Địa điểm nghiên cứu:
+ Thủy phân thu dịch đạm tại Viện Công Nghệ Sinh Học và Môi Trƣờng– Trƣờng Đại Học Nha Trang.
+ Sản xuất thử nghiệm bột nêm tại phòng thí nghiệm Công Nghệ Thực Phẩm – Trƣờng Đại Học Nha Trang.
+ Đánh giá các chỉ tiêu vi sinh tại phòng thí nghiệm Vi Sinh – Trƣờng Đại Học Nha Trang.
+ Kiểm tra các chỉ tiêu hóa học tại phòng thí nghiệm Kiểm Nghiệm và Phân Tích Thực Phẩm- trƣờng Đại Học Nha Trang.
Thời gian nghiên cứu: từ ngày 25/02/ 2013 đến ngày 08/06/ 2013.
2.8. Phƣơng pháp phân tích.
2.8.1. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm.
Sử dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm trong: +Tối ƣu hóa quá trình thủy phân protein cá.
+Tối ƣu hóa quá trình phối trộn gia vị.
Ngoài ra, bố trí thí nghiệm theo phƣơng pháp cổ điển cho việc xác định nhiệt độ sấy thích hợp, ta cố định các thông số, chỉ thay đổi thông số nhiệt độ sấy để tìm ra giá trị tối ƣu nhất.
2.8.2. Sử dụng phƣơng pháp đánh giá cảm quan thực phẩm theo tiêu chuẩn TCVN 3215-79.
2.8.3. Xác định chỉ tiêu hóa học.
-Xác định đạm amoniac theo phƣơng pháp chƣng cất lôi cuốn hơi nƣớc (theo TCVN 3706-90).
-Xác định đạm formon theo phƣơng pháp formon (Nito acid amin = Nito formol – Nito amoniac)
-Xác định hàm lƣợng tro theo phƣơng pháp nung ở 550 – 6000C (theo TCVN 5105- 90).
-Xác định hiệu suất sấy: hiệu suất sấy đƣợc tính bằng % khối lƣợng bột đạm so với khối lƣợng dịch đạm và maltodextrin trƣớc khi sấy.
2.9. Phƣơng pháp xử lý số liệu.
-Xử lý số liệu theo phƣơng pháp thống kê số liệu, sử dụng phần mềm Excel 2007.
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.
3.1. Kết quả xác định thành phần dinh dƣỡng của phế liệu cá gáy biển.
Tiến hành xác định các thành phần hóa học của phế liệu cá gáy biển, kết quả đƣợc thể hiện trong bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả xác định các thành phần hóa học của phế liệu cá gáy biển.
Tên thành phần Đơn vị tính Giá trị
Hàm lƣợng nƣớc % 78,59
Tro tổng số % 12,43
Protein thô % 13,8
Lipid % 4,13
Từ kết quả tại bảng 3.1, ta thấy hàm lƣợng protein trong phế liệu cá gáy biển khá cao, cho thấy sản xuất sản phẩm bột nêm nâng cao giá trị sử dụng nguồn phế liệu này rất khả thi. Hàm lƣợng lipid thấp nên dễ dàng tách bỏ trong quá trình sản xuất. Hàm lƣợng tro tổng số cao nên cần có biện pháp nghiên cứu tạo ra nhiều sản phẩm mới tận thu nguồn phế liệu này.
3.2. Kết quả tối ƣu hóa quá trình thủy phân phế liệu cá gáy biển. Các bƣớc và kết quả bài toán quy hoạch thực nghiệm. Các bƣớc và kết quả bài toán quy hoạch thực nghiệm.
a.Lập ma trận thực nghiệm.
Nguyên liệu đã xay nhỏ đƣợc rã đông ở nhiệt độ 40C qua đêm trong tủ lạnh. Cân 100 g mẫu và cho vào cốc thủy tinh với tỷ lệ nƣớc/ nguyên liệu là 1:1. Khuấy trộn hỗn hợp này cho nguyên liệu phân tán đều trong nƣớc, sau đó cho cốc vào bể ổn nhiệt, khi nhiệt độ hỗn hợp đạt đến nhiệt độ nhƣ trong bảng 2.2 thì cho enzyme vào với tỷ lệ đã xác định trong bảng 2.2 với pH tự nhiên của cơ chất. Nhiệt độ thủy phân đƣợc giữ ổn định trong bể ổn nhiệt. Trong quá trình thủy phân, thƣờng xuyên theo dõi nhiệt độ của mẫu, chỉ cho phép nhiệt độ dao động ± 0,50C.
Sau khi kết thúc quá trình thủy phân, lấy cốc thủy phân ra khỏi bể ổn nhiệt, nâng bể ổn nhiệt lên 950C. Khi nhiệt độ bể ổn nhiệt đã đƣợc nâng lên 950C, cho cốc đựng dịch thủy phân vào bể và giữ trong vòng 15 phút.
Dùng ray để lọc thu dịch thủy phân và loại bỏ phần xƣơng. Ly tâm dịch thủy phân bằng máy ly tâm. Cài đặt các thông số của máy ly tâm nhƣ sau: nhiệt độ 300C, tốc độ quay là 3400 vòng/ phút trong vòng 30 phút.
Sau khi ly tâm, thu đƣợc 3 phần: -Lipid ở lớp trên cùng.
-Dịch đạm thủy phân ở giữa. -Cặn thủy phân ở dƣới cùng.
Dịch thủy phân đƣợc tách ra và đem đi xác định đạm acid amin (gN/ l). Kết quả đƣợc thể hiện ở bảng 3.2.
Bảng 3.2. Kết quả tối ưu hóa quá trình thủy phân .
Số TN
Yếu tố thí nghiệm
Yếu tố thí nghiệm trong hệ tọa độ không thứ nguyên Chỉ tiêu tối ƣu Y (gN/l) U1 U2 U3 X0 X1 X2 X3 X 1X2 X 1X3 X 2X3 X 1X 2X3 1 40 0,1 2 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 3,79 2 65 0,1 2 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 3,46 3 40 0,4 2 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 5,74 4 65 0,4 2 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 4,36 5 40 0,1 8 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 3,99 6 65 0,1 8 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 3,6 7 40 0,4 8 1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 6,3 8 65 0,4 8 1 1 1 1 1 1 1 1 6,1 b. Các bƣớc giải .
Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy nhƣ sau:
Ở đây j = 0; 1; 2 ; 3; 4…k với k là yếu tố độc lập
N là số thí nghiệm trong ma trận quy hoạch thực nghiệm N = 8. Thay số ta tính đƣợc các hệ số:
b 0 = 4,668 b12 = -0,175
b1 = -0,288 b13 = 0,140
b2 = 0,958 b23 = 0,245
b3 = 0,330 b123 = 0,155
Y = 4,668- 0,288 X1 + 0,958 X2 +0,33 X3 – 0,175 X1X2 + 0,14 X 1X 3 +0,245 X 2X 3 + 0,155 X 1X 2X3.
Kiểm định ý nghĩa của các hệ số trong phƣơng trình hồi quy. Kết quả bố trí thí nghiệm ở tâm phƣơng án:
Bảng 3.3. Kết quả bố trí thí nghiệm ở tâm phương án.
N0 U1 U2 U3 Y0 u (gN / l)
1 52,5 0,25 5 4,34
2 52,5 0,25 5 4,2
3 52,5 0,25 5 4,48
Tính toán: = = 4,34
Phƣơng sai tái hiện: = = 0,0392 / 2 = 0,019. Sbj =
Ƣớc lƣợng ý nghĩa của các hệ số theo chuẩn Student: Tính =
t 0 = 94,300 t12 =2,170
t1 = 5,800 t13 = 2,800
t2 = 19,300 t 23 =4,900
t3 = 6,670 t123 = 3,130
Tra bảng Studen với mức ý nghĩa P = 0,05, bậc tự do f = 2, ta có t (0,05/2 ; 2)= 4,3. Ta thấy các giá trị t0, t1, t2, t3, t23 > 4,3. Vậy các hệ số b0, b1, b2, b3, b23 có ý nghĩa. Các giá trị t12, t123 < 4,3. Vậy các hệ số b12 , b123 không có ý nghĩa.
Phƣơng trình hồi quy đƣợc viết lại.
Y = 4,668 – 0,286 X1 + 0,958X 2 + 0,33 X3 + 0,245 X 2X3. Kiểm định sự tƣơng thích của phƣơng trình hồi quy (l = 5)
Thay số ta có = = 0,4416/ 3 = 0,147.
= 7,51. Tra bảng phân phối Fisher
f1 = N – l = 8-5 =3. f2 = N0 -1 = 2
F (0,05, 3, 2) = 19,2 > F = 7,51.
Vậy phƣơng trình hồi quy tƣơng thích với thực nghiệm.
c. Nhận xét.
Nhìn vào phƣơng trình hồi quy ta thấy:
-Hệ số b1 = -0,288 < 0 có nghĩa là khi ta tăng nhiệt độ thì hiệu suất thủy phân giảm. Điều này hợp lý vì ezyme Flavourzyme chỉ hoạt động tốt trong một khoảng nhiệt độ nhất định, nếu tăng hoặc giảm quá ngƣỡng nhiệt độ này thì hiệu suất thủy phân giảm. Nhƣ vậy nếu ta tăng nhiệt độ thủy phân quá ngƣỡng tối thích thì hiệu quả thủy phân sẽ giảm.
- Hệ số b 2 = 0,908 > 0 có nghĩa là khi ta tăng tỷ lệ enzyme thì hiệu quả thủy phân sẽ tăng.
- Hệ số b 3 = 0,33 > 0: khi ta kéo dài thời gian thủy phân, mức độ thủy phân cơ chất sẽ lâu hơn từ đó làm cho hiệu suất thủy phân cao hơn.
- Độ lớn của các hệ số b1,b2, b3 phản ánh mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố đến hiệu quả thủy phân:│b2│>│b3│>│b1│nên yếu tố tỷ lệ enzyme/ cơ chất ảnh đến hiệu quả thủy phân hơn yếu tố thời gian và nhiệt độ.
- Hệ số b12,b13, b23 phản ánh đƣợc sự tƣơng tác của các yếu tố với nhau.
+Hệ số b12 không tồn tại trong phƣơng trình hồi quy nên yếu tố nhiệt độ thủy phân và tỷ lệ enzyme/ cơ chất không có sự tƣơng tác với nhau hoặc tƣơng tác không đáng kể.
+Hệ số b13 không tồn tại trong phƣơng trình hồi quy nên yếu tố nhiệt độ thủy phân và thời gian không có sự tƣơng tác với nhau hoặc tƣơng tác không đáng kể.
+ Hệ số b23 tồn tại trong phƣơng trình hồi quy nên yếu tố tỷ lệ enzyme/ cơ chất và thời gian thủy phân có sự tƣơng tác với nhau.
+ Hệ số b123 không tồn tại trong phƣơng trình hồi quy nên ba yếu tố tỷ lệ enzyme/ cơ chất, thời gian thủy phân và nhiệt độ thủy phân không có sự tƣơng tác với nhau hoặc tƣơng tác không đáng kể.
d.Tối ƣu hóa quá trình thủy phân theo phƣơng pháp đƣờng dốc nhất.
-Chọn bƣớc chuyển động của nhiệt độ thủy phân là δ 1 = 10C thì bƣớc chuyển động của các yếu tố khác đƣợc tính theo công thức:
=
Trong đó:
δ1:Là bƣớc chuyển động của yếu tố đƣợc lựa chon trong quá trình thủy phân. δj: Là bƣớc chuyển động của các yếu tố cần tính.
b1, bj: Là hệ số hồi quy của các yếu tố tƣơng ứng. Δ3, Δj: Là khoảng biến thiên của các yếu tố tƣơng ứng. Các kết quả tối ƣu hóa đƣợc trình bày ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Kết quả tối ưu hóa của quá trình thủy phân.
Tên U1 (nhiệt độ) U2 (E/U) U3 (thời gian) Y(acid amin)
Mức cơ sở 52,5 0,25 5 Hệ sô bj -0,29 0,96 0,33 Δj 12,5 0,15 3 BjΔj -3,63 0,14 0,99 Bƣớc nhảy 1 -0,03999 -0,275 Bƣớc làm tròn 1 -0,04 -0,28 Thí nghiệm 9 53,5 0,29 5 h 17 phút 5,32 Thí nghiệm 10 54,5 0,33 5h 34 phút 5,74 Thí nghiệm 11 55,5 0,37 5h50 phút 6,49 Thí nghiệm 12 56,5 0,41 6 h07 phút 6,32
Từ bảng 3.4 ta nhận thấy ở thí nghiệm 11 với nhiệt độ thủy phân là 55,50C, tỷ lệ E/ S là 0,37%, thời gian thủy phân là 5 giờ 50 phút cho hiệu quả thủy phân tốt nhất.
3.3. Kết quả xác định các thông số kỹ thuật trong quá trình sấy phun.
- Kết quả xác định nhiệt độ sấy thích hợp.
Dịch cá thủy phân đƣợc đem đi rã đông trong tủ lạnh qua đêm ở 40C. Dịch cá sau khi đƣợc rã đông hoàn toàn đƣợc đem đi cô đặc trên bếp ga tới nồng độ chất khô đạt 150
Brix, bổ sung thêm 10% maltodextrin, hòa tan hòa toàn maltodextrin vào trong dịch thủy phân. Đem dung dịch này đi sấy phun ở các nhiệt độ khác nhau lần lƣợt là: Mẫu 1: 1200C, mẫu 2: 1250C, mẫu 3: 1300C, mẫu 4: 1350C và mẫu 5: 1400C với các thông số kỹ thuật: Vận tốc gió 100 %, vận tốc bơm 100%, lƣu lƣợng dung dịch 18mm/giây, áp suất 0.7 Pa. Sản phẩm thu đƣợc sau khi sấy đƣợc đem đi xác định độ ẩm, hiệu suất sấy và đánh giá cảm quan về màu, mùi, vị, trạng thái và chọn ra chế độ sấy thích hợp nhất.
+ Kết quả xác định độ ẩm bột đạm.
+ Kết quả xác định hiệu suất sấy.
Hình 3.2. Sự thay đổi hiệu suất sấy theo nhiệt độ sấy.
+ Kết quả đánh giá chất lƣợng cảm quan bột đạm.
Bảng 3.5. Đánh giá cảm quan theo phương pháp mô tả về màu, mùi, vị, trạng thái của bột đạm ở các nhiệt độ sấy khác nhau.
Mẫu 1 (nhiệt độ sấy 120 0 C) 2 (nhiệt độ sấy 125 0 C) 3 (nhiệt độ sấy 130 0 C) 4 (nhiệt độ sấy 135 0 C) 5 (nhiệt độ sấy 1400 C) Màu Trắng ngà. Trắng ngà. Trắng sáng, hơi ngà. Màu vàng rơm hơi nhạt. Màu vàng nâu. Mùi Thơm đặc trƣng của cá. Thơm đặc trƣng của cá. Thơm đặc trƣng của cá.
Thơm của cá. Có mùi cá nhƣng hơi có mùi khét. Vị Vị ngọt nhạt. Vị ngọt nhạt. Vị ngọt đạm thanh, có hậu vị. Vị ngọt thanh, có hậu vị. Vị hơi đắng. Trạng thái Hạt rời, hơi vón. Hạt mịn, không vón cục. Hạt mịn, tơi, khô, không vón cục.
Hạt khô, rời. Hạt tơi, khô, rời.
+ Nhận xét và thảo luận.
Ở hình 3.1, hàm lƣợng ẩm của bột đạm giảm theo chiều tăng nhiệt độ sấy. Khi sấy ở nhiệt độ 1200C thì hàm lƣợng ẩm đạt 1,5%, khi nhiệt độ tăng lên 1400
C thì hàm lƣợng ẩm đã giảm đáng kể là 0,9%. Tuy nhiên, chỉ ở nhiệt độ sấy 1200C thì hàm lƣợng ẩm đã bé hơn 3% và đạt đƣợc yêu cầu về độ ẩm của sản phẩm bột nêm theo TCVN 7396- 2004.
Tại hình 3.2, đồ thị biểu hiện hiệu suất sấy tăng ở các nhiệt độ sấy 1200C, 1250C và đạt giá trị cao nhất tại 1300
C là 5,2%. Hiệu suất sấy giảm tại các nhiệt độ sấy 1350C, 1400C.
Tại bảng 3.5, ta thấy chất lƣợng cảm quan của bột đạm tại các nhiệt độ 1200C, 1250C, 1300C, 1350C đều có mùi thơm đặc trƣng của cá, hạt rời, không vón cục, có vị ngọt và màu sắc tƣơng đối giống nhau. Tuy nhiên, tại nhiệt độ 1300C, 1350C bột đạm có những đặc tính tốt hơn nhƣ bột mịn, vị ngọt thanh và có hậu vị. Tại nhiệt độ sấy 1400C chất lƣợng cảm quan của sản phẩm không đƣợc tốt, màu vàng nâu và mùi vị hơi đắng khét.
Nhƣ vậy, ở nhiệt độ sấy 1300
C, bột đạm có hiệu suất và kết quả đánh giá cảm quan cao nhất. Hàm lƣợng ẩm khi sấy ở nhiệt độ này là 1,27% < 3%, đạt yêu cầu tiêu chuẩn chất lƣợng TCVN 7396- 2004. Đây chính là nhiệt độ sấy tối ƣu nhất.
3.4. Kết quả tối ƣu hóa quá trình bổ sung gia vị.
Các bƣớc giải và kết quả bài toán quy hoạch thực nghiệm.
Sau khi thu đƣợc bột đạm, tiến hành bổ sung gia vị gồm tiêu, ớt, hành, bột bắp, mì chính đã xay nhỏ với tỷ lệ lần lƣợt là 1%, 1,5%, 1%, 10%, 1,5%. Hỗn hợp trên đƣợc trộn đều sau đó bổ sung gia vị nhƣ bảng 2.5, tiếp tục trộn đều hỗn hợp trên ta thu đƣợc sản phẩm bột nêm. Đánh giá cảm quan sản phẩm bột nêm trên theo TCVN 3215- 79.
a. Lập ma trận thực nghiệm.
Bảng 3.6. Kết quả tối ưu hóa quá trình bổ sung gia vị .
Số TN Yếu tố thí nghiệm Yếu tố thí nghiệm trong hệ tọa độ không thứ nguyên Chỉ tiêu tối ƣu Y U1 U2 X0 X1 X2 X 1X2 1 4 2 1 -1 -1 1 13,01 2 12 2 1 1 -1 -1 15,21 3 4 8 1 -1 1 -1 16,08 4 12 8 1 1 1 1 16,64 b. Các bƣớc giải.
Tính các hệ số của phƣơng trình hồi quy nhƣ sau:
Ở đây j = 0; 1; 2; 3; 4…k với k là yếu tố độc lập
N là số thí nghiệm trong ma trận quy hoạch thực nghiệm N = 4. Thay số ta tính đƣợc các hệ số:
b 0 = 15,24 b2 = 1,125
b1 = 0,69 b12 = -0,41
Phƣơng trình hồi quy tuyến tính đầy đủ có dạng là: Y = 15,24 + 0,69X1 + 1,125X2 – 0,41X1X2.
Kết quả bố trí thí nghiệm ở tâm phƣơng án:
Bảng 3.7. Bảng bố trí thí nghiệm tại tâm phương án.
N0 U1 U2 Y0 u
1 8 5 17,24
2 8 5 17,48
3 8 5 16,88
Tính toán: = = 17,2
Phƣơng sai tái hiện: = = 0,091 Sbj = = 0,15
Ƣớc lƣợng ý nghĩa của các hệ số theo chuẩn Student: Tính =
t 0 = 101,6 t12 = 2,7
t1 = 4,6 t2 = 7,5
Tra bảng Studen với mức ý nghĩa P = 0,05, bậc tự do f = 2, ta có t (0,05/2; 2)= 4,3. Ta thấy các giá trị t0, t1, t2 > 4,3. Vậy các hệ số b0, b1, b2 có ý nghĩa.
Các giá trị t12 < 4,3. Vậy hệ số b12 không có ý nghĩa. Phƣơng trình hồi quy đƣợc viết lại.
Y = 15,24 + 0,69 X1 + 1,13X 2 .
Kiểm định sự tƣơng thích của phƣơng trình hồi quy (l = 3)
Thay số ta có = = 0,665/ 1 = 0,665.