1. 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình thủyphân
1.3. SẤY PHUN
Phương pháp sấy phun dùng để sấy các dung dịch, huyền phù, keo phân tán. Trong công nghiệp thực phẩm, hệ thống sấy phun dùng để sấy dung dịch, để tách bơ thành sữa bột, lòng đỏ trứng gà, cafe hòa tan, nước ép trái cây các loại, nấm men, vitamin…[8].
Hệ thống sấy phun gồm có: buồng sấy phun, bộ phận nạp nguyên liệu là những vòi hay cơ cấu phun, hệ thống quạt, caloriphe để cấp nhiệt cho tác nhân sấy, bộ phận thu hồi sản phẩm sấy [8].
Cơ sở khoa học của sấy phun:
Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt. Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do [8]:
- Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
Các điểm khác biệt của sấy phun so với các phương pháp sấy khác: mẫu nguyên liệu đưa vào sấy phun có dạng lỏng, còn sản phẩm sau khi sấy có dạng bột. Thực chất mẫu nguyên liệu khi vào thiết bị sấy sẽ được phân tán thành hạt nhỏ li ti trong buồng sấy chúng được tiếp xúc với tác nhân sấy. Kết quả là hơi nước bốc đi nhanh chóng. Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng.
Quá trình sấy có những ưu điểm sau [8]:
- Nhờ các bộ phận phun mà nguyên liệu sấy được phun thành các hạt rất nhỏ vào dòng tác nhân sấy đi vào buồng sấy làm tăng sự tiếp xúc giữa hai pha. Nhờ vậy mà cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn. Khi sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao, sản phẩm sấy phun có chất lượng tốt, xốp, dễ hòa tan, tiện cho sử dụng và chế biến. Dễ dàng lựa chọn thông số sấy.
- Thời gian tiếp xúc giữa các hạt lỏng và tác nhân sấy trong thiết bị rất ngắn, do đó nhiệt độ của mẫu nguyên liệu đem sấy không bị tăng cao. Nhờ đó sự tổn thất các chất dinh dưỡng mẫn cảm với nhiệt độ là không đáng kể.
- Sản phẩm sấy phun thu được là các hạt có hình dạng và kích thước đồng nhất. Tỷ lệ giữa các cấu tử không bay hơi trong hạt sản phẩm tương tự như trong mẫu lỏng ban đầu.
- Thiết bị sấy phun trong thực tế sản xuất thường có năng suất cao và làm việc theo nguyên tắc liên tục. Điều này góp phần làm hiện đại hóa các quy trình công nghiệp.
Nhược điểm của sấy phun [8]:
- Lưu lượng tác nhân sấy lớn, tốn kém trong khâu chuẩn bị dung dịch (nguyên liệu sấy) và hệ thống sấy phun có giá thành cao.
- Không thể sử dụng những mẫu có độ nhớt quá cao hoặc sản phẩm yêu cầu có tỷ trọng cao.
- Mỗi thiết bị sấy phun thường được thiết kế để sản xuất một số sản phẩm với những tính chất và chỉ tiêu đặc thù riêng. Ví dụ: thiết bị chuyên dùng để sản xuất bột mịn không thể sản xuất dạng bột.
- Vốn đầu tư thiết bị sấy phun khá lớn khi ta so sánh với các thiết bị sấy liên tục.
Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn [8]:
- Giai đoạn phân tán dòng nguyên liệu thành những hạt sương li ti.
- Giai đoạn trộn mẫu cần sấy và không khí nóng, khi đó sẽ xảy ra quá trình bốc hơi nước trong mẫu.
- Giai đoạn thu hồi sản phẩm từ dòng khí thoát. Nguyên lý của thiết bị sấy phun [8]:
Dịch được bơm vào thiết bị với tốc độ thích hợp đến đầu vòi phun dịch phân tán thành các hạt nhỏ li ti.
Dòng không khí nóng được lọc sạch và đi qua tháp sấy có nhiệt độ khoảng 130 ÷ 2000C. Dòng không khí này được đua đến sát đầu mút của vòi phun. Nhờ chuyển động của dòng không khí nóng đã tạo nên chuyển động xoáy [8].
Sau đó hỗn hợp không khí – dịch được định hướng bởi bộ phận cyclon phân chia có khả năng tách sản phẩm khỏi khí thải. Bột nêm tách ra sẽ rơi xuống bình thu mẫu ở phía dưới.
Trong quá trình sấy tất cả các yếu tố: nhiệt độ không khí, áp suất khí nén, tốc độ bơm dịch… đều ảnh hưởng đến hiệu quả sấy phun. Chẳng hạn, nếu sấy ở nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
1.4.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI VỀ SỰ THỦY PHÂN PROTEIN
1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Chae (1998), qua nghiên cứu cho thấy sử dụng kết hợp 3 enzyme Neutrase, Alcalase và Flavourzyme để thủy phân protein sẽ cho độ thủy phân cao hơn khi sử dụng kết hợp hai enzyme Alcalase và Flavourzyme. Theo tác giả này, độ thủy phân
đạt cao nhất khi sử dụng kết hợp 3 enzyme là 51% trong khi đó giá trị DH chỉ đạt 47 % khi sử dụng hai enzyme [14].
Herpandi và cộng sự (2012) đã nghiên cứu độ thủy phân và lượng axid amin trytophan tự do của sản phẩm thủy phân cá ngừ bằng các loại protease khác nhau. Sản phẩm thủy phân protein thịt cá ngừ vằn được sản xuất bằng các loại protease(Alcalase, Protamex, Neutrase và Flavourzyme) trong thời gian 60, 120, 180 và 240 phút với tỷ lệ enzyme protease là 0,5, 1, 1,5 và 2% so với khối lượng của nguyên liệu. Kết quả cho thấy thời gian dài với tỷ lệ enzyme cao đã làm tăng độ thủy phân. Alcalase cho độ thủy phân cao nhất trong số tất cả các protease, tiếp theo là Protamex, Flavourzyme và Neutrase [19].
Liaset và cộng sự (2003) nghiên cứu thủy phân phần xương còn lại sau khi philê tách thịt cá hồi bằng enzyme Protamex ở điều kiện nhiệt độ 550C, pH tự nhiên là 6,5, nồng độ enzyme là 11,1 AU/kg protein thô với tỷ lệ phế liệu/nước là 1,14, thời gian thủy phân 6 giờ. Kết quả thu được sản phẩm thủy phân giàu các axid amin không thay thế và axid béo không no [24].
Lian và cộng sự (2005) nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân phế liệu mực bằng enzyme Flavourzyme và Protamex. Kết quả nghiên cứu cho thấy với nhiệt độ 500C, thời gian thủy phân 6 giờ thì hàm lượng axid amin tự do của sản phẩm thủy phân đạt cao nhất 24,8% so với mẫu đối chứng 8,2% [22].
Motamedzadegan và cộng sự (2010) đã nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thủy phân nội tạng cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) bằng enzyme Neutrase. Kết quả chỉ ra rằng khi sử dụng enzyme Neutrase để thủy phân nội tạng cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) thì các thông số tối ưu là nồng độ enzyme 37 AU / kg protein, pH tự nhiên của bản thân nguyên liệu, nhiệt độ từ 50°C, và thời gian 60 phút thì độ thủy phân (DH) đạt 35%, sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein cao 74,56% và hàm lượng lipid thấp 1,86% và được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản và làm thức ăn cho chăn nuôi [25].
Nguyen và cộng sự (2011) đã nghiên cứu sự thủy phân phế liệu từ cá ngừ bằng enzyme Protamex và đặc tính sinh hóa của sản phẩm thủy phân. Một chế độ thủy
phân được thực hiện cho các phế liệu từ cá ngừ như đầu, nội tạng, đuôi ở nhiệt độ 450C, tỷ lệ nước/nguyên liệu = 1/1, tỷ lệ enzyme 0,1%, pH tự nhiên, thời gian 12h. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy, độ thủy phân của đầu, nội tạng và đuôi lần lượt là 32,3%, 16,8% và 22,2%. Hiệu suất thu hồi nitơ trong các sản phẩm thủy phân từ đầu, nội tạng và đuôi lần lượt là 73,6%, 82,7%, 85,8% [26].
Ovissipour và cộng sự (2009) đã nghiên cứu tối ưu hóa sự thủy phân phế liệu cá tầm bằng enzyme Alcalase. Kết quả nghiên cứu đã xác định được các điều kiện tối ưu là: 50°C, 120 phút. Chế độ thủy phân này cho sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein tương đối cao (66,43%) và lipid thấp (1,34%) [30].
Ovissipour và cộng sự (2010) đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng (Thunnus albacares) sử dụng enzyme Alcalase và Protamex. Đầu cá ngừ vây vàng thu được từ quá trình sản xuất cá ngừ đóng hộp được thủy phân với các thông số sau: nồng độ enzyme sử dụng là 1,5%, pH tự nhiên, tỷ lệ nguyên liệu/nước (w / v) là 1:1. Kết quả cho thấy theo thời gian thủy phân thì độ thủy phân càng cao. Độ thủy phân, hàm lượng protein và axít amin trong sản phẩm thủyphân thu được khi sử dụng enzyme Alcalase cao hơn so với enzyme Protamex Slizyté và cộng sự (2005) khi nghiên cứu quá trình thủy phân nội tạng cá Tuyết bằng enzyme Neutrase với tỷ lệ 0,3%, thời gian thủy phân 1h, ở nhiệt độ 500C thì thu được bột protein thủy phân có hàm lượng ẩm 3,9%; protein thô 83,5%; lipid 3,0%; tro 12,4% [31].
Ji và cộng sự (2012) đã nghiên cứu thủy phân protein của cá Đù vàng nhỏ và đánh giá hoạt động chống oxi hóa dịch thủy phân thu được. Kết quả đưa ra điều kiện thủy phân tối ưu như sau: nhiệt độ 600C, thời gian thủy phân 4 giờ, nồng độ enzyme là 0,2% và tỷ lệ nguyên liệu/nước 1/5. Ở điều kiện thủy phân trên, độ thủy phân cao nhất (DH) là 49,50%. Khả năng chống oxy hóa của dịch thủy phân protein ở độ DH là 40,96, 43,75, 48,85 và 49,50% đã được nghiên cứu bằng a-diphenyl-b- picrylhydrazyl (DPPH) và khả năng loại bỏ gốc tự do hydroxyl. Độ thủy phân ở 49,50% có khả năng chống oxy hóa cao nhất. Quá trình thủy phân enzyme protein
cá Đù vàng nhỏ có thể được sử dụng để sản xuất sản phẩn thủy phân có tính chống oxi hóa [18].
Duan và cộng sự (2008) nghiên cứu thu hồi protein từ nguyên liệu còn lại sau fillet của cá Chép bạc bằng enzyme thủy phân và giảm vị đắng trong dịch thủy phân. Sử dụng enzyme thủy phân nguyên liệu còn lại sau phi lê và sau đó nghiên cứu cơ chế giảm đắng trong dịch thủy. Đầu tiên, nghiên cứu thủy phân với enzym protease trung tính, Papain, Protamex, Flavourzyme, kết hợp Neutrase và Papain (NPC), kết hợp Neutrase và Flavourzyme (NFC), so sánh các giá trị: độ thủy phân (DH), độ hòa tan của protein và giá trị vị đắng; Kết quả NFC đã được tìm thấy là tốt nhất. Thứ hai, trên cơ sở orthogonal tests, điều kiện thủy phân tối ưu đã được thực hiện với tỷ lệ enzyme/nguyên liệu 0,5% của NFC ở pH 7.5 và 500C. Cuối cùng, nghiên cứu ảnh hưởng của hai công đoạn tiền xử lý bao gồm ủ ấm và loại bỏ chất béo thông qua độ thủy phân DH đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy hai công đoạn tiền xử lý này là không có lợi cho quá trình thủy phân bằng enzyme của nguyên liệu còn lại sau fillet của cá chép bạc [15].
Ovissipour M. và cộng sự (2010) đã nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân protein nội tạng cá Ngừ vây vàng. Điều kiện thủy phân (tỷ lệ enzyme, nhiệt độ và thời gian) được tối ưu hóa sử dụng phương pháp bề mặt đáp. Các điều kiện tối ưu để đạt được độ thủy phân cao nhất là: 60,4°C, 90,25 phút, và Alcalase có độ hoạt động là 70,22 AU / kg protein. Sấy phun dịch thủy phân protein nội tạng cá ngừ có hàm lượng protein tương đối cao (72,34%) và lipid thấp (1,43%) [32].
Kristinsson H.G. và cộng sự (2000) đã nghiên cứu quá trình thủy phân protein cơ thịt cá Hồi bởi hỗn hợp enzyme chiết suất từ nội tạng cá Hồi Đại Tây Dương. Thí nghiệm xác định hoạt động của chymotrypsin trong thành phần serine protease là tích cực nhất, tiếp theo là trypsin và elastase. Sử dụng enzyme chiết suất từ nội tạng để thủy phân cơ thịt cá Hồi ở 400C tốt hơn so với 21,50C, và rất hiệu quả so với bốn loại protease thương mại về độ thủy phân (DH), quá trình thủy phân này kéo dài trong 180 phút. Dịch thủy phân protein cá Hồi từ enzyme protease thương mại với các enzyme thu hồi từ nội tạng có chứa peptid khác nhau ở cùng một độ thủy
phân khi phản ứng diễn ra ở nhiệt độ 21,50C so với 400C, điều này cho thấy rằng hoạt động tương đối của các serine protease có thể khác nhau ở nhiệt độ phản ứng khác nhau [21].
Dumay J. (2009) đã nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân đầu cá Mòi bằng enzyme Protamex: nâng cao hiệu quả thu hồi lipid và phospholipid. Thủy phân đầu cá Mòi bởi enzyme Protamex đã được nghiên cứu (nhiệt độ, thời gian thủy phân và tỷ lệ enzyme/cơ chất) sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng để thu hồi lượng lipid cao nhất và đặc biệt là phospholipid. Theo báo cáo không có mối quan hệ giữa độ thủy phân và thu hồi lipid, tuy nhiên, điều kiện tối ưu để thu hồi lipid và phospholipid đã được tìm thấy là tương tự nhau (29 phút, 310C với 2,6 g enzyme/kg). Ở điều kiện thủy phân trên, lipid và phospholipid (phần dầu và dung dịch nước) có thể được thu hồi khi thời gian, nhiệt độ và tỷ lệ enzyme/cơ chất được tối ưu hóa. Dữ liệu phân tích cho thấy rằng chúng có chứa lipid chất lượng cao, đặc biệt là acid béo ω-3 [16].