Tối ưu hóa quá trình siêu âm hỗ trợ thẩm thấu và sấy chân không đến chất lượng xoài sấy dẻo

Xoài  có  tên  khoa  học  là  Mangifera  india,  thuộc  họ  Anacadiaceae, chi là Mangifera đã được trồng từ hơn 4000 năm trước, chi Mangifera có 41 loài trong đó có một loài ăn được gọi là Mangifera india. Xoài cũng là một loại trái cây theo mùa, có thời gian bảo quản ngắn do tốc độ hô hấp cao và quá trình chín nhanh. Ngoài hương vị thơm ngon, nó còn cung cấp một lượng vitamin A, B, C và khoáng chất tốt cho sức khỏe (Amee Ravani, 2013).

Tách nước thẩm thấu là một kỹ thuật hữu ích đối với những sản phẩm được ngâm trong dung dịch đường nhằm giảm bớt lượng nước và tăng hàm lượng chất rắn hòa tan trong các sản phẩm nông sản như trái cây và rau quả giúp cải thiện được giá trị dinh dưỡng, cảm quan mà vẫn giữ được tính nguyên vẹn của sản phẩm (Giraldo và ctv, 2003, Yadav và Singh, 2014). Siêu âm thẩm thấu có thể gây ra một loạt các chu trình kéo và nén liên tiếp , trong chu trình nén các phân tử ở gần nhau hơn và trong chu trình kéo chúng bị tách ra xa tạo ra các lực cắt lớn và tạo bọt sủi trong nội bào làm phá vỡ màng và thành tế bào của trái cây tạo ra các vi kênh trong trái cây dễ dàng loại bỏ nước ra ngoài và tăng hàm lượng chất rắn hòa tan giúp giảm thời gian trong quá trình sấy hạn chế được sự mất mát các chất dinh dưỡng dễ bị tổn thất do nhiệt độ (De la Fuente-Blanco và ctv, 2006). Sự ảnh hưởng của các yếu tố như siêu âm, nồng độ dung dịch ngâm, nhiệt độ, thời gian đã được nghiên cứu rộng rãi trên xoài (Sakhale và Pawar (2011), chanh ( Rodrigues and Fernandes (2007 ), táo, chuối, khoai tây (Tortoe và Orchard (2007), dứa (Fernandes và ctv (2008))…

Mục tiêu nghiên cứu đánh giá kết quả quá trình siêu âm, các nồng độ dung dịch thẩm thấu khác nhau, thời gian siêu âm và nhiệt độ siêu âm ảnh hưởng đến sự thay đổi thuộc tính cảm quan và chất lượng của sản phẩm.

Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Xoài bưởi được lựa chọn là loại xoài tươi có chất lượng tốt, đồng đều được thu gom từ chợ. Loại xoài này được trồng phổ biến ở Đồng Nai, Việt Nam. Trọng lượng trái từ 250 – 300 gam, oBrix 14 – 15, độ ẩm 84,74 %, đường tổng 11,83 %, chỉ số L* a* b* nằm trong khoảng 61,98 ± 0,85; 6,71 ± 0,31; 38,05 ± 0,62.

Phương pháp nghiên cứu

Thực hiện tối ưu hóa quá trình siêu âm hỗ trợ thẩm thấu, khảo sát ba yếu tố độc lập là nồng độ chất hòa tan tổng số có trong dung dịch ngâm, nhiệt độ siêu âm và thẩm thấu, thời gian siêu âm thể hiện trong Bảng 1.

Bảng 1. Mức khảo sát của 3 yếu tố

Quá trình khử nước thẩm thấu được áp dụng theo phương pháp của Madama (2002)

Màu sắc của sản phẩm được xác định bằng máy đo màu hiệu Minolta CR 400 và chế độ được chọn là CIE L*a* b*.

Phân tích thống kê được đánh giá bởi phần mềm JMP 11

Kết quả

Trong quy trình khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và chọn ra 3 yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất đến quá trình thẩm thấu để thực hiện quá trình tối ưu hóa là nồng độ chất hòa tan tổng số có trong dung dịch ngâm, nhiệt độ siêu âm và thẩm thấu, thời gian siêu âm. Sau khi tiến hành phân tích kết quả bằng phần mềm JMP 11, kết quả phân tích số liệu thu được khá đầy đủ và lần lượt được trình bày trong Bảng 2.

Bảng 2. Kết quả thí nghiệm Box-Benken 3 yếu tố

• Tối ưu hóa hàm lượng giảm nước trong nguyên liệu trong quá trình thẩm thấu (Y1)

Hình 1. Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của X1, X2, X3 tới hàm lượng nước giảm trong nguyên liệu

Các yếu tố khảo sát nhằm xác định mức độ ảnh hưởng để tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình thẩm thấu sao cho đạt được mức độ mất nước và tăng đường cao nhất. Kết quả xử lý của mô hình cho thấy giá trị tối ưu được dự đoán cho giảm nước là 45,03 %, tăng đường là 14,02 %, tương ứng với nồng độ chất hòa tan tổng số có trong dung dịch ngâm là 52 oBrix, nhiệt độ siêu âm và thẩm thấu là 49 oC, thời gian siêu âm là 32 phút.

• Tối ưu hóa hàm lượng đường tăng trong nguyên liệu trong quá trình thẩm thấu (Y2)

Hình 2. Bề mặt đáp ứng thể hiện ảnh hưởng của X1, X2, X3 tới Y2

Ở nồng độ dung dịch ngâm là 52 oBrix lượng nước mất đạt được 45,03 %, nếu tăng nồng độ dung dịch ngâm sẽ làm giảm lượng đường thẩm thấu do khi tăng nồng độ dung dịch sẽ làm tăng độ nhớt làm giảm quá trình hấp thụ chất rắn hòa tan, khi tăng nồng độ dung dịch ngâm làm tăng quá trình mất nước thẩm thấu làm thất thoát các hợp chất màu có trong nguyên liệu làm giảm màu sắc của sản phẩm. So với quá trình tối ưu hóa mất nước thẩm thấu xoài lát của Madamba và Lopez (2002), ở nồng độ tối ưu là 65 oBrix trong 6 giờ ngâm hàm lượng nước giảm đạt được 32,3 % thấp hơn 13,27 % so với quá trình thực nghiệm, hàm lượng đường thẩm thấu đạt 8,9 % thấp hơn 5,31 % so với quá trình thực nghiệm. Azoubel và Da Silva (2008), cũng thực hiện tối ưu hóa quá trình thẩm thấu xoài lát nhưng nồng độ tối ưu ở 44 oBrix và trong 80 phút kết quả thấp hơn rất nhiều so với kết quả nghiên cứu, hàm lượng nước giảm chỉ đạt 26,6 % thấp hơn 18,97 % so với kết quả nghiên cứu, hàm lượng đường thẩm thấu đạt 5,4 % thấp hơn 8,81 % so với kết quả nghiên cứu.

Nhiệt độ siêu âm và thẩm thấu tại 49 oC khi tăng nhiệt độ thì hàm lượng nước giảm trong nguyên liệu và hàm lượng đường thẩm thấu tăng lên do ở 50 oC màng tế bào bắt đầu bị thiệt hại làm tăng hiệu quả mất nước thẩm thấu và hàm lượng đường thẩm thấu, càng tăng nhiệt độ siêu âm thì nước giảm và đường tăng sẽ giảm là do nhiệt độ tăng tạo ra các điểm nóng cục bộ làm số lượng bong bóng được tạo ra từ siêu âm bị giảm nên hiệu suất thẩm thấu không tăng được nhiều Fernandes và ctv (2015).

Thời gian siêu âm ảnh hưởng rất lớn tới sự giảm nước và tăng đường, thời gian siêu âm 30 phút cho hiệu quả thẩm thấu cao tuy nhiên càng tăng thời gian siêu âm hiệu suất thẩm thấu càng giảm do khi tăng thời gian siêu âm làm cho hiện tượng xâm thực khí diễn ra lâu hơn nhờ đó cấu trúc mô thịt xoài và thành tế bào bị phá vỡ nhiều hơn tạo ra các vi kênh nhỏ làm tăng hàm lượng nước mất và hàm lượng đường thẩm thấu, tuy nhiên khi kéo dài thời gian siêu âm sẽ làm tăng các hợp chất có trong nguyên liệu được giải phóng ra ngoài làm tắc nghẽn các vi kênh trong tế bào thịt quả làm giảm hiệu suất thẩm thấu .

Thời gian sấy chân không xoài là 420 phút, tại nhiệt độ 60oC , áp suất chân không là 0,01 Mpa cho chất lượng sản phẩm tốt nhất.

Bảng 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy chân không đến màu sắc sản phẩm

Hình 3.Kết quả đo cấu trúc của các sản phẩm bằng máy Zwick Roell 1.0.

KẾT LUẬN

Nghiên cứu ảnh hưởng của siêu âm hỗ trợ thẩm thấu và sấy chân không tới chất lượng xoài sấy dẻo đạt được những kết luận sau.

• Nồng độ chất hòa tan tổng số có trong dung dịch ngâm 52 oBrix, nhiệt độ siêu âm và thẩm thấu 49 oC, thời gian siêu âm là 32 phút cho hiệu quả thẩm thấu đạt giá trị giảm nước 45 %, tăng chất rắn 14 % trong thời gian thẩm thấu là 3 giờ. Sau quá trình thẩm thấu xoài được sấy chân không tại nhiệt độ 60 oC, áp suất chân không là 0,01 Mpa trong thời gian sấy là 420 phút cho sản phẩm xoài sấy dẻo đạt giá trị cảm quan cao nhất.
• Kết quả nghiên cứu cho thấy, phương pháp siêu âm hỗ trợ thẩm thấu và sấy chân không giúp rút ngắn thời gian sấy. Ngoài ra, sản phẩm xoài sấy dẻo có sử dụng quá trình siêu âm làm tiền xử lý cho màu sắc sáng hơn, thời gian sấy ngắn hơn so với khi xoài không được tiền xử lý.

Nhóm tác giả: Nguyễn Thị Thùy Duyên, Nguyễn Thị Thùy Linh, Huỳnh Ngọc Anh Thư, Nguyễn Đình Vũ Thường , Trần Văn Khánh (Khoa Công nghệ, Trường Đại học Công Nghệ Đồng Nai, TP. Biên Hòa, Tỉnh Đồng Nai)

Nhóm tác giả