%)

Thí nghiệm 1: Ảnh hƣởng của tỷ lệ enzyme cellulase/pectinase sử dụng thủy phân dịch quách

Các yếu tố cố định:

Tỷ lệ pha lỗng thịt quả/H2O là 1/1.5 (m/v) [76].

Nồng độ enzyme tính trên chất khơ: 0.8% (v/dwt) [77].

pH: 4.5 [78].

Nhiệt độ thủy phân: 450

C [79].

Thời gian thủy phân: 60 phút [79].

Yếu tố thay đổi:

33

Thí nghiệm 2: Ảnh hƣởng của tỷ lệ pha lỗng đến hiệu suất thu hồi chất khơ của quá trình thủy phân dịch quả

Các yếu tố cố định:

Tỷ lệ cellulase/pectinase theo kết quả thí nghiệm 1. Nồng độ enzyme tính trên chất khơ là 0.8% (v/dwt). pH: 4.5

Nhiệt độ thủy phân: 450C.

Thời gian thủy phân: 60 phút.

Yếu tố thay đổi:

Tỷ lệ pha lỗng thịt quả/H2O: 1/0.5, 1/1, 1/1.5, 1/2, 1/2.5

Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng của pH trong quá trình thủy phân đến hiệu suất thu hồi chất khơ thịt quả quách

Các yếu tố cố định:

Tỷ lệ cellulase/pectinase (theo kết quả thí nghiệm 1).

Tỷ lệ pha lỗng thịt quả/H2O (theo kết quả thí nghiệm 2).

Nồng độ enzyme (0.8% v/dwt).

Nhiệt độ thủy phân: 45o

C. Thời gian thủy phân 60 phút.

Yếu tố thay đổi:

pH: 3.9, 4.2, 4.5, 4.8, 5.1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy phân đến hiệu suất thu hồi chất khơ thịt quả quách

Các yếu tố cố định:

Tỷ lệ cellulase/pectinase (theo kết quả thí nghiệm 1).

Tỷ lệ pha lỗng thịt quả/H2O (theo kết quả thí nghiệm 2).

pH (theo kết quả thí nghiệm 3). Nồng độ enzyme (0.8% v/dwt). Thời gian thủy phân: 60 phút.

Yếu tố thay đổi:

Nhiệt độ thủy phân (o

34

Thí nghiệm 5. Ảnh hƣởng của nồng độ enzyme thủy phân đến hiệu suất thu hồi chất khơ thịt quả quách

Các yếu tố cố định:

Tỷ lệ cellulase/pectinase (theo kết quả thí nghiệm 1).

Tỷ lệ pha lỗng thịt quả/H2O (theo kết quả thí nghiệm 2).

pH: (theo kết quả thí nghiệm 3).

Nhiệt độ thủy phân (theo kết quả thí nghiệm 4). Thời gian thủy phân: 60 phút.

Yếu tố thay đổi:

Nồng độ enzyme tính trên chất khơ (% v/dwt): 0, 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.0.

Thí nghiệm 6: Ảnh hƣởng của thời gian thủy phân đến hiệu suất thu hồi chất