khảo sát quá trình khuếch tán của acid vào thực phẩm (quá trình muối chua dưa)

Lược Khảo Tài Liệu Mô tươi Vùng thắm qua Hình 6: Truyền khối trong mô quả trong suốt quá trình tách nước thâm thấu Các nghiên cứu chỉ tiết về truyền khối trong suốt quá trình tách nước t

TRUONG DAI HOC CAN THO KHOA CONG NGHE

BO MON CONG NGHE HOA HOC

LUAN VAN TOT NGHIEP DAI HOC

KHAO SAT QUA TRINH KHUECH TAN CUA ACID VAO TRONG THUC PHAM

(QUA TRINH MUOI CHUA DUA)

CAN BO HUONG DAN

Ts VU TRUONG SON

SINH VIEN THUC HIEN

Huynh Van Dat

MSSV: 2082171

Ngành: Công Nghệ Hóa Học — Khóa 34

Tháng 04/2012

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÀN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNGNGHỆHÓAHỌC —-=======

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

PHIẾU ĐÈ NGHỊ ĐÈ TÀI LUẬN VAN TOT NGHIỆP

1 Tên đề tài: “ Khảo sát quá trình khuếch tán của acid vào thực phẩm (Quá trình muối chua dưa)”

2 Họ và tên sinh viên: Huỳnh Văn Đạt MSSV: 2082171

Ngành : Công nghệ Hóa Học Khoá : 34

3 Họ và tên cán bộ hướng dẫn: Ts Vũ Trường Sơn

4 Địa điểm thực hiện : Phòng Thí Nghiệm Hóa Hữu Cơ, Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học, Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ

5 Mục tiêu của đề tài :

Mục đích chính của đề tài là kiểm tra việc muối chua dưa leo bằng cách ngâm nguyên liệu dưa trong dung dịch acid acetic ở các nông độ và nhiệt độ khác nhau Các mục tiêu chính như sau:

- Do su hap thụ acid acetic ở đưa leo trong quá trình muối chua

- Xác định độ khuếch tán của acid acetic trong dưa leo dựa trên các mô hình toán học của phương trình khuếch tán

- Ước lượng phương trình khuếch tán để mô tả như là một hàm của nhiệt độ

CHƯƠNG 2

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Giới Thiệu Chung

2.2 Lý Thuyết Về Khuếch Tan, Tham Thau Va Cac Dinh Luat Khuéch Tan 2.3 Cơ Sở Lý Thuyết Cho Quá Trình Tách Nước Bằng Thâm Thấu

2.4 Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trinh Khuếch Tan - Tách Nước Thẩm

Thấu

2.4.1 Cơ Chế Của Quá Trình Tách Nước Bằng Thâm Thấu

2.4.2 Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Khuếch Tán - Tách Nước Thâm Thấu

CHƯƠNG 3

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dưa leo được chọn mua từ cùng một nơi trồng với kích cỡ đồng đều và số lượng đủ để sử dụng cho một đợt thí nghiệm Sau đó ta tiễn hành làm sạch, đo các kích thước trung bình cần thiết: chiều dài, đường kính và trọng lượng quả

Chuẩn bị dung địch acid acetic ở ba nông độ (2%, 2,5% và 3% thể tích)

Ta tién hanh chan sơ dưa leo và ngầm dưa với dung dịch đã pha ở ba nhiệt độ:

10°C (để mẫu trong ngăn mát tủ lạnh), 30°C (để mẫu ở nhiệt độ bình thường) và

40°C (để mẫu trong tủ sấy) Nồng độ dung dich ngâm được duy trì không đổi trong quá trình thí nghiệm bằng cách thay dung dịch khi nồng độ giảm xuống

CHƯƠNG 4

KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Kích Thước Nguyên Liệu Dưa Leo

4.2 Độ Âm Nguyên Liệu Dua Leo

4.3 Sự Biến Đổi Tốc Độ Truyền Khối Theo Sự Thay Đổi Nồng Độ

44 Sự Biến Đổi Tốc Độ Truyền Khối Theo Sự Thay Đôi Nhiệt Độ

4.5 Xác Định Quy Luật Biến Đổi Tốc Độ Truyền Khối Theo Thời Gian

4.5.1 Dự Đoán Hệ Số Truyền Khối Của Acid Acetic Theo Mô Hình Magee

4.5.2 Dự Đoán Hệ Số Truyền Khối Của Acid Acetic Và Khối Lượng Acid Thu

Được Ở Điểm Cân Bằng Theo Mô Hình Azuara

thuyêt Tiên hành thí nghiệm x|x|x|x|x|x|x|x|x|x

thành đề tài

8 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài : các hóa chất, dụng cụ

và thiết bị thí nghiệm để thực hiện đề tài

Sinh viên đề nghị

(ký tên và ghi rõ họ tên)

Huỳnh Văn Đạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÀN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BỘ MÔN CÔNGNGHỆHÓAHỌC -—-=====

NHAN XET, DANH GIA CUA CAN BO HUONG DAN

1 Cán bộ hướng dan: Ts Vũ Trường Sơn

2 Đề tài: : “ Khảo sát quá trình khuếch tán của acid vào thực phẩm (Quá trình muối chua dưa)”

3 Sinh viên thực hiện: Huỳnh Văn Đạt

MSSV: 2082171 Ngành: Công nghệ hóa học - Khóa 34

4 Nội dung nhận xét

a Nhận xét về hình thức

b Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp

-_ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

c Kêt luận đê nghị và kiêm điêm

Cần Thơ, ngày tháng năm 2012

Cán bộ hướng dẫn

Ts Vũ Trường Sơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÀN THƠ CONG HOA XA HOI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

b Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp

-_ Đánh giá nội dung thực hiện của đề tài:

Cần Thơ, ngày thang năm 2012

Cán bộ phản biện

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Vũ Trường Sơn - cán bộ hướng dẫn khoa học đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu để em

có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Bên cạnh đó, trong thời gian qua em cũng nhận được sự quan tâm và giúp

đỡ của của các quý thầy cô khác trong Bộ môn Công Nghệ Hoá Học Em chân thành cảm ơn những lời khuyên và nhận xét của thầy cô — những ý kiến quý giá góp phần quan trọng vào nội dung bài báo cáo

Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả các thành viên trong tập thể lớp Công Nghệ Hóa học K34, Đại học Cần Thơ Quá trình giao lưu với các bạn thật sự là một

động lực lớn để tôi hoàn thành đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn

SVTH: Huỳnh Văn Đạt i

Tóm Tốt Dé Tai

TOM TAT DE TAI

Đề tài tiến hành khảo sát quá trình khuếch tán của acid acetic vào đưa leo đã

chan trong dung dich thấm thấu ở ba nồng độ (2.5%, 3.0% và 3.5%) và ba nhiệt

độ (10°C, 30°C và 40°C) trong thời gian 10 ngày

Sau khi thu số liệu từ các thí nghiệm, ta sử dụng mô hình xuyên thấu, mô

hình Azura và công thức Crank (1974) để tính toán hệ số truyền khối của quá trình muối chua dưa leo theo phương pháp dầm dâm

Với độ tin cậy hệ sỐ truyền khối của acid acetic giữa giá trị thực nghiệm và giá trị dự đoán là 96.99%, mô hình Azura tỏ ra thích hợp hơn đối với quá trình muối chua dưa

SVTH: Huỳnh Văn Đạt il

2.1.2 Acid acetic (đấm công nghiệp) . - 22+ +Ect+cEzErxrrereced 4 2.1.2 Giới thiệu về dưa leo muối chua (đưa leo đầm dẫm) 5

2.2 Lý Thuyết Về Khuếch Tan, Thẩm Thấu Và Các Định Luật

Khhuêch Tán QC E100 30022 n SH ng nhe 6

2.2.1 Khuếchtán -22SC2< 2E E2 111111211 1 1e xe, 6 2.2.2 — Thẩm Thấu - 2-52 SEE<EE£EEEESEEEEEEEEEEEErkrrerkee 8 2.2.3 Các Định Luật Khuếch Tán -.- 2-5-2222 E+Ez+2z£E£zezeevzcsee 8 2.3 Cơ Sở Lý Thuyết Cho Quá Trình Tách Nước Bằng Thâm Thấu 10 2.3.1 Cơ Chế Của Qua Trinh Tach Nước Bằng Thâm Thấu 10 2.3.2 Vai Trò Của Tach Nước Thâm Thấu Trong Chế Biến

2.4 Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Khuếch Tán - Tách Nước

Thâm Thấu - + 2 £+E£SẻEE£ESEEEEEESEEEEEEEEEEEEE E121 151.11 2.0 15 2.4.1 Nhiệt độ dung dịch thâm thấu - ¿25+ Sc+cxcrscesrrsrerred 15

SVTH: Huỳnh Văn Đạt

Mục Lục

24.2 Nông độ dung dịch thâm thấu 2 +22 s£E+E+xeEzrxreerered l6

2.4.3 Ảnh hưởng của loại chất thâm thấu - - <s+cxe+xerecxd 16

2.4.4 Các đặc tính của chất tan được đùng trong thâm thấu 17

2.4.5 Ảnh hưởng sự chuyến động của dung địch 5-5- 552 18 2.4.6 — Dạng hình học nguyên liỆu - 5 <5 S1 9 ve 19 2.4.7 _ Tý lệ của đung dịch thâm thấu và khối lượng thực phẩm 19

2.4.8 Tính chất hóa - lý của nguyên liệu thực phẩm - 19

2.4.9 Ảnh hưởng của áp suất thâm thaw cesses 20 2.4.10 Ảnh hưởng của chủng loại và mức độ chín của nguyên liệu 20

2.4.11 Thời gian tiến hành quy trình -. - 2s E+Ez+xeEzrxserered 20 2.5 Mô Hình Toán Trong Xác Định Hệ Số Khuếch Tán Của QUA Trinh — 21

2.5.1 Cơ sở lý thuyét ccccccccccccscescescessssessssssssssessesscsessssssssssesseestessees 26 2.5.2 Mô hình thực nghiệm cho tách nước thâm thấu . ccccccs¿ 26 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . -. 5+-c5ecxserxe2 26 3.1 I0 b[2i80340)1-:00: 7 26

3.1.1 Dụng Cụ Và Thiết Bị 5-55 5 Sz se EESEEEEkExrkrkrrrrke, 26 NT 9° 5 26

3.2 0n 08000015 27

3.3 Xác Định Nông Độ Acid Trong Dưa Leo Ngâm - 27

3.4 Xác Định Độ Âm Của Nguyên Liệu Dưa Leo . - 28

3.5 Công thức quy đổi khối lượng dưa leo theo cơ sở khô 28

CHƯƠNG 4 KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN . - 25 2c z+E£xee£cxcxd 31 4.1 Kích Thước Của Dưa Leo TưƠI 5< SH ke 31 4.2 Độ Âm Của Nguyên Liệu Dua Leo Ban Đầu - 5-52 33 4.3 Sự Biến Đối Tốc Độ Truyền Khối Theo Sự Thay Đổi Nồng Độ Dung DICH — L.a 33

4.4 Sự Biến Đôi Tốc Độ Truyền Khối Theo Sự Thay Đôi Nhiệt Độ 35

SVTH: Huỳnh Văn Đạt HH

Mục Lục

4.4.1 Dự Đoán Hệ Số Truyền Khối Của Acid Acetic Theo Mô Hình

Xuyên Thẫu 2-2 SE EES E3 E3 E21 271111111 xrxrkd 37

442 — Dự Đoán Hệ Số Truyền Khối Của Acid Acetic Và Khối Lượng

Acid Thu Được Ở Điểm Cân Bằng Theo Mô Hình Azuara 40

4.4.3 Tính Toán Hệ Số Truyền Khối Của Acid Acetic Theo Công Thức

CranIk (19775) - 6-56 SE EEEE1911113111211111 11111111111 1111 Xe 48 CHƯƠNG 5 KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHHỊ, - 2 2 2+2 se £xzxzcezred 53 5.1 Kết Luận 5-6-5 + 2E 1212110111321 1111.1111111 errko 53

TAI LIEU THAM KHẢO - - - + + %5 SE E839 9E 8 5 8515121911 eEeEerkrerkred x

SVTH: Huỳnh Văn Đạt iv

Danh Mục Hìmh

DANH MỤC HÌNH

lì iWbg Ï0 oi 8/00 0i.0 1 2 Hình 2: Dura ngam trong acid aC€fC G5 5S 2< 1191 9.1 ng ng 2

Hình 4: Mô hình khuếch tán từ pha I đến pha II .- 2 2 + 55s 2+2 +s2 s22 7 Hình 5: Đường biểu diễn quá trình tách nước thâm thấu lâu dài 11

Hình 6: Truyền khối trong mô quả trong suốt quá trình tách nước thâm thẫu 12

Hình 7: Sơ đồ thí nghiệm - 2-2 ©5< S2 SE9EE+EEEEEEEEEEEE2E E112 12x cerkd 29

Hinh 8: D6 thi biểu diễn khối lượng acid acetic thu được theo thời gian ngâm ở

nhiệt độ 10°C và ở các nồng độ khác nhau . 2-5-2 ©5252 SE SE £z£EzErEered 33

Hình 9: Đỗ thị biểu diễn khối lượng acid acetic thu được theo thời gian ngâm ở

nhiệt độ 30°C và ở các nông độ khác nhau . 2 + 5° 6 252£S2 +2 +2 £s+ set 34

Hình 10: Đồ thị biểu diễn khối lượng acid acetic thu được theo thời gian ngâm ở nhiệt độ 40°C và ở các nồng độ khác nhau .- 22-22 2 +*£E++z+E+Ee£E£Ererevze 34 Hình 11: Đồ thị biểu diễn khối lượng acid acetic thu được theo thời gian ngâm ở

nồng độ 2.5% thể tích và ở các nhiệt độ khác nhau . 2 25552 s2 £z£secxd 36 Hình 12: Đỗ thị biểu diễn khối lượng acid acetic thu được theo thời gian ngâm ở nông độ 3.0% thể tích và ở các nhiệt độ khác nhau . ¿5-55 25252 £s+cset 36

Hình 13: Đồ thị biểu diễn khối lượng acid acetic thu được theo thời gian ngâm ở

nồng độ 3.0% thể tích và ở các nhiệt độ khác nhau 2-2 2 s+se e++Ez£zceze 37

Hình 14: Đỗ thị so sánh giá trị hệ số truyền khối của . -2- 25+ s+se «+ 38 acid acetic thực nghiệm và dự đoán - << 5S 2123211139831 1118 111 1 111 gen 38 Hình 15: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic ở nhiệt

độ 10°C và ở các nồng độ khác nhau . + 2 2 +E£S££E£EE£EEE£ SE ke re 39

Hình 16: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic ở nhiệt

độ 30°C và ở các nồng độ khác nhau 2-2-2 2E £EE2 + Ee+k+ z£k ve reở 39

Hình 17: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic ở nhiệt

độ 40°C và ở các nồng độ khác nhau 2® 5° +s+S£EEE£E+E€Eg xe EErEerrkrrrte 40

SVTH: Huỳnh Văn Đạt y

Danh Mục Hìmh

Hình 18: Đồ thị so sánh gia tri hé số truyền khối của acid acetic thực nghiệm và

AU GOAN 41 Hình 19: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic

ở nhiệt độ 10°C và ở các nồng độ khác nhau . 2 2© 2 S2 *+E£E£££z£E££z£ xe ở 42

Hình 20: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic

ở nhiệt độ 30°C và ở các nồng độ khác nhau . (<< << 5555332233532 42

Hình 21: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic

ở nhiệt độ 40”C và ở các nồng độ khác nhau - 22+ S+ << <<£<z+z+e+z+zzzz z 43 Hình 22: Đồ thị so sánh giá trỊ khối lượng acid acetic thu được ở điểm cân bằng I0 680134401190 0181850 0919.0000025 44

Hình 23: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 10°C và ở nồng độ 2.5% - 2 - 252 szczcs¿ 45

Hình 24: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 10°C và ở nồng độ 3.0% - 2 2 s+5s+s¿ 45

Hình 25: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 10°C và ở nồng độ 3.5% - 2 2 s+cs+x¿ 45

Hình 26: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 30°C và ở nồng độ 2.5% - 2-2 sc5scs¿ 46

Hình 27: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 30°C và ở nồng độ 3.0% - 2-52 sccscs¿ 46

Hình 28: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 30°C và ở nồng độ 3.5% - - 2 2 s+cs+x¿ 46

Hình 29: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 40°C và ở nồng độ 2.5% - 2-2 csc5<cs¿ 41

Hình 30: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 40°C và ở nồng độ 3.0% - 2-72 sccscs¿ 47

Hình 31: Phương trình hồi quy xác định khối lượng acid acetic thu được

ở thời điểm cân bằng ở nhiệt độ 40°C và ở nồng độ 3.5% - 2-72 scczcs¿ 47

SVTH: Huỳnh Văn Đạt vỉ

Hình 34: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic

ở nhiệt độ 10°C và ở nồng độ 3.5% thể tích . 2 + 2S SE+EEk£Ezckevcke reo

Hình 35: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic

ở nhiệt độ 30°C và ở nồng độ 2.5% thể tích . - + - 252 E£E£E‡E£kczcsereở

Hình 36: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic

ở nhiệt độ 30°C và ở nồng độ 3.0% thể tích . - 2< s+++E+E£ExErkerzrerrxre

Hình 37: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic

ở nhiệt độ 30°C và ở nồng độ 3.5% thể tích . ¿+ 2S Sk+EEk£Ez tre reở

Hình 38: Phương trình hồi quy xác định hệ số truyền khối của acid acetic

DANH MUC BANG

Thành phần trong 100g đưa leo tươi . + 5-2 2552 x2 + £sz xe 4

Kích thước của dưa leo tươi trong thí nghiệm ở 10C - 31 Kích thước của dưa leo tươi trong thí nghiệm ở 30C .- - 32

Kích thước của đưa leo tươi trong thí nghiệm ở 40C . - 32

Hệ số truyền khối của acid acetic -. +2 + s+s se +x£eeEzrErrererserxreee 38

Hệ số truyền khối của acid acetic . - 55s z2 Sx+ExcEecxrxersered 41

Khối lượng acid acetic thu được ở điểm cân bằng -. 5-5: 44

Hệ số truyền khối k của acid acetic theo công thức Crank

Ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau .- - CS SE *EEE SE 555333 £2<<4 48

SVTH: Huỳnh Văn Đạt Vili

Danh Mục Bảng Phụ Lục

DANH MUC BANG PHU LUC

Bảng phụ lục 1: Nông độ acid acetic trong dưa leo theo thời gian ở 10°C và

những nông độ khác nhau 2-2 5® Sẻ SE SE SE£Se SE SEEESEEEEEE TRE cecke XIIH Bảng phụ lục 2: Nông độ acid acetic trong dưa leo theo thời gian ở 30°C và

những nồng độ khác nhau - 2-2 ° E+S£ z+E£E#EE+E€EEEEEeEEEEEEEEEEEEECEEEEEEErereere XIHH Bảng phụ lục 3: Nông độ acid acetic trong dưa leo theo thời gian ở 40°C và

những nồng độ khác nhau - ¿6 + * + E*SE££ SE EEEEEEESEEEEEEEEExckckrkrkee XIV

Bang phu luc 4: Khối lượng acid acetic thu được theo cơ sở khô trên 10 g

nguyên liệu theo thời gian ở những nhiệt độ và nồng độ khác nhau Xv

SVTH: Huỳnh Văn Đạt ix

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

2.1 Đặt Vẫn Đề

Dưa leo (Cucumis sativus L.) là cây rau truyền thống, là loại rau quả thương

mại không thể thiếu Nó được trồng lâu đời trên thế giới và trở thành thực phẩm

quan trọng của nhiều nước Trước đây, đưa được dùng như loại quả tươi để ăn sống là chủ yếu Khi thị trường trong nước và thế giới được mở rộng, nhu cầu của người tiêu dùng ngày càng phong phú thì việc đa dạng hóa sản phẩm là điều tất yêu Ngày nay, dưa leo được sử dụng rộng rãi trong bữa ăn thường nhật của người dân dưới đạng quả tươi, xào, trộn salat, cắt lát, đóng hộp, muối chua,

Dưa leo muối chua-một sản phẩm được chế biến từ đưa leo là món ăn được

ưu thích và phô biến trên toàn thế giới Muối chua đưa leo có thể được tiễn hành

theo hai phương pháp: phương pháp sử dụng enzyme để lên men và phương pháp ngâm dua trong dam ăn (dưa leo đầm đắm) Đồng thời, dưa leo muối chua cũng

là một cách bảo quản đưa dựa trên áp suất thâm thấu

Bản chất của quá trình muối chua đưa là quá trình truyền khối bằng cách khuếch tán vì sự khác biệt về áp suất thâm thấu do gradient nồng độ gây ra bởi

chuyển động phân tử hoặc chuyển động Brown Khuếch tán của acid acetic đóng một vai trò quan trọng trong chế biến và bảo quản đưa Các tài liệu chưa có các

dữ liệu định lượng về độ khuếch tán của acid trong dưa Do đó, nghiên cứu này nhằm phân tích một cách đơn giản sự khuếch tán của acid acetic vào dưa để kiểm

tra quá trình muối dưa

2.2 Mục Tiêu Của Đề Tài

Mục đích chính của đề tài là kiểm tra việc muối chua đưa leo bằng cách

ngam trong dung dich acid acetic ở các nồng độ dung dịch và nhiệt độ khác nhau Các mục tiêu chính như sau:

(1) Do su hap thụ acid acetic ở dưa leo trong quá trình muối chua

(2) Xác định độ khuếch tán của acid acetic trong đưa leo dựa trên các mô hình toán học của phương trình khuếch tán

(3) Ước lượng phương trình khuếch tán để mô tả như là một hàm của nhiệt độ

và nồng độ

(4) So sánh giá trị dự đoán và giá trị thực nghiệm để tìm kết quả gần đúng để thử

nghiệm

Chương 1 GIới Thiệu

Hình 2: Dua ngam trong acid acetic

SVTH: Huynh Van Dat

CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

2.1 Giới Thiệu Chung

2.1.1 Dưa leo

Dưa leo thuộc loại quả thịt có dạng hình trụ thuôn dài, bao gồm vỏ, thịt, ruột

và hạt dưa Quả đưa có ba múi, hạt dính vào giá noãn Màu sắc quả của hầu hết các giống dưa leo là màu xanh, xanh vàng Vỏ quả khi chín thường nhẫn hoặc có gai Màu xanh của quả khi chín thương phẩm thường phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng

Ruột và hạt dưa Thịt dưa

Hinh 3: Cấu trúc của dưa leo

- Vỏ dưa thường có màu xanh rất giàu cellulose, carotene, vitamin E, kali, magié, acid chlorogenic và acid caffeic Bên ngoài vỏ được bao phủ bởi một lớp sáp phan mỏng

- Thịt đưa chứa chủ yếu là nước, ngoài ra còn có vitamin C và acid caffeic

- Ruột dưa leo là phần tập trung nhiều nước nhất Hạt dưa có dạng bầu đục

hay thuôn dài, hình trứng, màu trắng ngà, trung bình có từ 200-500 hạt/quả

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

Bảng 1: Thanh phan trong 100g đưa leo tươi

2.1.2 Acid acetic (dam công nghiện)

- Cong thirc héa hoc: CH3;COOH

- Phân tử lượng: 60.05

SVTH: Huynh Van Dat

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

- Nhiệt độ sôi: 118.20C

Acid acetic tan hoàn toàn trong nước, côn, eter, benzene, acetone và trong chloroform, hoàn toàn không tan trong CS

Acid này rất bền với các chất oxy hóa như acid chlomic, permanganate Nó

có khả năng hòa tan cellulose, các hợp chất tương tự cellulose và phân hủy da

gây bỏng đa, ăn mòn nhiều kim loại

Với hàm lượng từ 2-6%, người ta gọi đung dịch acid acetic này là đấm ăn Dắm ăn được dùng trong công nghiệp thực phẩm đề chế biến đò hộp, rau quả, gia

vị Tác dụng chính của dim là ức chế và tiêu điệt vi khuẩn, bảo quản thực phẩm

trong thời gian đài, khử các mùi không mong muốn trong quá trình sản xuất, làm món ăn thêm ngon, ngăn chặn canxi và các vitamin bị phân hủy do nhiệt Do đó, việc sử dụng đấm nói chung cũng như acid acetic nói riêng không chỉ mang tính

chất thủ công mà đã trở thành một ngành công nghiệp quan trọng của nhiều nước

trên thế giới

2.1.3 Giới thiệu về dưa leo muối chua (dưa leo dầm dắm)

Dưa leo muối chua là sản phẩm được chế biến từ quả dưa leo tươi (dưa đã được chân sơ qua nước sôi) trong nước dầm gồm dẫm, đường, muối ăn và các gia

vị khác Sản phẩm giòn chắc, có mùi thơm đặc trưng và vị chua, cay, mặn, ngọt

rất hài hòa Nước đầm có tác dụng làm tăng mùi vị sản phẩm và dẫm ăn đóng vai

trò như một hóa chất bảo quản Khi môi trường có độ pH thấp hơn 4, các vi

khuẩn gây hóng thôi như Bac coli, Bac croteus, Bac putrificus, Bac subtilis,

bị ức chế hoạt động va bào tử của chúng không phát triển được Trong môi trường acid acetic loãng (không quá 1,8%), sản phẩm cho hương vị hài hòa

nhưng sản phẩm dễ bị hư hỏng vì những loại nấm mốc, vi khuẩn chịu acid và

một số vi sinh vật hiếu khí khác vẫn phát triển được

Dam sử dụng trong quá trình muối chua đưa có thê là đấm ăn tự nhiên (dấắm điều chế bằng cách lên men đường) hay acid acetic đậm đặc được pha loãng (dam công nghiệp) Dắm công nghiệp có vị chua gắt, dẫm ăn tự nhiên cho mùi chua nhẹ thanh Do đó, việc lựa chọn loại dẫm để tiến hành muối chua sẽ quyết

định hương vị sản phẩm

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

tán là gradient nồng độ của cấu tử khuếch tán Gradient nồng độ có khuynh

hướng di chuyển cầu tử theo chiều sao cho cân bằng được nồng độ và triệt tiêu gradient Khi gradient được duy trì bằng một nguồn cung cấp không đổi câu tử khuếch tán tại đầu giá trị cao của gradient để đi chuyển cấu tử đến giá trị đầu thấp của gradient nồng độ thì dòng chuyển động của cấu tử khuếch tán sẽ liên tục Sự chuyên động như vậy được khai thắc trong các quá trình truyền khối

Mặc dù nguyên nhân thông thường của khuếch tán là gradient nồng độ, khuếch tán cũng có thể xảy ra do gradient áp suất, gradient nhiệt độ, hay do tác động của ngoại lực, ví dụ lực ly tâm Cả ba trường hợp: khuếch tán áp suất (không phải do áp suất riêng phần), khuếch tán nhiệt, và khuếch tán do ngoại lực thường ít gặp trong công nghiệp hóa học Ở đây ta chi xét khuéch tan do gradient nồng độ

Khuếch tán không chỉ giới hạn vào khuếch tán phân tử qua các lớp đứng

yên của chất rắn hay lưu chất, nó còn xảy ra trong các pha lưu chất đo khuấy trộn vật lý hay do các vòng xoáy trong đòng chảy rối như trường hợp đối lưu nhiệt

Trong trường hợp này gọi là khuếch tán đối lưu

Khi hai pha chuyển động tiếp xúc với nhau do sự cản trở của pha này với pha kia, nghĩa là ma sát giữa chúng mà trên bề mặt tiếp xúc pha tạo thành hai lớp phim Chế độ chuyển động trong lớp phim và trong dòng có đặc trưng khác nhau Lớp phim luôn ở trạng thái chảy tầng (chuyển động dòng) còn ở giữa đòng chảy thì có thể ở trạng thái chảy rối Do đó đặc trưng truyền khối trong lớp phim và trong dòng cũng khác nhau

Quá trình đi chuyển vật chất ở trong lớp phim cơ bản là nhờ sự tiếp xúc giữa các phân tử và tác dụng tương hỗ giữa chúng Quá trình đi chuyển vật chất qua lớp phim là quá trình khuếch tán phân tử Ở nhân của dòng sự di chuyển vật chất nhờ vào sự xáo trộn các phần tử của đòng Vì thế gọi là sự khuếch tán đối

lưu Dĩ nhiên, trong mỗi phần tử của đòng cũng có sự hiện điện của khuếch tán phân tử Hiện tượng khuếch tán phân tử cuối cùng đưa đến sự đồng nhất nồng độ của vật chất trong toàn khối đung dịch

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

Vận tốc khuếch tán trong lớp phim rất nhỏ so với vận tốc khuếch tán trong dong, vi thế mặc dù lớp phim có bề dày rất nhỏ nó vẫn có một gia tri quyét dinh đối với quá trình khuếch tán Vận tốc khuếch tán tổng quát có nhiều áp dung quan trọng trong việc tính toán thiết bị, phụ thuộc vào vận tốc khuếch tán trong lớp phim

Quá trình khuếch tán xảy ra khi vật chất truyền từ nơi có nông độ cao đến nơi có nồng độ thấp để thiêt lập sự đồng đều về nồng độ trong toàn bộ thể tích Vận tốc tại đó dung chất chuyển động tại một vị trí và phương bất kỳ sẽ phụ thuộc vào gradient nồng độ tại vị trí và phương đó

Khuéch tan gom hai loai: khuéch tan 6n dinh va khuéch tan khong ôn định Dòng khuếch tán ồn định là đòng khuếch tán có nồng độ của chất khuếch tán ở mọi điểm trong không gian khuếch tán không thay đổi theo thời gian

Dòng khuếch tán không ổn định là dòng khuếch tán có nồng độ của chất khuếch tán ở một điểm nào đó trong không gian khuếch tán thay đổi theo thời gian

4“ Khuéch tan 6n dinh

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

trong hay ngoài tế bảo Cơ chế thâm thấu làm ngừng sự trương hoặc co tế bào, rất

cần thiết đối với động vật Ở thực vật, thành tế bào tương đối "mềm dẻo", nồng độ trong tế bảo có thể cao hơn nồng độ xung quanh và quá trình thâm thấu bị ngăn cần bởi áp suất trương của thành tế bào

Quá trình thâm thấu gồm sự khuếch tán qua màng Nước khuếch tán từ đung dịch có nồng độ thấp đến dung địch có nồng độ cao hơn Áp suất gây ra chiều chuyển dịch của nước từ ngoài vào tế bảo gọi là áp suất hút Đối với thực vật, áp suất này liên quan với áp suất thâm thấu của địch tế bào và áp suất trương của thành tế bào Tuy nhiên, thuật ngữ “áp suất thâm thấu” và “áp suất hút” ít được dùng để mô ta quá trình vận chuyển nước trong thực vật

2.2.3 Các Định Luật Khuếch Tán

* Định luật Fiek I (áp dụng cho dòng khuếch tán ổn định)

Giả sử có đòng khuếch tán ôn định chuyên qua tiết điện S Theo định

luật Fick I ta có biểu thức:

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

dt là thời gian khuếch tán

dm là lượng chất chuyền qua tiết điện S sau khoảng thời gian dt

, dC 2 x ` „

Dầu (-) là do „; < 0 đê dm > 0, đông thời chỉ răng quá trình khuêch tán xảy ra theo chiều giảm nồng độ

D là hệ số khuếch tán có thứ nguyên là [chiều dài]Í / [thời gian]

Đặt Vụ, là tốc độ khuếch tán qua tiết điện S thì ta có:

Với:

L: độ dài (cm)

T: thời gian (giây)

Từ đó, hệ số khuếch tán là tốc độ khuếch tán của chất tan qua một đơn vị diện tích bề mặt thắng góc với phương khuếch tán trong một đơn vị thời gian khi nồng độ vật chất giảm một đơn vi trên một đơn vi chiều đài theo phương khuếch tán

Hệ số khuếch tán của một chất nào đó là đặc trưng lý học của chất đó và môi trường xung quanh (nhiệt độ, áp suất, nồng độ dung dịch lóng, khí hay rắn

và bản chất của các cầu tử khác Nó đặc trưng cho tính chất khuếch tán của chất

đó trong môi trường

Hệ số khuếch tán D phụ thuộc vào môi trường và nhiệt độ:

Trong môi trường khí D = lcm”/s

Trong môi trường lóng D = 10 cmZ/s

Trong môi trường lỏng D ~ 10 'cm/s

=È

D phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình: D=D,e **

Trong đó:

E là năng lượng hoạt hóa của quá trình khuếch tán

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

Biêu thức cua Fick II: On a2 x

Phương trình này cho ta thấy được sự liên quan giữa nồng độ, không gian

và thời gian Do đó việc giải phương trình sẽ cho ta sự phụ thuộc của nồng độ theo không gian và thời gian

2.3 Co Sé Ly Thuyết Cho Quá Trình Tách Nước Bằng Thâm Thau

2.3.1 Cơ Chế Của Quá Trình Tách Nước Bằng Thẩm Thấu

Động lực của quá trình tách nước thấm thấu chủ yếu là gradient nồng độ được cung cấp bởi dung dịch thâm thấu với áp suất thâm thấu vượt qua áp suất

thâm thấu tế bào Hầu hết quá trình truyền khối diễn ra thông qua màng bán thấm

của tế bào Trong suốt thời gian tách nước thâm thấu, dòng nước xuất phát từ bên

trong thực phẩm đến dung dịch thâm thấu, chất tan trong dung dịch thâm thấu

cũng đi vào thực phẩm Thông thường nước được di chuyển đi nhiều hơn là chất

tan bởi vì sự khác biệt khả năng thấm thấu của các màng tế bào (Rodriges và Mauro, 2004, trích đẫn bởi Warczok, 2005) Đồng thời, các chất tan trong thực phẩm (các đường, acid hữu cơ, chất khoáng, vitamin, ) chảy vào dung dịch thâm thấu do các màng tế bào không hoàn toàn chọn lọc (Mayor et al., 2005, trích dẫn bởi Warczok, 2005) Sự mất mát chất đinh dưỡng này phụ thuộc một cách mạnh mẽ vào loại thực phẩm và có thê được xem như là không đáng kẻ Tuy nhiên, nó có thể ảnh hưởng đến những đặc tính cảm quan của thực phẩm Những tỷ lệ khử nước cao nhất được quan sát ở thời điểm bắt đầu của quá trình tách nước thâm thấu Sau khi đạt tới trạng thái cân bằng về hóa học và thành phan, khối lượng và thể tích thực phẩm tăng lên trở lại và sự thâm thấu diễn ra

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

3 Bước khử nước - Sự biên dạng các tê bào và hệ thông tê bào

W hồi phục - Sự phục hôi chậm khôi lượng và thê tích

|

L

L

tt ———x Trạng thái cân bằng về hóa học và thành phần

Hình 5: Đường biêu diễn quá trình tách nước thâm thâu lâu dài

(theo Fito and Chiralt, 2003, trích dẫn bởi trích dẫn bởi Warczok, 2005)

Thông tin từ hình trên rất hữu ích trong việc dự đoán quá trình tách nước

thâm thấu, bởi nó giúp điều chỉnh thời gian cho các quá trình khác nhau như ngâm đường, ướp muối hoặc khử nước

Trên quy mô tế bào, sự hấp thu lượng nước hay chất tan trong quá trình

tách nước thấm thấu xảy ra qua các khe mao quản, câu thành hầu hết không gian ngoại bào Không gian này có thể được lấp đầy bởi nước hay các chất tan, nó tao

thành con đường đi chính cho sự truyền khối Kiểu vận chuyển này được gọi là

“apoplast” Trong đường dẫn truyền khối khác, gọi là “symplast”, đòng nước và các chất tan chảy xuyên qua các khe gian bào nhờ sự khác biệt áp lực tế bảo

Nước cũng được vận chuyển trực tiếp từ bề mặt mô đến dung dịch, nhưng nhỏ

hơn hai con đường truyền khối trên (Shi và Le Manguer, 2003, trích dẫn bởi

Warczok, 2005) Trong quá trình tách nước thâm thấu, các mô bên trong không

bị ảnh hưởng và sự vận chuyển theo một trong những phương thức đã mô tả

Trong khi đó, các lớp bên ngoài tạo thành vùng thấm qua, nơi một số tế bào bị

tốn thương hoặc thu nhỏ lại vì áp lực thẩm thấu và hầu hết các chất tan thấm thấu

có thể được tìm thấy chỉ trong trong vùng thắm qua ngay cả khi ngâm trong thời

gian dài (Shi và Le Maguer, 2002, trích dẫn bởi Warczok, 2005) Sơ đồ sự

chuyền khối trong mô đã xử lý này được thể hiện ở hình 4

- Sự phóng thích năng lượng tự do co hoc

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

Mô tươi Vùng thắm qua

Hình 6: Truyền khối trong mô quả trong suốt quá trình tách nước thâm thấu Các nghiên cứu chỉ tiết về truyền khối trong suốt quá trình tách nước thẩm thấu đã cho thấy nó là một quá trình phức tạp, trong quá trình đó một loạt các hiện tượng xảy ra: sự đối lưu và sự khuếch tán trong dung dịch thấm thấu và

trong không gian gian bảo chứa đây chất lỏng, sự di chuyển chất lỏng xuyên qua các lỗ xốp nhỏ đo các lực mao quản và kiểu vận chuyển “symplastic” giữa các tế

bào

Mavroudis et al (2004) (trích dẫn bởi Warczok, 2005) đã thử nghiệm làm

rõ sự hấp thu chất tan trong quá trình tách nước thâm thấu bằng việc đánh giá khả năng tiếp cận của không gian gian bào (lỗ xốp nhỏ) ở bên trong và bên ngoài của

vỏ quả táo Kết quả cho thấy rằng độ xốp giảm khoảng 50-60% và mật độ khối

tăng lên khoảng 10% giữa vỏ và quả táo Các tác giả thấy rằng sự xuyên qua lỗ xốp của quả táo không thể giải thích các phạm vi hay tốc độ của sự hấp thu các

chất rắn Sự trao đổi khối lượng có thể đôi khi có ảnh hưởng lên đặc tính dinh

dưỡng và cảm quan của thực phẩm bị khử nước (Sablani et al., 2002; Prothon et al., 2004, trích dẫn bởi Warczok, 2005)

Trở kháng trên sự hóa nâu bởi enzyme là đáng kề trong thực phâm đã được

xử lý khử nước Quiles et al (2005) (trích dẫn bởi Warczok, 2005) đã nghiên cứu hoat tinh cua polyphenol oxidase trong tao sau khi tách nước theo phương phap thâm thấu Do nước thoát ra khỏi thực phẩm và dung dịch thâm thấu xâm nhập

vào thực phẩm, không khí đã bị thay thế bởi đường Điều này làm giảm hiệu lực

của oxy trong xung quanh cấu trúc vi mô của polyphenol oxidase, làm suy giảm hoạt tính của nó cũng như sự hóa nâu bởi enzyme

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

Những ưu diễm chính của tách nước thẩm thấu:

- Cải thiện và bảo vệ các đặc tính về dinh dưỡng Thực phẩm đã qua xử lý thâm thấu được tìm thấy có chứa một lượng cao những vitamin và các nguyên tố

vi lượng tự nhiên Những chất này cũng có thể được ngâm tam bằng các chất bổ sung trong quá trình ngâm

- Cải thiện các đặc tính về chức năng Nó làm giảm độ hoạt động của nước, làm tăng sự Ổn định của vi khuẩn và làm trì hoãn các phán ứng gây hư hỏng thực phẩm Điều này có ảnh hưởng tích cực đến thời hạn sử dụng của thực phẩm

- Giảm bớt năng lượng và thời gian cần thiết cho sự khử nước

- Tiến hành đơn giản, chi phí thấp về trang thiết bị và hoạt động của thiết bị

(Moreno et al., 2000; Moreira et al., 2003, trich dẫn bởi Warczok, 2005)

Những nghiên cứu của một số tác giả đã chỉ ra rằng quá trình tách nước thấm thau với một nồng độ cao của chất tan có một số lợi thế như nâng cao chất lượng về mặt hương vị, màu sắc và cấu trúc, hiệu quả về sử dụng năng lượng,

giảm chỉ phí về đóng gói và phân phối, không cần đòi hỏi hóa chất xử lý, giữ ỗn

định sản phẩm cũng như các chất dinh dưỡng trong thời gian lưu giữ (Charles

Tortoe, 2009)

Quá trình tách nước bằng thâm thấu bao gồm việc ngâm các loại thực phẩm

(trái cây, rau, cá và thịf) trong dung dịch ưu trương như đường, muối, cồn hay

các dung dịch có thể hòa tan tỉnh bột nhằm cục bộ khử nước thực phẩm (Mújica-

Paz et al., 2003, Erle và Schubert, 2001, trích dẫn bởi Warczok, 2005) Trong

quá trình xử lý xuất hiện hai đòng chảy chính đồng thời đi chuyển ngược chiều

nhau: dòng chất tan được chuyển từ dung dịch vào trong thực phẩm và đòng

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

nước chảy ra khỏi thực phẩm vào dung dịch Quá trình tách nước thâm thấu thường diễn ra trong dung dịch lỏng đang bị xáo động, làm giảm trở kháng ngoài

và làm tăng tốc độ truyền khối tông cộng

Mặc dù sự di chuyển của chất tan được giả định theo kiểu khuếch tán, nhưng thực tế lượng nước mắt đi thường lớn hơn sự tăng thêm của chất rắn Điều này là do hiện tượng vận chuyển thâm thấu ngang qua các lớp màng bán thắm các tế bào Do đó, quá trình này được gọi là quả trình "tách nước thấm thấu”, mặc dù có lẽ thuật ngữ thích hợp nhất sẽ là ”quá trình mất nước được thúc đây

bởi sự khác biệt về nông độ” (theo Anikó Matusek và Péter Merész„ 2003)

Hiệu quả của quá trình tách nước thâm thấu có thể bị chi phối bởi một số

yếu tố (Uddin et al., 2004; Ozen et al, 2002, trích dẫn bởi Warczok, 2005):

- Thành phần và nồng độ của dung dịch thâm thấu

- Các đặc tính hóa-lý và cầu trúc của đặc tính thực phẩm: độ xôp của tê bào

và khả năng thâm thâu của biêu bị và màng tê bào

- Các thông số của quá trình vận hành: thời gian, nhiệt độ (thông thường tối

ưu nhất là 20°C-50°C), áp suất làm việc (áp suất khí quyền, áp suất chân không)

và tốc độ khuấy

- Mối quan hệ giữa thể tích dung dịch thấm thấu và nguyên liệu đã khử

nước

- Quá trình tiền xử lý thực phẩm: cơ học và hóa học

- Việc ứng dụng các sóng siêu âm trong suốt quá trình tách nước thâm thấu

Kết quả của tách nước thấm thấu là kéo dài được thời hạn sử dụng sản

phẩm, ít mất mất hương vị trong thực phẩm khô và bán khô, giảm thiểu tải trọng lạnh và khả năng đông lạnh thực phẩm, không gây thay đổi không mong muốn trong các kết cầu và sự chảy nhỏ giọt trong suốt quá trình rã đông (Petrotos và

Lazarides, 2001, trích dẫn bởi Warczok, 2005)

Đến nay, tách nước thâm thấu đã được ứng dụng trong việc khử nước trên phạm vi rộng của một loạt các loại thực phẩm và hầu hết là ứng dụng với các loại

trái cây Trái cây chứa khoảng 75% nước và thực tế có thể loại bỏ đến 50%

lượng nước nảy Đây cũng chính là lý do cho tính phổ biến của tách nước thẩm thâu

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

2.4 Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Khuếch Tán - Tách Nước

Tham Thau

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự truyền khối trong quá trình tách nước thâm

thấu đó là nhiệt độ, nồng độ của dung địch thâm thấu (chẳng hạn như khối lượng

phân tử của chất tan, sự hiện diện của các ion); loai chat duoc ding trong tham thấu; chuyền động của dung dịch thẳm thấu; thời gian thắm thấu; kích thước hình học, chủng loại của nguyên liệu thực phẩm; tỷ lệ dung dịch thâm thấu và thực phẩm; các tính chất lý hóa của nguyên liệu thực phẩm và áp suất khi vận hành quá trình Hawkes và Flink (1978) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến quá trình tách nước thâm thấu, trong khi Ertekin and Cakaloz (1996) đã khảo sát ảnh hưởng của các chất tan được sử dụng trong quy trình Một số các nghiên cứu gần đây đã mô tả ảnh hưởng của các biến số đến tốc độ truyền khối

(Raoult-Wack et al., 1992; Raoult-Wack, 1994; Rastogi and Raghavarao, 1994,

1995, 1997) Do tốc độ truyền khối chậm nên một số phương pháp tiếp cận đã

được xử dụng để đây nhanh tốc độ Chúng bao gồm ứng dụng của chân không

cuc bd (Fito, 1994; Fito va Pastor, 1994; Fito et al., 1996; Rastogi va Raghavarao, 1996), ứng dụng của sóng siêu âm trong quá trinh xu ly (Rastogi va Niranjan, 1998), ứng dụng của áp suất thủy tĩnh cực cao (Rastogi và Niranjan, 1998) và việc sử dụng các xung điện trường cực mạnh để xử ly vật liệu trước khi tách nước thâm thấu (Rastogi et al., 1999)

2.4.1 Nhiệt độ dung dịch thấm thấu

Biến số quan trọng nhất ảnh hưởng đến động lực của quá trình truyền khối trong tách nước thẩm thấu là nhiệt độ Beristain et al (1990) cho rằng kết quả của việc tăng nhiệt độ dung dịch thấm thấu dẫn đến việc tăng sự mất nước của nguyên liệu, trong khi sự tăng chất rắn ít bị ảnh hưởng hơn bởi nhiệt độ Rahman

và Lamb (1990) quan sát thấy ở nhiệt độ cao chất tan không khuếch tán đễ dàng

như là nước qua màng tế bào; và đo đó trạng thái cân bằng của quá trình thâm thấu đạt được chủ yếu do dòng chảy của nước từ tế bào; kết quả là sự tăng chất

tan trong nguyên liệu thực phẩm thu được thấp hơn Các nhiệt độ cao hơn của

quy trình đường như thúc đây quá trình mất nước diễn ra nhanh hơn thông qua sự phông lên và hóa dẻo của các màng tế bào; sự khuếch tán nước ở trong thực

phẩm nhanh hơn và các đặc tính chuyển khối của nước tốt hơn tại bề mặt sản

phẩm là đo độ nhớt thấp hơn của môi trường thẩm thấu Đồng thời, sự khuếch tán của các chất rắn cũng được thúc đây bởi những nhiệt độ cao hơn; phần lớn quyết

định bởi kích thước chất tan và nồng độ của dung dịch thẩm thấu Tuy nhiên,

Lazarides (1994) đã báo cáo rằng trong quá trình tách nước thâm thấu của táo,

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

lượng đường thu được tăng một cách cao hơn đáng kể (khoảng 55%) ở khoảng nhiệt độ 30°C-50°C so với điều kiện nhiệt độ phòng Những giá trị hấp thụ trong

thực phẩm cao hơn khi xử lý nguyên liệu trên 20°C có thể là do ảnh hưởng của

sự phông lên và hóa dẻo của màng tế bào Chúng làm cải thiện tính thâm thấu của màng tế bào với các phân tử đường

2.4.2 Nông độ dung dịch thâm thấu

Conway et al (1983), Hawkes và Flink (1978), Lenart (1992) đã báo cáo rằng việc tăng nồng độ của dung địch thâm thấu dẫn đến việc tăng tương ứng của

sự mất nước và mức độ cân bằng Vì vậy nó làm tăng sự giảm trọng lượng

nguyên liệu Nguyên nhân của điều này được cho là đo hoạt động của nước trong

dung dịch thấm thấu bị giảm xuống với sự gia tăng nồng độ của chất tan trong dung dich tham thau (Biswal va Le Maguer, 1989; Biswal et al., 1991; Farkas va

Lazar, 1969; Lenart va Flink, 1984a; Lerici et al., 1985; Magee et al., 1983;

Marcotte va Maguer, 1991; Rahman va Lamb, 1990) Cac nghién ctu cua Saurel

et al (1994a, b) cho thấy có một lớp hàng rào chất tan dày đặc được hình thành tại bề mặt của nguyên liệu thực phẩm khi nồng độ dung dịch tăng lên Hàng rào này nâng cao hiệu quả của sự khử nước và làm giảm tình trạng mất mát chất đinh dưỡng trong quá trình Một hàng rào chất tan tương tự cũng được hình thành trong trường hợp các dung dịch thấm thấu có trọng lượng phân tử các chất tan cao hơn thậm chí ngay cả ở nồng độ thấp Những nghiên cứu của Lazarides (1994) trên táo với một nồng độ dung dịch đường cao hơn (6 65°Brix thay vi 45°Brix) trong 3 giờ đã cho thấy sự mất nước xảy ra nhanh hơn (khoảng 30%) Tuy nhiên, ông thấy rằng lượng đường cũng được hấp thụ vào táo nhiều hơn (khoảng 80%) Các tác giả đã kết luận việc tăng nông độ của quá trình thâm thấu trong thời gian ngắn làm tăng cường tốc độ mắt nước và tốc độ hấp thu các chất rắn Ảnh hưởng này trong quá trình thẩm thấu là do nồng độ thấp của dung dịch đường sucro trong trái cây

2.4.3 Ảnh hướng của loại chất thầm thấu

Hiệu quả cụ thể của dung dịch thâm thấu có tầm quan trọng rất lớn trong việc lựa chọn dung dịch Chỉ phí chất tan, độ cảm quan của sản phẩm cuối cùng

và hoạt động bảo quản sản phẩm là những yếu tố được xem xét trong việc lựa chọn các chất thầm thấu (Torreggiani, 1995) Một số chất tan (sử dụng đơn thuần hay kết hợp với các chất tan khác) được dùng trong các dung địch ưu trương của quá trình tách nước thâm thấu (Maguer, 1988) Các dung dịch đường và muối ăn được chứng minh là những sự lựa chọn tốt nhất dựa trên hiệu quả, sự tiện lợi và hương vị của sản phẩm

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

Lenart và Flink (1984a) dựa trên sự so sánh những dung dịch thâm thấu

khác nhau nhưng có cùng nồng độ các chất tan đã báo cáo răng: các đung dịch có

sự pha trộn giữa đường và muối ăn làm giảm hoạt tính của nước nhiều hơn so với khi chỉ sử dụng đơn thuần đường sucro, mặc dù tốc độ di chuyển của nước là như

nhau Điều này là do sự hấp thu nhiều muối của thực phẩm Ngoài ra, những nghiên cứu phân tích trên không gian phân bố cho thấy sự khác nhau lớn giữa

những đường cong phân bố quá trình mất nước thâm thấu của những dung dịch sucro và muối (Lenart và Flink, 1984, trích dẫn bởi Charles Tortoe, 2009) Những phân tích cho thấy lượng đường sucro được tích lũy thành lớp mỏng trên

bề mặt mô rắn chắc (như một rào cản truyền khối phụ), muối được phát hiện xuyên qua các mô thâm thấu rất sâu Sự hiện diện của muối trong dung dịch thâm thấu có thể gây cản trở sự hình thành của lớp bề mặt rắn chắc và cho phép tốc độ nước mất đi và lượng chất rắn tăng lên nhiều hơn Cuối cùng, sự gia tăng của nồng độ muối dẫn đến hoạt động của nước thấp hơn tương ứng với sự tăng lên của động lực thâm thấu Ngoài ra, rau qua, trái cây và các dung dịch đường, muối cũng đã được sử dụng thành công trong việc tách nước các sản phẩm động vật Ollignan và Raoult-Wack (1992) đã dùng các dung dịch sucro và muối ăn đậm đặc để tách nước một phần thịt và cá ở nhiệt độ thấp (10° C) Ho thay rằng sự hiện điện của đường thúc đây sự mất nước và cản trở sự hấp thu muối Đây là một yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến thịt và cá vì nó rút ngắn thời gian xử lý và kiểm soát tốt hơn sự hấp thu muối Sự hấp thu nhiều chất rắn là một hạn chế lớn trong công nghiệp chế biến Việc sử dụng đường, muối ăn và dung dịch pha trộn giữa chúng giúp khắc phục nhược điểm này ở cả hai phương diện: chất lượng sản phẩm (về dinh dưỡng, tính cảm quan) và tốc độ khử nước 2.4.4 Các đặc tính của chất tan được dùng trong thâm thấu

Nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng tính chất hóa-lý của chất tan ảnh hưởng đến tình trạng mất nước thấm thấu (Bolin et al., 1983; Hawkes và Flink, 1978; Lenart va Lewicki, 1987 va 1989; Lenart, 1992; Lerici et al., 1985) Cac tác gia thấy rằng trọng lượng phân tử, trạng thái ion và độ tan của chất tan trong nước gây ra những khác biệt trong tính chất của chất tan thâm thấu Ngoài ra, kích thước phân tử của chất tan thâm thấu có một ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ mat

nước và sự tăng của các chất rắn Các chất tan cảng nhỏ thì mức độ thâm thấu

của chất tan càng lớn Ví dụ, đương lượng lớn của đường dextrose trong sirô bắp tạo thuận lợi cho sự hấp thụ đường và dẫn đến tốc độ mat nước thấp hơn tốc độ tăng của đường (Lazarides, 1994) Ngược lại, đương lượng dextrose thấp cho các

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

giá trị phủ định của sự tăng các chất rắn, và sự hấp thụ chất tan thì thấp hơn sự thâm thấu trong mô tự nhiên của các chất ran

Quá trình thâm thấu cũng bị ảnh hưởng bởi pH của dung dịch thẩm thấu

Moy et al (1978) thấy rằng quá trình acid hóa làm tăng tốc độ loại nước bởi những thay đổi trong các tính chất của mô, sau đó là trong cấu trúc của trái cây

và rau quả Contreras và Smyrl (1981) tìm thẫy nước trong táo mất đi tối đa ở pH

3 bằng cách sử dụng sirô bắp Tại pH 2, táo trở nên rất mềm có thể do sự thủy phân và sự khử polyme của pectin Ông kết luận rằng độ cứng của táo được duy

trì ở các giá trị pH từ 3-6

2.4.5 Ảnh hưởng sự chuyền động của dung dịch

Contreras và Smyrl (1981), Hawkes và Flink (1978), Lenart và Flink (1984a) đã báo cáo rằng quá trình tách nước thấm thấu được tăng cường bởi sự chuyển động hay sự lưu chuyển của dung dịch thấm thấu xung quanh mẫu Sự chuyển động của dung dịch thâm thấu đảm bảo mối liên hệ liên tục của bề mặt mẫu với dung dịch thâm thấu đậm đặc, đảm bảo một gradient lon tại mặt phân gidi cua mẫu với dung dịch Vì vậy, chuyển động của dung dịch có một tắc động

to lớn trong việc làm giảm trọng lượng sản phẩm và sự loại nước được đặc trưng

bởi sự chống lại quá trình truyền khối bên ngoài Đây là trường hợp nước rời

khỏi bề mặt phân tử chạm vào môi trường có độ nhớt cao hay môi trường đứng yên và được pha loãng và tích tụ dần dần trong khu vực tiếp xúc

Raoult-Wack et al (1989) thay rang chuyển động của dung dich đảm bảo

sự mất nước, đặc biệt tại những nhiệt độ thấp hơn 30°C độ nhớt của dung dịch

cao và trong suốt giai đoạn đầu của quá trình thâm thấu Mức độ mất nước tăng đột biến và đạt đến một mức nào đó Mặt khác, tốc độ tăng của chất rắn giảm theo sự lưu chuyển của dung dịch Các quá trình có sự lưu động của dung dịch

trong thời gian ngắn thì không ảnh hưởng đến sự tăng của các chất rắn; với các

quá trình dài hơn, chuyển động của dung dịch làm giảm đáng kê sự gia tăng các chat ran Cac tac giả đã kết luận rằng sự chuyên động của dung dịch không có tác động trực tiếp lên sự tăng của chất rắn trong toàn bộ quá trình thâm thấu bởi vì sự

di chuyên bên ngoài của chất tan thâm thấu là không có giới hạn

Chuyển động của dung dịch giảm tỷ lệ với sự tăng của chất rắn trong thời gian thâm thấu lâu hơn có thể có một ảnh hưởng gián tiếp đến sự mất nước nhiều hơn, làm thay đổi gradient nồng độ của chất tan bên trong phân tử thực phẩm Bởi vì sự khuếch tán của các chất tan bên trong các mô tự nhiên chậm nên hầu hết chất tan tích lũy thành lớp mỏng trên bề mặt mô Lenart và Lewicki (1987) đã

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

chỉ ra rằng sự xâm nhập của chất tan trong suốt quá trình tách nước thâm thấu ở

dung dich sucrose chi sâu khoảng 2-3 mm Tuy nhiên, Ponting et al (1966) nói

rằng trong một số trường hợp có thể có lợi hơn nếu ta không sử dụng sự khuấy

động cho dung dịch khi xét đến yêu cầu về thiết bị và việc làm hỏng trái cây khi

vận hành quá trình

2.4.6 Dạng hình học nguyên liệu

Dạng hình học của mẫu ảnh hướng đến động thái của nồng độ thâm thấu do

sự biến đổi của diện tích bề mặt trên một đơn vị thê tích (hay khối lượng), chiều

dài khuếch tán của nước và các chất tan trong quá trình truyền khối (Lerici et al.,

1985) Theo Lerici et al (1985), tỷ lệ của tổng diện tích bề mặt và phân nửa bề dày (A/L ) nếu cao hơn diện tích bề mặt riêng của mẫu (chẳng hạn như hình tròn) cho giá trị cao hơn của sự mắt nước và sự tăng của đường so với những mẫu có

diện tích bề mặt thấp hơn (chắng hạn như dạng lát và dạng thanh) Tuy nhiên, những mẫu có diện tích bề mặt riêng cao hơn giới hạn này (chẳng hạn như dạng hình lập phương) thuận lợi cho sự tăng lượng đường và giảm sự mất nước; kết

quả làm trọng lượng mẫu giảm đi ít hơn Mối liên quan của sự mất nước thấp nhất với tỷ lệ A/L cao nhất được giải thích như là một kết quả của sự giảm khuếch tán nước đo sự hấp thu lượng đường nhiều của mẫu

2.4.7 Tỷ lệ của dung dịch thấm thấu và khối lượng thực phẩm

Ponting et al (1966) và Flink (1979) báo cáo rằng tăng tỷ lệ của dung dịch

thâm thấu và khối lượng mẫu dẫn đến sự tăng lượng chất rắn và sự mất nước

trong quá trình tách nước thấm thấu Để tránh sự pha loãng đáng kể của môi trường và sau đó là sự giảm động lực thâm thấu trong suốt quá trình, một tỷ lệ lớn (ít nhất là 30:1) đã được các nhà nghiên cứu sử dụng: trong khi một số khác

sử dụng tỷ lệ giữa dung dịch và mẫu thấp hơn nhiều (4:1 hoặc 3:1) để theo dõi

quá trình truyền khối bằng cách thay đổi nồng độ của đung dịch đường (Conway

et al., 1983)

2.4.8 Tinh chat héa - lý của nguyên liệu thực phẩm

Thành phan hoa hoc (protéin, carbohydrate, chat béo va muối), cầu trúc vật

lý (độ xốp, sự sắp xếp của các tế bào, hướng phân bố của sợi và vỏ trái cây), quá trình tiền xử lý có thể ảnh hưởng đến những động học thấm thấu của thực phẩm

(Islam và Flink, 1982) Trong các nghiên cứu của mình, các tác giả thấy rằng các

mẫu khoai tây đã được chẩn trong 4 phút bằng nước sôi trước khi thấm thấu đã cho kết quả mất nước ít hơn và sự tăng các chất rắn nhiều hơn so với khi sử dụng

Chương 2 Lược Khảo Tài Liệu

trực tiếp các lát khoai tây tươi Họ kết luận rằng sự mất mát tính chất toàn ven của màng tế bào đo xử lý nhiệt là nguyên nhân gây ra sự khác biệt này

2.4.9 Ảnh hưởng của áp suất thâm thấu

Các nghiên cứu cho thấy kết quả của tách nước thâm thấu trong chân không gây ra sự thay đôi động thái của quá trình truyền khối trong hệ trái cây-đường

(Fito, 1994; Fito va Pastor, 1994; Perera, 1990; Shi va Manupoey, 1994) Qua

trình xử lý trong chân không đã tăng cường lưu lượng của dong mao dan va su di chuyển của nước, nhưng không làm ảnh hưởng đến sự hấp thụ các chất tan (Fito, 1994) Toàn bộ quá trình di chuyển của nước do quá trình khuếch tán truyền thống và lưu lượng của dòng mao dẫn không bị ảnh hưởng hay chỉ chịu ảnh hưởng một phần nhỏ của độ xốp trái cây (Fito và Pastor, 1994; Shi và Manupoey,

1994)

2.4.10 Ảnh hưởng của chủng loại và mức độ chín của nguyên liệu

Nguyên liệu với các loài khác nhau, các giống khác nhau của cùng một loài, mức độ chín khác nhau của cùng một giống đã cho những phản ứng khác nhau

đáng kể trong quá trình tách nước thẩm thấu (Hartel, 1967) Chúng đều có một

ảnh hưởng đáng kể lên cấu trúc mô tự nhiên trong phạm vi cấu trúc của màng tế bao, ty lé hoa tan pectin, SỐ lượng của các chất rắn không hòa tan, không gian nội

bào, độ rắn chắc của mô và lượng không khí trong nguyên liệu Những khác biệt

về cấu trúc ảnh hưởng đáng kể đến sự trao đối khối lượng khuếch tán giữa sản

phẩm và môi trường thấm thấu Hartel (1967) thấy rằng với những điều kiện như

nhau của quy trình, các giống khoai tây khác nhau đã cho những sự giảm trong lượng (mất nước) khác nhau đáng kể (khoảng 25%)

2.4.11 Thời gian tiến hành quy trình

Các nghiên cứu bởi Lenart và Flink (1984a) (để tìm ra điều kiện xác định

của trạng thái cân bằng sản phẩm và đung dịch thâm thấu) cho thấy trạng thái cân bằng đặc trưng bởi một cân bằng hoạt động của nước và nồng độ các chất rắn được hấp thụ trong sản phẩm và dung dịch Trạng thái cân bằng này đã được

quan sát trong 20 giờ; kêt quả cho thấy các số liệu truyền khối (ngoại trừ sự tăng các chất rắn) không thay đổi đáng kể trong khoảng thời gian từ 4 đến 20 giờ

Quá trình thấm thấu trong 3 đến 5 giờ đã được ghi lại trong hầu hết các nghiên cứu về trạng thái không cân bằng (Biswal et al., 1991; Conway et al., 1983; Hawkes và Flink, 1978) Giai đoạn đầu của khoảng thời gian này là quan trọng nhất vì các hiện tượng vận chuyên diễn ra nhanh chóng, và chúng có một tác động đáng kể lên sự tiến triển tiếp theo của quá trình thẩm thấu Lazarides