2. Qui trình triển khai nghiên cứu thử nghiệm
3.7. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi và chất
lượng trong bột cà chua
Theo kết quả nghiên cứu được trình bày ở hình 3.7 cho thấy tốc độ bơm nhập liệu ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen của bột cà chua
thu được (F=66,3; p<0,001; α=0,05 và F=12,011; p=0,001; α=0,05). Tốc độ bơm nhập liệu tăng lên từ 10ml/phút lên 30ml/phút, hiệu suất thu hồi giảm từ 77,3±1,0% xuống 74,2±1,0%, nhưng hàm lượng lycopen tăng từ 39.234±244µg% lên 40.344±334µg% (phụ lục 2).
Như vậy, khi tốc độ bơm nhập liệu thấp, hiệu suất thu hồi tương đối cao do sản phẩm sau sấy có độ ẩm thấp. Tốc độ bơm nhập liệu tăng thời gian lưu của vật liệu sấy trong buồng sấy giảm, lượng hơi nước thoát ra từ dịch quả ít hơn. Độ ẩm sẽ tăng, phần hạt ẩm dính lại trong buồng sấy cũng tăng dẫn đến hiệu suất thu hồi sản phẩm sau quá trình sấy phun giảm. Hàm lượng lycopen trong bột cà chua tăng lên khi tốc độ bơm nhập liệu tăng từ 10 ml/phút lên 30ml/phút là do thời gian lưu của vật liệu trong buồng sấy giảm làm giảm tác động của nhiệt độ đến hàm lượng lycopen. Tốc độ bơm nhập liệu tăng lên trên 30 ml/phút, thời gian lưu của nguyên liệu trong buồng sấy giảm, bột cà chua sau sấy có độ ẩm lớn, bám nhiều vào thành thiết bị do đó làm hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen trong sản phẩm cùng giảm. Vì vậy tốc độ bơm nhập liệu từ 20 40ml/phút thích hợp cho quá trình sấy – phun dịch cà chua.
3.2.2.2. Tối ưu hóa quá trình sấy phun tạo bột cà chua giầu lycopen
- Thiết lập mô hình
Tiến hành nghiên cứu sấy phun dịch cà chua với ba yếu tố ảnh hưởng chính là tỷ l ệphối trộn maltodextrin vào dịch qu , nhiả ệ ột đ không khí s y và tốấ c độ bơm nhập liệu đã được khảo sát ở trên. S d ng quy hoử ụ ạch bậc 2 tâm xoay cho 3 yếu tố. Số lần thí nghiệm N được xác định theo công thức 2.1, trong đó: số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tối ưu k = 3 (tỷ ệ l khối lượng maltodextrin/tổng khối lượng chất khô hòa tan của dịch quả, nhiệt độ không khí s y vàấ tốc độ bơm nhập liệu), số thí nghiệm tại tâm n0 = 6.
Như vậy, qui ho ch th c nghi m gồm N = 2ạ ự ệ 3+ 6 + = 20 thí nghiệm. Sử dụng 6 quy hoạch bậc 2 tâm xoay cho 3 yếu tố, mỗ ếi y u tố ế ti n hành tại 5 mức (-α, -1, 0, +1, +α) thể ệ hi n ở ả b ng 3.8. Quy hoạch thực nghi m gệ ồm 20 thí nghiệm, trong đó: 8 thí nghiệm tại nhân (quy hoạch toàn ph n 2ầ 3), 6 thí nghiệm tại điểm sao (2 thí nghiệm
cho mỗi bi n) và ế 6 thí nghiệm lặ ại tâm, v i 2 hàm m c tiêu là hip t ớ ụ ệu suất thu hồi bột cà chua và hàm lượng lycopen củ ảa s n phẩm.
Bảng 3.8. Khoảng biến đổ ủi c a các yếu tố ảnh hưởng đ n quá trình sấy phun dịch ế cà chua
Các yếu tố ảnh hưởng Mức tiến hành
-α -1 0 +1 +α X1 - Tỷ lệ maltodextrin/chất khô hòa
tan c a dủ ịch quả (%) 35 43 55 67 75 X2 - Nhiệt độ sấy phun (0C) 110 120 135 1 50 160 X3 - Tốc độ bơm nhập liệu (ml/phút) 13,2 20,0 30,0 40,0 46,8
Với 2 hàm mục tiêu (hay các đại lượng cần xác định) là hiệu suất thu hồi sản phẩm (Y1) và hàm lượng lycopen c a s n ph m (Yủ ả ẩ 2)
Theo các biến số đã chọn ở trên thì phương trình hồi quy có d ng sau: ạ
Y1= a0+ a1X1+ a2X2+ a3X3 + a11X12+ a22X22+ a33X32+ a12X1X2+ a13X1X3 + a23X2X3. Y2= b0+ b1X1+ b2X2+ b3X3 + b11X12+ b22X22+ b33X32+ b12X1X2+ b13X1X3 + b23X2X3.
Trong đó: ai, bi là các hệ số hồi quy Xi là các yếu tố ảnh hưởng
Kết quả ự th c nghiệm sấy phun dịch cà chua theo qui hoạch bậc 2 tâm xoay cho 3 yếu tốđược th hiể ện ở bảng 3.9.
Kiểm tra s có nghĩa cự ủa mô hình và các h s đưệ ố ợc ti n hành bằng phân tích ế hồi quy (bảng 3.1 ; 3.10 1)
T ừ các giá trị ở ảng 3.1 và 3.1 cho thấy chu n F c b 0 1 ẩ ủa hai mô hình lần lượt bằng 3179,07 (Y1), 914,23 (Y2) cho thấy hai mô hình hoàn toàn có ý nghĩa thống kê vớ ội đ tin cậy 99,99% (p< 0,0001).
Các giá trị p< 0,05 cho biết hệ ố ồ s h i quy có nghĩa, như vậy trong mô hình Y1, t t c các hấ ả ệ ố ồ s h i quy đ u có nghĩa, trong mô hình Yề 2 chỉ có hệ ố tương tác s X2X3là không có nghĩa (p=0,8608)nhưng vẫn được giữ ạ l i trong mô hình đ ối ưu ể t hóa.
Bảng 3. . Các thí nghiệ9 m ti n hành và kếế t qu s y phun ả ấ
TN
T l ỷ ệ lượng maltodextrin/chất khô hòa tan của dịch quả -
X1(%) Nhiệ ột đ s y ấ phun – X2 (0C) Tốc độ bơm nhập liệu – X3 (ml/phút) Hiệu suất thu hồi – Y1 (%) Hàm lượng lycopen – Y2 (mcg%) 1 43 120 20,0 71,5 42401 2 67 120 20,0 71,9 36752 3 43 150 20,0 69,6 40682 4 67 150 20,0 73,6 36725 5 43 120 40,0 67,5 40770 6 67 120 40,0 70,9 36974 7 43 150 40,0 67,2 39056 8 67 150 40,0 74,2 36876 9 35 135 30,0 67,4 41108 10 75 135 30,0 73,6 34800 11 55 110 30,0 72,8 39501 12 55 160 30,0 74,3 38149 13 55 135 13,2 70,3 41500 14 55 135 46,8 67,4 40149 15 55 135 30,0 74,3 43008 16 55 135 30,0 74,3 43200 17 55 135 30,0 74,2 43000 18 55 135 30,0 74,3 43105 19 55 135 30,0 74,2 43121 20 55 135 30,0 74,2 43096
Bảng 3.10. Kết quả phân tích hồi quy – hiệu suất thu h i (Yồ 1) của quá trình sấy phun
Nguồn gốc Phương sai Chuẩn F Giá trị p
Mô hình 15,74 3179,07 < 0,0001 X1 46,60 9409,58 < 0,0001 X2 2,07 418,89 < 0,0001 X3 9,98 2016,10 < 0,0001 X1X2 6,48 1308,46 < 0,0001 X1X3 4,50 908,65 < 0,0001 X2X3 1,28 258,46 < 0,0001 X12 25,07 5062,40 < 0,0001 X22 0,83 168,49 < 0,0001 X32 52,15 10530,77 < 0,0001 Không tương thích 0,007 2,30 0,1908
Chuẩn F cho “sự không tương thích” của mô hình Y1 là 2,30 (p=0, 90 ), Y1 8 2 là 4,98 (p=0,0514) cho thấy hai mô hình hoàn toàn tương thích với thực nghiệm. Hơn nữa, h s ệ ố tương quan bội R2 của 2 mô hình lần lượt bằng 0,9997 và 0,9988 cho thấy mô hình mô tảđến 99,97% và 99,88% sựthay đổi hàm m c tiêu phụ ụ thu c ộ vào các biến ảnh hưởng (phụ ụ l c 3).
Như vậy, hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen của bột cà chua sau khi sấy được bi u diễn bằng hai mô hình bậc 2 như sau: ể
Y1= 74,25 + 1,85X1+ 0,39 X2 – 0,86 X3 + 0,90X1X2+ 0,75X1X3+0,40X2X3- 1,32X21
– 4 X0,2 22 – 1,90 X32.
Y2 = 43094,30 – 1911,77X1 – 427,02X2 -377,55 X3 + 413,50X1X2+ 453,75X1X3 – 8,25X2X3- 1854,48X2
Bảng 3.11. Kết quả phân tích hồi quy - hàm lượng lycopen (Y 2) của quá trình sấy phun
Nguồn gốc Phương sai Chuẩn F Giá trị p Mô hình 1,5 x 107 914,23 < 0,0001 X1 5,0 x 107 2985,75 < 0,0001 X2 2,5 x 106 148,03 < 0,0001 X3 1,9 x 106 115,72 < 0,0001 X1X2 1,4 x 106 81,31 < 0,0001 X1X3 1,6 x 106 97,91 < 0,0001 X2X3 544,50 0,03 0,8608 X12 5,0 x 107 2946,17 < 0,0001 X22 3,4 x 107 2048,96 < 0,0001 X32 1,0 x 107 603,90 < 0,0001 Không tương thích 28019,21 4,98 0,0514
Hình 3.8. Ảnh hưởng c a các y u t n hi u su t thu h i b t cà chua ủ ế ố đế ệ ấ ồ ộ
(A: tỷ ệ l lư ng maltodextrin/lượ ợng chất khô hòa tan d ch qu , B: nhiị ả ệt độ ấ s y phun, C: tốc độ bơm nhập li u) ệ
Hình 3.9. Ảnh hưởng c a các y u t n hàm lư ng lycopen trong b t cà chua ủ ế ố đế ợ ộ
(A: tỷ ệ l lư ng maltodextrin/lượ ợng chất khô dịch quả, B: nhiệt độ ấy phun, s C: tốc độ bơm nhập li u) ệ
Lần lượt xét ảnh hưởng của từng yếu tố(khi các yếu tốkhác giữ ở ức trung m bình) đến hi u su t thu hồi (hình 3.8) là hàm lượng lycopen (hình 3.9ệ ấ ), tỷ ệ l khối lượng maltodextrin/tổng ch t khô hòa tan c a dấ ủ ịch quả và tốc độ bơm nhập li u có ệ ảnh hưởng rõ rệ ết đ n hi u su t thu h i. Hàm lưệ ấ ồ ợng lycopen b ị ảnh hưởng nhi u nh t ề ấ bởi tỷ ệ l khối lượng maltodextrin/tổng chất khô hòa tan của dịch quả, sau đó là nhiệt độ và tốc độ bơm nhập li u. ệ
Hiệu suất thu hồi ảnh hưởng nhiều nhất bởi tỷ ệ ổ l b sung maltodextrin vào dịch quả và tốc đ bơm nhập liệu. Khi tỷ ệ ổộ l b sung maltodextrin còn thấp, bột cà chua có tính hút ẩm lớn, bám nhiều lên thành thiết bị, hi u su t thu hệ ấ ồi thấp. Tỷ ệ l maltodextrin càng l n thì quá trình sớ ấy phun được thực hiện càng d dàng, hiễ ệu suất thu hồi tăng lên. T c đố ộ bơm nhập liệu ảnh hưởng tới thời gian lưu của dịch quả trong buồng sấy. Tốc độ bơm nhập liệu thấp, thời gian lưu của dịch quả trong buồng sấy tăng lên, sản phẩm tạo ra có độ ẩ m th p và hi u su t thu h i cao. Tấ ệ ấ ồ ốc độ bơm nhập liệu tăng, th i gian lưu của dịch qu trong bu ng sờ ả ồ ấy giảm, đến một m c nào ứ đó, lưu lượng dòng nh p liệu quá nhanh sẽậ làm quá trình bốc hơi nước xảy ra không kịp, sản phẩm cuối cùng có đ ẩộ m cao và hiệu suất thu hồi giảm rõ rệt (hình 3.8 ).
Hình 3.10. B mề ặt mặt đáp ứng hi u su t thu h i và hàm lư ng lycopen trong bột ệ ấ ồ ợ cà chua thu được
Hàm lượng lycopen c a bột cà chua sau sấủ y phun cũng chị ảu nh hưởng rõ r t ệ bởi tỷ ệ ổ l b sung maltodextrin vào dịch quả. Maltodextrin đóng vai trò là chất mang giúp quá trình sấy phun thực hiện dễ dàng. Nhưng khi tỷ ệ ổ l b sung maltodextrin càng tăng càng làm giảm hàm lượng lycopen của sản phẩm. Ảnh hưởng của các yếu t ố được thể hiện rõ hơn trên bề mặt đáp ứng (hình 3.10).
Tối ưu hóa
Quá trình sấy phun được tiến hành sao cho thu được bột cà chua với hiệu suất và hàm lượng lycopen cao nhất. Tiến hành giải bài toán tối ưu bằng cách chập mục tiêu theo thuật toán “hàm mong đợi”.
Kết quả tối ưu hóa bằng phần mềm Design – Expert 8.0 được kết quả ề v các thông số ố t i ưu của quá trình sấy phun tạo bột cà chua như sau: t lỷ ệ lượng maltodextrin/lượng chất khô hòa tan c a d ch quảủ ị 52%, nhi t độệ không khí s y ấ 1330C, tốc đ bơm nh p liệu 27 ml/phút. Khi đó hiệộ ậ u su t đ t 73,8% và hàm ấ ạ lượng lycopen của sản phẩm là 43.578 µµµµg/100g. µ
Hình 3.11. Mức độ đáp ứng sự mong đ i – sấợ y phun d ch cà chua ị
Với điều kiện tối ưu này thì mục tiêu về hiệu suất thu hồ ại đ t 85% mong muốn, hàm lư ng lycopen đợ ạt 99% mong muốn và mục tiêu chung đạt 93% mong muốn (hình 3.11).
3.2.3. Đánh giá kết quả sản xuất bột cà chua trong phòng thí nghiệm – –
Quả cà chua giống Savior được thu hoạch ở thời kỳ chín hồng đỏ, lưu giữ ở điều kiện nhiệt độ không khí 20 – 250C, đến khi chuyển sang thời kỳ chín đỏ. Tiến hành chần cà chua ở nhiệt độ 880C trong thời gian 1,8 phút, sau đó quả được làm nguội bằng nước lạnh. Cà chua sau chần được chà qua rây kích thước 0,5mm, thu được dịch quả. Xác định nồng độ chất khô hòa tan trong dịch quả, phối trộn maltodextrin với dịch quả theo tỷ lệ khối lượng maltodextrin/tổng khối lượng chất khô hòa tan của dịch quả là 5 % rồi đem sấy phun với áp suất vòi phun 1,2 2 bar, nhiệt độ không khí sấy 1330C, tốc độ bơm nhập liệu 27ml/phút. Xác định hàm
lượng lycopen và hiệu suất thu hồi bột cà chua thu được sau sấy phun. Kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 3.12.
Bảng 3.12. Hàm lượng lycopen và hiệu suất thu hồi bột cà chua sản xuất ở phòng thí nghiệm
Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả1 Hàm lượng Lycopen µg/100g 43.325±299 Hiệu suất thu hồi % 74,1±0,2
1: Giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, n = 3
Theo kết quả hàm lượng lycopen và hiệu suất thu hồi bột cà chua sau sấy phun trong bảng 3.12 cho thấy bột cà chua được sấy phun trong thí nghiệm theo các thông số đã được lựa chọn tối ưu hóa có hàm lượng lycopen đạt 43.325±299 µg/100g bột cà chua, hiệu suất thu hồi đạt 74,1±0,2%. So sánh với hàm lượng lycopen và hiệu suất thu hồi trong kết quả tối ưu hóa quá trình sấy phun cho thấy, hai kết quả không khác nhau có ý nghĩa thống kê (p>0,05)(phụ lục 5).
3.2.4. Đánh giá kết quả sản xuất thử nghiệm bột cà chua
Trên cơ sở các thông số kỹ thuật thu được bằng tối ưu hóa ở qui mô phòng thí nghiệm đã được trình bày ở mục 3.2.2, tiến hành triển khai sản xuất thử nghiệm ở xưởng thực nghiệm của Viện nghiên cứu Rau quả với qui mô 20kg cà chua/mẻ.
–
Quả cà chua giống Savior được thu hoạch ở thời kỳ chín hồng đỏ, được lưu giữ trong sọt ở nơi thoáng mát ở nhiệt độ 20 – 250C đến khi chuyển sang thời kỳ chín đỏ. Quả được rửa sạch và được đem chần trong nồi (TA25NT, Italia), có 2 vỏ để cấp hơi nóng, ở nhiệt độ 880C trong thời gian 1,8 phút. Quả sau chần được làm nguội bằng nước lạnh và được đưa vào thiết bị chà cánh đập (TA16D, Italia), kích thước lưới chà 0,5mm, vỏ và hạt quả được loại ra ngoài. Xác định nồng độ chất khô hòa tan của dịch quả thu được bằng chiết quang kế. Phối trộn maltodextrin vào dịch quả theo tỷ lệ khối lượng maltodextrin/tổng khối lượng chất khô hòa tan của dịch quả 52%. Dịch quả cà chua sau phối trộn maltodextrin được sấy phun ở thiết bị sấy phun APV Anhydro A/S (Đức), với áp suất vòi phun 1,2 at, nhiệt độ không khí sấy
1330C, tốc độ bơm nhập liệu 27ml/phút. Bột cà chua thu được sau sản xuất thử nghiệm được xác định hàm lượng lycopen và hiệu suất thu hồi. Kết quả được trình bày ở bảng 3.13.
Bảng 3.13. Hàm lượng lycopen và hiệu suất thu hồi bột cà chua sản xuất thử nghiệm Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả1 Tên chỉ tiêu Đơn vị Kết quả1
Hàm lượng Lycopen µg/100g 43.334±129 Hiệu suất thu hồi % 74,2±0,3
1: Giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn, n = 3
Theo kết quả được trình bày ở bảng 3.1 cho thấy sản xuất bột cà chua3 trên qui mô thử nghiệm với các thông số kỹ thuật đã được xác định ở trên thu được bột cà chua có hàm lượng lycopen đạt 43.334±129 µg/100g bột cà chua, hiệu suất thu hồi đạt 74,2±0,3 %. So sánh hàm lượng lycopen và hiệu suất thu hồi của bột cà chua giữa kết quả phân tích tối ưu (hàm lượng lycopen 43.578 g/100g µ , hiệu suất 73,8%), kết quả sản xuất tại phòng thí nghiệm (hàm lượng lycopen 43.325±299 µg/100g, hiệu suất 74,1±0,2 %) và kết quả sản xuất thử nghiệm (hàm lượng lycopen 43 334±129. µg/100g, hiệu suất 74,2±0,3%) cho thấy không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (F=1,091, p=0,419, α=0,05 và F=0,500, p=0,64, α=0,05 ) (phụ lục 5)
Như vậy, các thông số kỹ thuật thu được theo kết quả nghiên cứu được trình bày trong mục 3.2.1 và 3.2.2 là các thông số tối ưu để sản xuất bột cà chua đạt hàm lượng lycopen cao nhất đồng thời hiệu suất thu hồi cao nhất. Từ các thông số trên, chúng tôi xây dựng qui trình sản xuất bột cà chua giầu lycopen.
3.2.5. Qui trình sản xuất bột cà chua giầu lycopen
Qui trình sản xuất sản phẩm bột cà chua giầu lycopen được minh họa ở hình 3.12. Thuyết minh quy trình sản xuất bột cà chua giầu lycopen
1. Quả cà chua giống Savior được thu hoạch ở thời kỳ chín hồng – đỏ. Được bảo quản trong sọt ở điều kiện thoáng mát, nhiệt độ không khí 20 – 250C trong khoảng 2 3 ngày đến khi chuyển sang thời kỳ chín đỏ. Loại bỏ quả bầm dập, – rửa sạch.
Vỏ hạt-
Hình 3.12. Qui trình sản xuất bột cà chua giầu lycopen
Phân loại, lựa chọn
Rửa sạch Chần Làm nguội Chà Phối chế Sấy phun Bảo quản - Giống Savior
- Thu hoạch ở thời kỳ chín hồng đỏ–