3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 15/06/
4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH CHẦN BẰNG HƠI NƯỚC
4.1.1Đối với lá sả
Chần là quá trình được thực hiện trước khi sấy nhằm mục đích cấp nhiệt và hỗ trợ phá vỡ các tế bào bên trong nguyên liệu giúp cho quá trình sấy được thoát ẩm nhanh hơn. Chần bằng hơi nước thường được sử dụng đối với các sản phẩm cắt nhỏ, và cần ít thời gian hơn so với chần nước nóng vì hệ số truyền nhiệt của hơi nước ngưng tụ lớn hơn nước nóng [30]. Trong thí nghiệm này, nguyên liệu (500g) được chần bằng hơi nước tại các mức thời gian 2, 4, 6 phút. Sau đó được làm ráo trong vòng 10-15 phút và đem đi sấy ở nhiệt độ 60°C. Kết quả khảo sát sự thay đổi của hàm ẩm trong quá trình sấy được biểu diễn ở hình 4.1.
Hình 4.1 Đồ thị đường cong sấy của lá sả tại điều kiện chần hơi
Kết quả ở hình 4.1 cho thấy khi tăng thời gian chần bằng hơi nước từ 2 đến 6 phút thì không ảnh hưởng đến thời gian thoát ẩm của nguyên liệu so với mẫu không chần. Nguyên nhân có thể do quá trình chần bằng hơi nước trong thời gian ngắn không làm ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc tế bào lá sả dẫn đến thời gian thoát ẩm của nguyên liệu trong quá trình sấy không thay đổi.
Lá sả sau khi sấy được đem đi chưng cất tinh dầu. Ảnh hưởng của quá trình chần hơi đến hiệu suất tinh dầu được biễu diễn ở hình 4.2.
Hình 4.2 Đồ thị hiệu suất tinh dầu của lá sả tại điều kiện chần hơi
Kết quả ở hình 4.2 cho thấy hiệu suất tinh dầu đạt cao nhất đối với mẫu không chần, và giảm dần khi thời gian chần tăng từ 2 đến 6 phút. Sau khi chần 6 phút thì hiệu suất tinh dầu giảm có thể do thời gian chần càng dài thì tinh dầu trong nguyên liệu bị khuếch tán vào hơi nước càng nhiều. Đối với mẫu chần 2 phút và 4 phút thì lượng tinh dầu bị khuếch tán vào hơi nước chưa nhiều nên hiệu suất tinh dầu giảm không có ý nghĩa về mặt thống kê với 𝛼 = 0.05.
Chần bằng hơi nước là một phương pháp khá phổ biến với cơ chế sử dụng hơi nước cung cấp nhiệt để phá hủy cấu trúc của tế bào thực vật, giải phóng các cấu tử có trong nguyên liệu và đồng thời cũng lấy đi hầu hết các thành phần dễ bay hơi [30]. Chần bằng hơi cũng giống như tiến hành chưng cất lôi cuốn hơi nước (Steam didistillation) trong thời gian ngắn. Nghiên cứu về chưng cất lôi cuốn hơi nước [36] đã chỉ ra rằng thời gian chưng cất kéo dài giúp hiệu suất tinh dầu tăng do tinh dầu bị lôi cuốn và khuếch tán theo hơi nước, điều này có nghĩa là hàm lượng tinh dầu còn lại trong nguyên liệu giảm, mẫu nghiên cứu được chần bằng hơi nước trong 6 phút sau đó xử lý và chưng cất cho hiệu suất tinh dầu thấp hơn các mẫu chần thời gian ngắn có thể vì lý do này.
Như vậy, thời gian lá sả tiếp xúc với hơi nước càng lâu thì tinh dầu bị lôi cuốn theo hơi nước càng nhiều dẫn đến lượng tinh dầu còn lại trong lá sả ít làm cho hiệu suất tinh dầu giảm.
4.1.2Đối với thân sả
Trong thí nghiệm này, thân sả được xử lý tương tự mục 4.1.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của quá trình chần hơi lên sự thay đổi hàm ẩm của thân sả khi sấy được biểu diễn ở hình 4.3.
Hình 4.3 Đồ thị đường cong sấy của thân sả tại điều kiện chần hơi
Kết quả ở hình 4.3 cho thấy khi tăng thời gian chần hơi thì thời gian cần thiết để sấy mẫu về độ ẩm yêu cầu sẽ giảm. Cụ thể, đối với mẫu không chần thì thời gian sấy là 130 phút, mẫu chần 2 phút thời gian sấy là 120 phút và giảm xuống 110 phút đối với mẫu chần từ 4 đến 6 phút. Có thể thời gian chần càng lâu thì cấu trúc tế bào trong thân sả bị phá vỡ càng nhiều làm cho nước trong nguyên liệu thoát ra nhanh hơn khi gặp không khí nóng.
Như vậy, quá trình chần hơi có ảnh hưởng đến khả năng thoát ẩm của thân sả trong quá trình sấy.
Ảnh hưởng của quá trình chần hơi lên hiệu suất tinh dầu thân sả được biểu diễn ở hình 4.4.
Hình 4.4 Đồ thị hiệu suất tinh dầu của thân sả tại điều kiện chần hơi
Kết quả ở hình 4.4 cho thấy khi thân sả được chần hơi thì hiệu suất tinh dầu không thay đổi đáng kể. Có thể thời gian chần hơi chưa đủ để tinh dầu trong thân sả khuếch tán vào hơi nước.
Kết quả ở mục 4.1.1 và 4.1.2 cho thấy thời gian chần hơi có ảnh hưởng đến khả năng thoát ẩm của thân sả khi tiếp xúc với không khí nóng nhưng không ảnh hưởng đối với lá sả, điều này có thể do cấu trúc của thân và lá khác nhau. Chần hơi có ảnh hưởng đến hiệu suất tinh dầu trong lá sả nhưng không có ảnh hưởng đáng kể đối với thân sả. Điều này có thể do cấu trúc thân sả có nhiều lớp nhưng lá sả thì không nên tinh dầu trong lá bị khuếch tán vào hơi nước nhiều hơn so với thân.
4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH CHẦN BẰNG NƯỚC NÓNG 4.2.1Ảnh hưởng của thời gian chần 4.2.1Ảnh hưởng của thời gian chần
Đối với lá sả
Quá trình chần bằng nước nóng thường được thực hiện trong nước ở nhiệt độ dao động từ 70-100°C [30]. Trong thí nghiệm này, nguyên liệu (500g) được chần trong nước ở nhiệt độ 85°C với các mức thời gian khảo sát 2, 4, 6 phút. Sau đó, nguyên liệu được làm ráo trong vòng 10-15 phút và đem đi sấy ở nhiệt độ 60°C. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chần nước lên sự thay đổi hàm ẩm của lá sả khi sấy được biểu diễn ở hình 4.5.
Hình 4.5 Đồ thị đường cong sấy của lá sả tại điều kiện chần nước ở nhiệt độ 85°C
Kết quả ở hình 4.5 cho thấy khi tăng thời gian chần nước từ 2 đến 6 phút thì thời gian thoát ẩm của nguyên liệu không thay đổi so với mẫu không chần. Nguyên nhân có thể là do thời gian chần bằng nước nóng chưa đủ để phá vỡ các tế bào bên trong lá sả.
Như vậy, chần bằng nước trong thời gian ngắn (6 phút) không ảnh hưởng đến thời gian thoát ẩm của lá sả khi tiếp xúc với không khí nóng.
Tương tự thí nghiệm chần hơi, nguyên liệu sau khi sấy được đem đi chưng cất tinh dầu. Ảnh hưởng của thời gian chần nước đến hiệu suất tinh dầu lá sả được biểu diễn ở hình 4.6.
Hình 4.6 Đồ thị hiệu suất tinh dầu của lá sả tại điều kiện chần nước ở nhiệt độ 85°C
Kết quả ở hình 4.6 cho thấy hiệu suất tinh dầu đạt cao nhất đối với mẫu không chần và giảm dần khi tăng thời gian chần từ 2 đến 6 phút. Nguyên nhân có thể do trong quá trình chần một lượng tinh dầu bị khuếch tán vào nước, thời gian chần càng dài quá trình khuếch tán càng diễn ra mạnh. Chần trước khi sấy cũng tác động đến các thành phần bay hơi, có thể do cấu trúc tế bào lá sả bị ảnh hưởng khi chần nên tinh dầu trong lá sẽ bay hơi một phần trong quá trình sấy.
Như vậy, thời gian lá sả tiếp xúc với nước nóng càng lâu thì lượng tinh dầu còn lại trong lá sả càng ít, dẫn đến hiệu suất tinh dầu giảm.
Đối với thân sả
Trong thí nghiệm này, thân sả được xử lý tương tự mục 4.2.1.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian chần nước lên sự thay đổi hàm ẩm của thân sả khi sấy được biểu diễn ở hình 4.7.
Hình 4.7 Đồ thị đường cong sấy của thân sả tại điều kiện chần nước ở nhiệt độ 85°C
Kết quả ở hình 4.7 cho thấy khi tăng thời gian chần nước thì thời gian cần thiết để sấy mẫu về độ ẩm yêu cầu tăng. Cụ thể, đối với mẫu không chần và chần 2 phút thì thời gian sấy cần thiết là 100 phút, thời gian sấy tăng lên 110 phút đối với mẫu chần từ 4 đến 6 phút. Có thể khi kéo dài thời gian chần thì một lượng nước bị giữ lại giữa các lớp của thân sả, lượng nước này làm tăng thời gian sấy cần thiết để đưa nguyên liệu về độ ẩm yêu cầu. Tuy nhiên, thời bị kéo dài khi sấy này cũng không đáng kể.
Như vậy, thời gian chần nước có ảnh hưởng đến thời gian thoát ẩm của thân sả trong quá trình sấy.
Ảnh hưởng của thời gian chần nước đến hiệu suất tinh dầu thân sả được biểu diễn ở hình 4.8.
Hình 4.8 Đồ thị hiệu suất tinh dầu của thân sả tại điều kiện chần nước ở nhiệt độ 85°C
Kết quả ở hình 4.8 cho thấy hiệu suất tinh dầu đạt cao nhất đối với mẫu không chần và giảm dần khi tăng thời gian chần bằng nước từ 2 đến 6 phút. Tuy nhiên, sự khác biệt này không có ý nghĩa về mặt thống kê với 𝛼 = 0.05. Có thể thời gian chần nước kéo dài đến 6 phút chưa ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc tế bào thân sả và chưa đủ để tinh dầu trong thân sả bị khuếch tán vào nước.
Như vậy, khi tăng thời gian chần nước từ 2 - 6 phút thì hiệu suất tinh dầu không bị ảnh hưởng đáng kể.
Kết quả ở mục 4.2.1.1 và 4.2.1.2 cho thấy thời gian chần nước có ảnh hưởng đến khả năng thoát ẩm của thân sả khi tiếp xúc với không khí nóng nhưng không có ảnh hưởng đối với lá sả, điều này có thể do cấu trúc của thân và lá khác nhau. Về sự thay đổi của hiệu suất tinh dầu, kết quả tương tự như thí nghiệm chần hơi, hiệu suất chưng cất tinh dầu lá sả bị ảnh hưởng bởi thời gian chần kéo dài trong khi thân sả thì không.
4.2.2Ảnh hưởng của nhiệt độ chần
Đối với lá sả
Trong thí nghiệm này, nguyên liệu (500g) được chần trong nước ở các mức nhiệt độ khảo sát 80, 85, 90, 95°C trong khoảng thời gian 2 phút. Sau khi chần nguyên liệu được làm ráo 10-15 phút và đem đi sấy ở nhiệt độ 60°C. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chần nước lên sự thay đổi hàm ẩm của lá sả khi sấy được biểu diễn ở hình 4.9.
Hình 4.9 Đồ thị đường cong sấy của lá sả tại điều kiện chần nước trong 2 phút
Kết quả ở hình 4.9 cho thấy khi tăng nhiệt độ chần nước từ 80 đến 95°C thì không có ảnh hưởng đến thời gian thoát ẩm của lá sả. Có thể do thời gian chần nguyên liệu chưa đủ để phá vỡ cấu trúc tế bào lá sả.
Như vậy, nhiệt độ chần nước không ảnh hưởng đến thời gian thoát ẩm của lá sả khi tiếp xúc với không khí nóng.
Ảnh hưởng của nhiệt độ chần nước đến hiệu suất tinh dầu lá sả được biểu diễn ở hình 4.10.
Kết quả ở hình 4.10 cho thấy hiệu suất tinh dầu giảm dần khi tăng nhiệt độ chần từ 80 đến 95°C. Tuy nhiên, sự khác biệt này không có ý nghĩa về mặt thống kê với 𝛼 = 0.05. Điều này có thể do cấu trúc lá sả chưa bị ảnh hưởng nhiều khi chần ở các chế độ này.
Như vậy, lá sả tiếp xúc với nước nóng nhiệt độ từ 80-95°C trong 2 phút không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tinh dầu.
Đối với thân sả
Trong thí nghiệm này, thân sả được xử lý tương tự mục 4.2.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chần nước lên sự thay đổi hàm ẩm của thân sả khi sấy được biểu diễn ở hình 4.11.
Hình 4.11 Đồ thị đường cong sấy của thân sả tại điều kiện chần nước trong 2 phút
Kết quả ở hình 4.11 cho thấy khi tăng nhiệt độ chần từ 80 đến 95°C thì thời gian thoát ẩm của nguyên liệu không bị ảnh hưởng. Như vậy, các chế độ chần này chưa có tác động đáng kể đến cấu trúc thân sả.
Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến hiệu suất tinh dầu thân sả được biểu diễn ở hình 4.12.
Hình 4.12 Đồ thị hiệu suất tinh dầu của thân sả tại điều kiện chần nước trong 2 phút
Kết quả ở hình 4.12 cho thấy khi tăng nhiệt độ chần từ 80 đến 85°C thì hiệu suất tinh dầu tăng, tuy nhiên, khi nhiệt độ tiếp tục tăng từ 85 đến 95°C thì hiệu suất này giảm dần. Nhiệt độ chần phù hợp có thể tác động đến cấu trúc tế bào thân sả, giúp tinh dầu dễ dàng được giải phóng trong quá trình chưng cất. Tuy nhiên, tinh dầu là thành phần dễ bay hơi nên nếu nhiệt độ xử lý quá cao nó có thể bị tổn thất do khuếch tán vào nước trong khi chần hoặc bay hơi một phần khi sấy, dẫn đến hiệu suất tinh dầu giảm [37].
Như vậy, hiệu suất tinh dầu thân sả bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ chần, nhiệt độ chần cao hơn 90°C trong 2 phút làm giảm hiệu suất tinh dầu.
Kết quả ở mục 4.2.2.1 và 4.2.2.2 cho thấy nhiệt độ chần không ảnh hưởng đến khả năng thoát ẩm của thân và lá sả, không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất tinh dầu của lá, tuy nhiên, có ảnh hưởng đến hiệu suất tinh dầu của thân.
Từ kết quả mục 4.1 và 4.2, sau khi cân nhắc về thời gian thoát ẩm của nguyên liệu khi sấy, hiệu suất tinh dầu tính toán được sau khi chưng cất, mẫu nguyên liệu được chọn cho thí nghiệm tiếp theo là mẫu sả (lá, thân) không qua quá trình chần.
4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH SẤY 4.3.1Đối với lá sả 4.3.1Đối với lá sả
Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để tách nước ra khỏi mẫu nguyên liệu. Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi nguyên liệu theo nguyên tắc bốc hơi hoặc thăng hoa. Sấy ở nhiệt độ càng cao thì lượng ẩm thoát ra càng nhanh.
Trong thí nghiệm này, nguyên liệu (500g) được trải một lớp mỏng trên khay sấy và cho vào tủ sấy ở các nhiệt độ 50, 55, 60, 65°C. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ sấy lên sự thay đổi hàm ẩm của lá sả được biểu diễn qua hình 4.13.
Hình 4.13 Đồ thị đường cong sấy của lá sả tại các nhiệt độ sấy khác nhau
Kết quả ở hình 4.13 cho thấy khi tăng nhiệt độ sấy từ 50 đến 65°C thì thời gian cần thiết để thoát ẩm của nguyên liệu giảm dần. Cụ thể, đối với nhiệt độ sấy 50°C thì thời gian thoát ẩm cần thiết là 170 phút, ở 55°C thời gian sấy là 150 phút, 60°C thời gian sấy là 110 phút và khi tăng nhiệt độ sấy lên 65°C thời gian thoát ẩm còn 90 phút. Theo nghiên cứu của Chong và cộng sự (2008) thời gian sấy tỉ lệ nghịch với nhiệt độ sấy, sấy ở nhiệt độ càng cao thì thời gian thoát ẩm sẽ càng nhanh [38]. Nghiên cứu của K. J. Chua và cộng sự (2002) cũng đã chỉ ra rằng nhiệt độ sấy có ảnh hưởng đáng kể đến thời gian sấy để đạt được độ ẩm mong muốn [39].
Như vậy, nhiệt độ sấy có ảnh hưởng đến thời gian thoát ẩm của lá sả khi tiếp xúc với không khí nóng.
Lá sả sau khi được sấy ở các nhiệt độ khác nhau được đem đi chưng cất. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu suất tinh dầu trong lá sả được biểu diễn qua hình 4.14.
Hình 4.14 Đồ thị hiệu suất tinh dầu của lá sả tại các nhiệt độ sấy khác nhau
Kết quả ở hình 4.14 cho thấy nhiệt độ sấy có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tinh dầu. Khi tăng nhiệt độ sấy từ 50 đến khoảng 55-60°C thì hiệu suất tinh dầu tăng (khoảng 34,4%) và hiệu suất tinh dầu giảm khi tiếp tục tăng nhiệt độ sấy đến 65°C. Hiệu suất tinh dầu ở nhiệt độ sấy 55-60°C tăng lên có thể là do tinh dầu tích tụ trong các tế bào lưu trữ tinh dầu vừa bị phá vỡ [37]. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng do tính dễ bay hơi của tinh dầu và độ nhạy cảm với nhiệt độ cao nên khi tăng nhiệt độ sấy lên quá cao lượng tinh dầu sẽ giảm. Nghiên cứu của Buggle và cộng sự (1999) đã tiến hành sấy khô lá sả (Cymbopogon citratus) trong lò với các nhiệt độ 30, 50, 70 và 90°C và đưa