TỔNG QUAN
Nguyên liệu ngò rí
Cây ngò rí còn gọi là cây ngò, rau mùi, ngổ, ngổ thơm, hồ tuy, nguyên tuy, hương tuy, coriander (Anh), coriander (Đức) (Shyamapada Mandal, 2015).
Ngò rí, hay còn gọi là rau mùi, có nguồn gốc từ khu vực Địa Trung Hải ở châu Âu và thường phát triển tốt trong môi trường đất vôi Loài cây này cũng phổ biến ở châu Á, nơi nó được sử dụng làm gia vị cho nhiều món ăn Tên gọi "hồ tuy" xuất phát từ tiếng Trung cổ, trong đó "hồ" chỉ các nước khu vực Trung Á và Ấn Độ, còn "tuy" ám chỉ đến ngọn và lá tản mát của cây.
Tên gọi của ngò rí trong các ngôn ngữ châu Âu xuất phát từ từ tiếng Latin "coriandrum," có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp John Chadwick ghi chú rằng cách viết tiếng Hy Lạp cổ đại vùng Mycenae - "koriaadron" - tương tự với tên của cô gái Ariadna, con gái của thần Minos, và từ đó được phát triển thành "koriannon" hay "koriandron" (Shyamapada Mandal, 2015).
Rau mùi, hay còn gọi là ngò rí ở miền Nam, có tên khoa học là Coriandrum sativum L và thuộc họ hoa tán Apiaceae Đây là một trong những loài cây được trồng lâu đời nhất trên thế giới, từng được sử dụng trong thờ cúng của người Hy Lạp khoảng 1000 năm trước Công Nguyên Ngò rí không chỉ là một loại rau mà còn là cây thuốc Nam quen thuộc trong đời sống của người Việt Nam từ lâu.
Là cây thảo sống hằng năm, cao khoảng 35÷50cm, thân nhẵn, phía trên phân nhánh
Lá ở gốc có cuống đài, có 1 đến 3 lá chét, lá chét hình hơi tròn xẻ thành 3 thùy có khía răng
Tên khoa học Coriandrum sativum.L
2 to và tròn, những lá phía trên có lá chét chia thành những thùy hình sợi nhỏ và nhọn (Đỗ Tất Lợi, 2004)
Cụm hoa gồm 3 đến 5 tán kép mọc gần đều ở ngọn thân hoặc kẽ lá, thường không có tổng bao hoặc chỉ có 1 đến 2 lá bắc Tiểu bao cũng chỉ có vài lá bắc nhỏ, mỗi tán có từ 6 đến 12 hoa màu trắng hoặc hơi hồng, với chiều dài có răng không đều Tràng hoa có những cánh phía ngoài không bằng nhau, bầu hoa ngắn và có vị đặc trưng (Đỗ Tất Lợi, 2004).
Hạt bế đôi có hình cầu, nhẵn, kích thước dài từ 2 đến 2mm, được chia thành hai nửa, mỗi nửa có bốn sống thẳng và hai sống chung cho cả hai nửa (Ravi và cộng sự, 2007).
Hình 1.1 Cây và lá rễ ngò rí (www.cooky.vn)
Hình 1.2 Hạt cây ngò rí (www.cooky.vn)
Cây ngò rí, có nguồn gốc từ vùng Địa Trung Hải, đã được trồng từ lâu trên toàn thế giới và hiện nay phổ biến ở Ấn Độ, Việt Nam cùng nhiều nước Trung Á và ven Địa Trung Hải Loại cây này chủ yếu được trồng để lấy lá làm gia vị và trong ngành công nghiệp dược phẩm.
Nhiều quốc gia ở vùng Địa Trung Hải, Trung Á, Ấn Độ và Trung Quốc trồng cây với quy mô lớn để sản xuất thuốc và chưng cất tinh dầu, được sử dụng như một loại kháng sinh (Burdock và Carabin, 2009).
Cây ngò rí ưa đất kiềm, dễ hút nước và thích ánh sáng, vì vậy cần tránh trồng trong đất sét và nơi râm mát Ở miền Bắc, cây phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ từ 15-20°C và độ ẩm không khí trên 80%, mặc dù lượng mưa thấp Trong khi đó, ở miền Nam và các nước Đông Nam Á, cây thích nghi với khí hậu nhiệt đới, có thể trồng vào mùa khô với nhiệt độ lên đến 30°C Cây ngò rí ra hoa và sản sinh hạt nhiều, nhưng sau khi hạt già, cây sẽ tàn lụi, và khả năng nảy mầm của hạt sẽ giảm dần theo thời gian.
1.1.5 Các giống ngò rí Đặc điểm của cây ngò rí là không có nhiều giống, ở nước ta hiện nay dựa vào hình dáng của cây mà chia ra thành 2 nhóm ngò:
Nhóm ngò chỉ: thân nhỏ, màu xanh nhạt, lá nhỏ, có mùi rất thơm
Giống có thời gian sinh trưởng 80-90 ngày, cây nhỏ, nhảy chồi kém, ra hoa sau 35 ngày kể từ khi gieo hạt, năng suất thấp nhưng rất thơm
Giống có thời gian sinh trưởng từ 100-110 ngày (ngò rí Bạc Liêu), cây nhỏ, lá nhỏ, ra hoa trể hơn, năng suất cao hơn, vẫn giữ được mùi thơm
Nhóm ngò bụi có thân lớn màu tím và lá lớn, thường chậm ra hoa hơn so với ngò Chỉ Mặc dù đây là những giống nhập nội với năng suất cao, nhưng chúng không được ưa chuộng trên thị trường Việt Nam.
Căn cứ vào kích thước hạt người ta chia thành 2 loại: (Shyamapada Mandal, 2015)
Coriandrum sativum L.var microcarpum DC: loại hạt nhỏ có đường kính
Coriandrum sativum L var.vulgare Alef : loại hạt lớn có đường kính 3-5mm
1.1.6 Công dụng của ngò rí
Ngò rí không chỉ là một loại gia vị phổ biến trong các món ăn truyền thống mà còn có nhiều công dụng quan trọng trong ngành công nghệ dược phẩm và ngành công nghiệp thực phẩm (Burdock và Carabin, 2009).
Cineole, một trong 11 thành phần của tinh dầu và acid linoleic trong rau ngò rí, có khả năng phòng chống thấp khớp và chống viêm khớp, giúp giảm sưng tấy hiệu quả Ngoài ra, ngò rí còn hỗ trợ bài tiết nước thừa từ cơ thể, đặc biệt hữu ích cho những người bị sưng do vấn đề thận hoặc thiếu máu.
Các thành phần trong tinh dầu ngò rí như borneol và linalool có tác dụng hỗ trợ tiêu hóa, cải thiện chức năng gan và liên kết ruột, giúp điều trị bệnh tiêu chảy (Usmanghani, 1997).
Citronenol, thành phần chính trong tinh dầu ngò rí, có khả năng khử trùng hiệu quả Các thành phần khác trong tinh dầu này cũng giúp chống vi khuẩn và hỗ trợ làm lành vết loét mà không để lại sẹo hay làm tình trạng vết thương xấu đi Hơn nữa, tinh dầu ngò rí còn giúp cải thiện hơi thở, mang lại sự thơm tho cho miệng (Pruthi, 1976).
Ngò rí không chỉ mang đến hương vị phong phú mà còn chứa nhiều loại dầu cần thiết, giúp kích thích tiết enzyme và dịch tiêu hóa trong dạ dày Nhờ đó, ngò rí trở thành một món khai vị tuyệt vời và là liều thuốc hữu ích trong việc điều trị các vấn đề như chán ăn (Manisha Mandal, 2015).
1.1.6.5 Tăng cường hệ miễn dịch
Thành phần hóa học của ngò rí
Trong lá thân ngò rí chứa trên dưới 1% tinh dầu (S.Bhat, P.Kaushal và cộng sự, 2013)
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của thân và lá ngò rí
(S.Bhat, P.Kaushal và cộng sự, 2013)
Coriander seeds contain essential oil (0.3-1.0%), fat (13-20%), protein (16-18%), and fiber (38%) The primary component of the essential oil is linalool (50-60%), with other constituents including D-pinen (2-5%), limonene, tecpinen, myrcene, phellandrene, and trace amounts of geraniol and borneol (1-2%) (Anju et al., 2011).
Hình 1.3 Thành phần của tinh dầu ngò rí (Soares và cộng sự, 2012)
1.2.3.1 Giới thiệu về các thành phần chính của tinh dầu Coriandrol
Tinh dầu là hỗn hợp các hợp chất dễ bay hơi với mùi đặc trưng, tùy thuộc vào nguồn nguyên liệu Cần phân biệt tinh dầu với dầu béo (hỗn hợp triglycerid) và dầu mỏ (hỗn hợp hydrocarbon) Thực tế, tinh dầu được xem như một hỗn hợp thiên nhiên có mùi, chủ yếu từ thực vật, với rất ít trường hợp có nguồn gốc động vật, thường ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng và bay hơi hoàn toàn mà không phân hủy.
Tinh dầu ngò rí là một hỗn hợp tự nhiên có mùi, thường ở dạng lỏng, không màu hoặc màu vàng, được chiết xuất từ các cơ quan thực vật Chúng tồn tại dưới dạng tự do trong thiên nhiên và có thể thu được thông qua các phương pháp trích ly (Lê Ngọc Thạch, 2003).
1.2.3.2 Tác dụng của tinh dầu ngò rí
Hoạt động ức chế vi khuẩn
Nghiên cứu của Delaquis và cộng sự (2002) cho thấy tinh dầu thô và các thành phần từ ngò rí (C.sativum L.), bao gồm hạt và lá, có khả năng ức chế sự phát triển của cả vi khuẩn Gram âm và Gram dương, giúp bảo vệ thực phẩm khỏi hư hỏng.
(Salmonlla typhimurium, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus (S aureus), Serratia grimessi, Enterobacter agglomerans, Yersinia enterocolitica, Bacillus cereus)
Tác dụng ức chế của C sativum đối với các loại vi khuẩn gây hư hỏng thực phẩm như: Klebsiella pneumonia (K pneumonia), Bacillus megaterium, Pseudomonas aeruginosa
(P aerginosa), S aureus, Escherichia coli (E coli) Escherichia cloaca, Enterrococus faecalis đã được báo cáo bởi Keskin D và cộng sự (2011)
Tinh dầu từ quả của C sativum EO (15 μL/disc) cho thấy khả năng kháng khuẩn hiệu quả đối với E coli, P aeruginosa và Salmonella typhi, với các vùng ức chế lần lượt là 25mm, 10mm và 18mm (Teshale C và cộng sự, 2013) Nghiên cứu đã chứng minh rằng tinh dầu ngò rí có khả năng chống lại S typhi và hoạt động của E coli.
Linalool, thành phần chính của tinh dầu, đã được chứng minh có khả năng kháng lại nhiều chủng vi khuẩn (Ates DA và cộng sự, 2003) Theo nghiên cứu của Lalitha V và cộng sự (2011), hoạt tính kháng khuẩn của linalool phụ thuộc vào nồng độ tinh dầu ngò rí, giúp ngăn chặn sự gây hư hỏng thực phẩm do vi khuẩn, một trong những nguyên nhân chính gây nhiễm trùng nghiêm trọng ở người.
Hình 1.4 Hoạt tính kháng khuẩn của CSEO (Lalitha và cộng sự, 2011)
Plantaricin C sativum là một peptit kháng khuẩn chứa 26 amino acids, được chiết xuất từ lá rau ngò rí, có khả năng ức chế hoạt động của vi khuẩn Gram âm.
8 chế tối thiểu (MIC) là 71.55 và 86.4 μg/mL, đối với vi khuẩn Gram dương như
K pneumoniae và P aeruginosa với nồng độ tối thiểu (MIC) là 35.2 μg/mL (Zare-Shehneh
Nanasombat and Lohasupthawee demonstrated that coriander essential oil (C sativum EO) effectively inhibits the activity of 25 bacterial strains, including 20 Salmonella strains and 5 other species: Citrobacter freundii, Enterobacter aerogenes, E coli, K pneumoniae, and Serratia At a minimum inhibitory concentration (MIC) of 4.2 μL/mL, coriander oil can suppress the majority of these bacterial strains (Nanasombat and Lohasupthawee, 2005).
C sativum EO có thể được sử dụng như một thành phần chống nấm, điều trị các bệnh về miệng như bệnh candidate liên quan đến bệnh răng giả (Freires IPA và cộng sự, 2014) Bên cạnh đó, tinh dầu ngò rí còn được biết đến với hoạt tính chống nấm tuyệt vời chống lại các mầm bệnh có nguồn gốc từ cây lúa như: Pyricularia oryzae (P oryzae), Bipolaris (B oryzae) Alternaria alternate (A alternata), Tricoconis padwickii (T padwickii), Drechslera tetramera, Drechslera halodes (D halodes), Curvalaria lunata, Fusarium moniliforme, Fusarium oxysprorum (F.oxysprorum) (Lalitha V và cộng sự, 2011) Trong khi đó tác giả
Zare-Shehneh et al demonstrated that plantaricin C sativum, an extract derived from coriander leaves, exhibits antimicrobial activity against Penicillium lilacinum and Aspergillus niger, with minimum inhibitory concentrations (MICs) of 67.8.
Nghiên cứu của Lalitha V và cộng sự (2011) đã chỉ ra rằng hoạt động tiêu diệt nấm phụ thuộc vào nồng độ tinh dầu ngò rí, được thử nghiệm trên các loại nấm như P oryzae, T padwickii, B oryzae, A alternata, D halodes và F oxysprorum Biểu đồ trong hình 1.5 minh họa rõ mối quan hệ này.
Hoạt động như chất chống oxi hóa
Tinh dầu ngò rí là một chất chống oxi hóa hiệu quả, được ứng dụng trong ngành thực phẩm nhằm kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm Nghiên cứu của Sriti và cộng sự (2011) cho thấy chiết xuất methanolic từ quả ngò rí có khả năng chống oxi hóa tốt hơn so với tinh dầu (EO) và vượt trội hơn so với chất chống oxi hóa tổng hợp butylated hydroxyl toluene (BHT) Các hợp chất như α-pinene, β-pinene, p-cymene và λ-terpinene trong tinh dầu ngò rí cũng góp phần vào hoạt động chống oxi hóa của gia vị này (Mageed MAAE và cộng sự, 2012) Chiết xuất và tinh dầu từ lá và hạt ngò rí đều có hoạt tính chống oxi hóa mạnh, khiến EO trở thành một chất chống oxi hóa tự nhiên lý tưởng cho thực phẩm chứa lipid (Ramadan MF và cộng sự, 2003) Hoạt tính chống oxi hóa của CSEO cao hơn do hàm lượng linanool cao hơn so với CLEO, với các phytochemicals như polyphenol, carotenoid và linanool có trong tinh dầu EO (Anita, Wangensteen H và cộng sự, 2004).
Bảo quản thực phẩm chống hư hỏng
Sự peroxide hóa lipid trong thực phẩm dẫn đến ôi thiu, mùi hôi và mất hàm lượng dinh dưỡng Các chất chống oxi hóa tổng hợp như BHA và BHT đã được sử dụng, nhưng an toàn của chúng đang bị nghi ngờ do độc tính và nguy cơ gây ung thư Tinh dầu ngò, với hoạt tính chống oxi hóa tuyệt vời và khả năng ổn định ở nhiệt độ cao, có thể trở thành một lựa chọn thay thế an toàn cho các chất chống oxi hóa tổng hợp trong thực phẩm.
Sativum EO có hoạt tính kháng khuẩn, chống nấm và chống oxi hóa, cũng như có khả năng ngăn ngừa sự hư hỏng của thực phẩm
Nghiên cứu của Darryl và cộng sự (2012) cho thấy rằng tinh dầu Sativum (EO) với nồng độ từ 0,05% đến 0,15% có khả năng ức chế quá trình oxi hóa trong bánh, hiệu quả tương đương với BHA ở nồng độ 0,02% Sau 30 ngày bảo quản, mẫu bánh chứa BHA (0,01% và 0,02%) có tính axit cao hơn so với các mẫu bánh chứa Sativum EO ở nồng độ 0,05% đến 0,15%.
1.2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tinh dầu
Giống và sự di truyền
Hầu hết các cây tinh dầu được trồng từ hạt, ngoại trừ một số loại như cây bạc hà và cây ngại giấm, trồng bằng căn hành, chiết cành hoặc cấy mô do không sản xuất hạt giống Để tạo ra cây tinh dầu mới với thành phần hóa học mong muốn, người ta áp dụng phương pháp lai tạo qua nhiều thế hệ như F1, F2, F3, từ đó đạt được loại tinh dầu có thành phần hóa học đạt yêu cầu Việc xác định di truyền trong cây tinh dầu cũng giúp hiểu rõ các con đường sinh tổng hợp, từ đó giải thích sự thay đổi về thành phần hóa học của chúng.
Tổng quan về quá trình sấy lạnh và hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt
Phương pháp sấy lạnh tạo ra độ chênh lệch áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất trong tác nhân sấy thông qua việc giảm lượng chưa ẩm Trong phương pháp này, nhiệt độ bề mặt ngoài thấp hơn nhiệt độ bên trong vật liệu, dẫn đến việc lớp bề mặt có phân áp suất hơi nước nhỏ hơn phía bên trong Điều này tạo ra gradient nhiệt độ và gradient áp suất cùng dấu, giúp tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm từ trong vật liệu ra ngoài, làm khô hiệu quả hơn Ẩm trong vật liệu có thể di chuyển ra bề mặt và vào môi trường với nhiệt độ lớn hơn, nhỏ hơn hoặc thậm chí dưới 0°C.
Quá trình truyền nhiệt diễn ra thông qua sự thay đổi pha của môi chất lạnh, trong đó môi chất lạnh hấp thụ nhiệt và bay hơi ở nhiệt độ và áp suất thấp trong dàn bay hơi Khi hơi môi chất lạnh ngưng tụ ở dàn ngưng tụ với nhiệt độ cao và áp suất cao, nó sẽ thải nhiệt ở áp suất cao hơn Hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt để làm lạnh không khí đến điểm bảo hòa, sau đó ngưng tụ nước, từ đó tăng cường khả năng sấy của không khí Trong quá trình này, chỉ có mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ không khí được tuần hoàn.
1.3.2 Nguyên tắc làm việc của hệ thống sấy lạnh
Sấy lạnh, hay còn gọi là sấy bằng bơm nhiệt, hoạt động dựa trên nguyên tắc sấy ở áp suất khí quyển Quá trình này sử dụng không khí được đưa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để giảm nhiệt độ xuống dưới điểm động.
Sương là hiện tượng khi hơi nước trong không khí bị ngưng tụ, dẫn đến giảm độ chứa hơi và áp suất riêng phần hơi nước Không khí này được dẫn qua thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh để được đốt nóng, làm tăng nhiệt độ không khí lên mức tối đa bằng nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh Sau đó, không khí nóng được đưa vào buồng sấy chứa sản phẩm, nơi hơi nước trên bề mặt sản phẩm bay hơi nhờ chênh lệch áp suất với không khí Với nhiệt độ sấy thấp (35 ÷ 45 độ C), chất lượng sản phẩm được bảo toàn, mang lại giá trị kinh tế cao.
1.3.3 Phân loại hệ thống sấy lạnh
1.3.3.1 Hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ nhỏ hơn 0 0 C
Hệ thống sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình loại bỏ ẩm từ vật liệu bằng cách chuyển từ trạng thái rắn sang hơi Để thực hiện quá trình này, vật liệu cần được làm lạnh dưới 0°C và áp suất xung quanh phải nhỏ hơn 620 Pa Khi đó, vật liệu sẽ nhận nhiệt lượng để ẩm thăng hoa thành khí Do đó, các hệ thống sấy thăng hoa cần tạo chân không và duy trì nhiệt độ dưới 0°C cho vật liệu.
Ưu điểm: Phương pháp gần như bảo toàn được chất lượng sinh, hóa học của sản phẩm (màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính)
- Chi phí đầu tư cao, phải dùng đồng thời bơm chân không, máy lạnh (để kết đông sản phẩm và làm ngưng kết hơi nước)
Hệ thống sấy thăng hoa có thiết kế cồng kềnh, dẫn đến quy trình vận hành phức tạp và chi phí bảo trì cao Phương pháp này thường được sử dụng để sấy các sản phẩm quý giá và nhạy cảm với nhiệt độ, chẳng hạn như máu, vắc xin, mít và nhãn.
1.3.3.2 Hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ lớn hơn lớn hơn 0 0 C
Phương pháp sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh
Phương pháp này kết hợp máy hút ẩm và máy lạnh để tạo ra môi trường sấy với nhiệt độ thấp, thường bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ môi trường từ 5 đến 15 độ C.
- Năng suất hút ẩm của phương pháp này khá lớn
- Khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm cũng khá tốt (phụ thuộc vào nhiệt độ sấy)
- Chi phí đầu tư ban đầu khá lớn do phải sử dụng cả máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh;
- Chất hút ẩm phải thay thế theo định kì;
- Vận hành khá phức tạp nên chi phí vận hành lớn;
- Điện năng tiêu tốn lớn do cần chạy máy lạnh và đốt nóng dây điện trở để hoàn nguyên chất hấp thụ;
- Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thông số để phù hợp với công nghệ;
- Trong môi trường có bụi, cần dừng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ thiết bị giảm;
1.3.4 Hệ thống sử dụng bơm nhiệt
1.3.4.1 Giới thiệu hệ thống máy sấy lạnh DSL-V2 được chế tạo tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM
Sấy lạnh, hay còn gọi là sấy bằng bơm nhiệt, hoạt động ở áp suất khí quyển với không khí được sử dụng làm tác nhân sấy Quá trình này diễn ra khi không khí được đưa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh, hạ thấp nhiệt độ xuống dưới điểm động sương, khiến hơi nước trong không khí ngưng tụ và giảm độ chứa hơi về không Không khí sau đó được dẫn qua thiết bị ngưng tụ để được đốt nóng, tăng nhiệt độ lên mức tối đa bằng nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh Khi không khí này được đưa vào buồng sấy, chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên bề mặt sản phẩm với áp suất trong không khí khiến hơi nước tự bay hơi, từ đó làm khô sản phẩm Với nhiệt độ sấy thấp, khoảng 35 đến 45 độ C, chất lượng sản phẩm được bảo đảm, mang lại giá trị kinh tế cao.
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy lạnh DSL –V2
1.3.4.3 Chất lượng của sản phẩm sau khi sấy
Phương pháp sấy lạnh có thời gian thoát ẩm lâu hơn so với các phương pháp sấy thông thường và sấy chân không, nhưng lại giữ được màu sắc và bảo toàn chất dinh dưỡng, vitamin tốt hơn Vì vậy, phương pháp này không chỉ hiệu quả trong việc hút ẩm và sấy các loại bột, kẹo thực phẩm nhạy cảm với nhiệt độ mà còn hứa hẹn tiềm năng lớn trong việc sấy rau quả tươi, giúp bảo quản dinh dưỡng và vitamin (Phạm Văn Tùy, 2001).
Hình 1.7 Hệ thống máy sấy lạnh DSL-V2 được chế tạo tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM
1.3.4.4 Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy lạnh
Ưu điểm (Phạm Văn Tùy và cộng sự, 2001)
Nhiệt độ sấy thấp và chế độ sấy phù hợp là rất quan trọng cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ, bao gồm dược liệu, sản phẩm từ rau quả và thực phẩm giàu vitamin.
- Có khả năng tự động hóa cao, dễ vận hành, an toàn
- Nếu sấy ở nhiệt độ môi trường thì không cần cách nhiệt buồng lạnh
- Tiết kiệm năng lượng hờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh hiểu quả sử dụng nhiệt cao
- Chi phí đầu tư hệ thống thấp hơn so với các phương pháp sấy khác
- Quá trình sấy chân không cần loại bỏ các tác nhân sấy nên đảm bảo rất vệ sinh
Nhược điểm (Phạm Văn Tùy và cộng sự, 2001)
- Thời gian sấy thường khá lâu do độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy không lớn
- Khó điều chỉnh các thông số để phù hợp với công nghệ
- Trong môi trường có bụi, cần dùng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ thiết bị giảm
1.3.4.5 So sánh phương pháp sấy lạnh và phương pháp sấy nóng Để tiến hành so sánh thực nghiệm phương pháp sấy lạnh với phương pháp sấy nóng, các loại rau củ thực phẩm và dược liệu như: cà rốt, củ cải, hành lá, dứa, mít, nhãn, măng cụt, hành tây, hỗn hợp dịch ép gừng và bột avicel,… đã được sấy thử nghiệm với khoảng thông số nhiệt độ sấy t = 25 0 C đến 40 0 C Kết quả sản phẩm sau thí nghiệm có các đặc điểm về màu sắc, mùi vị, hàm lượng chất dinh dưỡng và trạng thái vật sấy được bảo toàn hơn hẳn các công nghệ sấy nóng truyền thống, ngay cả khi so sánh với kỹ thuật sấy hiện đại bằng tia hồng ngoại Điều đó, chứng tỏ những đặc điểm ưu việt của công nghệ sấy lạnh trong việc ứng dụng sấy những loại rau quả giàu vitamin, có giá trị dinh dưỡng cao trong thực tế (Nguyễn Văn Lụa, 2003)
Công nghệ sấy lạnh mang lại nhiều ưu điểm, cho phép xây dựng quy trình sấy hợp lý cho từng loại rau, củ, quả Sau khi sấy, nông sản vẫn giữ nguyên màu sắc, mùi vị và thành phần dinh dưỡng, với mức độ thất thoát không đáng kể Công nghệ này đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật, chất lượng tương đương với nhiều quốc gia khác Đặc biệt, với khí hậu nóng ẩm của Việt Nam, máy sấy lạnh là giải pháp lý tưởng cho việc bảo quản nông sản và thực phẩm.
Công nghệ chế biến sản phẩm như củ cà rốt, thì là, hành và các loại kẹo chocolate, kẹo Caramen, Jelly yêu cầu nhiệt độ thấp và độ ẩm dưới 45-50% Quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp, tạo môi trường nhiệt độ đồng nhất với độ ẩm để tối ưu hóa độ sấy Công nghệ này không chỉ giúp hút ẩm mà còn giữ nhiệt độ môi trường ổn định, cho phép sấy khô các sản phẩm mà không làm hỏng chất lượng khi sử dụng nhiệt độ cao.
1.3.5 Một số kết quả nghiên cứu về sấy lạnh của các tác giả trong và ngoài nước
1.3.5.1 Các nghiên cứu trong nước
Tác giả Phạm Văn Tùy cùng các cộng sự đã thành công trong việc ứng dụng hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh các loại kẹo như Jelly, Chew, Caramel và kẹo Cứng tại công ty bánh kẹo Hải Hà (Nguyễn Văn Lụa, 2003).
Vào năm 1997 và 1998, các tác giả đã phát triển hai hệ thống lạnh theo nguyên lý bơm nhiệt, kiểu môđun với khả năng sấy kẹo Jelly có năng suất lần lượt là 1100 kg/ngày và 1400 kg/ngày Hiện nay, các hệ thống này vẫn đang được sử dụng tại phòng sấy lạnh số 2 và số 3 của Nhà máy thực phẩm Việt Trì, thuộc Công ty cổ phần bánh kẹo Hải Hà Nhiệt độ không khí trong buồng sấy được duy trì ở mức 22 độ.
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
1.4.1 Giới thiệu phương pháp quy hoạch thực nghiêm (Nguyễn Cảnh, 2004)
Trong những thập kỷ gần đây, quy hoạch thực nghiệm (QHTN) đã đóng vai trò quan trọng đối với cán bộ và sinh viên trong các lĩnh vực như sinh học, khoa học, vật lý và thực phẩm QHTN giúp tối ưu hóa các quy trình phức tạp và xây dựng mô hình toán học để lựa chọn các thành phần tối ưu cho hệ nhiều thành phần Trước khi tiến hành thí nghiệm, nhà nghiên cứu cần xác định mô hình toán học sơ bộ, xác định các yếu tố cần thay đổi và giữ cố định, cũng như mục tiêu cần tối ưu hóa.
Thực nghiệm có thể được thực hiện qua hai phương pháp chính: phương pháp cổ điển và phương pháp tối ưu Trong đó, phương pháp cổ điển thường phụ thuộc nhiều vào các yếu tố bên ngoài.
Phương pháp quy hoạch tối ưu giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thiết bằng cách cho phép điều chỉnh đồng thời nhiều yếu tố và xác định các tương tác giữa chúng, từ đó đơn giản hóa việc giải thích phương trình hồi quy.
Quá trình nghiên cứu nhờ QHTN là một quy trình lặp gồm các bước:
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm giúp xác định các phương án tối ưu, từ đó rút ngắn thời gian chuyển giao nghiên cứu từ phòng thí nghiệm sang sản xuất.
1.4.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố từng phần (Nguyễn Cảnh, 2004)
Thực nghiệm yếu tố toàn phần (TYT) là nghiên cứu được thực hiện với tất cả các tổ hợp của các mức của các yếu tố Nếu có k yếu tố, mỗi yếu tố có n mức, thì số thí nghiệm cần thực hiện sẽ là k^n.
Khi thực hiện thí nghiệm với chỉ hai mức, số lượng thí nghiệm sẽ là N=2^k, trong đó k là số yếu tố được khảo sát Hai mức này thường đại diện cho hai giá trị biên của mỗi yếu tố Nếu các điểm thí nghiệm được chọn có một tâm đối xứng, phương pháp cấu trúc tâm có thể được áp dụng, bao gồm các hình dạng như hình chữ nhật, hình vuông hoặc hình hộp đứng.
Xét yếu tố được kí hiệu Zj, ta có:
Zj max là mức cao (mức trên)
Zj min là mức thấp (mức dưới)
Zj 0 là mức cơ sở Điểm có tọa độ (Z1 0, Z2 0,… Zk 0) được gọi là tâm phương án
Là khoảng biến thiên của yếu tố Zj tính từ mức cơ sở
Để thuận tiện cho việc tính toán, người ta chuyển từ hệ trục tự nhiên Z1, Z2,…Zk sang hệ trục không thứ nguyên (hệ mã hóa) Việc mã hóa này được thực hiện dễ dàng bằng cách chọn tâm của miền nghiên cứu làm gốc cho hệ trục tọa độ.
∆𝑧 𝑗 ; = 1: 𝑘 Trong hệ trục không thứ nguyên ta có mức trên là 1, mức dưới là -1 Tọa độ của tâm phương án bằng 0, trùng với gốc hệ trục tọa độ
1.4.3 Phương án cấu trúc có tâm (Nguyễn Cảnh, 2004)
Miền lân cận điểm cực trị là miền dừng và phi tuyến tính, trong đó đa thức bậc hai hiện đang được sử dụng phổ biến Để phân tích ảnh hưởng của k yếu tố đến thông số tối ưu hóa y, phương trình hồi quy bậc hai được áp dụng với dạng cụ thể.
Số hệ số trong đa thức bậc hai được xác định theo công thức: m = 𝑘 + 1 + 𝑘 + 𝐶 𝑘 2 = 2𝑘 + 1 + 𝑘!
Để xác định các hệ số trong phương trình hồi quy (PTHQ), số thí nghiệm N phải không nhỏ hơn hệ số cần xác định Để ước lượng tất cả các hệ số của đa thức bậc hai, mỗi yếu tố trong phương án cần có ít nhất ba mức Tuy nhiên, khi sử dụng TYT 3 k, số thí nghiệm cần thực hiện sẽ lớn hơn nhiều so với số hệ số cần xác định khi k lớn hơn 2 Giả sử có k yếu tố, số thí nghiệm N sẽ là 3^k, với N = 3^3 và hệ số m được trình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3 Xác định số thí nghiệm qua hệ số m k 2 3 4 5 6
Việc áp dụng các phương án cấu trúc có tâm do Box và Wilson đề xuất giúp giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thực hiện Phương án cấu trúc có tâm được hình thành bằng cách bổ sung một số điểm vào nhân, trong đó nhân là một phương án tuyến tính.
Khi k< 5, nhân là phương án TYT 2 k
Khi k> 5, nhân là nữa lời giải của phương án TYT 2 k
Cách sử dụng nhân như vậy giúp đảm bảo rằng các ước lượng không bị nhầm lẫn giữa các hiệu ứng tuyến tính và hiệu ứng tương tác đôi Theo phương pháp quy hoạch từng bước, nếu phương trình hồi quy tuyến tính không phù hợp với thực nghiệm, điều này là cần thiết.
Bổ sung 2k điểm * trên các trục tọa độ trong không gian yếu tố với các tọa độ của điểm sao là: (±𝛼, 0, … 0); (0, ±𝛼, … 0); …; (0,…0, ±𝛼) Ở đây, 𝛼 đại diện cho khoảng cách từ tâm phương án đến các điểm sao (*), được gọi là cánh tay đòn sao.
- Làm thêm n0 nghiệm ở tâm phương án
Sơ đồ phương án cấu trúc có tâm cấp hai của hai yếu tố từ phương án TYT 2 2 bao gồm các điểm 1, 2, 3, 4, cùng với điểm thí nghiệm ở tâm - điểm 9 và bốn điểm sao 5, 6, 7, 8 Các tọa độ của những điểm này được xác định lần lượt là (+𝛼, 0), (-𝛼, 0), (0, +𝛼) và (0, -𝛼).
Số thí nghiệm của phương án cấu trúc có tâm cấp hai k yếu tố được tính:
N=2 k +2k + n0 với k< 5 N=2 k-1 +2k +n0 với k > 5 Cánh tay đòn 𝛼 và số thí nghiệm n0 ở tâm được chọn phụ thuộc vào tiêu chuẩn tối ưu, thường là phương án trực giao hay phương án quay
Bảng 1.4 Ma trận quy hoạch cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố
Như vậy những phương án cấu trúc có tâm không trực giao, bởi vì x0 luôn bằng 1 và 𝑥 𝑗𝑖 2 > 0 nên:
1.4.4 Phương án trực giao cấp 2 (Nguyễn Cảnh, 2004) Ưu điểm của phương pháp trực giao là khối lượng tính toán ít, do mọi hệ số quy hồi được xác định độc lập với nhau
Có thể thực hiện trực giao hóa phương án cấu trúc có tâm bằng cách biến đổi các cột ma trận thay thế 𝑥 𝑗 2 bằng biến mới 𝑥 𝑗 ′ Biến mới này được tính theo công thức cụ thể, giúp áp dụng phương án trực giao cấp hai cho cấu trúc tâm một cách hiệu quả.
𝑁 Sau khi thay 𝑥 𝑗 2 bằng biến mới 𝑥 𝑗 ′ ta nhận được:
∑ 𝑥 𝑖 0𝑖 𝑥 𝑗𝑖 ′ = ∑ 𝑥 𝑖 𝑗𝑖 2 − 𝑁𝑥 𝑗 2 = 0 Trực giao hóa biểu thức (1.9) được thực hiện bằng cách chọn cánh tay đòn sao cho 𝛼 theo các biểu thức:
Giá trị 𝛼 2 được tính theo số yếu tố k và số thí nghiệm n0 ở tâm phương án được cho ở bảng 1.5
Bảng 1.5 Giá trị 𝜶 𝟐 theo k và n 0
Nhờ sự trực giao của ma trận quy hoạch, các hệ số hồi quy được xác định độc lập với nhau và tính theo công thức:
Và phương sai 𝑠 𝑏𝑗 2 của các hệ số 𝑏 𝑗 được tính:
Trong đó phương sai tái hiện: 𝑠 𝑡ℎ 2 = ∑ 𝑦 𝑖
𝑛 0 −𝑙 Với y 0 là các giá trị ở tâm phương án:
Phương sai của các hệ số không bằng nhau vì tổng bình phương của các phần tử của các cột ma trận ∑ 𝑁 𝑖=1 𝑥 𝑗𝑖 2 không bằng nhau
