Ứng dụng vi sóng (SX khoai tây chiên ít béo)

Khái niệmVi sóng (sóng vi ba) là một dạng năng lượng điện từ. Năng lượng điện từ có thể truyền vào thực phẩm để sinh nhiệt và làm chín thực phẩm. Đặc trưng của vi sóng là có bước sóng nằm trong khoảng 1mm – 1m và khoảng tần số 300 MHz – 300 GHz. Vi sóng thường được sử dụng để chế biến thực phẩm trong công nghiệp có tần số từ 915 đến 2450 MHz và tần số sử sụng trong lò vi sóng gia đình là 2450 MHz

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM



BÀI THI TỐT NGHIỆP 1

ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG SẢN XUẤT SNACK KHOAI TÂY

GVHD: TS Nguyễn Vũ Hoàng Phương

SVTH: Đoàn Thị Cẩm Hương _ DH61800599_Lớp: D18 – TP04

Nguyễn Thanh Thảo_DH618011127_Lớp: D18 – TP04

TP.HCM THÁNG 6 NĂM 2023

1 MICROWAVE (VI SÓNG) 1

1.1 Khái niệm 1

1.2 Cơ sở khoa học 1

1.3 Nguyên lý hoạt động 2

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sóng 3

1.4.1 Tính chất điện môi của thực phẩm 3

1.4.2 Độ sâu truyền sóng (dp) 4

1.4.3 Hàm lượng ẩm 5

1.5 Ứng dụng của vi sóng 5

1.6 Biến đổi và chất lượng của sản phẩm khi sử dụng vi sóng 5

2 SẢN XUẤT KHOAI TÂY CHIÊN BẰNG VI SÓNG 6

2.1 Giới thiệu: 6

2.2 Khoai tây chiên bằng vi sóng 6

2.3 Khảo sát các tính chất của khoai tây chiên vi sóng 6

2.3.1 Sự thay đổi tốc độ sấy và khuếch tán độ ẩm của khoai tây chiên ở các công suất vi sóng khác nhau 6

2.3.2 Định lượng màu 8

2.3.3 Hàm lượng chất béo 9

2.4 Ưu và nhược điểm so với phương pháp truyền thống 9

3 KẾT LUẬN 9

1 MICROWAVE (VI SÓNG) [1][2]

1.1 Khái niệm

Vi sóng (sóng vi ba) là một dạng năng lượng điện từ Năng lượng điện từ có thể truyền vào thực phẩm để sinh nhiệt và làm chín thực phẩm

Hình 1.1: Cơ chế truyền nhiệt phương pháp truyền thống và phương pháp vi sóng Đặc trưng của vi sóng là có bước sóng nằm trong khoảng 1mm – 1m và khoảng tần

số 300 MHz – 300 GHz Vi sóng thường được sử dụng để chế biến thực phẩm trong công nghiệp có tần số từ 915 đến 2450 MHz và tần số sử sụng trong lò vi sóng gia đình là 2450 MHz

Hình 1.2: Phổ điện từ 1.2 Cơ sở khoa học

Vi sóng là một dạng năng lượng điện từ Năng lượng vi sóng là một bức xạ không ion hóa gây ra chuyển động của phân tử bằng sự di chuyển của các ion và sự quay của các lưỡng cực nhưng không gây ra sự thay đổi cấu trúc phân tử Khi cho thực phẩm tiếp xúc với điện trường, sẽ có sự định hướng của các phân tử phân cực theo cực của điện trường Sau đó, các phân tử nước bắt đầu định hướng lại do sự thay đổi lặp đi lặp lại trong phân cực của điện trường, dẫn đến sự phát sinh ma sát giữa các phân tử

và môi trường xung quanh, do đó sinh ra nhiệt

Hình 1.3: Cơ chế sinh nhiệt chi tiết trong quá trình gia nhiệt bằng vi sóng

(A: Chuyển động quay lưỡng cực; B: Dẫn truyền ion) 1.3 Nguyên lý hoạt động

Đặc điểm nổi bật nhất của phương pháp gia nhiệt bằng vi sóng là gia nhiệt thể tích, khác hoàn toàn so với gia nhiệt thông thường Trong quá trình gia nhiệt thể tích, các vật liệu có thể hấp thụ trực tiếp và bên trong năng lượng vi sóng và chuyển đổi thành nhiệt Chính đặc điểm này đã dẫn đến những ưu điểm khi sử dụng vi sóng để xử lý vật liệu Lò vi sóng sử dụng sóng điện từ gọi là vi sóng để làm nóng thức ăn Vi sóng dao động ở tốc độ rất cao, thường là 2,45 tỷ lần (2450 MHz) mỗi giây Khi thực phẩm được đặt trong lò vi sóng, các thành phần thực phẩm khác nhau sẽ hoạt động khác nhau Thành phần chính để có thể làm nóng thức ăn bằng sóng vi ba là nước Hàm lượng nước trong thực phẩm càng cao thì tốc độ gia nhiệt càng nhanh Nước có hai đầu tích điện trái dấu do có sự hiện diện của 2 nguyên tử Hydro tích điện dương và phân tử Oxy tích điện âm Khi sóng vi ba dao động, các phân tử nước sẽ quay theo

Do đầu tích điện âm của nước bị hút vào đầu tích điện dương của vi sóng, trong khi đầu dương của nước bị hút vào đầu tích điện âm của vi sóng Các vi sóng quay với tốc độ cực cao Điều này có nghĩa là cứ mỗi giây vi sóng quay, phân tử nước cũng quay Tốc độ quay cực cao này làm cho các phân tử nước va chạm với nhau với tốc

độ rất nhanh Điều này tạo ra ma sát giữa các phân tử nước Ma sát này tạo ra nhiệt

Nhiệt truyền qua thực phẩm bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu hoặc bức xạ Do đó thức ăn nóng lên

Hình 1.4: Nguyên lý hoạt động của vi sóng 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sóng

1.4.1 Tính chất điện môi của thực phẩm[2][3]

Tính chất điện môi của thực phẩm là khả năng vật liệu lưu trữ hoặc phân tán năng lượng từ bức xạ điện trường Ngoài ra, tính chất điện môi quyết định sự phản xạ của bức xạ tại bề mặt, sự truyền suốt và sự hấp thụ Nó được hiển thị bằng công thức:

Trong đó:

𝜀′: Hằng số điện môi thể hiện khả năng vật liệu lưu dữ năng lượng điện trong 1 trường điện từ

𝜀": Hằng số tổn thất điện môi thể hiện sự chuyển đổi năng lượng điện từ thành năng lượng nhiệt

𝑗 : Hệ số ảo

Hệ số phân tán Tan : Thể hiện khả năng vật liệu hấp thụ năng lượng Hệ số phân tán của mẫu càng lớn thì sự xâm nhập của năng lượng vi sóng ở một tần

số nhất định càng ít Do đó, năng lượng vi sóng bị phân tán dưới dạng nhiệt theo hai cơ chế: dẫn ion và quay lưỡng cực

"

 Nhiệt độ

Nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt bằng vi sóng phụ thuộc vào đặc tính điện môi của thực phẩm.Nhiệt độ tăng làm tăng tính di động của nước dẫn đến tính chất điện môi

 Thành phần nguyên liệu (muối, đường, chất béo…)

Muối: Thực phẩm nhiều muối sự phân tán năng lượng càng nhanh, thực phẩm nóng nhanh hơn vì dẫn điện ion cao hơn

Chất béo: Thực phẩm nhiều chất béo nóng chậm hơn vì chất béo không phân cực nên sinh nhiệt chậm

1.4.2 Độ sâu truyền sóng (dp)[4]

Giá trị của độ sâu truyền sóng vi sóng trong một loại thực phẩm cụ thể là một chỉ số thể hiện khả năng chuyển đổi năng lượng vi sóng thành nhiệt của nguyên liệu thực phẩm Đây cũng là một thông số hữu ích khi quyết định độ dày của thực phẩm Giá trị dp càng nhỏ, thực phẩm càng dày thì gia nhiệt không đồng đều

Độ sâu truyền sóng có liên quan đên công suất vi sóng Công suất (P0) càng đi sâu vào vật liệu thì càng giảm, đến khi giảm xuống tới 1/e (e = 2.718) so với cường độ tại điểm vào Được thể hiện qua công thức:

𝑒

Độ sâu tại đó công suất giảm xuống 1/e được gọi là độ sâu truyền sóng (dp) được tính theo phương trình sau:

"

2

− 1]

−1 2

1.4.3 Hàm lượng ẩm

Hàm lượng ẩm càng cao thì hằng số điện môi và hệ số tổn thất càng tăng Do

1 trong 2 cơ chế tạo ra nhiệt là quay phân tử nước Thực phẩm khô khó nóng hơn thực phẩm nhiều nước

1.5 Ứng dụng của vi sóng

Bản chất vi sóng là sóng điện từ nên nó có khả năng lan truyền mà không cần các phân tử vật chất dao động nên sóng điện từ truyền được tronng nhiều môi trường như rắn, lỏng, khí và cả chân không Vì thế, hiện nay vi sóng được nghiên cứu và ứng dụng trong các quá trình thay thế bằng nhiệt hoặc hỗ trợ một phần các quá trình khác nhằm tiết kiệm năng lượng và thời gian Một số ứng dụng của vi sóng:

 Thanh trùng và tiệt trùng

 Rã đông hoặc ủ

 Nấu và nướng

 Chần

 Sấy hoặc hỗ trợ các quá trình sấy lạnh, sấy chân không, sấy đối lưu

1.6 Biến đổi và chất lượng của sản phẩm khi sử dụng vi sóng

Quá trình thanh trùng và tiệt trùng: Thanh trùng sữa bằng vi sóng trong 2.5 phút giúp giảm 97.7% vi khuẩn Tiệt trùng bằng vi sóng được nghiên cứu để thương mại hoá nhưng vẫn còn đối mặt với nhiều hạn chế

Quá trình rã đông: Rã đông truyền thống cần có không gian lớn và thời gian dài Khi thực phẩm rã đông, diện tích bề mặt của thực phẩm là nơi tăng nhiệt độ trước và dễ

bị nhiễm vi khuẩn Việc sử dụng năng lượng vi sóng có thể khắc phục vấn đề này, vì nhiệt được tạo ra cùng với thực phẩm từ bên trong đến bề mặt, do đó quá trình rã đông nhanh hơn những phương pháp khác

Quá trình nấu và nướng: Nấu bằng lò vi sóng có ưu điểm là ít thất thoát độ ẩm và tiết kiệm năng lượng tối đa, dinh dưỡng thực phẩm như vitamin, khoáng chất không bị hao hụt nhiều so với gia nhiệt truyền thống Nướng bằng vi sóng tuy có hy vọng nhưng thiếu ứng dụng thương mại và chưa đạt thành công lớn trong lĩnh vực bánh Do thiếu tính cảm quan và sự phân bố nhiệt không đồng đều

Quá trình chần: Hai phương pháp chần thương mại được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp chần bằng nước nóng và phương pháp chần bằng hơi nước Tuy nhiên, phương pháp chần thông thường có liên quan chặt chẽ với các vấn đề nghiêm trọng như phân hủy các thành phần dinh dưỡng như đường, vitamin và khoáng chất Để giữ được chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm thực phẩm, một số nhà nghiên cứu đã đề xuất sử dụng phương pháp làm nóng bằng lò vi sóng như một phương pháp thay thế cho phương pháp chần thông thường đối với các sản phẩm thực phẩm Chần bằng vi sóng cần ít hoặc không cần nước để truyền nhiệt hiệu quả trong thực phẩm và do đó làm giảm quá trình thất thoát chất dinh dưỡng so với ngâm nước nóng

Quá trình sấy: Sấy khô bằng vi sóng nhằm mục đích giảm thời gian sấy và tiêu thụ năng lượng nhưng vẫn đảm bảo chất lượng thực phẩm Nhược điểm chính của sấy vi sóng là khó kiểm soát nhiệt độ của sản phẩm cuối cùng Điều này gây ra nhiệt độ quá cao khiến các phần rìa của sản phẩm thực phẩm dẫn đến cháy xém và tạo ra mùi khó chịu, đặc biệt là trong giai đoạn cuối của quá trình sấy khô Điều này có thể khắc phục bằng cách kết hợp sấy vi sóng với sấy thông thường có nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm Các phương pháp sấy vi sóng kết hợp bao gồm sấy đông lạnh hỗ trợ vi sóng (MFD), sấy chân không hỗ trợ vi sóng (MVD), sấy không khí nóng hỗ trợ vi sóng (MHD)

2 SẢN XUẤT KHOAI TÂY CHIÊN BẰNG VI SÓNG [6]

2.1 Giới thiệu:

Hiện nay, khoai tây chiên là 1 trong những sản phẩm được tiêu thụ rộng rãi Khoai

tây nguyên củ có hàm lượng chất khô cao (≥ 20 %) và hàm lượng đường thấp (≤

150mg/100g) Trải qua các quá trình chế biến như chiên ngập dầu thì hàm lượng chất béo cuối cùng nằm trong khoảng 35 – 38% dựa trên tổng hàm lượng khoai tây chiên Hàm lượng chất béo cao là vấn đề chính liên quan đến sản phẩm này Vì vậy, chế biến

vi sóng có thể là một công nghệ thay thế để phát triển khoai tây chiên với lượng dầu

ăn vào thấp hoặc không có Độ ẩm cao (~80 %) và sản phẩm có độ mỏng nhất định

là hai yếu tố tích cực chính cho phép chế biến khoai tây chiên thông qua xử lý vi sóng 2.2 Khoai tây chiên bằng vi sóng

Khối lượng mẫu khoai tây (25g) được đặt trong dĩa thuỷ tinh của lò vi sóng và khảo sát ở công suất (180, 300, 450, 600 và 900 W) trong khoảng tời gian khác nhau với các khoảng tăng 30 giây cho đến khi trọng lượng của mẫu giảm xuống mức tương ứng với độ ẩm khoảng 0.12 g nước/g chất khô Sau đó, khoai tây chiên của thương hiệu Lay’s được đem làm mẫu so sánh với mẫu khoai tây chiên vi sóng

2.3 Khảo sát các tính chất của khoai tây chiên vi sóng

2.3.1 Sự thay đổi tốc độ sấy và khuếch tán độ ẩm của khoai tây chiên ở các công

suất vi sóng khác nhau

 Sự thay đổi tốc độ sấy

Ở 180 và 300 W, khoai tây chiên chưa khô hoàn toàn do tốc độ sấy thấp hơn Trong khi ở 900 W, khi thời gian sấy tăng dần, khoai tây chiên bị chuyển sang màu nâu do nhiệt độ cao

Tốc độ sấy khô cao nhất được quan sát thấy ở 450 W nhưng không phù hợp vì tốc độ sấy cao có liên quan đến việc loại bỏ nhanh chóng các phân tử nước làm giảm độ ẩm của khoai tây chiên nhưng lại giảm tính chât cảm quan Vì lý do

đó, công suất 600 W được cho là phù hợp nhất để chế biến khoai tây chiên bằng cách hâm nóng vi sóng Sau 2.5 – 3.0 phút xử lý ở 600 W, độ ẩm trung bình của khoai tây chiên là 1.92 %

Hình 2.1: Sự thay đổi tốc độ sấy của khoai tây chiên dưới các công suât vi

sóng khác nhau

 Sự khuếch tán độ ẩm

Tương tự như tốc độ sấy, độ khuếch tán ẩm tăng theo thời gian khi công suất

vi sóng tăng Cao nhất đã được quan sát thấy ở 600 W trong khi thấp nhất đã được quan sát ở 180 W cho đến khi đạt được trọng lượng không đổi Vào cuối quá trình sấy khô, độ khuếch tán ẩm không đổi hoặc giảm đi Có thể là do sự

co ngót khi sấy khô trên khoai tây chiên Sự co ngót này khiến đường kính lỗ trên bề mặt khoai tây giảm và do đó, độ ẩm khuếch tán giảm

Hình 2.2: Sự thay đổi khuếch tán độ ẩm của khoai tây chiên dưới các

công suất vi sóng khác nhau

Bảng 2.1: Thời gian sấy ở các công suất khác nhau để đạt độ ẩm ≤ 0.14 %

2.3.2 Định lượng màu

Màu sắc các mẫu được đo theo thông số Hunter (L*, a*, b*)

Giá trị L*, a* và b* của khoai tây chưa qua chế biến là 68 ± 1.831, -1.0675 ±

0.273 và 13.821 ± 1.315 Sau khi chế biến bằng vi sóng giá trị L không thay

đổi nhiều và tất cả các giá trị đều nằm trong khoảng từ 64 đến 69 Có thể là do

sấy vi sóng không gây ra hiện tượng hóa nâu nhiều vì nó ức chế hoạt động của

enzyme Tất cả khoai tây lát khô đều có màu đỏ đậm hơn lát khoai tây tươi (giá

trị = -1,125) Công suất vi sóng có ảnh hưởng đến màu đỏ, đặc biệt là ở công

suất như 600 và 900 W Điều này là do phản ứng Maillard (hóa nâu không do

enzyme) hoặc các hư hỏng do nhiệt xảy ra nhiều hơn ở nhiệt độ sấy cao hơn

Sự gia tăng giá trị b* cũng được quan sát thấy trong quá trình sấy bằng vi sóng

theo thời gian cho mỗi công suất Điều này cho thấy sự thay đổi màu sắc theo

hướng ngả vàng Sự gia tăng này có thể được phát triển từ sự gia tăng hàm

lượng caroten trên một đơn vị trọng lượng trong quá trình sấy khô

Màu sắc của khoai tây chiên vi sóng sau 2.5 – 3.0 phút chế biến bằng vi sóng

ở 600 W có thể được mô tả là màu vàng kem nhẹ

Hình 2.3: (A) Khoai tây chiên Lay’s; (B) Khoai tây chiên vi sóng

2.3.3 Hàm lượng chất béo

Hàm lượng chất béo ước tính của các loại khoai tây chiên có sẵn trên thị trường (Lay’s) và các mẫu đối chứng lần lượt được tìm thấy là 35.52 – 36.37 % Hàm lượng chất béo của khoai tây chiên vi sóng là 3,09%, thấp hơn khoảng 90% so với các chế phẩm thương mại và đối chứng Do đó, khoai tây chiên chế biến bằng vi sóng có thể được coi là khoai tây chiên ít chất béo

2.4 Ưu và nhược điểm so với phương pháp truyền thống[3]

Phương pháp vi sóng Phương pháp truyền thống

(chiên/rán)

Ưu điểm Làm nóng thể tích vật liệu

nhanh

Tốc độ sấy cao

Thời gian sấy ngắn Chất dinh dưỡng ít bị thất thoát

Giảm tiêu thụ năng lượng

Chi phí vận hành thấp

Chiên thức ăn nhanh, về mặc cảm quan tạo cảm giác hấp dẫn đối với người tiêu dùng như

❖ Màu sắc

❖ Hương thơm

❖ Mùi vị Kết cấu giúp cải thiện độ ngon miệng

Nhược điểm Chi phí ban đầu cao

Ảnh hưởng tới tính cảm quan (mùi vị, kết cấu)

Cần phải có kích thước và hình dạng nguyên liệu cụ thể để có thể sấy hiệu quả do tính phân

bố nhiệt không đồng đều trên thực phẩm

Sử dụng lượng dầu nhiều nên thành phẩm chứa nhiều chất béo

3 KẾT LUẬN

Khi sử dụng vi sóng thay thế cho phương pháp truyền thống có thể thấy được thời gian sấy khô giảm đáng kể Ở mức công suất 600W, khoai tây chiên có thể được sản suất

mà không qua quá trình chần Cấu trúc, kết cấu và màu sắc của khoai tây chiên bằng vi sóng có độ tương đương với sản phẩm khoai tây chiên thông thường với hàm lượng chất béo thấp hơn Vì vậy, kỹ thuật sử dụng vi sóng có tiềm năng trong việc sản xuất khoai tây chiên Bên cạnh đó, vi sóng còn tiết kiệm thời gian và năng lượng tiêu thụ trong quá trình chế biến

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Deepak Kumar Verma, Naveen Kumar Mahanti, Mamta Thakur, Subir

Kumar Chakraborty, and Prem Prakash Srivastav Microwave Heating: Alternative Thermal Process Technology For Food Application 2020

2 Adarsh M Kalla and Devaraju R Microwave energy and its application in food industry: A review 2016

3 M.S Venkatesh, G.S.V Raghavan An Overview of Microwave Processing and Dielectric Properties of Agri-food Materials 2004

4 Juming Tang Unlocking Potentials of Microwaves for Food Safety and Quality 2015 Journal of Food Science Vol 80, Nr 8

5 Valérie Orsat, Viboon Changrue and GS Vijaya Raghavan Microwave drying of fruits and vegetables 2006

6 A Joshi, S G Rudra, V R Sagar, P Raigond, S Dutt, B Singh, B P

Singh Development of low fat potato chips through microwave processing 2016