Để đảm bảo tính kinh tế, giảm hao hụt khi vận chuyển, chúng tôi chọn độ chín thu hoạchcủa cà chua là thời kỳ quả chín hồng đỏ, sau đó bảo quản - cà chua trong sọt để nơi thoáng, mát (nhiệt độ từ 20 – 250C) đến khi cà chua chín ở thời kỳ chín đỏ sẽ dùng để chế biến, thời gian chuyển từ chín hồng đỏ sang chín đỏ từ 2 – đến 3 ngày.
3.2. XÂY DỰNG QUI TRÌNH SẢN XUẤT BỘT CÀ CHUA GIẦU LYCOPEN LYCOPEN
Trong qui trình sản xuất bột cà chua, chất lượng bột cà chua được sản xuất phụ thuộc nhiều vào hai quá trình chế biến chính là quá trình chần và quá trình sấy, vì vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chần cà chua và quá trình sấy tạo bột cà chua.
3.2.1. Xây dựng qui trình chần quả cà chua
Giống cà chua Savior có hàm lượng lycopen cao đã được lựa chọn ở trên và thu hoạch ở thời kỳ chín hồng – đỏ, để chín tới thời kỳ chín đỏ, được dùng để làm nguyên liệu sản xuất bột cà chua giầu lycopen.
Theo phân tích đã được trình bày ở mục 1.4, sản xuất bột cà chua trong nghiên cứu này sử dụng phương pháp sấy phun. Sấy phun sẽ tạo sản phẩm đảm bảo được chất lượng và các tính chất cảm quan tốt. Khi hòa bột cà chua vào nước sẽ dễ tan và cho khối dịch đồng nhất. Để tạo bột cà chua với hiệu suất và hàm lượng lycopen trong bột cà chua cao thì dịch quả thu được sau khi chà dùng để sấy phải có hàm lượng chất khô và hàm lượng lycopen cao. Hiệu suất thu hồi dịch quả và hàm lượng lycopen trong dịch quả là 2 mục tiêu quan trọng và cần đạt được cao nhất trong quá trình chần quả cà chua.
3.2.1.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chần quả cà chua
- Ảnh hưởng của nhiệt độ chần
Quả cà chua được tiến hành chần theo phương pháp công nghệ được trình bày ở mục 2.1.3. Nguyên liệu cà chua được chần qua nước nóng ở các nhiệt độ: 75, 80, 85, 90, 95, 1000C trong cùng thời gian 2 phút theo tỷ lệ 1kg cà chua trong 6 lít nước. Cà chua sau chần được làm nguội ngay bằng nước lạnh, chà qua rây kích thước 0,5mm thu được dịch cà chua. Xác định hàm lượng lycopen trong dịch cà chua thu được và hiệu suất thu hồi dịch quả. Kết quả nghiên cứu được trình bày ở hình 3.1.
Hình 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ chần tới hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen trong dịch quả trong dịch quả
Qua kết quả được trình bày ở hình 3.1 cho thấy hàm lượng lycopen trong dịch quả cà chua thu được sau khi chần ở các nhiệt độ khác nhau thay đổi không có ý nghĩa thống kê (F = 0,343; p=0,902; α= 0,05). Như vậy, khi chần ở các nhiệt độ đến 1000C trong thời gian 2 phút không làm ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng lycopen trong dịch cà chua thu được.
Khi quả cà chua không được chần thì hiệu suất thu hồi dịch quả thấp hơn khi quả được chần. Nhiệt độ chần tăng (từ 750C đến 900C) thì hiệu suất thu hồi dịch quả cũng tăng lên (từ 72,7±0,7% lên 90,3 ±0,4 %). Khi nhiệt độ chần cao hơn 900C, vỏ quả bị nứt, hàm lượng chất khô của dịch quả bị tổn thất ra ngoài qua vết nứt làm hiệu suất thu hồi dịch quả giảm đi. Ảnh hưởng của nhiệt độ chần đến hiệu suất thu hồi dịch quả là rõ rệt (F=801; p<0,001; α=0,05). Đồng thời, nhiệt độ chần cao hơn 900C cũng làm chất lượng cảm quan của dịch quả thay đổi, mầu đỏ của dịch quả bị sẫm lại và mùi vị của dịch quả cà chua thu được bị nồng của cà chua nấu chín không còn mùi vị của cà chua tươi, chất lượng cảm quan của dịch quả bị giảm đi (phụ lục 2).
Quá trình chần góp phần bài khí cho sản phẩm nhằm hạn chế quá trình oxi hóa làm tổn thất chất khô và ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm. Đồng thời dưới tác dụng của nhiệt độ khi chần và môi trường axit của quả, quá trình thủy phân protopectin thành pectin xảy ra. Protopectin không hòa tan chuyển thành pectin hòa tan, làm giảm cường lực liên kết giữa các tế bào, vì vậy quá trình chà sau khi chần được thực hiện dễ dàng hơn, khối lượng dịch quả thu được nhiều hơn.
Như vậy, nhiệt độ 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 trình bàyở hình 3.1 cho thấy nhiệt độ từ 80 – 950C là khoảng nhiệt độ thích hợp chần cà chua.
- Ảnh hưởng của thời gian chần
Tiến hành chần quả cà chua trong nước nóng ở nhiệt độ 900C theo tỷ lệ 1 kg cà chua trong 6 lít nước trong thời gian 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 phút. Cà chua sau chần được được làm nguội ngay bằng nước lạnh và chà qua rây có kích thước 0,5 mm. Xác định hàm lượng lycopen, cảm quan và hiệu suất thu hồi của dịch quả thu được. Kết quả được trình bày ở hình 3.2.
Qua kết quả thu được ở hình 3.2 cho thấy rằng hàm lượng lycopen của dịch quả thu được khi quả cà chua được chần ở các thời gian chần khác nhau không thay đổi có ý nghĩa thống kê (F = 0,262; p = 0,95; α= 0,05). Như vậy, khi chần quả cà chua ở nhiệt độ 900C trong thời gian đến 3 phút không làm ảnh hưởng đến hàm lượng lycopen trong dịch cà chua thu được.
Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian chần đến hiệu suất thu hồi và hàm lượng lycopen của dịch quả 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