3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
2.3.1.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm 2.3.1.2. Thuyết minh quy trình
- Mẫu nén nguyên liệu sau khi được lấy tại tỉnh Quảng Bình, tiến hành làm sạch sơ bộ và bảo quản nơi khô ráo thoáng mát (phòng thí nghiệm). Sau thời gian 3 ngày chúng tôi tiến hành xử lý sơ bộ, loại bỏ tạp chất, lựa chọn những củ chất lượng tốt, kích thước đồng đều nhau rồi đem đi phân tích chỉ tiêu cơ bản (Xác định độ ẩm, Glucid, protein, lipid, vitamin C, chất xơ).
- Lượng nguyên liệu còn lại được đem đi rửa sạch và để khô ráo, cắt lát 1 mm để thuận lợi cho quá trình sấy.
Củ nén
Xử lý sơ bộ
Sấy
(Khảo sát các điều kiện sấy)
Xác định một số thành phần cơ bản
Sản phẩm tinh dầu nén Tinh chế dầu thô Cô quay chân không
Trích ly
(Khảo sát các điều kiện trích ly)
Sản phẩm nén Khô Bao gói chân không
- Tiếp tục khảo sát các thông số trong quá trình sấy nhằm lựa chọn được phương pháp sấy, nhiệt độ sấy và thời gian sấy thích hợp nhất.
+ Đối với quy trình chế biến nén khô: Những lát nén sau sấy được bao gói trên máy bao gói chân không, thu được sản phẩm nén khô.
+ Đối với quy trình chế biến tinh dầu nén: Tiến hành khảo sát các yếu tố trong quá trình trích ly nhằm lựa chọn điều kiện trích ly thích hợp nhất. Sau đó dịch trích ly được cô quay trên máy cô quay chân không để loại bỏ dung môi. Tinh dầu nén thô được tinh chế nhằm loại bỏ một số thành phần không mong muốn, thu được sản phẩm tinh dầu nén.
2.3.1.3. Thí nghiệm 1
Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp sấy đến chất lượng của nén khô. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi chỉ tiêu được thực hiện 3 lần lặp. Thí nghiệm được tiến hành theo hình 1.1 (xem chi tiết mục 1.1, phụ lục 1) với các CT thực hiện là:
- CT1: Sấy bơm nhiệt
- CT2: Sấy đối lưu
- CT3: Sấy chân không
Các CT được tiến hành cùng một điều kiện như cắt lát 1 mm, nhiệt độ sấy là
50oC, độ ẩm của sản phẩm dưới 10%. Sản phẩm nén sấy thu được mang đi đánh giá
cảm quan sau đó căn cứ kết quả thu được để lựa chọn phương pháp sấy phù hợp.
2.3.1.4. Thí nghiệm 2
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chất lượng nén khô. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi chỉ tiêu được thực hiện 3 lần lặp. Thí nghiệm được tiến hành theo hình 1.2 (xem chi tiết mục 1.2, phụ lục 1). CT được tiến hành như quy trình và thực hiện bằng phương pháp sấy bơm nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau là:
- CT1: 50oC
- CT2: 55oC
- CT3: 60oC
Nén khô sau khi sấy bằng phương pháp bơm nhiệt ở các nhiệt độ đã thí nghiệm mang đi đánh giá chất lượng cảm quan sau đó căn cứ kết quả thu được lựa chọn nhiệt độ sấy phù hợp.
2.3.1.5. Thí nghiệm 3
Nghiên cứu ảnh hưởng của dung môi đến hiệu suất trích ly tinh dầu nén. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi chỉ tiêu được thực hiện 3 lần lặp. Thí nghiệm được tiến hành theo hình 1.3 (xem chi tiết mục 1.3, phụ lục 1). CT được tiến hành như quy trình và thực hiện là:
- CT1: dung môi ethanol (99,7%)
- CT2: dung môi n-hexane
- CT3: dung môi nước
Mẫu sau khi tiến hành chưng ninh được xử lý (lọc) sau đó mang đi đo mật độ quang và xử lý số liệu để chọn dung môi phù hợp cho kết quả cao.
2.3.1.6. Thí nghiệm 4
Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chưng ninh đến hiệu suất trích ly tinh dầu nén. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi chỉ tiêu được thực hiện 3 lần lặp. Thí nghiệm được tiến hành theo hình 1.4 (xem chi tiết mục 1.4, phụ lục 1). CT được tiến hành như quy trình và theo các thời gian khác nhau là:
- CT1: 4 giờ - CT2: 6 giờ - CT3: 8 giờ - CT4: 10 giờ - CT5: 12 giờ - CT6: 14 giờ - CT7: 16 giờ
Mẫu sau khi chưng ninh được xử lý (lọc) sau đó mang đi đo mật độ quang và xử lý số liệu để chọn thời gian phù hợp cho kết quả cao.
2.3.1.7. Thí nghiệm 5
Nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu đến hiệu suất trích ly tinh dầu nén.Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi chỉ tiêu được thực hiện 3 lần lặp. Thí nghiệm được tiến hành theo hình 1.5 (xem chi tiết mục 1.5, phụ lục 1). CT được tiến hành như quy trình và theo các kích thước nguyên liệu khác nhau là:
- CT1: Nguyên lát
- CT2: Nghiền thô
Mẫu sau khi chưng ninh được xử lý (lọc) sau đó mang đi đo mật độ quang và xử lý số liệu để chọn ra được trạng kích thước liệu phù hợp cho kết quả cao.
2.3.1.8. Thí nghiệm 6
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (g/ml) đến hiệu suất trích ly tinh dầu nén.Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi chỉ tiêu được thực hiện 3 lần lặp. Thí nghiệm được tiến hành theo hình 1.6 (xem chi tiết mục 1.6, phụ lục 1). CT được tiến hành như quy trình và theo các tỷ lệ như sau:
- CT1: Tỷ lệ 1/6
- CT2: Tỷ lệ 1/7
- CT3: Tỷ lệ 1/8
- CT4: Tỷ lệ 1/9
- CT5: Tỷ lệ 1/10
Mẫu sau khi chưng ninh được xử lý (lọc) sau đó mang đi đo mật độ quang và xử lý số liệu để chọn ra tỷ lệ nguyên liệu/dung môi phù hợp cho kết quả cao.
2.3.1.9. Thí nghiệm 7
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất trích ly tinh dầu nén. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi chỉ tiêu được thực hiện 3 lần lặp. Thí nghiệm được tiến hành theo hình 1.7 (xem chi tiết mục 1.7, phụ lục 1). CT được tiến hành như quy trình và theo các nhiệt độ khác nhau là:
- CT1: 40oC
- CT2: 45oC
- CT3: 50oC
- CT4: 55oC
- CT5: 60oC
Mẫu sau khi chưng ninh được xử lý (lọc) sau đó mang đi đo mật độ quang và xử lý số liệu để chọn ra nhiệt độ trích ly phù hợp cho kết quả cao.
2.3.2. Phương pháp vật lý
Xác định khối lượng nước (độ ẩm) trong mẫu nén nguyên liệu và sản phẩm bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi [24]
Độ ẩm của nguyên liệu và sản phẩm nén khô được xác định theo TCVN (được trình bày ở mục 2.1, phụ lục 2).
2.3.3. Phương pháp hóa sinh
- Xác định hàm lượng lipid [25]
Hàm lượng chất béo được xác định theo phương pháp sấy giấy lọc có chứa lipid đến khối lượng không đổi.
Cách tiến hành: Được trình bày ở mục 2.2, phụ lục 2. - Xác định hàm lượng glucid [26]
Hàm lượng glucid được xác định theo phương pháp Bertrand. Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào phản ứng oxy hóa khử giữa đường khử và ion kim loại có trong môi trường kiềm.
Cách tiến hành: Được trình bày ở mục 2.3, phụ lục 2. - Xác định hàm lượng chất xơ [27]
Hàm lượng chất xơ được xác định theo phương pháp nung ở nhiệt độ 500 –
5500C cho đến khi mẫu được tro hóa hoàn toàn.
Cách tiến hành: Được trình bày ở mục 2.4, phụ lục 2. - Xác định hàm lượng vitamin C [22]
Vitamin C có thể khử dung dịch iod. Dựa vào lượng iod bị khử bởi vitamin C có trong mẫu, ta tìm được hàm lượng vitamin C.
Cách tiến hành: Được trình bày ở mục 2.5, phụ lục 2. - Xác định hàm lượng protein [21]
Xác định nitơ tổng bằng phương pháp Kjeldahl. Hàm lượng protein được tính bằng cách nhân lượng nitơ tổng với hệ số quy đổi 6,25.
Cách tiến hành: Được trình bày ở mục 2.6, phụ lục 2.
2.3.4. Phương pháp đánh giá cảm quan
Phép thử cho điểm thị hiếu là phép thử thực hiện trên số đông người tiêu dùng để tìm hiểu mức độ ưa thích của họ đối với sản phẩm nghiên cứu. Trong phép thử này, người thử sẽ nhận được các mẫu cần thử và cho biết mức độ ưa thích, hài lòng của mình đối với sản phẩm bằng thang điểm Hedonic đã được định nghĩa trước thông qua các thuật ngữ mô tả cấp độ hài lòng, ưa thích [32]:
Cực kỳ không thích: 1 điểm Rất không thích: 2 điểm Không thích: 3 điểm Tương đối không thích: 4 điểm
Không thích cũng không ghét: 5 điểm
Tương đối thích: 6 điểm
Thích: 7 điểm
Rất thích: 8 điểm
Hết sức thích: 9 điểm
Ngoài ra, để thu được thêm thông tin về thái độ của người tiêu dùng đối với sản phẩm thì ngoài việc yêu cầu người thử cho điểm mức độ hài lòng, ưa thích sản phẩm một cách toàn diện, người tiến hành thí nghiệm có thể yêu cầu người thử cho điểm thị hiếu trên từng mảng tính chất cảm quan lớn của sản phẩm như về màu sắc, mùi, vị hay cấu trúc của sản phẩm cũng trên thang điểm này. Phương pháp tiến hành được trình bày ở mục 2.7 phụ lục 2.
2.3.5. Phương pháp phân tích phổ nguyên tử
Phương pháp trắc quang là phương pháp phân tích định lượng dựa vào hiệu ứng hấp thụ xảy ra khi phân tử vật chất tương tác với bức xạ điện từ. Vùng bức xạ được sử dụng trong phương pháp này là vùng tử ngoại gần hay khả biến ứng với bước sóng khoảng từ 200÷800nm. Ứng dụng phương pháp phổ đo quang, người ta có thể xác định nhiều hợp chất trong phạm vi nồng độ khá rộng nhờ các cải tiến quan trọng trong thủ tục phân tích. Đây là phương pháp phân tích được phát triển mạnh vì nó đơn giản, đáng tin cậy và được sử dụng nhiều trong kiểm tra sản xuất hoá học, nghiên cứu hoá sinh, môi trường và nhiều lĩnh vực khác [11].
Bản chất của phổ hấp thụ phân tử UV – VIS: Khi chiếu một chùm sáng có bước sóng phù hợp đi qua một dung dịch chất màu, các phân tử hấp thụ sẽ hấp thụ một phần năng lượng chùm sáng, một phần ánh sáng truyền qua dung dịch. Xác định cường độ chùm ánh sáng truyền qua đó ta có thể xác định được nồng độ của dung dịch. Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch tuân theo định luật Bughe – Lambert – Beer. Trong điều kiện ánh sáng đơn sắc, khoảng nồng độ thích hợp, dung dịch trong suốt, chất thử bền trong dung dịch và bền dưới tác dụng của ánh sáng UV-VIS, định luật Lambert – Beer có thể viết: A = ε.C.l Trong đó: ε: hệ số hấp thu phân tử. C: nồng độ dung dịch (mol/L). l: độ dày truyền ánh sáng (cm). A: độ hấp thụ quang.
Trong phân tích định lượng bằng phương pháp trắc quang người ta chọn một bước sóng λ nhất định, chiều dày cuvet nhất định và lập phương trình phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ C.
Từ phương trình trên ta thấy rằng, khi ta đo giá trị độ hấp thụ quang A của các dung dịch khác nhau trong cùng 1 điều kiện truyền sáng, nếu A càng lớn thì chứng tỏ rằng nồng độ dung dịch càng lớn, tức là hàm lượng của chất có bước sóng hấp thụ tương ứng có trong dung dịch càng lớn [17].
Các bước tiến hành phép đo UV-VIS:
-Bước 1. Chọn bước sóng
-Bước 2. Chuẩn bị mẫu phân tích
-Bước 3. Ghi phổ
-Bước 4. Xử lý số liệu
Dựa vào bản chất trên mà chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích quang phổ nguyên tử để đo giá trị mật độ quang dựa vào bước sóng của chất quan trọng có trong tinh dầu nén để xác định hiệu suất trích ly tinh dầu.
2.3.6. Phương pháp phân tích sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS)
Sắc ký khí ghép khối phổ (GC/MS-Gas Chromatography Mass Spectometry) là một trong những phương pháp sắc ký hiện đại nhất hiện nay với độ nhạy và độ đặc hiệu cao, được sử dụng trong các nghiên cứu và phân tích kết hợp. Thiết bị GC/MS được cấu tạo thành 2 phần: phần sắc ký khí (GC) dùng để phân tích hỗn hợp các chất và tìm ra chất cần phân tích, phần khối phổ (MS) mô tả các hợp phần riêng lẻ bằng cách mô tả số khối.
Sắc ký khí (GC-Gas Chromatography) [35]
Sắc ký khí được dùng để chia tách các hỗn hợp của hóa chất ra các phần riêng lẻ, mỗi phần có một giá trị riêng biệt. Trong sắc ký khí, chia tách xuất hiện khi mẫu bơm vào pha động. Trong sắc ký lỏng, pha động là một dung môi hữu cơ, còn trong sắc ký khí pha động là một khí trơ gống như helium. Pha động mang hỗn hợp mẫu đi qua pha tĩnh, pha tĩnh được sử dụng là các hóa chất, hóa chất này có độ nhạy và hấp thụ thành phần hỗn hợp trong mẫu.
Khối phổ:
Khối phổ được dùng để xác định một chất hóa học dựa trên cấu trúc của nó. Khi giải hấp các hợp chất riêng lẻ từ cột sắc ký, chúng đi vào đầu dò có dòng điện ion hóa (mass spectrometry). Khi đó, chúng sẽ tấn công vào các luồng, do chúng bị vỡ thành những mảnh vụn, những mảnh vụn này có thể lớn hoặc nhỏ.
Phân tích kết quả
Máy tính sẽ ghi lại các biểu đồ của mỗi lần quét. Trục hoành biểu diễn tỉ lệ M/Z còn trục tung biểu diễn cường độ tín hiệu của mỗi mảnh vụn được quét bởi đầu dò detector. Đây là đồ thị của số khối. Làm thế nào để phân tích các kết quả từ máy tính? Dưới đây là một hình khối phổ. Trục X là khối lượng còn trục Y là số lượng. Mỗi hóa chất chỉ tạo ra một mô hình duy nhất, nói cách khác mỗi chất có một “dấu vân tay” để nhận dạng, dựa trên mô hình ion của nó.
2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu
- Xử lý số liệu điều tra bằng phần mềm EXCEL để hệ thống hoá các thông tin, số liệu.
- Kết quả thí nghiệm được phân tích ANOVA và kiểm định LSD (5%) để so sánh sự khác biệt trung bình giữa các mẫu và sự biến động giữa các lần lặp lại trong cùng một mẫu theo thời gian. Các phân tích thống kê sử dụng phần mềm SPSS 20.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. KHẢO SÁT THÀNH PHẦN HÓA HỌC CƠ BẢN CỦA NGUYÊN LIỆU
Nguyên liệu là một trong những yếu tố tham gia trực tiếp cấu thành nên sản phẩm. Sản phẩm tạo ra sau quá trình chế biến mang trong mình những đặc tính của nguyên liệu ban đầu. Muốn sản phẩm có giá trị cao, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ của thị trường điều trước tiên, nguyên vật liệu đưa vào sản xuất phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng. Chính vì thế, chất lượng của nguyên liệu luôn là một trong những tiêu chí được quan tâm hàng đầu.
Để có cơ sở lựa chọn phương pháp chế biến, thông số công nghệ trong quá trình sản xuất nén khô và tinh dầu nén phù hợp nhất, chúng tôi tiến hành phân tích một số thành phần có trong củ nén tươi được lấy mẫu từ tỉnh Quảng Bình. Các thành phần được phân tích đó là: Độ ẩm, lipid, chất xơ, glucid, protein và vitamin C. Kết quả phân tích các thành phần cơ bản của nguyên liệu được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Một số thành phần hóa học cơ bản của củ nén
STT Tên thành phần hóa học Đơn vị Hàm lượng
1 Hàm lượng nước % Khối lượng 70,830 ±0,420
2 Glucid % Khối lượng 16,790 ±0,190
3 Protein % Khối lượng 4,890 ±0,030
4 Chất xơ % Khối lượng 1,790 ± 0,010
5 Lipid % Khối lượng 0,540 ±0,010
6 Vitamin C % Khối lượng 0,464 ±0,116
Từ kết quả đưa ra ở bảng 3.1 ta có thể rút ra một số nhận xét như sau:
- Củ nén tươi sau khi thu hoạch có độ ẩm khá cao: 70,830%, với độ ẩm này thì các quá trình sinh lý, sinh hóa diễn ra mãnh liệt, làm tăng nhanh quá trình hô hấp, tiêu hao chất dinh dưỡng, sinh nhiệt gây bốc hơi nước khi tồn trữ nên làm nguyên liệu thường bị giảm khối lượng, dễ hư hỏng và là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Do đó, sau khi thu hoạch, nếu chưa chế biến ngay, cần xử lý sơ bộ và sấy nén về độ ẩm an toàn để đảm bảo chất lượng nguyên liệu, kéo dài thời gian bảo quản.