Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm đu đủ bằng phương pháp sấy thăng hoa

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp ―Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm đu đủ bằng phương pháp sấy thăng hoa‖, thầy đã rất tận tình chỉ bảo, nghiêm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

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

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Mã số: 2022 – 18116196

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng SVTH : Lâm Ngọc Thảo Như MSSV : 18116196

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

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

Thành phố Hồ Chí Minh – 08/2022

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời cám ơn đầu tiên tôi xin chân thành gửi đến người thầy ưu tú và hết sức tận tâm với nghề giáo, thầy PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng – Trưởng khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Trong

suốt thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp ―Nghiên cứu quy trình công

nghệ sản xuất sản phẩm đu đủ bằng phương pháp sấy thăng hoa‖, thầy đã rất tận

tình chỉ bảo, nghiêm khắc chỉ bảo và hướng dẫn tôi để hoàn thành thật tốt đồ án tốt nghiệp

Bên cạnh đó, tôi cũng xin chân thành cám ơn đến các quý thầy cô Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, những người giảng viên đã dạy dỗ chu đáo, yêu thương sinh viên, luôn lắng nghe và giải đáp các thắc mắc, truyền đạt các kiến thức quý giá về chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm cho tôi trong suốt bốn năm ngồi trên ghế giảng đường Đại học Đây chính là động lực to lớn cho chúng tôi tiếp tục

cố gắng, hoàn thiện thật tốt đồ án tốt nghiệp cũng như hoàn thiện bản thân Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng tôi được học tập, làm việc và hoàn thiện khóa luận tốt nghiệp tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

Mặc dù đề tài đã đi vào hoàn thiện, nhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn Cuối cùng tôi xin gửi lời chúc sức khỏe đến toàn thể giáo viên, cán bộ nhà trường đã và đang dẫn dắt các khóa sinh viên qua từng năm học

LỜI CAM ĐOAN

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

do chính tôi thực hiện 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 tháng năm 2022

Ký tên

iv

vi

viii

x

SVTH: LÂM NGỌC THẢO NHƯ Trang xi

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN ii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (NGƯỜI HƯỚNG DẪN) iv

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (PHẢN BIỆN) vi

PHIẾU ĐÁNH GIÁ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (THÀNH VIÊN HỘI ĐỒNG) ix

MỤC LỤC xi

DANH MỤC HÌNH xvi

DANH MỤC BẢNG BIỂU xvii

TÓM TẮT KHÓA LUẬN xix

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2.Mục tiêu đề tài 3

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

4 Nội dung nghiên cứu 3

5.Phương pháp nghiên cứu 4

6.Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 4

6.1 Ý nghĩa khoa học 4

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 4

7 Bố cục 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 5

2.1 Cơ sở khoa học sấy thăng hoa 5

2.1.2 Nguyên lý sấy thăng hoa 6

2.1.3 Ưu, nhược điểm của kĩ thuật sấy thăng hoa 9

2.1.4 Các biến đổi xảy ra trong quá trình sấy thăng hoa 10

2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực sấy thăng hoa 12

2.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về lĩnh vực sấy thăng hoa 13

2.4 Nguyên liệu đu đủ 14

2.4.1 Nguồn gốc, phân bố và phân loại của đu đủ 14

2.4.1.1 Nguồn gốc 14

2.4.1.2 Phân bố 15

2.4.1.3 Phân loại 15

2.4.2 Đặc điểm sinh học 16

2.4.3 Thành phần hóa học 19

2.4.3.1 Nước 20

2.4.3.2 Carbohydrate 20

2.4.3.3 Acid 21

2.4.3.4 Muối khoáng 22

2.4.3.5 Vitamin 23

2.4.3.6 Carotenoid 23

2.4.3.7 Lipid 24

2.4.3.8 Các hợp chất phenolic và các dẫn xuất của flavonoids 24

2.4.3.9 Enzymes và protein 25

2.4.3.10 Hợp chất mùi 26

2.4.4 Giá trị dinh dưỡng và giá trị dược phẩm 26

2.4.4.1 Giá trị dinh dưỡng 26

2.4.4.2 Giá trị dược phẩm 26

2.4.5 Tình hình sản xuất, thu hoạch và tiêu thụ đu đủ 28

2.4.6 Một số sản phẩm chế biến từ đu đủ trên thị trường 30

2.4.7 Tiêu chuẩn chất lượng đu đủ tươi ở Việt Nam 31

2.5 Lựa chọn phương pháp sấy cho nguyên liệu đu đủ 33

2.6 Công nghệ và hệ thống sấy thăng hoa 34

2.6.1 Các thiết bị, bộ phận trong hệ thống sấy thăng hoa 34

2.6.2 Hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông 35

2.7 Công nghệ sấy thăng hoa 36

2.7.2 Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm đu đủ sấy 36

2.7.3 Thuyết minh quy trình 36

2.8.1 Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa 38

2.8.2 Áp suất môi trường sấy thăng hoa 39

2.9 Các hàm mục tiêu để đánh giá chất lượng, hiệu quả kinh tế và thời gian bảo quản của sản phẩm đu đủ sấy thăng hoa 41

2.10 Bài toán tối ưu của sấy thăng hoa 44

SVTH: LÂM NGỌC THẢO NHƯ Trang xiii

2.11 Kết luận phần tổng quan 46

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47

3.1 Nguyên liệu 47

3.1.1 Lựa chọn nguyên liệu đu đủ 47

3.2 Thiết bị, dụng cụ nghiên cứu 48

3.2.1 Dụng cụ thực nghiệm 48

3.2.2 Thiết bị thực nghiệm 48

3.3 Phương pháp nghiên cứu 53

3.3.1 Phương pháp xác định các yếu tố công nghệ 53

3.3.2 Phương pháp xác định thành phần hóa học của nguyên liệu ban đầu 53

3.3.3 Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm 53

3.3.3.1 Phương pháp đánh giá thành phần hóa học của sản phẩm 53

3.3.3.2 Phương pháp đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong sản phẩm 54

3.3.3.3 Phương pháp đánh giá chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm 54

3.3.4 Phương pháp xác định các thông số công nghệ 54

3.3.4.1 Phương pháp xác định hàm mục tiêu chi phí năng lượng (y 1 ) 54 3.3.4.2 Phương pháp xác định hàm mục tiêu độ ẩm (y 2 ) 55

3.3.4.3 Phương pháp xác định hàm mục tiêu hàm lượng beta-carotene (y 3 ) 55

3.3.4.4 Phương pháp xác định hàm mục tiêu độ xốp của sản phẩm (y 4 )

58

3.3.5 Phương pháp đánh giá cảm quan 61

3.4 Phương pháp phân tích và tiếp cận hệ thống 63

3.5 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 64

3.6 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu trong nghiên cứu quy trình sản xuất đu đủ sấy thăng hoa 69

3.6.1 Bài toán tối ưu hóa một mục tiêu 69

3.6.2 Bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu 69

3.7 Một số công cụ toán học và công nghệ hỗ trợ trong quá trình nghiên cứu 72

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 73

4.1 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu tươi 73

4.2 Xây dựng bảng yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nghiên cứu quy trình sản xuất đu đủ sấy thăng hoa 74

4.3 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ đến hàm mục tiêu 78

4.4 Xây dụng các hàm mục tiêu mô tả cho quá trình công nghệ sản xuất đu đủ sấy thăng hoa 80

4.4.1 Xây dựng hàm mục tiêu chi phí năng lượng 80

4.4.2 Xây dựng hàm mục tiêu độ ẩm của sản phẩm 82

4.4.3 Xây dựng hàm mục tiêu độ tổn thất hàm lượng beta – carotene 84

4.4.4 Xây dựng hàm mục tiêu độ xốp của sản phẩm 86

4.5 Xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa xác định chế độ công nghệ 88

4.5.1 Xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa một mục tiêu 88

4.5.2 Xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phương pháp vùng cấm 90

4.5.3 Kết quả kiểm chứng bằng thực nghiệm 94

4.5.4 Bàn luận kết quả 96

4.6 Đánh giá chất lượng sản phẩm 100

4.6.1 Đánh giá thành phần dinh dưỡng của sản phẩm đu đủ ruột đỏ sấy thăng hoa 100

4.6.2 Đánh giá chất lượng vi sinh vật và kim loại năng trong sản phẩm đu đủ sấy thăng hoa 101

4.7 Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất đu đủ ruột đỏ sấy thăng hoa 103 4.7.1 Sơ đồ quy trình 103

4.7.2 Thuyết minh quy trình 104

4.8 Định mức nguyên liệu và giá thành sản phẩm 105

4.9 Kết quả đánh giá cảm quan cho sản phẩm 106

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109

5.1 Kết luận 109

5.2 Kiến nghị 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

PHỤ LỤC 118

SVTH: LÂM NGỌC THẢO NHƢ Trang xv

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa [4] 6

Hình 2.2 Giản đồ trạng thái pha nước 11

Hình 2.3 Đu đủ (Carica Papaya L) 14

Hình 2.4 Lá đu đủ 16

Hình 2.5 (A) Hoa đu đủ (B) Hoa cái, hoa lưỡng tính, hoa đực (từ trên xuống) 17

Hình 2.6 Màu sắc của trái đu đủ dựa trên các giai đoạn trưởng thành từ phải sang trái 18

Hình 2.7 Cấu tạo của quả đu đủ 18

Hình 2.8 Quả đu đủ dựa theo giới tính của cây 19

Hình 2.9 Một số sản phẩm chế biến từ đu đủ 30

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa DS - 11 35

Hình 2.11 Sơ đồ quy trình sản xuất đu đủ sấy thăng hoa 36

Hình 2.12 Các yếu tố tác động đến quá trình sấy thăng hoa 38

Hình 2 13 Sơ đồ mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng và hàm mục tiêu 65

Hình 3.1 Khuôn silicon có kích thước 29cm x 19cm x 1cm .48

Hình 3.2 Tủ cấp đông ARCTIKO 49

Hình 3.3 Máy sấy ẩm hồng ngoại 49

Hình 3.4 Máy đo kết cấu CT3 Brookflied khi đang tiến hành thực nghiệm 50

Hình 3.5 Hệ thống sấy thăng hoa DS - 11 51

Hình 3.6 Giao diện phần mềm hệ thống sấy thăng hoa DS - 11 52

Hình 3.7 Chương trình điều khiển hệ thống sấy thăng hoa DS - 11 52

Hình 3.8 Giao diện làm việc của thiết bị đo cấu trúc 60

Hình 3.9 Vị trí đặt mẫu trước khi tiến hành thí nghiệm 60

Hình 3.10 Sơ đồ nghiên cứu hệ thống sản xuất đu đủ sấy thăng hoa 63

Hình 4.1 Đồ thị biễu diễn sự thay đổi độ ẩm của sản phẩm theo nhiệt độ .75

Hình 4.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đỏi của độ ẩm theo áp suất môi trường sấy 76

Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn sử ảnh hưởng của thời gian sấy đến 77

Hình 4.4 Mô hình thực nghiệm quy trình sản xuất sản phẩm đu đủ sấy thăng hoa 78 Hình 4 5 Sản phẩm đu đủ sấy thăng hoa 96 Hình 4.6 Quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm đu đủ sấy thăng hoa theo 103 Hình 4.7 Đồ thị thể hiện điểm đánh giá cảm quan trung bình của 4 tiêu chí 107

SVTH: LÂM NGỌC THẢO NHƢ Trang xvii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần dinh dưỡng của quả đu đủ ở một số nước (trên 100g ăn được)

[3, 27, 42] 20

Bảng 2.2 Thành phần chất khoáng của phần thịt quả, hạt và vỏ của đu đủ ở các giai đoạn chín khác nhau 22

Bảng 2.3 Chỉ tiêu giới hạn dư lượng thuốc thực vật 33

Bảng 2.4 Các phương pháp xác định thành phần hóa của nguyên liệu tươi 53

Bảng 2.5 Các phương pháp đánh giá thành phần hóa học của sản phẩm 53

Bảng 2.6 Các phương pháp đánh giá chỉ tiêu kim loại nặng trong sản phẩm 54

Bảng 3.1 Thông số đo câu trúc cho mẫu đu đủ sấy thăng hoa 59

Bảng 3.2 Thang điểm đánh giá cảm quan 61

Bảng 3.3 Kết quả đánh giá cảm sản phẩm 62

Bảng 3.4 Các mức yếu tố ảnh hưởng 66

Bảng 3.5 Ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2 66

Bảng 4.1 Thành phần dinh dưỡng của đu đủ ruột đỏ tươi tính trên 73

Bảng 4.2 Sự thay đổi độ ẩm của sản phẩm theo nhiệt độ môi trường sấy 74

Bảng 4.3 Các mức yếu tố ảnh hưởng đến quy trình sản xuất đu đủ sấy thăng hoa 77

Bảng 4.4 Số liệu thực nghiệm sau khi xác định 4 hàm mục tiêu 79

Bảng 4.5 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 80

Bảng 4.6 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là 81

Bảng 4.7 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu là 81

Bảng 4.8 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với hàm mục tiêu là 82

Bảng 4.9 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là 83

Bảng 4.10 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu là 83

Bảng 4.11 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với hàm mục tiêu là độ tổn thất hàm lượng beta - carotene 84 Bảng 4.12 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là độ tổn thất beta

- carotene 85 Bảng 4.13 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu là độ tổn thất beta – carotene 86 Bảng 4.14 Ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 với hàm mục tiêu là độ xốp của sản phẩm 86 Bảng 4.15 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là 87 Bảng 4.16 Giá trị phương sai và kiểm định Fisher với hàm mục tiêu là độ xốp của sản phẩm 88 Bảng 4.17 Giá trị tối ưu của các hàm mục tiêu 89 Bảng 4.18 Nghiệm Paréto tối ưu (xR ) và hiệu quả Paréto tối ưu (IPR hay yPR ) của bài toán tối ưu đa mục tiêu 94 Bảng 4.19 Kết quả kiểm chứng thực nghiệm 95 Bảng 4.20 Độ ẩm của đu đủ trước và sau khi sấy thăng hoa tính theo 97 Bảng 4.21 Hàm lượng beta - carotene của mẫu đu đủ tươi và tối ưu theo đơn vị mg/100g tính theo hàm lượng chất khô 97 Bảng 4.22 Độ xốp của mẫu đu đủ sau khi sấy thăng hoa theo thông số tối ưu 99 Bảng 4.23 Thành phần hóa học của sản phẩm đu đủ sấy thăng hoa tính theo hàm lượng chất khô 100 Bảng 4.24 Chỉ tiêu vi sinh vật và giới hạn cho phép trong sản phẩm 101 Bảng 4.25 Chỉ tiêu kim loại nặng và giới hạn trong sản phẩm 101 Bảng 4.26 Kết quả đánh giá cảm quan của sản phẩm sấy thăng hoa 106

SVTH: LÂM NGỌC THẢO NHƢ Trang xix

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Có thể nói đu đủ là một loại trái cây nhiệt đới giàu dinh dưỡng nên chúng được trồng ở khắp nơi trên thế giới Thật vậy, đu đủ không những là một loại trái cây có hương vị ngọt ngào mà còn là cây ăn quả có nguồn dinh dưỡng dồi dào chẳng hạn như chứa nhiều các vitamin A, B, C , các khoáng chất, các hợp chất chống oxy hóa và nhiều tiền chất vitamin A đặc biệt là - carotene Chính những thành phần hóa học này đã phần nào góp phần tăng cường sức khỏe cho con người Bên cạnh đó, đu đủ còn được biết đến là một loài thảo dược với nhiều công dụng trong y học

Tuy nhiên với sản lượng đu đủ nhiều dẫn đến ứ đọng nên một số lượng lớn đu

đủ hư hỏng sau thu hoạch Chính vì vấn đề này mà đề tài đã nghiên cứu quy trình chế biến nhằm bảo quản và đa dạng hóa thực phẩm trên thị trường Phương pháp chế biến dùng để nghiên cứu cho quy trình công nghệ đó chính là phương pháp sấy thăng hoa Đây là một phương pháp sấy vô cùng có lợi cho các loại trái cây, thực phẩm có hàm lượng dinh dưỡng cao vì tính chất gần như bảo toàn được các hợp chất nhạy cảm với nhiệt độ Nói chung, phương pháp sấy thăng hoa có thể làm ra các sản phẩm có chất lượng tốt, duy trì gần như nguyên vẹn phẩm chất ban đầu của nguyên liệu Bài nghiên cứu đã tiến hành thực nghiệm để tìm ra chế độ tối ưu nhất nhằm thiết kế, xác lập chế độ sấy phù hợp cho trái đu đủ Từ đó xây dựng được quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm đu đủ sấy thăng hoa và ứng dụng vào thực tiễn Qua đó có thể mang lại nhiều lợi ích cho người tiêu dùng và nguồn thu nhập cho các nhà kinh doanh

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam đã từ lâu là nước có nền nông nghiệp phát triển với lượng nông sản dồi dào và phong phú Theo số liệu của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tính đến tháng 10 năm 2019 sản lượng rau quả tại Việt nam có giá trị xuất khẩu đạt

257 triệu USD Trái cây Việt Nam được xuất khẩu sang rất nhiều nơi trên thế giới như Úc, Trung Quốc, Thái Lan, Nhật Bản, nhưng Trung Quốc có thị trường xuất khẩu rau quả lớn nhất ở nước ta với 67.7% thị phần tính đến tháng 9 năm 2019 Nhìn chung phần lớn trái cây ở nước ta được dùng làm món tráng miệng ăn tươi sau mỗi bữa ăn chứ chưa phát triển các sản phẩm chế biến từ rau quả sau thu hoạch Mặc dù trái cây ở nước được thu hoạch và tiêu thụ theo mùa vụ nhưng khi sản lượng cung cấp cho thị trường vượt quá nhu cầu của người tiêu dùng dẫn đến bị tồn đọng Việc ứ đọng rau quả sẽ khiến chúng bị mất đi cảm quan, thậm chí còn bị giảm giá thành ảnh hưởng đến nguồn thu nhập của nhiều hộ nông dân Chính vì vậy mà việc nghiên cứu chế biến các sản phẩm từ rau quả sau khi thu hoạch là một việc hết sức cấp bách và cần thiết Hơn thế nữa, rau quả sau khi được chế biến sẽ kéo dài được thời gian bảo quản, hàm lượng dinh dưỡng cũng tăng lên, thuận lợi cho việc vận chuyển và tạo sự đa dạng về sản phẩm rau quả

Với diện tích đất trồng trọt rộng lớn khoảng 8.500.000 ha trong đó diển tích trồng cây ăn trái và rau hiện nay là 1.355.000 ha chiếm khoảng 15.3% với sản lượng

14 triệu tấn/ năm [1] Cùng với khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới mà nước ta phù hợp trồng rất nhiều cây ăn trái như là chuối, xoài, đu đủ, nhãn, măng cụt, dưa hấu, Tuy nhiên quả đu đủ lại có mùi đặc trưng khó chịu đối với một số người tiêu dùng nên đây cũng là một lý do để thực hiện bài nghiên cứu này Mặt khác đu đủ còn là một loại trái cây có nguồn vitamin dồi dào điển hình là vitamin A, C; chất xơ và các khoáng chất Ngay khi chín hoàn toàn đu đủ thường được ăn tươi, điều này có lợi cho dạ dày và hệ tiêu của con người vì chúng giàu enzyme thủy phân protein gọi lại papain và chymopapain Đu đủ còn được biết đến như một loại thảo dược vì có đặc tính chống viêm cùng với khả năng ngăn chặn quá trình oxy hóa nên chúng được sử dụng trong các phương pháp điều trị phòng ngừa chống đột quỵ, đau tim và huyết

áp [2] Cũng chính vì vậy mà đu đủ được coi là “Cây của sự sống” Đu đủ tuy dễ

trồng, dễ thích nghi với khí hậu và mau chín nhưng lại chứa nhiều nước khiến cho thịt đu đủ mềm và có vỏ mỏng nên khó bảo quản, khó vận chuyển và xuất khẩu Mặc dù có những nhược điểm như vậy, UNICEF vẫn chọn đủ đủ là một trong những cây ăn quả quan trọng nhất để đảm bảo nền an ninh lương thực ở Việt Nam [3] Bên cạnh đó, việc phát triển công nghệ chế biến sau thu hoạch cho đu đủ sẽ góp phần mở rộng thị tiêu thụ trong và ngoài nước, tăng kinh tế nước nhà và tạo nguồn thu nhập mới cho người lao động

Với những luận điểm nêu trên, việc nghiên cứu chế biến đu đủ sau thu hoạch là điều nên thực hiện Vì vậy ngày nay, các doanh nghiệp cũng đã và đang tìm ra phương pháp để chế biến, bảo quản, phát huy các đặc tính tốt đồng thời khắc phục nhược điểm của đu đủ Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện khá nhiều mặt hàng chế biến từ đu đủ như đu đủ sấy dẻo, nước ép, bột đu đủ, mứt, Trong đó sấy là một phương pháp bảo quản có từ rất lâu đời nhưng chưa bao giờ lỗi thời Thật vậy vì có rất nhiều công nghệ sấy như sấy đối lưu, sấy hồng ngoại, sấy lạnh, sấy thăng hoa, đã và đang được vận dụng vào ngành công nghiệp thực phẩm nhằm tạo ra ngùồn thực phẩm đa dạng và có giá trị kinh tế

Công nghệ sản xuất đu đủ sấy bằng phương pháp sấy thăng hoa là một công nghệ mới do ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa trong thực phẩm Phương pháp sấy thăng hoa được biết đến là phương pháp bảo quản giúp sản phẩm giữ nguyên mùi

vị, giảm tổn thất thành phần dinh dưỡng, màu sắc, [4-6] Ứng dụng công nghệ này vào sản xuất đu đủ sấy nhằm tăng thời gian bảo quản của đu đủ, hạn chế tổn thất các thành phần dinh dưỡng như vitamin, các chất chống oxy hóa, , tạo độ xốp, giòn nhằm đem lại cảm giác mới lạ cho người tiêu dùng

Đối với công nghệ sản xuất đu đủ sấy thăng hoa cần quan tâm đến bốn tiêu chí

đó là chi phí năng lượng, độ ẩm của sản phẩm, hàm lượng beta – carotene, cấu trúc (độ giòn) của của sản phẩm Bởi bốn tiêu chí có mối quan hệ mật thiết với thông số công nghệ là nhiệt độ môi trường sấy, áp suất môi trường và thời gian sấy Thật vậy việc tiến hành xây dựng và giải bài toán tối uu hóa thực nghiệm bằng phương pháp điểm không tưởng nhằm xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa phù hợp là điều cần thiết

Vì những lý do đã nêu trên mà đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản

xuất đu đủ sấy bằng phương pháp sấy thăng hoa” được thực hiện nhằm giải quyết

các vấn đề cấp thiết trên

2 Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu trong đề tài này hướng đến mục tiêu là tính toán, thiết lập quy trình công nghệ sản xuất đu đủ sấy thăng hoa, xác lập chế độ sấy tối ưu nhất để tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt nhất Từ đó có thể áp dụng vào thực tiễn, làm dồi dào sản phẩm trái cây sấy nói chung và đu đủ nói riêng

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu:

Đu đủ (Carica Papaya Linn) tại Cần Thơ

Hệ thống sấy thăng hoa DS – 11 được sản xuất vào năm 2020

Giới hạn nghiên cứu:

Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu quy trình, tính toán thông số công nghệ để thiết lập chế độ sấy thăng hoa đu đủ tối ưu

Các thiết bị dùng trong nghiên cứu bao gồm:

- Tủ cấp đông (Arctiko LT 325, nhiệt độ lạnh đông từ -30 đến -60 độ C), tủ được đặt tại phòng B108, khu B, khoa Công nghệ Hóa học và Thực Phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

- Máy sấy ẩm hồng ngoại (Precisa XM50) được đặt tại Xưởng thực tập công nghệ 3 thuộc khu B, khoa Công nghệ Hóa học và Thực Phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

- Hệ thống sấy thăng hoa DS – 11, được đặt tại phòng B108, khu B, khoa Công nghệ Hóa học và Thực Phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

- Máy đo cấu trúc CT3 Brookfiled, được đặt tại phòng B212, khu B, khoa Công nghệ Hóa học và Thực Phẩm trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về nguyên liệu đu đủ trong sản xuất đu đủ sấy thăng hoa, thiết bị

bị sấy và tài liệu

- Các đặc tính biến đổi của sản phẩm trong quá trình sấy thăng hoa

- Các phương pháp xác định thành phần hóa học của quả đu đủ

- Xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa để xác lập chế độ công nghệ sản xuất

đu đủ sấy thăng hoa

- Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất đu đủ sấy thăng hoa

- Tiến hành thực nghiệm, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

- Tính toán giá thành cho sản phẩm

5 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp dùng để nghiên cứu gồm:

- Phương pháp phân tích các thành phần hóa học: xác định thành phần hóa học của nguyên liệu đu đủ và các hàm mục tiêu sản phẩm

- Phương pháp mô hình hóa và tối ưu hóa trong thực nghiệm

mô hình hóa và giải bài toán tối ưu hóa quá trình sấy thăng hoa Kết quả nhận được sau khi tiến hành thực nghiệm và giải bài toán tối ưu hóa có thể làm cơ sở cho việc xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa đu đủ

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đề tài nghiên cứu đã tạo điều kiện tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu đu đủ dồi dào để tạo sản phẩm sấy tốt cho sức khỏe của con người Bên cạnh đó khắc phục được mùi hương đặc trưng của đu đủ, hạn chế tối đa tổn thất hàm lượng beta – carotene, tạo cảm giác ngon miệng hơn đối với trẻ em vì chúng thường không ưu chuộng đu đủ tươi một phần cũng do mùi đặc trưng của đu đủ Điều này làm cho các bậc phụ huynh cân nhắc việc lựa chọn đu đủ như một món tráng miệng như vậy

sẽ khiến cho doanh thu của các nhà cung cấp, tiểu thương giảm, làm ảnh hưởng tới nền kinh tế nước nhà

7 Bố cục

Luận văn này gồm các chương như sau:

- Chương 1 Mở đầu

- Chương 2 Tổng quan

- Chương 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

- Chương 4 Kết quả và bàn luận

- Chương 5 Kết luận - Kiến nghị

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN

2.1 Cơ sở khoa học sấy thăng hoa

2.1.1 Định nghĩa sấy thăng hoa

Theo Adams, Cook [7], sấy thăng hoa (Freeze drying) còn được gọi là sấy đông khô (Lyophilization) Sấy thăng hoa được xem là một trong những kỹ thuật và công nghệ sấy hiện đại nhất ngày nay Ngoài ra gần đây trên thế giới đã có những nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa vào việc đông khô tế bào sống của con người [8] Mặt khác, phương pháp sấy thăng hoa cũng được vận dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như trong ngành dược phẩm để bảo quản các chất có hoạt tính sinh học hay trong công nghệ sinh học dùng để bảo quản nhiều loại vật liệu nhạy cảm với nhiệt như vaccine, protein, vi khuẩn, dược phẩm, các mô và huyết tương [6, 9]

Sấy thăng hoa còn được gọi là một kỹ thuật khử nước trong sản phẩm Điều khác biệt giữa sấy thăng hoa và các phương pháp sấy khác là sự khử nước diễn ra trong khi sản phẩm ở trạng thái đông lạnh và dưới áp suất chân không Chính những điều kiện này đã giúp ổn định sản phẩm, giảm thiểu tác động của quá trình oxy hóa

và các quá trình suy thoái khác [10]

Nói một cách khoa học, sấy thăng hoa là quá trình tách nước ra khỏi sản phẩm

từ thể rắn (lạnh đông) sang thể hơi mà không qua trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất chân không dưới điểm ba thể O (0.0098 , 4.58 mmHg), tức là nhiệt độ dưới điểm kết tinh của độ ẩm trong sản phẩm (Tk < 0 , áp suất dưới 4.58 mmHg) [5] Đối với các phương pháp sấy khác, phương pháp sấy thăng hoa có thể mang lại các sản phẩm chất lượng cao vì hầu hết các phản ứng làm sản phẩm xấu đi bị chậm lại hoặc dừng (nghĩa là giảm thiểu sự mất mát của mùi hương và mùi vị, duy trì tối đa chất dinh dưỡng, cấu trúc giòn xốp của sản phẩm) do trong thực phẩm không có chất lỏng là nước cùng với sự vắng mặt của oxy trong chân không và việc sử dụng nhiệt độ thấp [11]

2.1.2 Nguyên lý sấy thăng hoa

Như đề cập ở trên sự thăng hoa xảy ra khi áp suất và nhiệt độ dưới điểm ba thể Vật liệu đem sấy thăng hoa trước tiên được làm đông lạnh và sau đó chịu nhiệt độ cao trong chân không bằng cách dẫn điện Gradient nồng độ của hơi nước giữa bề mặt làm khô và bình ngưng là động lực để loại bỏ nước trong quá trình thăng hoa [12]

Hình 2.1 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa [4]

1 – nhiệt độ tấm gia nhiệt; 2 – nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa; 3 – nhiệt độ thực phẩm sấy; 4 – nhiệt độ ở lối ra buồng thăng hoa; 5 – độ ẩm của sản phẩm sấy;

6 – áp suất buồng sấy thăng hoa

Theo Nowak and Jakubczyk [13], nước có trong sản phẩm có thể là nước liên kết và nước tự do Nước tự do có thể đóng băng nhưng nước liên kết thì không Trong quá trình sấy thăng hoa, tất cả nước đá và nước liên kết phải được loại bỏ khỏi vật liệu sấy Chính vì vậy mà sấy thăng hoa là quá trình rất phức tạp và được chia làm ba giai đoạn:

 Giai đoạn lạnh đông sản phẩm

Nguyên liệu sau khi được sơ chế đem đi lạnh đông để ẩm trong vật liệu sấy kết tinh Đây được xem là bước quan trọng trong quy trình sấy thăng hoa nhưng trước đây thường bị bỏ qua [11] Sản phẩm trong giai đoạn lạnh đông thường được cấp đông từ nhiệt độ của sản phẩm (20 ÷ 25) o

C xuống đến nhiệt độ (-35 ÷ -30)oC khi ở nhiệt độ này, nước trong sản phẩm sấy đóng băng gần như hoàn toàn Tùy theo tính chất của vật liệu sấy mà có nhiệt độ lạnh đông thích hợp ví dụ như đối với các loại rau củ quả là -18 ÷ -25oC; đối với thịt và các loại hải sản là -25 ÷ -30oC [4, 5] Ở Hình 2.1, đường (6) – áp suất trong buồng sấy thăng hoa cũng như trong buồng lạnh hầu như không thay đổi, bằng với áp suất khí quyển, thực tế áp suất có sự xê dịch nhưng không đáng kể bỏi vì trong quá trình lạnh đông, không khí giảm dẫn đến áp suất giảm Lượng ẩm của thực phẩm trong giai đoạn này thoát ra rất ít, chủ yếu là

sự bay hơi do hiện tượng thăng hoa nước trên bề mặt thực phẩm Vì có sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường sấy thăng hoa và lớp không khí sát bề mặt của thực phẩm nên dẫn đến việc thoát ẩm Ngoài ra, nguyên nhân làm bay hơi ẩm còn do sự chênh lệch nhiệt độ thực phẩm lạnh đông với nhiệt độ môi trường đông lạnh Giai đoạn lạnh đông kết thúc khi nhiệt độ vật liệu sấy đạt tới nhiệt độ lạnh đông thích hợp để ẩm bên trong vật liệu sấy kết tinh hoàn toàn trước sấy thăng hoa [6]

 Giai đoạn sấy thăng hoa (sấy sơ cấp)

Giai đoạn sấy thăng hoa diễn ra ngay sau khi sản phẩm đạt tới nhiệt độ lạnh đông thích hợp thì ngừng quá trình lạnh đông, ở giai đoạn này sẽ tạo áp suất chân không rồi bắt đầu gia nhiệt cho nguyên liệu đã lạnh đông trong buồng sấy để nước thăng hoa [6, 14] Khi quá trình thăng hoa diễn ra cho một vật liệu nhất định, các thông số cho quá trình này nên được xác định: áp suất trong buồng, cường độ cung cấp nhiệt Nhiệt được cung cấp phụ thuộc vào phương pháp gia nhiệt Trong trường hợp gia nhiệt bằng nhiệt thông thường thì việc thiết lập nhiệt độ thích hợp là cần thiết [13]

Nói một cách khác, ngay lúc giai đoạn lạnh đông kết thúc, bơm chân không bắt đầu làm việc dẫn đến áp suất trong buồng sấy hạ xuống tạo ra môi trường sấy là môi trường chân không, áp suất có biến thiên nhưng hầu như không đổi Pm = (0.001 1) mmHg (xem đường (6)) [6] Một khi áp suất trong buồng sấy giảm xuống dưới

áp suất hơi của nước đá trong sản phẩm, hiện tượng thăng hoa có thể diễn ra, nghĩa

là các tinh thể đá sẽ bị loại bỏ và chuyển trực tiếp thành hơi nước, hơi nước sẽ được vận chuyển đến thiết bị hóa đá và lắng đọng lại Hay nói một cách khác, khi lựa chọn áp suất môi trường sấy thì cần phải thấp hơn áp suất hơi của tinh thể băng nhằm tạo điều kiện cho quá trình thăng hoa của tinh thể băng, từ đó đưa hơi nước đến thiết bị ngưng tụ (thiết bị hóa đá), tại thiết bị này hơi nước sẽ được lắng đọng dưới dạng băng [12] Đồng thời trong lúc này, sản phẩm sẽ được gia nhiệt bằng nhiệt thông thường từ tấm kim loại tỏa ra đốt nóng làm cho sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường sấy và sản phẩm khá lớn Kết quả là làm cho nước trong sản phẩm bắt đầu quá trình thăng hoa một cách mãnh liệt, độ ẩm giảm nhanh và gần như là tuyến tính (xem đường (5)) Cho nên, giai đoạn sấy thăng hoa còn được xem là giai đoạn sấy đẳng tốc, do tại đây phần lượng nhiệt mà sản phẩm nhận được trong giai đoạn này dùng để biến thành nhiệt ẩn thăng hoa, vì vậy mà nhiệt độ sản phẩm xem như không có thay đổi (xem đường (3)) Dựa trên lý thuyết thì nhiệt độ sản phẩm hầu như không thay đổi, tuy nhiên thực tế thì nhiệt độ của sản phẩm lại tăng khá chậm, vào thời gian cuối của quá trình sấy thăng hoa nhiệt độ sản phẩm sấy tăng dần từ (-30 ÷ -25)oC đến 0.0098oC, nói chính xác hơn thì là nhiệt độ kết tinh ẩm trong sản phẩm, tại thời điểm này có thể kết thúc giai đoạn sấy sơ cấp [6]

Để sản phẩm đạt chất lượng tốt nhất thì kết thúc quá trình sấy thăng hoa, độ

ẩm của sản phẩm phải đạt yêu cầu Có như vậy thì mới kết thúc quá trình sấy tại đây

và không có giai đoạn sấy thứ cấp hay còn gọi là sấy chân không [4]

 Giai đoạn sấy chân không (sấy thứ cấp) ở nhiệt độ thấp

Do trong giai đoạn lạnh đông, chúng ta không thể chuyển toàn bộ lượng nước trong nguyên liệu sang dạng rắn nên sau giai đoạn sấy thăng hoa là giai đoạn sấy chân không để tách thêm một phần ẩm ở dạng lỏng trong nguyên liệu, điều này giúp đảm bảo độ ẩm của nguyên liệu sau quá trình sấy và đạt giá trị yêu cầu (dưới 6%) [14]

Theo nghiên cứu của Nguyễn Tấn Dũng và cộng sự, cuối quá trình sấy thăng hoa, nhiệt độ của sản phẩm đã đạt tới Tkt (oC), áp suất môi trường sấy chân không không thay đổi nhưng áp suất riêng phần của ẩm còn lại trong sản phẩm lúc này lớn hơn 4.58 mmHg Cho nên ẩm trong sản phẩm bắt đầu trở về trạng thái lỏng Do áp suất môi trường sấy là áp suất chân không (0.001 1)oC mmHg và nó được duy trì

bằng bơm chân không nên sản phẩm sấy vẫn tiếp tục gia nhiệt bằng nhiệt thông thường Dẫn đến hiện tượng độ ẩm không ngừng thay đổi từ pha lỏng sang hơi rồi khuếch tán vào môi trường sấy trước khi đến thiết bị ngưng tụ và đóng băng Như vậy, giai đoạn làm bay hơi ẩm còn lại trong vật liệu sấy chính là giai đoạn sấy chân không (sấy thứ cấp) ở nhiệt độ thấp Động lực để tách ẩm trong quá trình bay hơi – khuếch tán vẫn là chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước và nhiệt độ giữa sản phẩm và môi trường sấy [4]

Sản phẩm sau khi sấy thăng hoa bảo quản bằng cách cho vào túi PE, ghép mí chân không thật kín để tránh sự xâm nhập của không khí Bởi vì khi có mặt của oxy

sẽ làm tăng độ ẩm từ đó gây ra các quá trình biến đổi hóa học làm ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm Các sản phẩm sử dụng phương pháp sấy thăng hoa thường được bảo quản ở nhiệt độ thường [6]

Giai đoạn sấy thứ cấp kết thúc khi độ ẩm đạt yêu cầu hoặc nhiệt độ giữ các tấm gia nhiệt, nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ sản phẩm bằng nhau như Hình 2.1 có thể thấy đường (1), (2), (3) giao nhau tại một điểm Tại điểm này nhiệt và ẩm sẽ được cân bằng nên lượng ẩm trong nguyên liệu không còn bốc hơi được nữa (xem đường (5)) [6]

2.1.3 Ƣu, nhƣợc điểm của kĩ thuật sấy thăng hoa

Dũng [4], Adams, Cook [7], Gaidhani, Harwalkar [12] và Inyang, Oboh [15] đã đưa nhiều ưu điểm và nhược điểm của kỹ thuật sấy thăng hoa như sau

 Ưu điểm

- Các chất dễ oxy hóa được bảo vệ tốt trong điều kiện chân không

- Do loại bỏ 95 -99.5% nước có trong vật liệu nên kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm

- Tạo sản phẩm có chất lượng tốt và đồng đều

- Ít nhiễm bẩn do quá trình vô trùng

- Giảm thiểu thất thoát các hợp chất dễ bay hơi, thành phần dinh dưỡng và hợp chất hương nhạy cảm với nhiệt

- Thời gian hoàn nguyên ngắn

- Giảm thiểu sự thay đổi tính chất của vật liệu sấy do sự phát triển của vi sinh vật và tác động của enzyme trong điều kiện nhiệt độ thấp

- Sản phẩm có thể được vận chuyển và bảo quản ở nhiệt độ thông thường

- Tính vô trùng của sản phẩm được duy trì

- Có thể không thay thế được phương pháp sấy thăng hoa bằng phương pháp khác đối với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ

- Giảm chi phí vận chuyển cho sản phẩm

- Cải thiện độ hòa tan, độ co ngót, biến dạng của vật liệu sấy

 Nhược điểm

- Chi phí lắp đặt cao

- Thời gian vận hành dài

- Các hợp chất dễ bay hơi có thể mất ở mức chân không cao

- Chi phí sấy 1 kg sản phẩm rất cao

2.1.4 Các biến đổi xảy ra trong quá trình sấy thăng hoa

Ngoài ra, một số nghiên cứu cho rằng nhiệt độ kết tinh của chất rắn khô sẽ là một tham số tối ưu hóa quan trọng cho quá trình sấy thăng hoa Tham số này có thể được sử dụng làm công cụ hữu ích để lựa chọn các vật liệu phù hợp nhất để thăng hoa Ngoài ra đây còn là một tham số vật lý giải thích cho các biến đổi vật lý của sản phẩm sau khi sấy thăng hoa chẳng hạn như sự thay đổi về cấu trúc, thể tích, độ cứng, co ngót, mùi hương và vị [17, 18] Trong một số nghiên cứu gần đây, nhiệt độ kết tinh đã được chỉ ra rằng nó chịu trách nhiệm cho các biến đổi trong suốt quá trình chế biến và là một chỉ số cho tính ổn định của sản phẩm [11]

Trong công nghệ sấy thăng hoa, màu sắc của thực phẩm cũng là một trong những biến đổi vật lý Đây được cho là một dấu hiệu nhận biết chất lượng của trái cây sấy khô Tuy các loại trái cây áp dụng phương pháp sấy thăng hoa thường có thể duy trì màu đỏ và màu vàng tốt hơn các loại trái cây sử dụng phương pháp sấy truyền thống khác nhưng vẫn có các nghiên cứu về sự suy giảm của màu đỏ và vàng trong trái cây sấy thăng hoa [17]

 Biến đổi hóa học và sinh học

Thực phẩm khi được loại bỏ nước bằng phương pháp sấy thăng hoa sẽ được bảo quản tốt, ít bị biến đổi do hoạt độ nước của chúng ở mức thấp nên không có hoạt động của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa gây hư hỏng được giảm xuống mức

Hình 2.2 Giản đồ trạng thái pha nước

tối thiểu Tuy nhiên quá trình tự oxy hóa chất béo vẫn có thể diễn ra khi hoạt độ nước ở các giá trị thấp (< 0.2) sẽ xảy ra các phản ứng hóa nâu (phản ứng Maillard) Những phản ứng này làm mất giá trị dinh dưỡng, hình thành các sắc tố nâu, cũng như hình thành mùi vị khác biệt [18]

Khi sấy thăng hoa, các hợp chất dễ bay hơi trong trái cây thường bị suy giảm, nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là do sự hấp phụ nước của các sản phẩm khô Liên kết carbohydrate - carbohydrate được thay thế bằng liên kết carbohydrate - nước Tuy nhiên, đối với hàm lượng nước tới hạn, các vùng vi mô này vẫn được bịt kín và sẽ ngừng mất các hợp chất dễ bay hơi Hàm lượng nước tới hạn được định nghĩa là hàm lượng nước tại điểm chuyển tiếp giữa giai đoạn sấy sơ cấp và thứ cấp [17]

2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về lĩnh vực sấy thăng hoa

Từ đầu những năm 2000 ở Việt Nam, công nghệ sấy thăng hoa đã bắt đầu được quan tâm đến Kể từ đó đã có nhiều công trình nghiên cứu về ứng dụng sấy thăng hoa trong bảo quản dược phẩm, thực phẩm Điển hình có các công trình nghiên cứu

của tác giả Trần Như Khuyên với đề tài ―Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy

thăng hoa để sấy màng hạt gấc” hay đề tài của tác giả Trần Đức Ba với ―Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa để sấy một số loại thủy sản‖ và tác giả

Nguyễn Tấn Dũng với ―Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa tôm sú, một

số rau quả, sữa ong chúa, để bảo quản‖ [6] Việc thực hiện các nghiên cứu này

đã và đang đóng góp cho nền công nghiệp nước nhà Chẳng hạn như trong một

nghiên cứu của tác giả Nguyễn Tấn Dũng với đề tài ―Nghiên cứu công nghệ và thiết

kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa công suất nhỏ phục vụ cho sản xuất thực phẩm cao cấp‖ đã thiết kế thành công chế độ công nghệ sấy thăng hoa tôm sú, đáp ứng

được yêu cầu trong việc áp dụng sản phẩm tôm sú có giá trị kinh tế cao, phương pháp sấy thăng hoa này có thể bảo toàn các tính chất tự nhiên của tôm sú và bảo quản được ở nhiệt độ thường với hạn sử dụng lên đến 6 năm [19]

Ngoài ra để giảm chi phí đầu tư, một số đề tài trong nước về nghiên cứu, tính toán, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa đã và đang được thực hiện nhằm vận dụng vào sản xuất ngay tại Việt Nam với mục đích không cần phải nhập các sản phẩm sấy thăng hoa từ nước ngoài, như vậy sẽ giảm được chi phí đầu tư Chính vì vậy mà các nhà khoa học, điển hình là những nhà nghiên cứu đến từ trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật TPHCM gồm PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng, Ths Lê Tấn Cường cùng với Ths Lê Thanh Phong đã miệt mài nghiên cứu trong nhiều năm liền để chế tạo và cải tiến thành công 11 phiên bản của hệ thống sấy thăng hoa (từ DS – 1 đến DS – 11) với các tính năng nổi bật khác nhau, phiên bản sau là kế thừa và phát huy chất lượng của phiên bản trước [5] Ví dụ, đối với hệ thống sấy thăng hoa DS – 11 đã thay thế cho hệ thống sấy thăng hoa phiên bản cũ DS – 9 và DS – 10 khi chi phí năng lượng tạo ra sản phẩm giảm (20 – 25%) Ngoài ra hệ thống sấy DS – 11 còn có thêm chức năng cấp nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại sẽ rút ngăn thời gian sấy Các hệ thống sấy thăng hoa này đã được vận dụng vào sản xuất tại một số nhà máy, không những thế còn được đặt tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM để tạo cơ hội cho các giảng viên và sinh viên thuộc ngành Công nghệ thực phẩm có thể học tập

và thực nghiệm

2.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về lĩnh vực sấy thăng hoa

Ở nước ngoài, mãi cho đến những năm 1930, khi có nhu cầu xử lý các sản phẩm trong y học được đề cao thì phương pháp sấy thăng hoa đã được đưa vào sử dụng và được xem là một trong những kỹ thuật được dùng trong phòng thí nghiệm Vào thời điểm đó, công nghệ lạnh đông và chân không cũng dần được phát triển hơn và dần mở rộng phạm vi sử dụng trong cả ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và sinh học [7]

Chỉ riêng trong lĩnh vực về công nghệ thực phẩm, có vô số các nghiên cứu về

sự ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm bằng phương pháp sấy thăng hoa Ví dụ như theo nghiên cứu của Marques, Silveira [20] cho thấy màu sắc, hương vị và mùi của dứa, anh đào, ổi, đu đủ và xoài được bảo toàn sau khi sấy thăng hoa Bên cạnh

đó bài nghiên cứu còn chứng minh được rằng sấy thăng hoa các loại trái cây nhiệt đới thì duy trì được giá trị dinh dưỡng Trong một nghiên cứu khác của Oikonomopoulou, Krokida [21] cho thấy chế độ sấy thăng hoa có ảnh hưởng đến độ xốp của thực phẩm khô mà ở đây là gạo, nấm, khoai tây và dâu tây Kết quả của nghiên cứu cho thấy khi áp suất giảm độ xốp tăng và ngược lại, nấm có nhiều cấu trúc lỗ khí hơn các lương thực còn lại trong khi khoai tây cho độ xốp thấp nhất Còn theo nghiên cứu của Silva-Espinoza, Ayed [22] về tác động của các yếu tố công nghệ sấy thăng hoa đến các đặc tính hóa lý và các chất hoạt tính sinh học của trái cam thì kết quả cho thấy có tác động của áp suất, nhiệt độ sấy đến độ sáng, màu sắc

và hàm lượng nước; hàm lượng vitamin C và beta – carotene được duy trì tốt hơn với điều kiện lần lượt là khi nhiệt độ sấy cao với thời gian sấy ngắn và áp suất thấp hơn

2.4 Nguyên liệu đu đủ

2.4.1 Nguồn gốc, phân bố và phân loại của đu đủ

2.4.1.1 Nguồn gốc

Đu đủ được cho là có nguồn gốc từ Mexico và Trung Mỹ Mặc dù không có bằng chứng khảo cổ trực tiếp nào được báo cáo có liên quan đến cội nguồn xuất xứ của đu đủ [23] Tài liệu tham khảo bằng văn bản đầu tiên về đu đủ cho rằng đu đủ

đã xuất hiện từ đầu thế kỷ 16 Các hồ sơ lịch sử khác nói rằng người Tây Ban Nha

đã mang hạt giống đến Philippines vào khoảng năm 1550 và đu đủ được mang đi từ

đó đến Malacca và Ấn Độ vào năm 1611 Năm 1626, hạt giống được gửi từ Ấn Độ đến Naples Ngoài ra đu đủ còn có nguồn gốc từ các khu vực Andean ở độ cao 1.800 - 3.000 m Nó cũng được trồng trong các thung lũng núi ở Ecuado [24] Từ khoảng năm 1880 trở đi đu đủ được trồng rộng rãi giữa các hòn đảo khác nhau ở phía nam Đại Tây Dương [25]

Hình 2.3 Đu đủ (Carica Papaya L)

Mặc dù đu đủ có nguồn gốc khá mơ hồ nhưng chúng có thể đại diện cho sự hợp nhất của hai hoặc nhiều loài Carica có nguồn gốc từ Mexico và Trung Mỹ Ngày nay, nó được trồng trên khắp thế giới ở những vùng nhiệt đới và những vùng ấm áp nhất của cận nhiệt đới Sau khi Cortez phát hiện ra đu đủ (còn được người Mayas gọi là "Ababai"), nó đã được phổ biến nhanh chóng đến châu Á và châu Phi [26]

2.4.1.2 Phân bố

Đu đủ từ lâu đã được giới thiệu và đưa vào trồng trọt ở tất cả các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới (Úc, Hawaii, Sri Lanka và Nam Phi) Trong những năm 1950 đu đủ được đưa từ Santa Marta (Colombia), Puerto Rico và Cuba bởi Albert Santo, một doanh nhân người Ý, đến Miami và New York Đến những năm

1959, đu đủ bắt đầu trồng như một loại cây lương thực ở quy mô thương mại ở miền Nam và miền Trung Florida Sự phân bố hiện tại xảy ra giữa vĩ độ 32°B đến 32°N [27] Kể từ đó, đu đủ bắt đầu được trồng một cách thương mại trong vài thập

kỷ qua ở các nước châu Á với việc giới thiệu các giống mới và có năng suất tốt hơn như các giống đu đủ ở Malaysia, Thái Lan, Philippines, Indonesia và Ấn Độ [28]

Ở Việt Nam, cây đu đủ được trồng khắp cả nước, đặc biệt trồng nhiều ở trung

du và bán trung địa và các tỉnh ở đồng bằng sông Hồng [29] Ngoài ra đu đủ được cho là đã xuất hiện ở đồng bằng sông Cửu Long vào những năm 2000 [30] Và sau

đó được trồng ở phía Nam của Việt Nam, ở các tỉnh gồm: Sóc Trăng, Vĩnh Long, Đồng Tháp và các thành phố ở phía Tây khác Chẳng hạn như ở thành phố Cần Thơ, đây là một trong những tỉnh thành ở đồng bằng sông Cửu Long có diện tích trồng đu đủ đáng kể Mặt khác, tính từ năm 2019 đến nay, toàn huyện Đông Hỷ có tổng diện tích trên 7.3 ha đu đủ, sản lượng gần 100 tấn/năm Loại cây này được trồng chủ yếu ở xã Nam Hòa và Khe Mo [31]

2.4.1.3 Phân loại

 Theo màu sắc của thịt quả

Ở Việt Nam, người ta phân chia đu đủ thành ba giống chính là đu đủ ruột đỏ và ruột vàng Ngoài ra còn có nhiều giống đu đủ được nhập khẩu từ nước ngoài như từ Thái Lan, Nam Mỹ, Viện cây ăn quả nhiệt đới Á châu ở Đài Loan,… [29]

- Đu đủ ruột đỏ: có phần thịt quả màu đỏ, to, đầu nhọn, vỏ có màu xanh vàng, hương vị ngọt gắt và có mùi đặc trưng Giống đu đủ này thường được thấy ở đồng bằng sông Cửu Long, thường hoa lưỡng tính sẽ cho ra nhiều quả này [3, 29]

- Đu đủ ruột vàng: phần thịt quả màu vàng tươi, thường lớn và tròn, ngắn hơn

đu đủ ruột đỏ nhưng vị lại nhạt, không ngọt và có mùi đặc trưng như hai loại trên;

có nhiều ở giống cây đực [3]

 Theo hình dạng trái

Theo [30], theo hình dạng của quả đu đủ mà chia làm hai loại:

- Hình trứng hay hình cầu: loại trái này thường do hoa cái phát triển thành, phần thịt quả ít, ruột rỗng, trái lớn và tròn

- Hình thon dài: loại quả này do hoa lưỡng tính tạo thành, phần thịt và hột nhiều va ngon ngọt Loại trái này thường dài 20 - 40 cm, đường kính 5 -15 cm với trọng lượng từ 0.5 đến 4.0 kg

2.4.2 Đặc điểm sinh học

Tên khoa học của đu đủ là Carica Papaya L., thuộc họ Caricaceae Nó còn có tên là pawpaw, phan qua thụ, lô hong phle (Campodia), mắc hung (Laos), cà lào, phiên mộc [32]

Đu đủ là một loại cây lớn, thân thẳng với lá và trái ở trên cùng Cây có chiều cao khoảng từ 3 m trong năm đầu tiên và đạt 6 hoặc thậm chí đến 9 m khi trưởng thành Phần thân cây gồ ghề do có sẹo (mô thực vật) là nơi sinh ra lá và quả Lá đu

đủ mọc so le, xuất hiện nhiều ở phần ngọn, lá to, ở mép lá có hình răng cưa lớn, cuống lá rỗng, dài khoảng 30 – 60 cm và có các gân như tĩnh mạch màu vàng nổi bật trên lá Một chiếc lá đu đủ có tuổi thọ từ 4 đến 6 tháng Cả thân cây và lá đều chứa mủ màu trắng sữa [33]

Hoa đu đủ có hình ngôi sao năm cánh, màu trắng nhạt hoặc xanh nhạt Chúng được chia làm ba loại hoa chính là hoa đực, hoa cái và hoa lưỡng tính Đối với hoa

Hình 2.4 Lá đu đủ

đực thì không có nhụy hoa tạo thành trái, chúng chỉ chứa phấn hoa để có thể thụ phấn cho hoa cái hoặc hoa lưỡng tính [34] Hoa đực nhỏ, thường mọc thành chùm,

có cuống dài từ 1.5 đến 1.8 m [33] Ngược lại ở hoa cái có nhụy hoa màu trắng ngà, chúng thường mọc ở nách lá, to hơn nhiều lần so với hoa đực Gió và côn trùng đóng vai trò quan trọng không kém trong việc thụ phấn cho hoa cái Trong khi đó hoa lưỡng tính chỉ to trung bình, cũng mọc ở nách lá và có màu trắng ngà như hoa cái nhưng do hoa lưỡng tính có cả nhụy hoa và nhị hoa mang phấn hoa nên chúng

có thể tự thụ phấn mà cần phấn hoa từ hoa đực Và cũng chỉ có hoa cái và hoa lưỡng tính cho ra quả [35]

Quả hình cầu hoặc trụ to, dài 20 – 30 cm, đường kính 15 – 20 cm Trọng lượng quả thay đổi từ 0.1 đến 10 kg tùy thuộc vào giống địa phương Trong quả đu đủ phần thịt quả chiếm 2.5 – 3 cm, hầu hết phần còn lại là hạt Thịt đu đủ rất mọng nước và đa dạng về kích cỡ và hình dạng Bên cạnh đó, chúng còn có kết cấu và màu sắc khác nhau được thể hiện qua từng giai đoạn chín ở đu đủ như minh họa ở Hình 2.6, khi chưa chín vỏ quả có màu xanh nhạt đến khi chín thì có màu vàng hoặc

đỏ còn đối với phần thịt quả thì chúng thay đổi màu sắc từ trắng xanh sang màu vàng cam (từ phải sang trái) Các hàm lượng thành phần dinh dưỡng như nguồn carbohydrate, alkaloid, cardenolide, anthraquinone, saponin, tannin, provitamin A,

B

Hình 2.5 (A) Hoa đu đủ (B) Hoa cái, hoa lưỡng tính, hoa đực (từ trên xuống)