LUẬN
3.1. Thành phần hóa học của rong sụn nguyên liệu
Sau khi thu mua nguyên liệu, rong sụn được loại bỏ tạp chất và đưa vào tiến hành các thí nghiệm để xác định thành phần hóa học cơ bản. Kết quả được trình bày ở bảng 3.1
Bảng 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu
STT Thành phần Hàm lượng (%)
1 Hàm ẩm 25,3
2 Protein * 4,3
3 Khoáng chất * 34,8
4 Carrageenan * 42,1
* Tính theo trọng lượng rong khô tuyệt đối. Từ kết quả ở bảng 3.1 nhận thấy:
- Hàm lượng ẩm trong rong nguyên liệu chiếm tỷ lệ 25,3% đạt yêu cầu về chỉ tiêu độ ẩm. Vì theo tiêu chuẩn Phillipine thì lượng ẩm không được vượt quá 40% [22].
- Hàm lượng khoáng trong rong chiếm tỷ lệ đáng kể tới 34,8%. Phần lớn hàm lượng khoáng trong rong chủ yếu tập trung ở bề mặt rong với lượng muối cao. Do rong sụn là loài ưa nước mặn, chính lớp muối khoáng bên ngoài sẽ có tác dụng ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình bảo quản rong nguyên liệu. Hơn nữa, hàm lượng khoáng bám ở lớp tế bào bên ngoài sẽ bị giảm đi nhiều trong quá trình chế biến nhưng rong sụn vẫn chứa hàm lượng khoáng rất cao ở bên trong tế bào
như I, Fe, Cu, Ca,…. Do vậy, rong sụn là nguyên liệu giàu khoáng, có giá trị dinh dưỡng cao.
- Hàm lượng protein trong rong chiếm tỷ lệ 4,3%, thấp hơn so với các thành phần khác có trong rong. Hàm lượng protein tùy thuộc vào vùng trồng, chế độ chăm sóc, bổ sung NH4
+
(muối amoni) và thời gian trồng. Hàm lượng protein càng cao thì khả năng tỷ lệ protein còn lại trong carrageenan càng lớn và ảnh hưởng đến độ tinh sạch của carrageenan tinh chế.
- Hàm lượng carrageenan trong rong chiếm tỷ lệ khá cao 42,1% do thu hái ở thời gian sau 45 ngày trồng. Rong đạt chất lượng vì lượng carrageenan trên 30% so với tiêu chuẩn Philippine về rong nguyên liệu [22].
3.2. Các thông số kỹ thuật dung dịch carrageenan sau khi lọc ly tâm Dịch chiết từ rong sụn sau khi tiến hành nấu ở 85 ÷ 900C, đem lọc ly tâm với tốc độ 4000 vòng/phút với mục đích loại bỏ bã rong, tạp chất có kích thước nhỏ và một phần chất màu, thu được các thông số kỹ thuật. Kết quả được trình bày ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Bảng các thông số kỹ thuật của dung dịch carrageenan sau khi lọc ly tâm
Hàm lượng chất khô (%) 0,6
Hiệu suất thu hồi carrageenan dạng thô (%) 38,0 Độ nhớt, cP ở nhiệt độ phòng (280C) 239,9
Độ nhớt, cP ở 400C 150,0
Theo kết quả bảng 3.2 cho thấy, độ nhớt của dịch carrageenan sau lọc có độ nhớt cao, ở nhiệt độ phòng (280C) độ nhớt là 239,9 cP. Đây là tiêu chí đánh giá khả năng tạo gel, nếu dịch có độ nhớt càng cao chứng tỏ khối lượng trung bình carrageenan càng cao và sức đông cao. Bên cạnh đó, khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt giảm. Ở nhiệt độ 800C, độ nhớt giảm 2,6 lần so với ban đầu. Đây là những thông số kỹ thuật quan trọng, qua đó lựa chọn được máy bơm hút dịch trong thiết kế nhà máy, cơ sở sản xuất cho phù hợp.
3.3. Kết quả nghiên cứu xác định lượng KCl bổ sung theo sức đông Dịch carrageenan sau khi được gia nhiệt, bổ sung KCl với các hàm lượng khác nhau, kết quả nghiên cứu xác định lượng KCl bổ sung thích hợp được trình bày ở đồ thị hình 3.1
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng KCl bổ sung đến sức đông của carrageenan
Theo kết quả nghiên cứu cho thấy sức đông của carrageenan phụ thuộc vào lượng KCl bổ sung. Khi nồng độ KCl tăng thì sức đông của carrageenan cũng tăng theo và đạt cực đại tại nồng độ 0,6% so với dịch lọc (445g/cm2). Từ nồng độ 0,7% trở đi thì sức đông của carrageenan
190 269 269 445 357 315 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Nồng độ KCl (%) Sứ c đ ô n g ( g /c m 2 )
giảm (ở 0,7% sức đông của carrageenan là 357g/cm2, còn ở nồng độ 0,9% thì sức đông chỉ còn 315g/cm2).
Điều này được giải thích như sau: khi có mặt của ion K+, nó sẽ kết hợp với gốc –OSO3
-
do đó làm giảm số lượng gốc -OSO3 -
tự do có mặt trong phân tử carrageenan, làm mất đi lực đẩy hình thành giữa gốc của phân tử carrageenan này với gốc của phân tử carrageenan khác. Khi đó tạo điều kiện cho các phân tử carrageenan xích lại gần nhau (vì không còn chịu ảnh hưởng bởi lực đẩy tĩnh điện do gốc -OSO3
-
sinh ra) và giữa chúng hình thành các liên kết hydro giữa các nhóm (-OH). Lúc này lực đẩy giữa các phân tử giảm và ngược lại lực hút tăng. Do đó khi ion K+ càng tăng thì lượng gốc bị khóa càng nhiều, sức đông càng tăng. Nhưng nó chỉ tăng đến một giới hạn nhất định khi nồng độ ion K+ đã bão hòa, khi đó nếu K+ vẫn tiếp tục tăng lên sẽ tạo nhiều ion tự do, làm ảnh hưởng đến liên kết tạo gel hydro của carrageenan, nên sức đông giảm xuống. Và khi nồng độ KCl tăng quá cao sẽ xảy ra hiện tượng gel carrageenan trở nên cứng và dòn, ít đàn hồi, dẻo dai và bị thoái hóa do đó gel lại trở nên rất dễ bị nứt vỡ dưới tác dụng của lực nén và uốn.
Qua kết quả trên lựa chọn lượng KCl bổ sung là 0,6%, tương đương 0,6g KCl trên 100g dịch chiết carrageenan.
3.4. Kết quả nghiên cứu xác định thời gian ép tách nước của gel kappa-carrageenan
Xác định lực ép gel
Tiến hành thí nghiệm xác định được khối lượng vật nặng là 230g và diện tích bề mặt thạch bị ép là 12,56 cm2. Từ đó suy ra được lực ép gel là 18 g/cm2.
Sau đó, ta tiến hành ép tách nước ở các khoảng thời gian ép tách nước khác nhau và xác định được hàm lượng chất khô của gel.
Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian ép đến hàm lượng chất khô của gel được thể hiện ở đồ thị hình 3.2.
Hình 3.2. Đồ thị biểu diễn hàm lượng chất khô của gel kappa- carrageenan theo thời gian ép tách nước
Theo kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng chất khô của thạch phụ thuộc vào thời gian ép tách nước. Thời gian ép tách nước càng tăng thì hàm lượng chất khô càng tăng. Cụ thể: trước khi ép tách nước thạch có hàm lượng chất khô là 2,0%, sau 1h: hàm lượng chất khô là 2,2%, sau 3h, 5h, 10h, 17h hàm lượng chất khô lần lượt là: 2,5%, 3,6%, 5,6%, 9,0%.
Tùy vào nhu cầu sử dụng mà chọn các thời gian ép tách nước khác nhau để có hàm lượng chất khô theo yêu cầu. Cụ thể, để phối trộn tạo mayonnaise, kẹo dẻo marmelat,…cần gel có hàm lượng chất khô 2,5%, do đó, có thể chọn thời gian ép tách nước là 3h.
3.5. Kết quả nghiên cứu về sự biến đổi hàm lượng tro và sức đông của gel kappa-carrageenan sau khi ép tách nước
2 2.2 2.5 3.6 5.6 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 Thời gian (h) H à m lượ n g c h ấ t k h ô ( % )
Thí nghiệm xác định quá trình ép tách nước cũng cho kết quả về sự biến đổi của hàm lượng tro và biến đổi sức đông của gel trước và sau khi ép tách nước.
Thí nghiệm xác định về sự biến đổi hàm lượng tro qua các thời gian ép tách nước được thể hiện ở đồ thị hình 3.3
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi hàm lượng khoáng theo thời gian ép tách nước
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi thời gian ép tách nước càng tăng thì hàm lượng khoáng càng giảm. Cụ thể ở thời gian ép 1h thì hàm lượng khoáng là 0,89%, sau 3h có hàm lượng khoáng là 0,83%, và sau 17h hàm lượng khoáng còn 0,61%. Hàm lượng khoáng giảm là do khoáng chất theo nước tách ra ngoài. Việc loại bớt lượng khoáng chủ yếu là KCl sẽ giúp giảm bớt vị mặn lợ của KCl, và để hàm lượng tro đạt tiêu chuẩn không quá 40% khối lượng carrageenan sấy khô.
Để có kết luận về ảnh hưởng của ép tách nước đến sức đông của gel, tiến hành so sức đông của gel trước và sau ép tách nước. Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở đồ thị hình 3.4.
0.89 0.83 0.83 0.79 0.71 0.61 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 5 10 15 20 Thời gian (h) H à m l ư ợ n g k h o á n g ( % )
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi sức đông trước và sau khi ép tách nước
Theo kết quả nghiên cứu và dựa vào đồ thị hình 3.4 cho thấy sức đông của gel tăng sau khi ép tách nước. Cụ thể, trước khi ép tách nước thì sức đông là 445 g/cm2, sau khi ép tách nước là 521 g/cm2. Có thể giải thích điều này do dưới tác dụng lực ép cơ học lên khối thạch trong một khoảng thời gian làm lượng nước trong thạch giảm và chúng sẽ thoát ra ngoài trong quá trình ép. Khi lượng nước thoát ra nhiều làm cho nồng độ carrageenan thạch tăng lên, do đó, độ chắc của thạch sẽ lớn hơn ban đầu. 3.6. Kết quả nghiên cứu sự thay đổi sức đông, màu sắc gel kappa- carrageenan dưới tác động của nhiệt độ
3.6.1. Kết quả nghiên cứu sự giảm sức đông của gel kappa- carrageenan sau khi gia nhiệt
Thí nghiệm xác định sức đông của gel kappa-carrageenan trong các khoảng nhiệt độ khác nhau, kết quả được trình bày ở bảng 3.3.
445 521 521 0 100 200 300 400 500 600 S ứ c đô n g (g/cm 2 ) Trước khi ép tách nước Sau khi ép tách nước
Bảng 3.3. Sức đông của gel kappa-carrageenan sau khi xử lý nhiệt Nhiệt độ (0C) Sức đông (g/cm2) 0 521 60 410 70 345 80 191 90 80 121 51
Qua bảng 3.3 cho thấy sức đông của gel giảm khi tăng dần nhiệt độ. Trước khi gia nhiệt sức đông của gel rất cao 521 g/cm2. Sau khi gia nhiệt ở các khoảng nhiệt độ từ 90 ÷ 1210C sức đông gel giảm đáng kể. Sức đông chỉ đạt từ 51 ÷ 80 g/cm2 không phù hợp ứng dụng làm chất tạo đông, hỗ trợ cấu trúc cho sản phẩm.
Độ giảm sức đông của gel theo tỷ lệ phần trăm được thể hiện ở đồ thị hình 3.5.
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn phần trăm giảm sức đông cuả gel sau khi xử lý nhiệt so với sức đông của gel ban đầu
21.3 33.8 33.8 63.3 84.6 90.2 0 20 40 60 80 100 T ỷ lệ g iảm sức đ ô ng ( % ) 600C 700C 800C 900C 1210C
Qua đồ thị hình 3.5 cho thấy tỷ lệ giảm sức đông của gel sau khi gia nhiệt so với sức đông của gel trước khi gia nhiệt đáng kể. Cụ thể, ở 600Csức đông của gel giảm 21,3% so với ban đầu và giảm mạnh khi gia nhiệt trên 900C.
Điều này có thể giải thích như sau khi nhiệt độ càng cao thì mạch polysaccharide của carrageenan bị thủy phân, cắt mạch làm khối lượng trung bình của carrageenan và sức đông của carrageenan giảm. Ở nhiệt độ 90 ÷ 1210C sức đông của gel rất thấp 80 ÷ 51g/cm2, do đó không thể chọn phương pháp tiệt trùng sản phẩm hay thanh trùng sản phẩm ở nhiệt độ cao trên 900C.
3.6.2. Kết quả nghiên cứu sự thay đổi màu sắc của gel kappa- carrageenan sau khi xử lý nhiệt
Thanh trùng nhằm tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh và vi sinh vật hư hỏng sản phẩm, kéo dài thời gian bảo quản. Tuy nhiên quá trình thanh trùng không chỉ ảnh hưởng đến sức đông của gel mà còn ảnh hưởng đến màu sắc của gel. Thí nghiệm xác định sự biến đổi màu sắc của gel kappa-carrageenan ở các khoảng nhiệt độ thanh trùng khác nhau được thể hiện ở đồ thị hình 3.6
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến màu sắc của gel kappa- carrageenan
Kết quả nghiên cứu về sự biến đổi màu sắc của gel cho thấy khi thanh trùng sản phẩm ở nhiệt độ càng cao thì điểm cảm quan càng thấp, cụ thể ở nhiệt độ 600C thì điểm cảm quan của sản phẩm là 16,8, ở 700C có điểm cảm quan là 15,2, ở 800C điểm cảm quan là 13,6, và ở 900C điểm cảm quan là 12,8.
Điều này có thể giải thích như sau ở nhiệt độ càng cao, đặc biệt trên 900C, xảy ra phản ứng caramen hóa các mạch polysacharide, nên nhiệt độ càng cao, nồng độ polysacharide càng lớn sản phẩm càng sẫm màu.
Trên cơ sở đó, ta thấy ở nhiệt độ thanh trùng 600C, điểm cảm quan và sức đông của sản phẩm là cao nhất. Tuy nhiên, khi thanh trùng ở 600C thì mức độ ức chế và tiêu diệt vi sinh vật sinh dưỡng không cao. Ta thấy ở nhiệt độ thanh trùng 700C sản phẩm có sức đông cao 345 g/cm2, điểm cảm quan về màu sắc cao 15,2, phù hợp ứng dụng để tạo sản phẩm tạo đông, chất hỗ trợ cấu trúc cho sản phẩm. Do đó, chọn nhiệt độ thanh trùng sản phẩm ở 700C. 16.8 15.2 13.6 12.8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Đ iểm cảm qu an 600C 700C 800C 900C
3.7. Đề xuất quy trình sản xuất hoàn thiện 3.7.1. Quy trình công nghệ
Để sản xuất ra sản phẩm gel kappa-carrageenan có hàm lượng chất khô 2,5%, từ những kết quả trên đề ra quy trình sản xuất hoàn thiện như sau: thời gian: 1 h tỉ lệ nước/rong: 20/1 tỉ lệ nước/rong: 60/1 nhiệt độ: 85 ÷ 900C thời gian: 2h Bề dày lát gel: 10mm Thời gian ép: 3h Lực ép gel: 18 g/cm2 70 15 45 15
Hình 3.7. Sơ đồ quy trình sản xuất gel kappa- carrageenan
Rong Kappaphycus alvarezii
Ngâm Rửa Nấu Lọc ly tâm, tốc độ 4000 vòng/phút Dịch carrageenan Tủa nóng Ép tách nước Gel kappa-carrageenan Bao gói Bài khí Ghép mí Thanh trùng KCl 0,6% Bảo quản
3.7.2. Thuyết minh quy trình 1. Nguyên liệu
Rong nguyên liệu được mua tại Cam Ranh, thu hoạch vào ngày 01/03/2012. Rong sản xuất phải là rong khô, sạch, không bị mốc, không gãy nát, ít tạp chất.
2. Ngâm nước
Rong khô được ngâm vào nước với tỷ lệ nước/rong: 20/1, ngâm
trong vòng 1h. Rong Kappaphycus alvarezii có khả năng hút nước và
trương nở rất cao.
Mục đích của quá trình này là: một phần có thể khử được tạp chất, loại bớt muối bám trên rong. Bên cạnh đó, ngâm còn có tác dụng làm mềm rong, rút ngắn thời gian nấu, nâng cao chất lượng và hiệu suất của sản phẩm.
3. Rửa
Sau khi ngâm xong, rửa sạch rong để loại bỏ cát sạn, muối, rong tạp, rồi để ráo.
4. Nấu
Rong sau khi được xử lý thì được nấu với tỷ lệ nước/rong: 60/1, thời gian nâú: 2 - 2,5h, t0: 85 ÷ 900C.
Mục đích của khâu này là phải đạt được hiệu suất thu hồi cao và đảm bảo chất lượng của carrageenan.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu chiết như: thời gian nấu, nhiệt độ, lượng nước nấu, thiết bị.
Nhiệt độ nấu
Nấu chiết rong trong môi trường trung tính với tỷ lệ nước nấu bằng 60 lần khối lượng rong khô ở nhiệt độ 85 ÷ 900C.
Khi nấu ở nhiệt độ cao hơn 900C thì thời gian nấu chiết giảm nhưng mạch polymer của carrageenan bị phân hủy cắt mạch làm cho sức đông của carrageenan bị giảm. Ở nhiệt độ quá cao polysaccharide hòa tan trong nước, làm thất thoát carrageenan làm hiệu suất thu hồi carrageenan giảm.
Khi nấu chiết ở nhiệt độ nhỏ hơn 850C thì thời gian nấu chiết dài, tốn nhiều thời gian và năng lượng.
Vì thế quá trình nấu chiết tốt nhất nên được thực hiện ở nhiệt độ 85 ÷ 900C kết hợp với khuấy đảo liên tục để rong nhanh nát nhuyễn đồng thời tránh hiện tượng bị khê dưới đáy nồi và hiện tượng sôi trào.
Thời gian nấu
Các kết quả nghiên cứu cho thấy, trong mọi trường hợp hàm