Chương 1 TONG QUAN 1. Tổng quan về họ cam quýt Thế giới cũng như Việt Nam đều đã quen với việc sử dụng các loại trái cây tươi (dam bảo về tính mùa vụ, di chuyền và bao quản), có nhiều phương pháp, công nghệ được áp dụng vào thực tiễn nhằm đưa ra các quy trình chế biến các loại trái cây, nước ép nói chung và các loại trai cây qua có múi họ cam quýt nói riêng, vừa da dang san phẩm nước ép, vừa làm nâng cao giá trị về kinh tế, tính linh hoạt trong di chuyển và bảo quan phan phối, xuất khẩu ra nước ngoài. Cây có múi (cam, quýt, bưởi, chanh) là cây ăn quả phổ biến, có mặt tại khắp các vùng, địa phương trong cả nước. Cho đến nay, nước ta đã hình thành các vùng sản xuất cây có múi hàng hóa quy mô lớn, tập trung như: cam (Vinh, Hàm Yên, Bắc giang, Nghệ An, bưởi (Hà Tĩnh, Hà Nội, Phúc Thọ), và chanh không hạt (Long An, ĐBSCL).
Về hiện trạng sản xuất, điện tích, sản lượng cây có múi cả nước liên tục tăng trong những năm gần đây, với tốc độ tăng trưởng cao; 10 năm từ 2009 đến 2019, tốc độ tăng trưởng cây có múi bình quân 10%/năm về điện tích (tương ứng 7,3 nghìn ha/năm), 12.5%/năm về sản lượng (69,4 nghìn tắn/năm). Cây có múi hiện là nhóm cây ăn quả có diện tích, sản lượng lớn nhất trong sản xuất cây ăn quả nước ta nói chung. Định hướng phát triển với đề án phát triển ngành trồng trọt đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030: Phát triển sản xuất cây ăn quả có múi nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa va đây mạnh xuất khâu, nhằm nâng cao giá trị kinh tế, phát triển sản phẩm mới và nâng cao giá trị sản phẩm cho tiêu dùng trong nước cũng như xuất khâu. Về chế biến và phát triển sản phẩm mới từ trái cây họ cam quýt, dé cô đặc nước trái cây, thé giới có nhiều kỹ thuật màng lọc khác nhau (Jiao et al., 2004), những loại trái cây được áp dụng phô biến nhất là nước trái cây họ cam quýt (Braddock et al., 1987; Van et al.
Mac du có nhiều ưu điểm về hiệu suất thu hồi khi dùng nhiệt cô đặc nhưng nhược điểm của các phương pháp cô đặc sử dụng nhiệt độ dé bay hơi là mức độ thất thoát các chất bởi nhiệt cao. Do đó, cô đặc lạnh được ưu tiên sử dụng, đặc trưng cho phương pháp cô đặc tạo ra sản pham chat lượng, giữ lại được hương vi ở mức cao và các hợp chất dé bị phá hủy bởi nhiệt (Deshpande et al. Cô đặc lạnh là một phương pháp loại bỏ nước của dịch cần cô đặc mà không sử dụng nhiệt để bay hơi do đó lưu giữ được giá trị dinh dưỡng và mùi vị của dịch quả sau cô đặc. Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng độ giảm nhiệt độ đông đặc (freezing point depression) của dich quả ảnh hưởng bởi các thành phần đường như đường saccharose (sucrose), đường fructose và đường glucose Hernández et al., (2009) và Auleda et al.
Mô hình dự đoán điểm đông đặc được mô tả là phù hợp cho các loại dịch quả như táo, lê và đào. Khi khảo sát cô đặc của nước cam Chen et al., (1990) chỉ ra rằng hàm lượng axit citric có ảnh hưởng đến nhiệt độ đông đặc của dịch cam cô đặc ở các nồng độ chất rắn hòa tan khác nhau. Tuy nhiên, các nghiên cứu liên quan đến ảnh hưởng của axít đến nhiệt độ đông đặc của dịch các loại trái cây khác của họ cam quýt theo nồng độ chất rắn hòa tan còn rất hạn chế. Giả thuyết đặt ra rằng với các trái cây họ cam quýt, ngoài các thành phần đường đơn và đường đôi, thì hàm lượng axít hữu cơ (đặc biệt là axít citric) có mặt trong các dịch quả này ảnh hưởng đáng kê đến nhiệt độ đông đặc của chúng theo nồng độ chất rắn hòa tan.
Do đó đề tài đã được tiến hành. Phương pháp cô đặc lạnh 1. Tìm hiểu về phương pháp cô đặc lạnh Trong cô đặc lạnh hay đông đặc lạnh là phương pháp thu hồi chất tan thực phẩm từ dung dịch, dựa trên sự phân tách các tinh thể nước đá tinh khiết khỏi pha nước cô đặc đông lạnh. So với công nghệ bay hơi và màng, cô đặc có một số lợi thế tiềm năng đáng kế dé sản xuất cô đặc với chất lượng cao vì quá trình xảy ra ở nhiệt độ thấp, nơi không tồn tại trạng thái hơi/ lỏng dẫn đến ton thất thành phần các chat trong quả tươi ở mức tối thiểu.
Do đó, hương vi và chất lượng của các sản phẩm đông đặc đặc biệt cao, khi so sánh với các sản phâm được sản xuất bằng cách bay hơi có sử dụng nhiệt độ cao. Cô đặc lạnh là một phương pháp để thu hồi chất tan thực phẩm từ dung dịch dựa trên sự phân tách các tinh thể nước đá tinh khiết khỏi pha nước cô đặc đông lạnh. Hiệu suất của nồng độ đông đặc được hỗ trợ bởi ly tâm. Trong nghiên một số nghiên cứu khác đã áp dụng ly tâm như một kỹ thuật hỗ trợ dé nâng cao hiệu quả cô đặc khối đông áp dụng cho nước quả, thu được kết quả như mong muốn.
Về mặt lý thuyết, nồng độ đông đặc phải hiệu quả hơn sự bay hơi để loại bỏ nước nhất định (nhiệt tiềm ấn của phan ứng tong hợp: 0,33 kJ/g-nước; nhiệt ân của sự bay hơi: 2,26 kJ/g-nuéc). Tuy nhiên, chi phí vốn đầu tư của thiết bị cô đặc đông lạnh đối lưu lớn hơn chỉ phí của thiết bị bay hơi. Chi phi vận hành cao chủ yếu là do thất thoát nước trái cây đi kèm với sự hình thành các tinh thé đá và khó loại bỏ các tinh thé đá mà không làm mất chất rắn thực phẩm, và thêm vào đó, mức độ cô đặc đạt được thấp hơn so với bay hơi (Ramaswamy et al. Do đó, ưu tiên của nồng độ cô đặc lạnh hơn sự bay hơi và được ứng dụng để giải thích cho chất lượng và giá trị của sản phẩm sau khi cô đặc lạnh (Petzold et al.
Trong quá trình cô đặc lạnh, chất lỏng (hay dịch quả) vẫn ở nhiệt độ dưới 0°C, điểm quan trọng là phải xác định được các giá trị của điểm đóng băng. Mục đích của nghiên cứu là thiết lập một mô hình dự đoán điểm đóng băng của nước chanh không hạt và dịch quả họ cam quýt ở các nồng độ khác nhau trong phạm vi quan tâm đối với nồng độ đông đặc (§-30°Brix). Mô hình được đề xuất liên hệ điểm đóng băng của dịch quả chanh không hạt với nồng độ của axít hữu cơ cùng với đó là các loại đường chính có trong nước trái cây: sucrose, glucose va fructose. Theo nhiều nhà nghiên cứu khác nhau (Flesland, 1995; Chen et al., 1998; Osato, 2001; Aider et al., 2009), phương pháp cơ ban dé làm đông đặc thực phẩm lỏng (nhiệt và lạnh).
Trong phương pháp kết tinh huyền phù thông thường, các tinh thé nước đá riêng lẻ được hình thành có kích thước lớn hơn bằng cách dùng nhiệt. Phương pháp thứ hai (nồng độ đông đặc lũy tiền) là sự kết tỉnh của nước, tạo thành một lớp băng hiện diện trong dung dịch dưới dạng một lớp băng trên bề mặt lạnh. Khối băng lớn được hình thành và phát triển trên bề mặt làm được làm mát và việc tách khỏi rượu ban đầu, giúp cô đặc tương đối dé thực hiện. Mặc dù hau hết các hệ thống đông lạnh hiện tại hoạt động với sự kết tinh huyền phù, nhưng trong các nghiên cứu gần đây (Sanchez et al., 2009; Hernandez et al., 2009; Petzold et al., 2009) cho rằng tương lai ứng dụng cô đặc đông lạnh gắn liền với sự phát triển trong kết tinh huyền phù, vì bước tách đơn giản hơn.Trong nghiên cứu Sánchez et al., (2010), quá trình cô đặc nước cam đã được nghiên cứu, sử dụng một thiết bị thí nghiệm dé cô đặc chất lỏng bằng cách sử dụng bề mặt lạnh.
Phương pháp kết hợp trọng cô đặc lạnh Về mặt lý thuyết, nồng độ cô đặc phải hiệu quả hơn sự bay hơi đề loại bỏ nước trong dich quả. Chi phí vận hành cao chủ yếu là do thất thoát nước trái cây kèm theo sự hình thành các tinh thé đá và khó loại bỏ các tinh thé đá mà không làm mat chat rắn thực phẩm (tức các thành phần chất dinh dưỡng ban đầu của dịch quả), và thêm vào đó, mức độ cô đặc đạt được thấp hơn so với bay hoi (Ramaswamy et al. Cơ sở của phương pháp cô đặc lạnh dạng đông lạnh khối (hoặc cô đặc đông lạnh - tan băng) như sau: dung dịch lỏng thực phẩm được làm đông hoàn toàn, toàn bộ dung dịch đông lạnh được rã đông và sau đó phần cô đặc được tách ra khỏi phần nước đá bằng cách làm tan băng trọng lực có hỗ trợ hoặc không bằng các kỹ thuật khác nhau để nâng cao hiệu quả phân tách (Aider et al. Trong những trường hợp này, khối băng đóng vai trò như một khối rắn mà phần cô đặc đi qua (Aider et al, 2009).
Ly tâm là một kỹ thuật được hỗ trợ thay thé dé nâng cao hiệu qua cua nồng độ đông đặc khối. Trong nghiên cứu của (Petzold et al., 2015) đã báo cáo việc ly tâm dé tăng cường tách dung dịch cô đặc khỏi nước trái cây đông lạnh (việt quất và dứa) trong ba chu kỳ cô đặc. Đề tách các chất hòa tan khỏi các mẫu đông lạnh, tác giả đã sử dụng máy ly tâm. Kỹ thuật này có hiệu suất tốt sau chu kỳ thứ ba, dat mức tăng xấp xi 2,5 lần nồng độ ban đầu của chat rắn, giá trị gần bằng 0,74 kg chat tan trên 1 kg chất tan ban đầu và xap xi 60% phan trăm cô đặc.
Hiệu suất của nồng độ đông đặc được hỗ trợ bởi ly tâm áp dụng cho nước trai cây là do chất nền tinh thé đá hoạt động như một chat ran xốp, qua đó dung dich đậm đặc (tức dich qua được loại bớt nước và nâng cao hơn về nồng độ chất rắn hòa tan) thấm qua các kênh thoát nước của đá được hỗ trợ nhờ lực ly tâm. Ứng dụng vào công nghiệp: nồng độ đông đặc cho phép sản xuất thực phẩm cô đặc với chất lượng cao khi rã đông dung dịch đông lạnh có hỗ trợ hoặc không bằng kỹ thuật để nâng cao hiệu quả phân tách, thu được kết quả như mong muốn. Đây là cơ sở dé chế tạo cơ khí, chế tao máy cô đặc lạnh ứng dụng trong cô đặc lạnh dịch trái cây họ cam quýt nói riêng, với quy mô pilot 5-10L dịch qua, thông qua cô đặc ba bước.