Đặt vấn đề Khoai lang (danh pháp: Ipomoea batatas) là một loài cây nông nghiệp với các rễ củ lớn, chứa nhiều tinh bột, có vị ngọt, được gọi là củ khoai lang vì nó là một nguồn cung cấp rau ăn củ quan trọng, được sử dụng trong vai trò của cả rau lẫn lương thực. Các lá non và thân non cũng được sử dụng như một loại rau. 1 Khoai lang Nhật là giống khoai lang vỏ tím có chất lượng và sản lượng cao. Đây là giống khoai được ưa chuộng hiện nay bởi sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội như cây có khả năng sinh trưởng và phát triển mạnh ở nhiều địa hình canh tác: Củ khoai dẻo, thơm ngon, chứa hàm lượng dinh dưỡng cao và đạt tiêu chuẩn xuất khẩu.
Khoai lang sấy là loại thực phẩm giàu dinh dưỡng như vitamin A, B, C, D, E, protein, tinh bột, axit amin và rất nhiều các nguyên tố vi lượng như canxi, sắt, kẽm… Chính vì vậy nó đáp ứng đủ 3 tiêu chí ngon, bổ, rẻ không thể thiếu trong khẩu phẩm ăn của mỗi gia đình và còn được xem là thực phẩm vàng đối với sức khỏe. Người tiêu dùng càng chú ý đến sản phẩm thì yêu cầu về chất lượng của khoai lang sấy ngày càng đòi hỏi khắt khe hơn, đặc biệt là việc giữ màu sắc, mùi vị và thành phần dinh dưỡng sau quá trình chế biến hay bảo quản. Vì vậy, việc tìm và đưa ra phương pháp chế biến thích hợp để bảo toàn chất lượng của khoai lang sấy ít bị thay đổi nhất là một vấn đề vô cùng quan trọng. Các phương pháp sấy thông thường ở nhiệt độ cao, một số phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp, sản phẩm sẽ tiếp xúc với không khí có thể phá hủy các chất có hoạt tính sinh học như: màu sắc, mùi vị, vitamin và protein….
Vì thế, sấy hồng ngoại là phương pháp có thể đáp ứng được các yêu cầu khắc khe về chất lượng sản phẩm sau khi sấy gần như giữ được các tính chất ban đầu tự nhiên của chúng như hương thơm, vị ngon và hàm lượng vitamin hầu như được bảo toàn, cho ra sản phẩm sấy với chất lượng cao. Phương pháp sấy hồng ngoại có các ưu điểm là quá trình sấy không làm thực phẩm bị nhiễm khuẩn, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm; tia hồng ngoại còn có khả năng tiêu diệt côn trùng và tiệt trùng sản phẩm sấy, giúp đảm bảo chất lượng cho sản phẩm sấy. Bên cạnh đó, sấy hồng ngoại còn có ưu điểm là giá thành thiết bị thấp, dễ dàng vận hành, người vận hành không cần phải có trình độ kỹ thuật cao, chi phí tiêu hao điện năng thấp. Tuy nhiên, nhược điểm của máy sấy hồng ngoại có thể được kể đến như khả năng xuyên thấu của máy khá kém, sản phẩm sấy không giữ nguyên được hiện trạng ban đầu, thành phẩm thường bị cong, vênh, hoặc bị nứt sau sấy, chỉ dùng được cho các loại thực phẩm cắt lát, mỏng.
Dựa vào các ưu và nhược điểm trên cho nên nhóm chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu công nghệ chế biến khoai lang Nhật sấy hồng ngoại.2 Mục tiêu đồ án Tập trung nghiên cứu về tổng quan của nguyên liệu khoai lang Nhật, quá trình sấy hồng ngoại khoai lang Nhật. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình và những tính chất của nguyên liệu tác động đến quá trình sấy hồng ngoại. Nghiên cứu tính toán, tối ưu hoá phương pháp sấy hồng ngoại trong công nghệ chế biến khoai lang Nhật sấy.3 Giới hạn và đối tượng nghiên cứu của đồ án Đối tượng nghiên cứu của đồ án là công nghệ chế biến khoai lang Nhật sấy hồng ngoại. Đồ án nghiên cứu tính toán và tối ưu hoá phương pháp sấy hồng ngoại trong công nghệ chế biến khoai lang Nhật sấy.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện được đề tài này, nhóm đã: • Tham khảo các bài báo nghiên cứu đã được công bố, các tài liệu và các sách về các đối tượng sấy hồng ngoại • Phân tích, tiếp cận đối tượng nghiên cứu • Giải bài toán đa mục tiêu với chuẩn tối ưu tổ hợp S (phương pháp điểm không tưởng) • Sử dụng các công cụ hỗ trợ như công cụ toán học và các phần mềm tính toán trên Excel 1.5 Ý nghĩa khoa học Đồ án nghiên cứu này làm cơ sở khoa học trong nghiên cứu xây dựng chế độ công nghệ sấy hồng ngoại khoai lang Nhật, cũng như kiểm chứng lại các cơ sở lý thuyết khoa học.
Đồng thời, nghiên cứu này sẽ làm tiền đề tốt cho việc sản xuất các hệ thống sấy hồng ngoại với những năng suất và nguyên liệu đa dạng khác. Kết quả của đề tài này khẳng định ý nghĩa lớn lao các đóng góp của khoa học kỹ thuật vào đời sống xã hội và góp phần thúc đẩy nền khoa học kỹ thuật phát triển.6 Ý nghĩa thực tiễn Từ các thông số đã tính toán được, có thể ứng dụng được trong thực tế cho việc sản xuất sản phẩm khoai lang Nhật sấy hồng ngoại hoàn chỉnh, tạo ra được sản phẩm đạt chất lượng theo năng suất đã đặt ra hoặc xa hơn là nâng cấp máy sấy hồng ngoại để đạt năng suất cao hơn theo nguyên tắc tương tự như nghiên cứu. Sau quá trình sấy, sản phẩm thu được sau quá trình sấy khô bằng hồng ngoại có chất lượng không thay đổi so với trước khi sấy: hương thơm, vị ngon và hàm lượng vitamin hầu như được bảo toàn, nhất là đối với các sản phẩm sấy là thực phẩm, trái cây, hải sản và đồ ăn được, đó là sự vượt trội về ưu điểm của sấy hồng ngoại, quá trình sấy không làm thực phẩm bị nhiễm khuẩn, công nghệ sấy bằng tia hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sản xuất, phương pháp này hoàn toàn không có sự tác động của các chất xúc tác (hóa chất), tia hồng ngoại còn có khả năng tiêu diệt côn trùng và tiệt trùng sản phẩm sấy. Ứng dụng sấy hồng ngoại mang lại cho sản phẩm tạo thành một giá trị dinh dưỡng cao vì giữ được các tính chất ban đầu, hoạt tính bên trong nó không bị mất đi.
Sản phẩm khoai lang sấy có thể đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của người tiêu dùng về mặt dưỡng chất với chi phí sản xuất thấp, cạnh tranh được với các sản phẩm tương tự của các doanh nghiệp khác trên thị trường và mang lại lợi nhuận cao cho doanh nghiệp. Từ đó thu hút sự đầu tư của các doanh nghiệp lớn với xu hướng cải tiến quy trình, cải thiện chất lượng sản phẩm và cho ra những sản phẩm mới tốt cho sức khỏe. Đồng thời, xuất khẩu sản phẩm khoai lang sấy ra thị trường quốc tế. Góp phần nâng cao thế mạnh nông nghiệp Việt Nam để khẳng định tên tuổi về chất lượng nông sản nói chung, khoai lang nói riêng trên toàn cầu.7 Kết quả đạt được Xác định được các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng ngoại khoai lang Nhật: • Nhiệt độ sấy: 55 – 65 (oC) • Vận tốc tác nhân: 5 – 9 (m/s) • Thời gian sấy: 5-7 (h) Sau khi giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu, đã tìm ra được kết quả tối ưu của ba yếu tố công nghệ như sau: 4 • Nhiệt độ sấy: 67,07 (oC) • Thời gian sấy: 7,41 (h) • Vận tốc tác nhân: 6,61 (m/s) Xác định được hàm lượng dinh dưỡng của khoai lang Nhật sau quá trình sấy hồng ngoại.
Xây dựng được quy trình sấy hồng ngoại khoai lang Nhật bao gồm cả khâu xử lí nguyên liệu trước khi sấy. Bố cục của báo cáo Luận văn này được trình bày trong các chương gồm: - Chương 1: Mở đầu - Chương 2: Tổng quan - Chương 3: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu - Chương 4: Nghiên cứu và thảo luận - Chương 5: Kết luận và kiến nghị 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Nguyên liệu: Khoai lang nhật 2.1 Giới thiệu tổng quan về khoai lang Nhật Khoai lang (Ipomoea batatas (L.) Lam) là cây trồng lấy củ thuộc họ Convolvulaceae, có nguồn gốc từ Trung Mỹ và Nam Mỹ, trải rộng toàn thế giới với đặc điểm là cây dễ trồng, hiệu quả năng suất trên đơn vị diện tích đất rất lớn so với những loài khác, có vai trò quan trọng trong sản xuất lương thực, đặc biệt là ở các quốc gia nhiệt đới đang phát triển. Khoai lang Nhật Bản là một loại khoai có vỏ màu đỏ hoặc tím, ruột trắng vàng, thuộc họ thực vật Ipomea batatas, được trồng trên khắp Nhật Bản và vùng Okinawa. Giống khoai lang canh tác có 90 nhiễm sắc thể (2n=6X=90).
Nguồn gốc của khoai lang vẫn còn đang được tranh cãi. Loài tổ tiên là Ipomoea trifda và Ipomoea triloba. Chi Ipomoea có khoảng 500–600 loài. Mười ba loài hoang dại có quan hệ di truyền gần với khoai lang canh tác được báo cáo.
Ba loài của chi Ipomoea có khả năng là tổ tiên của khoai lang trồng, i., loài lưỡng bội I. triloba (A genome), loài lưỡng bội I. trifda (B genome), và loài tứ bội I. Khoai lang rất dễ trồng và có tính thích nghi tương đối rộng nên được trồng khắp nơi trên thế giới (Osiru et al.
Khoai lang là cây lương thực phổ biến đứng thứ bảy trên thế giới (Kays et al., 2005), có sản lượng đứng thứ tư sau lúa, bắp và lúa mì (Ukpabi, 2009; Calvo et al. Theo số liệu FAO năm 2017, Trung Quốc sản xuất khoai lang lớn nhất với 72 triệu tấn, theo sau đó là các quốc gia châu Phi, như Malawi (5,5 triệu tấn), Tanzania (4,2 triệu tấn), Nigeria (4,0 triệu tấn). Ở Việt Nam, khoai lang là cây lương thực truyền thống đứng thứ ba sau lúa, bắp và đứng thứ hai về giá trị kinh tế sau khoai tây (Vu et al. Củ khoai lang là nguồn dự trữ dồi dào vitamin A, vitamin C, mangan, đồng, xơ tiêu hoá, vitamin B6, kali (K) và sắt (Lê Thị Thanh Hiền, Lê Vĩnh Thúc, Trương Thị Minh Tâm, Nguyễn Bảo Vệ, 2015).
Khoai lang có giá trị dinh dưỡng cao, chứa hàm lượng lớn các chất β-carotene, carbohydrate, protein, vitamin và các chất chống oxy hoá như anthocyanin (Lebot, 2000). Củ khoai lang là 6 thực phẩm phổ biến, hữu ích cho sức khỏe con người do chứa nhiều tinh bột, protein, các acid amin, vitamin A, B, C, E và hơn 10 loại nguyên tố vi lượng cần thiết khác như: calci, kẽm, sắt, magiê, kali, natri, phosphor (Gord Kerr, 2019). Đặc biệt, khoai lang còn chứa nhiều hợp chất chống oxy hóa mạnh như: phenol, anthocyanin, anthocyanidin. giúp bảo vệ các lipoprotein tỷ trọng thấp khỏi các quá trình oxy hóa, loại bỏ các gốc tự do, ngăn ngừa ̣ung thư, cải thiện chức năng thị giác, ức chế kết tụ tiểu cầu và nhiều chức năng sinh ý khác (Kano et al.