(Đồ án hcmute) nghiên cứu công nghệ chiên chân không sản phẩm cà rốt

Tuy nhiên, việc tiêu thụ các sản phẩm thực phẩm chứa nhiều dầu sẽ gây ra các vấn đề về sức khỏe như bệnh tim mạch vành, ung thư, tiểu đường và cao huyết áp, chính vì vậy các sản phẩm đượ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

MSSV: 17116080

TP HỒ CHÍ MINH – 12/2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Ngành: Công nghệ Thực phẩm

1 Tên khóa luận: Nghiên cứu công nghệ chiên chân không sản phẩm cà rốt

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

Tổng quan về nguyên liệu và công nghệ chiên chân không

Xác định các thông số, khảo nghiệm, chế độ công nghệ chiên chân không

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 22/02/2021

4 Ngày hoàn thành khóa luận: 15/12/2021

5 Họ tên người hướng dẫn 1: PGS TS Nguyễn Tấn Dũng

Phần hướng dẫn: toàn bộ khóa luận

6 Họ tên người hướng dẫn 2: ThS Đỗ Thùy Khánh Linh

Phần hướng dẫn: toàn bộ khóa luận Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

dỗ tận tậm của cô cùng với tình yêu thương sinh viên, cô luôn trao dồi, truyền đạt các kiến thức quý báu về ngành Công nghệ Thực phẩm cho tôi Cùng với đó là suốt 4 năm ngồi trên ghế giảng đường của quý thầy cô Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm Đây chính là động lực

to lớn cho chúng tôi không ngừng cố gắng, hoàn thiện thật tốt đồ án Chúng tôi xin cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng tôi thực hiện đồ án tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Mặc dù đã hoàn thiện đồ án nhưng sẽ không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là

do chính chúng tôi thực hiện, chúng tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định

Ngày 15 tháng 12 năm 2021

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 1

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2

1.4 Nội dung nghiên cứu 2

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.6 Bố cục 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan về nguyên liệu 4

2.1.1 Giới thiệu 4

2.1.3 Tình hình sản lượng và thu hoạch cà rốt 5

2.1.4 Đặc điểm sinh học 6

2.1.5 Phân loại 8

2.1.6 Thành phần hóa học 9

2.1.7 Một số sản phẩm chế biến từ cà rốt 12

2.2 Tổng quan về công nghệ chiên 13

2.2.1 Định nghĩa 13

2.2.2 Cơ sở khoa học của quá trình chiên 14

2.2.3 Các biến đổi nguyên liệu diễn ra trong quá trình chiên 15

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiên 20

2.2.5 Phân loại phương pháp chiên 22

2.2.6 Lựa chọn phương pháp chiên cho sản phẩm cà rốt 23

2.3 Tổng quan về công nghệ chiên chân không 24

2.3.1 Định nghĩa 24

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của công nghệ chiên chân không 24

2.3.3 Hệ thống thiết bị chiên chân không 25

2.3.4 Ưu và nhược điểm công nghệ chiên chân không 32

2.3.5 Tình hình nghiên cứu trong nước về công nghệ chiên chân không 33

2.3.6 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về công nghệ chiên chân không 34

2.3.7 Công nghệ chế biến cà rốt chiên chân không 36

2.3.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiên chân không 40

2.3.9 Bài toán tối ưu hóa trong công nghệ chiên chân không 41

2.4 Kết luận tổng quan 41

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

3.1 Nguyên liệu 43

3.1.1 Lựa chọn nguyên liệu 43

3.1.2 Xử lý nguyên liệu 43

3.2 Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu 43

3.2.1 Thiết bị chính 43

3.2.2 Thiết bị phụ và dụng cụ 47

3.3 Phương pháp nghiên cứu 48

3.3.1 Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng 48

3.3.2 Phương pháp xác định các hàm mục tiêu của sản phẩm trong chiên chân không 49

3.2.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 51

3.2.4 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu 54

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 57

4.1 Xây dựng bảng các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình chiên chân không .57

4.1.1 Áp suất môi trường chiên chân không 57

4.1.2 Nhiệt độ chiên chân không 58

4.1.3 Thời gian chiên chân không 58

4.2 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ đến hàm mục tiêu 59

4.3 Xây dựng hàm mục tiêu mô tả cho quá trình chiên chân không 61

4.3.1 Xây dựng hàm mục tiêu về độ ẩm 61

4.3.2 Xây dựng hàm mục tiêu về chi phí năng lượng 62

4.3.3 Xây dựng hàm mục tiêu về độ tổn thất hàm lượng beta-carotene 64

4.3.4 Xây dựng hàm mục tiêu về cấu trúc sản phẩm 66

4.4 Giải bài toán tối ưu xác định chế độ công nghệ 68

4.4.1 Giải bài toán tối ưu một mục tiêu 68

4.4.2 Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu 69

4.5 Bàn luận 71

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 73

5.2 Kiến nghị 73 5.3 Giá thành sản phẩm 74

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Hình dạng của cà rốt 5

Hình 2.2: Giá trị nhập khẩu cà rốt của các thị trường trong giai đoạn 2013-2020 5

Hình 2.3: Sản lượng nhập khẩu cà rốt năm 2020 6

Hình 2.4: Hình thái sinh học cây cà rốt 7

Hình 2.5: Hoa cà rốt 8

Hình 2.6: Cà rốt giống Văn Đức và Đà Lạt 8

Hình 2.7: Giống cà rốt New Kuroda 9

Hình 2.8: Sản phẩm bột cà rốt 12

Hình 2.9: Sản phẩm cà rốt sấy 13

Hình 2.10: Sản phẩm cà rốt chiên chân không 13

Hình 2.11: Phản ứng vật lý và hóa học xảy ra trong quá trình chiên (Warner, 2002) 16

Hình 2.12: Các loại lỗ liên kết trên bề mặt thực phẩm (Ziaiifar và cộng sự, 2010) 16

Hình 2.13: Sự thủy phân chất béo 18

Hình 2.14: Phản ứng oxy hóa trong quá trình chiên (Warner, 2002) 19

Hình 2.15: Sự polymer hóa trong quá trình chiên (Warner, 2002) 19

Hình 2.16: Truyền nhiệt và truyền khối trong phương pháp chiên bề sâu và bề mặt 22

Hình 2.17: Sơ đồ hệ thống chiên chân không (Ayustaningwarno và cộng sự, 2018) 25

Hình 2.18: Hệ thống thiết bị chiên chân không (Andrés và cộng sự, 2011) 25

Hình 2.19: Máy bơm chân không vòng nước 27

Hình 2.20: Nguyên lý hoạt động máy bơm chân không vòng nước 27

Hình 2.2Hình 2.21: Bơm hút chân không vòng dầu 28

Hình 2.22: Máy bơm chân không khô 29

Hình 2.23: Nguyên lý hoạt động máy bơm chân không khô 29

Hình 2.24: Cấu tạo của thiết bị gia nhiệt 30

Hình 2.25: Quy trình công nghệ chiên chân không cà rốt 36

Hình 2.26: Yếu tố đối với công nghệ chiên chân không 40

Hình 3.1: Nguyên liệu cà rốt Đà Lạt 43

Hình 3.2: Hệ thống chiên chân không 44

Hình 3.3: Công tắc nguồn hệ thống 45

Hình 3.4: Màn hình cảm ứng điều khiển 45

Hình 3.5: Đồng hồ đo áp suất 46

Hình 3.6: Bảng điều khiển máy ly tâm 46 Hình 3.7: Nút “Dừng khẩn cấp” trong bộ điều khiển 47 Hình 3.8: Sơ đồ nghiên cứu hệ thống chiên chân không 48 Hình 3.9: Đo hàm lượng beta-carotene 50 Hình 3.10: Đo độ giòn sản phẩm cà rốt 51 Hình 3.11: Sơ đồ mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng và các hàm mục tiêu 52 Hình 3.12: Không gian hàm mục tiêu của bài toán tối ưu hóa hai mục tiêu 56 Hình 4.1: Sự biến thiên độ ẩm theo áp suất môi trường chiên 57 Hình 4.2: Sự biến thiên độ ẩm theo nhiệt độ chiên 58 Hình 4.3: Sự biến thiên độ ẩm theo thời gian chiên 59

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Phân loại khoa học cây cà rốt 4 Bảng 2.2: Thành phần dinh dưỡng trong 100g cà rốt 9 Bảng 2.3: Một số sản phẩm nguồn gốc từ sự chuyển hóa chất béo trong quá trình chiên 20 Bảng 3.1: Các mức yếu tố ảnh hưởng 52 Bảng 3.2: Ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2 53 Bảng 4.1: Các mức yếu tố ảnh hưởng 60 Bảng 4.2: Số liệu thực nghiệm xác định các hàm mục tiêu 60 Bảng 4.3: Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với hàm mục tiêu độ ẩm 61 Bảng 4.4: Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk đối với hàm mục tiêu độ ẩm 62 Bảng 4.5: Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 hàm mục tiêu chi phí năng lượng63 Bảng 4.6: Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk đối với hàm mục tiêu chi phí năng lượng 63 Bảng 4.7: Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với hàm mục tiêu độ tổn thất hàm lượng beta-carotene 64 Bảng 4.8: Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk đối với hàm mục tiêu tổn thất beta-carotene 65 Bảng 4.9: Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với hàm mục tiêu độ giòn 66 Bảng 4.10: Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk đối với hàm mục tiêu độ giòn sản phẩm 67 Bảng 4.11: Giá trị thông số tối ưu của hàm mục tiêu 68

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xác lập được thông số của hệ thống chiên chân không sản phẩm cà rốt Các thông số ban đầu được sử dụng cho quá trình tính toán gồm nhiệt độ chiên khảo sát lần lượt tại 85°C, 90°C, 95°C, thời gian chiên lần lượt là 14 phút, 15 phút, 16 phút và

áp suất môi trường trong buồng chiên là -670mmHg -680 mmHg -690mmHg, từ các khảo sát này cho thấy độ ẩm của sản phẩm cà rốt khoảng là 3% Hệ thống chiên chân không được lập trình điều khiển tự động cho các thông số nhiệt độ, áp suất và thời gian chiên Nhiệt độ chiên được kiểm soát từ 70°C đến 110°C, áp suất môi trường chiên dao động từ -640 mmHg tới -710mmHg, thời gian chiên có thể tùy ý thay đổi cho từng loại nguyên liệu Xác lập được chế

độ công nghệ tối ưu cho quá trình chiên với nhiệt độ chiên là 97.070C; áp suất môi trường chiên

là -672.76 mmHg và thời gian chiên là 15.158 phút

1.1 Đặt vấn đề

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Việt Nam là một quốc gia có sản lượng rau quả lớn, đa dạng và phong phú về chủng loại Rau quả là một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, có thể cung cấp các vitamin, acid hữu

cơ, muối khoáng,…cho con người Trong đó, cà rốt là một trong những loại rau củ rất phổ biến

ở nước ta Do khí hậu thổ nhưỡng ở nước ta thích hợp với sự sinh trưởng và phát triển của cây nên sản lượng cà rốt thu được hằng năm rất cao

Vì rau quả lại là loại thực phẩm rất dễ bị hư hỏng, dập nát, khó vận chuyển và không bảo quản tươi được trong thời gian dài Vì vậy việc tìm ra các phương pháp chế biến, bảo quản khác nhau nhằm tạo ra các sản phẩm mới, tăng giá trị và kéo dài thời gian sử dụng cho sản phẩm để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng đã và đang là một thách thức cho ngành công nghiệp thực phẩm ở Việt Nam Ngoài ra việc tìm ra các phương pháp chế biến rau quả còn góp phần làm tăng khả năng cạnh tranh và sự phát triển của rau củ Việt Nam với thị trường trong nước và có thể vươn ra các thị trường lớn hơn ở khu vực và trên thế giới Hiện nay, đã có nhiều phương pháp chế biến các loại rau củ quả như: Phơi, sấy, chiên, nghiền thành bột, chế biến nước giải khát, mứt Và chiên là một trong số các phương pháp bảo quản thực phẩm lâu đời và

nó đóng một vai trò quan trọng trong ngành công nghệ thực phẩm Tuy nhiên, việc tiêu thụ các sản phẩm thực phẩm chứa nhiều dầu sẽ gây ra các vấn đề về sức khỏe như bệnh tim mạch vành, ung thư, tiểu đường và cao huyết áp, chính vì vậy các sản phẩm được chế biến thông qua phương pháp chiên ở áp suất khí quyển thường không phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng

là các sản phẩm thực phẩm lành mạnh và ít chất béo Do đó, phương pháp chiên chân không chính là một lựa chọn phù hợp để khắc phục các vấn đề kể trên Bởi trong quá trình chiên chân không, thực phẩm được làm nóng dưới áp suất chân không -680 mmHg trong một hệ thống khép kín nên có thể làm giảm điểm sôi của dầu chiên và độ ẩm trong thực phẩm

1.2 Mục tiêu

Nghiên cứu về công nghệ chiên chân không sản phẩm cà rốt, tìm kiếm, xác lập được chế

độ công nghệ chiên chân không để tiến hành tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt nhất, độ ẩm sản phẩm thấp đạt yêu cầu, chi phí năng lượng sinh ra thấp Từ đó ứng dụng công nghệ chiên chân không vào sản xuất thực tiễn

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu: Nguyên liệu cà rốt ( Daucus carota L Him) và chế độ công nghệ

chiên chân không

Phạm vi nghiên cứu: Tập trung về việc nghiên cứu, các yếu tố ảnh hưởng của công nghệ chiên chân không đối với sản phẩm cà rốt Nghiên cứu được tiến hành trên hệ thống thiết bị DVF-03, do PGS TS Nguyễn Tấn Dũng và cộng sự thuộc trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM chế tạo năm 2020

1.4 Nội dung nghiên cứu

Tổng quan về nguyên liệu cà rốt, công nghệ và thiết bị chiên chân không, cơ sở khoa học của quá trình chiên chân không

Phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình chiên chân không, từ đó mô hình hóa và tối ưu hóa các thông số công nghệ thích hợp cho quá trình chiên chân không

Phân tích các hàm mục tiêu của quá trình chiên chân không sản phẩm cà rốt

Xây dựng quy trình công nghệ chiên chân không cho sản phẩm cà rốt

Khảo nghiệm công nghệ chiên chân không để xác định chế độ chiên thích hợp

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Là cơ sở khoa học trong việc thực nghiệm khảo sát các tính chất về nhiệt vật lý của nguyên liệu chiên ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiên chân không sản phẩm cà rốt Đồng thời kiểm chứng lại các cơ sở lý thuyết khoa học khi ứng dụng vào quá trình tạo ra sản phẩm chiên chân không

Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài này nghiên cứu công nghệ chiên chân không nhằm đáp ứng các nhu cầu thực tiễn về sản phẩm chiên chân không, sản phẩm ăn liền, đảm bảo về chất lượng và màu sắc, sản phẩm vẫn giữ được nhiều chất dinh dưỡng tự nhiên Tạo ra sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu phong phú, từ đó giúp đa dạng hóa các sản phẩm có nguồn gốc thiên nhiên trên thị trường, đáp ứng nhu cầu cho người tiêu dùng Sản phẩm có thể tiêu thụ trong nước và xuất khẩu ra thị trường nước ngoài, do đó sẽ phát triển và nâng cao giá trị kinh tế đất nước

1.6 Bố cục

Luận văn được trình bày gồm các chương sau:

Chương 1: Mở đầu

Chương 3: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Kết quả và bàn luận

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

ở những nơi sinh sống ban đầu của con người từ 3000 đến 5000 năm trước ở Thụy Sĩ và Đức (Laufer, 1919) Hạt giống này được cho là từ cà rốt hoang dã được sử dụng để làm hương vị hoặc làm thuốc

Chi Daucus bao gồm khoảng 20 loài có mặt trên toàn thế giới nhưng phần lớn các loài

xuất hiện quanh Địa Trung Hải (Lain, 1981) Qua các thế kỷ, các nhà thương gia Ả Rập đã di chuyển theo lộ trình thương mại Ả Rập – Châu Á – Châu Phi mang về nhà rồi đến các vùng làng quê của họ (Trần và cộng sự, 2008) Vào thế kỷ thứ 10 cà rốt tím được trồng ở Afghanistan, Pakistan và miền Bắc Iran Vào thế kỷ 12, các giống cà rốt màu vàng, màu tím được người nhập cư đem từ Bắc Phi đến Nam Âu Vào thế kỷ thứ 13 cà rốt được trồng trên cánh đồng của Đức và Pháp, cuối cùng những người tị nạn đã mang cà rốt đến các vùng bờ biển nước Anh vào thế kỷ thứ 15 (Trần và cộng sự, 2008) Việc sử dụng cà rốt cũng đa dạng giữa các khu vực sản xuất, với mục đích sử dụng chủ yếu hơn làm thức ăn gia súc ở phương đông nhưng phần lớn là sử dụng cho con người như một loại rau ăn củ ở phương tây

Bảng 2.1: Phân loại khoa học cây cà rốt

Ngành Thực vật hạt kín Lớp Hai lá mầm

Bộ Hoa tán Apilaes

Họ Hoa tán Apilaceae

Loài D carota

Tên khoa học D carota L Him

Tên nước ngoài Hồ La Bặc (Trung Quốc)

Cà rốt là tên phiên âm từ tiếng La tinh và tiếng Pháp được nhập vào Việt Nam Người Trung Quốc gọi là Hồ La Bặc vì đây cũng là một cây nhập từ nước Hồ (những nước ở Tây Nam Trung Quốc) (Đỗ, 2004)

Hình 2.1: Hình dạng của cà rốt

2.1.3 Tình hình sản lượng và thu hoạch cà rốt

Cà rốt nằm trong top 10 cây rau quan trọng nhất về mặt kinh tế trên thế giới, cả về diện tích sản xuất và giá trị thị trường (Rubatzky và cộng sự, 1999; Simon, 2000; Fontes và Vilela, 2003; Vilela, 2004)

Hình 2.2: Giá trị nhập khẩu cà rốt của các thị trường trong giai đoạn 2013-2020

Hình 2.3: Sản lượng nhập khẩu cà rốt năm 2020

Ở Việt Nam, cà rốt là giống cây được nhập nội và trồng thí điểm vào những năm cuối thế kỷ 19 do người Pháp du nhập Hiện nay, cà rốt được trồng nhiều ở các vùng có khí hậu mát

mẻ như tỉnh Lâm Đồng và một số tỉnh thuộc đồng bằng Bắc Bộ và Trung Bộ Trong đó, có những vùng chuyên canh lớn như Đà Lạt, Hải Dương và một số vùng luân canh với diện tích lớn như Hà Nội, Vĩnh Phúc, Hưng Yên, Bắc Ninh, Thái Bình, … Ở Lâm Đồng, do điều kiện khí hậu mát mẻ nên cà rốt có thể được trồng quanh năm Ở những tỉnh miền Bắc và miền Trung,

cà rốt có thể được gieo trồng vào các vụ như:

❖ Vụ sớm: gieo trồng vào tháng 8 và 9, thu hoạch vào tháng 10 và 11

❖ Vụ chính: gieo trồng vào tháng 10 và 11, thu hoạch vào tháng 12 và 1 năm sau

❖ Vụ muộn: gieo trồng vào tháng 1 và 2 năm sau, thu hoạch vào tháng 4 và 5

Cà rốt nên được thu hoạch khi các lá phía dưới vàng, các lá non ngừng sinh trưởng, vai

củ tròn đều thì mới đạt chất lượng tốt nhất, ngoài ra cà rốt nên thu hoạch vào những ngày khô nắng, làm sạch đất và cắt bớt phần lá, chỉ để lại đoạn cuống dài 15 - 20cm, bó thành từng bó nhỏ 5 - 6 củ, xếp nhẹ nhàng vào bao bì cứng để vận chuyển về nơi tiêu thụ hoặc cơ sở chế biến càng nhanh càng tốt

2.1.4 Đặc điểm sinh học

Cà rốt là loại cây thân thảo sống 1-2 năm và cao từ 30 - 60 cm sống Hoa có 4 cánh, tập hợp thành tán kép, hoa ở chính giữa không sinh sản (có màu tía), còn các hoa khác có sinh sản (có màu trắng hay hồng) Lá dài nhỏ ba cạnh, cánh tràng, mọc so le Thụ phấn chéo nhờ côn trùng Vì hạt cà rốt có lớp lông cứng nên rất khó thấm nước, hạt có chứa loại tinh dầu ngăn cản nước thấm vào phôi Vì thế hạt cà rốt rất khó nảy mầm, tỷ lệ nảy mầm cao nhất đạt 70 % (Lê,

2005) Củ là rễ trụ và cũng là cơ quan dinh dưỡng chính, thường có dạng hình nón và có chiều dài từ 5 - 50 cm (Bradeen và cộng sự, 2007)

Do vốn là cây chịu lạnh nên mức độ nảy mầm của cà rốt phụ thuộc vào nhiệt độ rất nhiều

Ví dụ, ở 80C hạt sẽ nảy mầm sau 20 - 25 ngày Từ 20 - 250C, hạt nảy mầm sau 5 - 7 ngày, cà rốt cũng chịu được nhiệt độ cao lên đến 25 - 270C Để đạt năng suất cao nhất khi thu hoạch thì nhiệt độ thích hợp để trồng cà rốt là 200C đến 250C Cà rốt là cây ngày dài nên ở giai đoạn cây con cần sự thông thoáng cao trong khu đất trồng và diệt cỏ dại Độ ẩm thích hợp để trồng là 60-70%, nếu độ ẩm cao quá thì cà rốt dễ bị nhiễm bệnh và chết, độ pH của đất trồng dao động

từ 5.5-7.0 là thích hợp để trồng cà rốt

Cà rốt rất ưa ánh sáng dài ngày, đặc biệt là giai đoạn cây con cần cường độ ánh sáng mạnh Vì vậy, ở giai đoạn cây con, cần chú ý diệt cỏ dại để đảm bảo đầy đủ ánh sáng cho cà rốt Nếu chỉ được chiếu dưới 10 giờ ánh sáng, cà rốt sẽ kém phát triển và giảm năng suất so với một ngày được chiếu trên 12 giờ ánh sáng Cà rốt là cây ăn củ nên tầng canh tác đất phải dày, tơi xốp, nhiều mùn, nhất là đất phù sa, đất cát phải giàu dinh dưỡng Nếu trồng trên đất có thành phần cơ giới nặng thì củ ngắn và dễ bị phân nhánh Khi trồng cà rốt, phân chuồng có tác dụng tốt trong việc hình thành củ to thẳng, chất lượng Ngược lại, cà rốt rất mẫn cảm với phân đạm Nếu bón nhiều phân đạm thì thân lá sẽ phát triển mạnh còn củ rễ lại lớn chậm, củ nhỏ và cho chất lượng kém Ngoài ra, chế độ tưới nước cho cà rốt tương đối khắt khe, nếu thiếu nước

củ sẽ nhỏ, phân nhánh nhiều (Lê, 2005)

Hình 2.4: Hình thái sinh học cây cà rốt

Hình 2.5: Hoa cà rốt

2.1.5 Phân loại

Việt Nam có hai giống cà rốt chủ yếu là giống Văn Đức (miền Bắc) và giống Đà Lạt (miền Nam) Loại giống này có màu đỏ tươi do người dân tự để giống nên cỡ củ to nhỏ không đều nhau, lõi to, nhiều xơ hay phân nhánh, ăn ngọt, khả năng thích ứng thời tiết và đất đai tốt hơn các giống nhập ngoại (Lê, 2005)

Hình 2.7: Giống cà rốt New Kuroda

2.1.6 Thành phần hóa học

Trong 100g trọng lượng củ cà rốt có thành phần khoảng: 86 - 89% nước, 1 – 1,87% protein, 0,02 – 0,06% chất béo, 6 – 9,3% carbohydrate, 1,4 – 1,6% chất xơ, 0,9 – 1,03% tro (Đỗ, 2004) Cà rốt rất giàu về lượng đường và các loại vitamin cũng như năng lượng Các dạng đường tập trung ở lớp vỏ và thịt của củ, phần lõi rất ít Vì vậy cà rốt có lớp vỏ dày, lõi nhỏ mới

là củ tốt (Lê, 2005)

Cà rốt chứa nhiều hợp chất thực vật, nhưng carotenoid là chất được biết đến nhiều nhất Đây là những chất có hoạt tính chống oxy hóa mạnh mẽ, liên quan đến việc cải thiện chức năng miễn dịch và giảm nguy cơ mắc bệnh Các bệnh này bao gồm cả các bệnh liên quan đến tim mạch, các bệnh về thoái hóa, và một số loại bệnh ung thư β-carotene có rất nhiều trong cà rốt

và có thể chuyển hóa thành vitamin A sau khi đi vào cơ thể, carotenoid tích tụ trong cà rốt còn đóng vai trò là chất dinh dưỡng chính của cà rốt và góp phần tạo nên màu sắc của cà rốt

Bảng 2.2: Thành phần dinh dưỡng trong 100g cà rốt (Nguyễn và Hà, 2007)

Năng lượng kCal 39

α-Carotene μg 3477

Lutein + Zeaxanthin μg 256 Tổng số acid béo no g 0.04

tim Nó còn giúp điều hoà ruột (chống tiêu chảy và nhuận tràng), hàn vết thương ở ruột, lọc máu, làm loãng mật, trị ho

❖ Carotenoid: Cà rốt là một trong những loại thực phẩm cực kỳ giàu hàm lượng

carotenoid (α-carotene, β-carotene) β-carotene là tiền chất vitamin A, có liên quan đến quá trình chuyển hóa cholesterol và bảo vệ chất chống oxy hóa Sắc tố đỏ, cam hoặc vàng có trong nhiều loại thực phẩm cho thấy carotenoid có mặt trong loại thực phẩm này, đây là đóng góp rõ ràng nhất của carotenoid vào chất lượng thực phẩm (Surles và cộng sự, 2004) Hoạt động cung cấp vitamin A của một số carotenoid là quá trình chuyển hóa từ ruột để cơ thể tổng hợp và các hoạt động này có lợi cho sức khỏe, chẳng hạn như chất chống ung thư, chất chống lão hóa, chống lão hóa, đặc tính chống oxy hóa, cũng như tăng phản ứng miễn dịch, làm tăng thêm tầm quan trọng của chúng trong chế độ ăn uống (Rodriguez, 1993) Carotenoid rất dễ bị thoái hóa, cấu trúc không bão hòa cao của chúng khiến chúng nhạy cảm với nhiệt, oxy và ánh sáng (Clydesdale và Francis, 1976; Britton, 1992)

Tác dụng bảo vệ chống lại các bệnh tim mạch có thể được trung gian bởi carbohydrate phức hợp và các vi chất dinh dưỡng khác Cà rốt đã được chứng minh trong việc ngăn ngừa một số bệnh như ung thư, béo phì, tiểu đường, tim, thận, gan (Arscott và cộng sự, 2010) Tiêu thụ nhiều carotenoid cũng có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim (Nocolle

và cộng sự, 2003) Robertson và cộng sự (1979) đã chứng minh rằng việc hấp thụ carotenoid từ cà rốt giúp giảm đáng kể 11% lượng cholesterol có trong máu

❖ Chất xơ: Chất xơ có trong trái cây là các polysacharides không tiêu hóa được khi ăn,

bao gồm cellulose, pectin, linin Hàm lượng của các thành phần chất xơ trong cà rốt tính theo % khối lượng là pectin (7,41%), hemi-cellulose (9,14%), cellulose (80,94%)

và lignin (2,48%) (Nawirska và Kwasniewska, 2005) Nhờ những đặc tính làm giảm hấp thu chất béo, ức chế men tiêu hóa, tạo cảm giác no lâu, chất xơ giúp điều chỉnh được cân nặng Chất xơ còn có khả năng kết dính với cholesterol, không để cholesterol thấm vào máu, vì thế không làm tăng lượng cholesterol trong máu do đó giúp giảm nguy cơ những bệnh về tim Nếu thiếu chất xơ, sẽ gây táo bón, gây giãn trực tràng, bệnh trĩ, dẫn đến nguy cơ ung thư đại tràng cao

❖ Vitamin A: Cà rốt là nguồn cung cấp nhiều vitamin A nhờ sự chuyển hóa β-carotene

từ ruột Vitamin A là vitamin tan trong dầu, đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì thị lực, tăng trưởng cơ thể, hệ thống miễn dịch và sự hình thành của các tế bào da Ngoài

các dịch nhầy ở mắt, phổi, ruột giúp ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn và các tác nhân lây nhiễm khác Vitamin A giúp điều chỉnh các yếu tố tăng trưởng các tế bào da, thúc đẩy sự biệt hóa biểu bì, ức chế hình thành androgen cũng như ức chế hoạt động của tuyến bã nhờn Vitamin A kéo dài quá trình lão hóa, ngăn chặn một số bệnh ung thư do làm ngăn chặn sự phát triển của các gốc tự do Thiếu vitamin A sẽ dễ bị suy giảm thị lực, rụng tóc, làn da trở nên bong tróc và dẫn tới cản trở sự bài tiết chất nhầy, ngoài ra còn dẫn đến suy giảm hấp thụ sắt và khả năng tổng hợp hồng cầu

2.1.7 Một số sản phẩm chế biến từ cà rốt

Cà rốt là nguyên liệu đáp ứng được giá trị dinh dưỡng cao nên được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm, vì vậy các sản phẩm từ cà rốt được chế biến từ nhiều phương pháp để tạo ra các sản phẩm như bột cà rốt, cà rốt sấy

Hình 2.8: Sản phẩm bột cà rốt

Với các sản phẩm chế biến nhiệt và làm khô, cà rốt sẽ giảm mùi hăng, ngoài ra có thể thêm các gia vị, chất tạo mùi và phụ gia sẽ giúp nâng cao giá trị dinh dưỡng và cảm quan sản phẩm Sản phẩm cà rốt khô rất đa dạng trên thị trường, phương pháp chế biến thông dụng nhất

là sấy

Hình 2.9: Sản phẩm cà rốt sấy

Ngoài ra, cà rốt còn được chế biến thành dòng sản phẩm khác là cà rốt chiên chân không Sản phẩm được chiên trong dầu và có chứa hàm lượng calo cao sau quá trình chế biến nhưng hương vị ngon hơn, mùi thơm và độ giòn tốt hơn các sản phẩm khác nên được người tiêu dùng lựa chọn sử dụng Đây cũng là sản phẩm cà rốt chiên chân không theo hướng nghiên cứu

Hình 2.10: Sản phẩm cà rốt chiên chân không

2.2 Tổng quan về công nghệ chiên

2.2.2 Cơ sở khoa học của quá trình chiên

Chiên là một trong những phương pháp chế biến thực phẩm lâu đời nhất, là phương pháp nấu ăn hiệu quả vì nó là kết quả của nhiệt độ cao và truyền nhiệt nhanh (Sanibal và Filho, 2002) Công nghệ chiên có nguồn gốc và được phát triển gần khu vực Địa Trung Hải do ảnh hưởng của dầu ô liu (Moreira và cộng sự, 1999) Phương pháp chiên ngày càng phổ biến đến mọi người nhờ quá trình chuẩn bị món ăn dễ dàng và nhanh chóng cùng với việc cải thiện các đặc điểm cảm quan, chẳng hạn như hương vị thơm ngon và mùi thơm độc đáo (Ngadi và Xue, 2009) Chiên được xem là quá trình đồng thời giữa truyền nhiệt và truyền khối, làm thay đổi các đặc điểm cảm quan và dinh dưỡng do tương tác phức tạp giữa thực phẩm và dầu (Ziaiifar

và cộng sự, 2008) Vì vậy, chiên là một quá trình rất phức tạp, nơi một loạt các phản ứng xảy

ra đồng thời trong toàn bộ quá trình Cụ thể hơn, có sự truyền nhiệt, ẩm và dầu đồng thời diễn

ra giữa môi trường gia nhiệt (dầu chiên) và sản phẩm, ngoài ra còn có sự hình thành của một lớp vỏ (Oke và cộng sự, 2017) Quá trình này có tác dụng bảo quản do sự phá hủy nhiệt của vi sinh vật, enzym và giảm hoạt động của nước trên bề mặt thực phẩm (Fellows, 2006) Nhiệt độ được sử dụng để chiên là trong khoảng 150-200°C, nhiệt độ cao sẽ thúc đẩy phản ứng maillard, đồng thời làm mất nước bề mặt của lớp vỏ và sự hấp thụ dầu (Gertz, 2014) Dầu sử dụng để chiên càng lâu thì càng xảy ra các phản ứng không mong muốn vì dầu tiếp xúc lâu với nhiệt độ cao và không khí trong khí quyển có thể tạo ra các sản phẩm oxy hóa cao, có khả năng độc hại (Del và Jorge, 2006) Chiên là quy trình xử lý thực phẩm rất quen thuộc đối với mọi người nên được sử dụng từ lâu và rất phổ biến trong các bữa ăn

Thực phẩm có thể được chế biến ở nhiệt độ cao theo nhiều cách khác nhau như chiên áp chảo, chiên nông hoặc chiên ngập dầu Với việc sử dụng chất béo hoặc không khí nóng làm môi trường gia nhiệt, nhiệt độ cao hơn có thể được tạo ra mà không vượt quá nhiệt độ sôi của nước bên trong thực phẩm (Vitrac và cộng sự, 2000) Khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường làm nóng và thực phẩm tăng lên, quá trình truyền nhiệt trong quá trình nấu sẽ nhanh hơn nhiều Đồng thời với khối lượng truyền nhiệt đang được truyền từ thực phẩm sang môi trường chiên và ngược lại (Gertz, 2014)

Thực phẩm là một thể rắn có chứa các lỗ và lỗ rỗng chứa đầy nước và không khí Ngay sau khi được nhúng vào dầu nóng, các vết nước tự do trên bề mặt bốc hơi rất nhanh gây hiện tượng sủi bọt dữ dội và làm khô bề mặt Khi sự hóa hơi của nước nhanh hơn khả năng loại bỏ hơi nước bằng đối lưu của dầu xung quanh thì tốc độ truyền nhiệt từ dầu đến bề mặt thực phẩm bằng không do nhiệt trở của hơi nước bốc hơi khỏi bề mặt (Gertz, 2014) Theo Hallstrom và cộng sự (1988) nước từ sản phẩm bị bay hơi gây ra sự hỗn loạn trong dầu dẫn đến tăng tốc độ

hủy oxy hóa của dầu (Costa và cộng sự, 1999) Bằng cách giảm nhiệt độ dầu, giảm số lượng thực phẩm được chiên hoặc bằng quy trình làm khô trước thực phẩm sẽ tránh được sự bay hơi nhanh của nước ra khỏi bề mặt thực phẩm và tránh hiện tượng sủi bọt (Sobukola, 2010) Chất béo được sử dụng trong quá trình chiên có thể là dầu thực vật, mỡ động vật, bơ, magarine và shortening Trong sản xuất công nghiệp, người ta chỉ sử dụng shortening để chiên thực phẩm Ưu điểm vượt trội của shortening so với các chất béo khác là mức độ oxy hóa thấp hơn trong quá trình bảo quản và chiên vì shortening chỉ chứa các thành phần acid béo no (Lê

và cộng sự, 2011) Chất béo dễ bị biến đổi trong quá trình bảo quản và sử dụng nên cần lưu ý nhiều sản phẩm từ các phản ứng oxy hóa chất béo không chỉ ảnh hưởng xấu đến giá trị cảm quan mà còn gây độc hại cho sức khỏe người sử dụng Để đánh giá chất lượng chất béo, người

ta dùng một số chỉ tiêu sau:

Chỉ số acid: là số miligram KOH cần thiết để trung hòa các acid béo tự do có trong 1g chất béo Chỉ số acid đặc trưng cho lượng acid béo tự do có trong chất béo Chỉ số acid càng cao thì chất béo càng dễ bị oxy hóa, hư hỏng do các acid béo tự do rất dễ bị biến đổi trong môi trường có oxy

Chỉ số iodine: là số gram iodine có thể phản ứng với các triglyceride không no có trong 100g chất béo Chỉ số iodine đặc trưng cho mức độ không no của chất béo Chỉ số iodine càng cao thì chất béo càng khó bảo quản và dễ bị hư hỏng do acid béo không no dễ bị oxy hóa hơn acid béo no

Chỉ số peroxide: là hàm lượng hydroperoxide có trong 1kg chất béo và được biểu diễn bằng số đơn vị milliequivalent Chỉ số peroxide đặc trưng cho mức độ ôi hóa của chất béo Chỉ

số peroxide càng cao thì chất béo càng hư hỏng nặng

2.2.3 Các biến đổi nguyên liệu diễn ra trong quá trình chiên

Cấu trúc của sản phẩm chiên phụ thuộc vào điều kiện chiên như nhiệt độ, thời gian và đặc điểm lý hoá ban đầu của nguyên liệu

Hình 2.11: Phản ứng vật lý và hóa học xảy ra trong quá trình chiên (Warner, 2002)

Biến đổi vật lý: Chẳng hạn như tỷ trọng, độ co ngót và độ xốp, là những yếu tố chính ảnh hưởng đến kết cấu của thực phẩm chiên Theo Pinthus và cộng sự (1995a) đã nghiên cứu cơ chế phát triển độ xốp, họ nói rằng trong quá trình chiên, nước di chuyển từ bên trong sản phẩm đến vùng bay hơi trước khi để sản phẩm đi qua bề mặt dưới dạng hơi Độ xốp của sản phẩm đóng một vai trò quan trọng trong quá trình hấp thụ dầu tiếp theo (Saguy và cộng sự, 1997) Quá trình chiên xảy ra nhiều biến đổi trong nguyên liệu, điển hình là sự gia tăng nhiệt độ, sự khuếch tán chất béo từ môi trường gia nhiệt vào bên trong sản phẩm sẽ làm cho thể tích và tỷ trọng nguyên liệu thay đổi

Hình 2.12: Các loại lỗ liên kết trên bề mặt thực phẩm (Ziaiifar và cộng sự, 2010)

Biến đổi hóa học: Nhiệt độ cao trong quá trình chiên là tác nhân sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học xảy ra Phản ứng Maillard là một hệ gồm nhiều phản ứng xảy ra giữa đường khử