2. Qui trình triển khai nghiên cứu thử nghiệm
3.2. Ảnh hưởng của thời gian chần đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng
lycopen của dịch quả
Thời gian chần ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi dịch quả (F=877; p<0,001; α=0,05). Hiệu suất thu hồi dịch quả tăng lên đối với cà chua được chần so với cà chua không chần, và hiệu suất thu hồi dịch quả cũng tăng từ 75,1±0,5% lên 90,5±0,7% khi thời gian chần tăng từ 0,5 phút lên 2 phút, dịch quả thu được có chất lượng cảm quan tốt, mầu sắc đỏ đẹp và mùi vị đặc trưng của cà chua tươi. Nhưng khi thời gian chần tiếp tục tăng lên trên 2 phút quả cà chua bắt đầu có hiện tượng nứt, hiệu suất thu hồi dịch quả giảm đi, mùi vị của dịch cà chua thu được thay đổi, mầu đỏ của dịch quả bị sẫm lại và có mùi vị nồng của cà chua nấu chín không còn mùi vị của cà chua tươi, như vậy chất lượng cảm quan của dịch quả giảm đi (phụ lục 2).
Thời gian chần cũng ảnh hưởng tới nồng độ chất khô dịch quả dẫn đến ảnh hưởng tới hiệu suất thu hồi dịch quả tương tự như nhiệt độ chần. Thời gian chần tăng, hiệu suất thu hồi và nồng độ chất khô của dịch quả tăng lên do có sự chuyển hóa protopectin không tan thành pectin hòa tan. Thời gian tác dụng nhiệt kéo dài
dẫn đến pectin bị phân hủy làm quả bị nhũn và có hiện tượng nứt làm giảm hiệu suất thu hồi và tổn thất chất khô của dịch quả.
Như vậy, thời gian chần cà chua thích hợp là khoảng nhiệt độ ảnh hưởng nhiều tới hiệu suất thu hồi dịch quả và không làm ảnh hưởng tới chất lượng cảm quan của dịch quả. Qua kết quả ở hình 3.2 cho thấy thời gian chần từ 1 đến 2,5 phút là thời gian thích hợp chần cà chua.
3.2.1.2. Tối ưu hóa quá trình chần quả cà chua
Tối ưu hóa quá trình chần cà chua được tiến hành theo phương pháp qui hoạch thực nghiệm được trình bày ở mục 2.2.5.1. Qua khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ chần và thời gian chần tới hàm lượng lycopen và hiệu suất thu hồi dịch quả cho thấy hàm lượng lycopen trong dịch quả gần như không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian chần, vì vậy tối ưu hóa quá trình chần quả cà chua là xác định nhiệt độ và thời gian chần thích hợp để dịch quả thu được có hiệu suất cao nhất.
- Thiết lập mô hình
Tiến hành nghiên cứu chần quả cà chua với 2 yếu tố ảnh hưởng chính: nhiệt độ chần, thời gian chần như đã khảo sát ở trên. Sử dụng quy hoạch bậc 2 tâm xoay cho 2 yếu tố.
Số lần thí nghiệm N được xác định theo công thức 2.1, trong đó: số ế y u tố ảnh hư ng đở ến quá trình tối ưu k = 2 (nhiệ ột đ ch n và th i gian ch n), s thí nghi m t i ầ ờ ầ ố ệ ạ tâm n0 5= . Như vậy qui hoạch thực nghiệm gồm N = 22 + 4 + = 1 thí nghi5 3 ệm. Sử dụng quy hoạch bậc 2 tâm xoay cho 2 y u tố, mỗi yếu tố ếế ti n hành t i 5 mức (-α, -1, 0, ạ +1, +α) như bảng 3.5.
Bảng 3.5. Kho ng ả biến đổi của các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chần
Các yếu tốảnh hưởng Mức tiến hành
-α -1 0 +1 +α X1 - Nhiệt độ chần (0C) 77 80 88 95 98 X2 - Thời gian chần (phút) 0,7 1,0 1,8 2,5 2,8
Quy hoạch thực nghiệm g m 1ồ 3 thí nghiệm, trong đó: 4 thí nghi m tạệ i nhân (quy hoạch toàn phần 22), 4 thí nghiệm tại điểm sao (2 thí nghi m cho mệ ỗi biến) và 5 thí nghiệm lặp tại tâm, với hàm mục tiêu là hiệu suất thu hồi dịch quả. Kết quả thực nghiệm chần cà chua theo qui hoạch bậc 2 tâm xoay 2 yếu tố được trình bàyở bảng 3.6.
Bảng 3. . Các thí nghiệ6 m ti n hành và kế ết qu ch n quả ả ầ cà chua
Với hàm mục tiêu (Y) là hiệu suất thu h i dồ ịch quả. Theo các biến sốđã chọn thì phương trình hồi quy có d ng sau: ạ
Y1= a0+ a1X1+ a2X2 + a11X12+ a22X22+ a12X1X2 Trong đó: ai là các hệ số hồi quy
Xi là các yếu tố ảnh hưởng TN Nhiệ ột đ ch n – Xầ 1
(0C) Thời gian ch – X(phút) ần 2 Hiệu suất thu hồi - (%) Y
1 80 1,0 72,0 2 95 1,0 82,0 3 80 2,5 80,1 4 95 2,5 7 7,4 5 77 1,7 75,4 6 98 1,7 79,2 7 88 0,7 78,0 8 88 2,8 79,3 9 88 1,7 88,6 10 88 1,7 89,4 11 88 1,7 89,0 12 88 1,7 88,9 13 88 1,7 89,3
T kừ ết quả thực nghiệm chần cà chua, kiểm tra sự có nghĩa của mô hình và các hệ ố s nhiệ ột đ ch n và thờầ i gian chần được tiến hành b ng phân tích hằ ồi qui, kết quả được trình bày ở ả b ng 3.7.
Bảng 3. K7. ết quả phân tích hồi quy hiệu suất thu hồi (Y) ủa quá trình chần – c
Nguồn gốc Phương sai Chuẩn F Giá trị p Mô hình 89,18 503,15 < 0,0001 X1 20,08 113,28 < 0,0001 X2 3,56 20,10 0,0029 X1X2 40,32 227,49 < 0,0001 X12 241,75 1363,86 < 0,0001 X22 189,55 1069,41 < 0,0001 Không tương thích 0,28 2,68 0,1822
T kừ ết quả phân tích hồi qui ở ả b ng 3. cho th7 ấy chuẩn F của mô hình bằng 503,15; mô hình hoàn toàn có ý nghĩa thống kê vớ ội đ tin c y 99,99% (p< 0,0001). ậ
Các giá trị p< 0,05 cho biết hệ ố ồ s h i quy có nghĩa, như vậy trong mô hình, tất cả các hệ ố ồ s h i quy đ u có nghĩa.ề
Chuẩn F cho “sự không tương thích” của mô hình là 2,68 (p = 0,1822) cho thấy mô hình hoàn toàn tương thích với thực nghiệm. Hơn nữa, hệ ố s tương quan bội R2 của mô hình bằng 0,9972 cho thấy mô hình mô tả đến 99,72% sự thay đổi hàm mục tiêu ph thu c vào các bi n ụ ộ ế ảnh hưởng (phụ ụ l c 3).
Hiệu suất thu hồi dịch quả cà chua sau khi chần được biểu di n b ng mô hình ễ ằ bậc 2 như sau:
Y= 89,04 + 1,58X1+ 0,67 X2 – 3,17X1X– 5,89X2
1 - 5,22 X22
Lần lượt xét ảnh hưởng của từng yếu tố(khi các yếu tốkhác giữ ở ức trung m bình) đến hi u suệ ất thu h i d ch quồ ị ả(hình 3. ). 3
Hình 3.3. Ảnh hưởng c a nhi t đ ch n và th i gian ch n đ n hi u su t ủ ệ ộ ầ ờ ầ ế ệ ấ thu hồ ịi d ch quả (A:Nhiệ ột đ ch n, B:Th i gian ch n) ầ ờ ầ
Yếu tố nhiệ ột đ và thời gian chần ảnh hưởng khá nhiều đến hiệu suất thu hồi dịch quả s a(hệ ố 1= 1,58; a2= 0,67). Khi một trong hai yếu tố này tăng thì hiệu suất thu hồi dịch quả tăng nhưng chỉ tăng đến mức độ nào đó thì có tác d ng ngưụ ợc lại (hệ ố s a11 - = 5,89; a22 - = 5,22).
Như vậy, khi đồng thờ ải c hai y u t nhiệế ố t độ ch n và th i gian ch n cùng ầ ờ ầ tăng hoặc ch m t trong hai y u tốỉ ộ ế tăng thì hiệu su t thu h i d ch qu s ấ ồ ị ả ẽ tăng. Nhưng đến một mức nào đó hiệu suất thu h i s không tăng nồ ẽ ữa, th m chí còn gi m ậ ả khi nhiệ ột đ và th i gian chần tiếp tụờ c tăng. Đi u đó đưề ợc minh họa rõ hơn qua hình 3.3 và bề ặ m t đáp ứng của hi u suấệ t thu h i d ch quồ ị ả ể ệ th h qua hình 3.4.
- Tối ưu hóa
Qua k t quế ả thí nghi m cho thệ ấy trong quá trình chần quảcà chua hàm lượng lycopen trong dịch quảthu được không bị ảnh hưởng bởi nhiệ ột đ ch n và th i gian ầ ờ chần. Vì v y, quá trình ch n cà chua cậ ầ ần được tiến hành sao cho thu được dịch cà chua với hiệu suất cao nh t. Tấ ối ưu hóa quá trình chần quả cà chua bằng phần mềm Design – Expert 8.0 cho k t quế ả ố t i ưu nhấ ủt c a quá trình cần cà chua đó là: nhiệt độ chần 880C, thời gian chần 1,8 phút sẽ cho hi u suất thu hồi dịch quả 89,1% ệ (phụ lục 3). Với điều ki n tối ưu này hàm lượệ ng lycopen trong d ch qu trên 8.000µg/100g. ị ả 3.2.2. Xây dựng qui trình sấy phun sản xuất bột cà chua giầu lycopen
3.2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy phun
Quá trình sấy phun tạo bột cà chua chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, như đã trình bày tại mục 1.5.2. Các yếu tố: tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch quả, nhiệt độ sấy phun và tốc độ bơm nhập liệu ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình sấy phun dịch quả. Vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ bố sung maltodextrin vào dịch quả trước sấy phun, nhiệt độ không khí sấy (nhiệt độ không khí vào), tốc độ bơm nhập liệu và xác định các điều kiện tối ưu nhất của quá trình sấy phun để sản xuất bột cà chua giầu lycopen.
- Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch quả trước sấy phun
Quả cà chua được chần ở nhiệt độ 880C theo tỷ lệ 1 kg cà chua trong 6 lít nước, trong thời gian 1,8 phút. Quả sau khi chần được làm nguội bằng nước lạnh và chà qua rây có kích thước 0,5mm loại bỏ hạt, nồng độ chất khô hòa tan trong dịch quả thu được là 4,6Bx được xác định bằng chiết quang kế. Phối chế dịch quả với
maltodextrin theo tỷ lệ khối lượng maltodextrin/tổng khối lượng chất khô hòa tan trong dịch quả là 25/75, 30/70, 35/65, 40/60 và 45/55 lần lượt tương ứng 33%; 43%; 54%; 67% và 82%. Dịch quả cà chua sau khi đã được phối chế với maltodextrin với các tỷ lệ khác nhau và được làm đồng nhất có nồng độ chất khô hòa tan từ 5,8 đến 7,60Bx được đem sấy phun ở các chế độ như sau: nhiệt độ không khí vào: 1300C, áp suất vòi phun: 1,2 bar; tốc độ bơm nhập liệu: 30 ml/phút.
Bột cà chua thu được sau sấy phun được xác định hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch cà chuatrước sấy phun tới hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen trong bột cà chua được thể hiện ở hình 3.5.
Hình 53. . Ảnh hưởng của tỷ lệ bổ sung maltodextrin đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen trong bột cà chua
Qua kết quả nghiên cứu được trình bày trong hình 3.5 cho thấy, với tỷ lệ khối lượng maltodextrin/tổng chất khô hòa tan của dịch quả là 33% thì sản phẩm tạo thành có độ ẩm cao, bám nhiều lên thành thiết bị làm giảm hiệu suất thu hồi sản
phẩm sau sấy, bột cà chua bám trên thành thiết bị có hiện tượng bị cháy do tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài. Như vậy lượng maltodextrin bổ sung vẫn chưa đủ để tạo sản phẩm chất lượng tốt. Khi bổ sung maltodextrin với tỷ lệ khối lượng maltodextrin/tổng chất khô hòa tan của dịch quả 43%, hiệu suất thu hồi bột cà chua sau sấy phun tăng lên rõ rệt (từ 65,8±0,5% lên 70,3±0,6%) so với tỷ lệ bổ sung 33%. Trong khoảng tỷ lệ bổ sung maltodextrin từ 43% đến 82% hiệu suất thu hồi bột cà chua tăng lên, nhưng khi tăng từ tỷ lệ bổ sung maltodextrin từ 67% lên 82% hiệu suất thu hồi tăng lên ít hơn.
Tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch quả trước sấy phun tăng (từ 33% lên 82%) thì hàm lượng lycopen trong bột cà chua thu được giảm đi (từ 44.469±94 µg/100g xuống 32.977±126µg/% ).
Như vậy, tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch cà chua trước sấy phun có ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen trong sản phẩm (F=111,313; p<0,001; α=0,05 và F=243,970; p<0,0001; α=0,05). Khi tỷ lệ bổ sung maltodextrin thấp, sản phẩm tạo thành có hàm lượng lycopen cao. Tuy nhiên, tính dính của dịch quả vẫn chưa được cải thiện vì vậy sản phẩm bám nhiều lên thành thiết bị làm quá trình sấy phun thực hiện khó khăn và hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp. Khi tăng tỷ lệ khối lượng maltodextrin/tổng chất khô hòa tan của dịch quả thì quá trình sấy phun được thực hiện dễ dàng hơn, nhưng lượng maltodextrin bổ sung thêm nhiều sẽ làm hàm lượng lycopen trong bột cà chua giảm đi (phụ lục 2).
Như vậy, chọn tỷ lệ bổ sung maltodetrin vào dịch quả thích hợp là tỷ lệ khối lượng maltodextrin/nồng độ chất khô hòa tan của dịch quả từ 43% – 67%.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy
Dịch cà chua thu được sau khi chần cà chua theo các thông số kỹ thuật đã được xác định ở mục 3.2.1 được phối trộn với maltodextrin theo tỷ lệ khối lượng maltodextrin/tổng khối lượng chất khô hòa tan của dịch quả là 54%. Tiến hành sấy phun dịch cà chua đã phối trộn với maltodextrin với tốc độ bơm nhập liệu 30 ml/phút, áp suất vòi phun 1,2 bar và nhiệt độ không khí sấy thay đổi lần lượt 110, 120, 130, 140, 150, 1600C.
Bột cà chua thu được sau sấy phun được xác định hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy tới hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen được thể hiện ở hình 3.6.
Hình 63. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí sấy đến hiệu suất thu hồi và hàm . lượng lycopen trong bột cà chua
Kết quả nghiên cứu được thể hiện trong hình 3.6 cho thấy nhiệt độ không khí sấy thấp (1100C) hiệu suất thu hồi của sản phẩm sau sấy thấp (64,5±0,6%), là do độ ẩm của bột cà chua tạo thành vẫn còn cao nên bám nhiều trên thành thiết bị. Nhiệt độ không khí sấy tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm và hàm lượng lycopen tăng lên. Khi nhiệt độ sấy tiếp tục tăng trên 1300C, quá trình sấy tạo sản phẩm khô nhưng hàm lượng lycopen giảm đi là do tác động của nhiệt độ làm tổn thất lycopen. Nhiệt độ sấy tăng đến 1600C, hiệu suất thu hồi bắt đầu giảm do ở nhiệt độ này bột cà chua sấy được bị cháy, sản phẩm sau sấy giảm mùi thơm, màu đỏ tươi chuyển sang màu đỏ thẫm, hàm lượng lycopen giảm rõ rệt.
Kết quả trên cho thấy nhiệt độ không khí sấy ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen của bột cà chua (F=137,772; p<0,001; α=0,05 và F=57,072; p<0,001; α=0,05) (phụ lục 2).
Như vậy, nhiệt độ không khí sấy ở khoảng nhiệt độ 120 – 1500C thích hợp cho quá trình sấy phun bột cà chua.
- Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu
Dịch cà chua thu được sau khi chần cà chua theo các thông số kỹ thuật đã được xác định ở mục 3.2.1 được phối trộn với maltodextrin theo tỷ lệ khối lượng maltodextrin/tổng khối lượng chất khô hòa tan của dịch quả là 54%. Tiến hành sấy phun dịch cà chua đã phối trộn với maltodextrin ở nhiệt độ không khí vào 1 300C, áp suất vòi phun 1,2 bar, tốc độ bơm nhập liệu thay đổi 10, 20, 30, 40, 50 ml/phút.
Bột cà chua thu được sau sấy phun được xác định hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu tới hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen được thể hiện ở hình 3.7.
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tốc độ bơm nhập liệu đến hiệu suất thu hồi và chất lượng trong bột cà chua 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