Khóa luận khảo sát tiền xử lý sấy dẻo thanh long ruột đỏ HCMUTE

Đồ án HCMUTE khảo sát chi tiết ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý đến động học sấy và chất lượng thanh long ruột đỏ sấy dẻo giúp tối ưu quy trình sản xuất.

• Tác giả: Phạm Lê Diễm Quỳnh
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Trần Khánh Linh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý đến động học quá trình sấy và chất lượng sản phẩm thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) sấy dẻo
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về khảo sát tiền xử lý sấy thanh long ruột đỏ

Thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) là loại quả nhiệt đới giàu vitamin C, chất xơ và chất chống oxy hóa, nhưng có độ ẩm cao dẫn đến khó bảo quản. Sấy dẻo là phương pháp bảo quản hiệu quả, nhưng chất lượng sản phẩm phụ thuộc lớn vào các bước tiền xử lý. Các phương pháp tiền xử lý như khử nước thẩm thấu, siêu âm, chần nước nóng hoặc xử lý acid ảnh hưởng trực tiếp đến động học sấy, khả năng giữ màu, kết cấu và giá trị dinh dưỡng. Nghiên cứu này khảo sát tác động của các kỹ thuật tiền xử lý đến tốc độ mất nước, biến đổi sinh hóa và chất lượng sản phẩm thanh long sau sấy. Kết quả cung cấp cơ sở khoa học cho quy trình sản xuất thanh long sấy dẻo đạt tiêu chuẩn chất lượng cao.

1.1. Đặc tính sinh học và tầm quan trọng của thanh long ruột đỏ

Thanh long ruột đỏ chứa hàm lượng anthocyanin cao, sắc tố tự nhiên mang lại màu đỏ đặc trưng và khả năng chống oxy hóa mạnh. Cấu trúc tế bào mỏng manh dễ bị tổn thương trong quá trình sấy, dẫn đến biến đổi màu sắc, mất mùi vị và giảm giá trị dinh dưỡng. Độ ẩm ban đầu khoảng 85-90% khiến sản phẩm dễ hư hỏng nếu không được xử lý phù hợp. Tiền xử lý giúp ổn định cấu trúc tế bào, giảm hoạt động enzyme gây hóa nâu, từ đó nâng cao hiệu quả sấy và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

1.2. Vai trò của tiền xử lý trong quy trình sấy nông sản

Tiền xử lý là bước quan trọng trước sấy nhằm cải thiện động học sấy và chất lượng sản phẩm. Các phương pháp hóa học (acid, dung dịch đường) và vật lý (chần nước, siêu âm) giúp tăng cường độ thẩm thấu, giảm thời gian sấy và ngăn ngừa biến đổi không mong muốn. Chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào đặc tính nguyên liệu và mục tiêu sản phẩm. Nghiên cứu tập trung vào so sánh hiệu quả giữa tiền xử lý hóa học (sucrose, erythritol) và vật lý (siêu âm kết hợp khử nước) để tối ưu hóa quy trình sấy thanh long ruột đỏ.

II. Phân tích động học sấy và biến đổi chất lượng sản phẩm

Động học sấy thanh long phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm môi trường và phương pháp tiền xử lý. Quá trình sấy đối lưu ở 60°C thường được áp dụng, nhưng hiệu quả bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi cấu trúc tế bào sau tiền xử lý. Các chỉ số quan trọng gồm tỷ lệ mất nước, tốc độ sấy và biến đổi màu sắc. Chất lượng sản phẩm sau sấy được đánh giá qua màu sắc, độ dai, hàm lượng vitamin C và hoạt độ enzyme. Kết quả thí nghiệm cho thấy tiền xử lý siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu cải thiện đáng kể tốc độ sấy so với phương pháp truyền thống, nhưng cần kiểm soát nồng độ dung dịch và thời gian xử lý để tránh tổn thất chất lượng.

2.1. Ảnh hưởng của tiền xử lý đến động học sấy

Tiền xử lý hóa học (sucrose 30-50% Bx) và siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu rút ngắn thời gian sấy xuống 30-50% so với phương pháp không xử lý. Phương pháp siêu âm giúp phá vỡ màng tế bào, tăng tốc độ thẩm thấu nước và chất tan, từ đó tăng cường trao đổi nhiệt và ẩm. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch quá cao (50% Bx) có thể gây co ngót tế bào, làm giảm độ dai sản phẩm. Nhiệt độ sấy 60°C kết hợp tiền xử lý siêu âm 30 phút cho hiệu quả sấy tối ưu, duy trì màu sắc và chất lượng dinh dưỡng.

2.2. Biến đổi sinh hóa trong quá trình sấy

Hoạt động enzyme polyphenol oxidase (PPO) gây hóa nâu mạnh trong thanh long. Tiền xử lý acid citric (0.5-1%) giúp ức chế PPO, giữ màu đỏ tự nhiên. Quá trình sấy làm giảm 30-40% hàm lượng vitamin C do nhiệt độ, nhưng tiền xử lý siêu âm kết hợp erythritol bảo tồn vitamin C tốt hơn sucrose. Sự thay đổi kết cấu (độ dai, độ xốp) phụ thuộc vào phương pháp tiền xử lý: chần nước nóng giữ kết cấu tốt hơn khử nước thẩm thấu đơn thuần.

III. Phương pháp nghiên cứu và quy trình thí nghiệm

Nghiên cứu tiến hành thí nghiệm với 6 nhóm mẫu thanh long ruột đỏ, bao gồm nhóm đối chứng (không tiền xử lý) và 5 nhóm tiền xử lý: chần nước nóng, khử nước thẩm thấu bằng sucrose/erythritol, siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu. Mẫu được sấy đối lưu ở 60°C đến độ ẩm 20%. Các chỉ tiêu đo lường gồm tốc độ mất nước, tỷ lệ tăng chất khô, độ dai, màu sắc (RGB, ΔE), hàm lượng vitamin C và hoạt độ enzyme. Phương pháp thống kê ANOVA được sử dụng để đánh giá sự khác biệt giữa các nhóm. Kết quả thí nghiệm lặp lại 3 lần để đảm bảo độ tin cậy.

3.1. Thiết kế thí nghiệm khảo sát tiền xử lý

Mẫu thanh long tươi được cắt thành lát dày 5mm, ngâm trong dung dịch tiền xử lý theo các điều kiện thí nghiệm. Nhóm khử nước thẩm thấu sử dụng sucrose 30% và 50% Bx ở nhiệt độ phòng 70±2°C trong 120 phút. Nhóm siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu thực hiện ở nhiệt độ 30°C, tần số 25 kHz trong 10 phút. Chần nước nóng tiến hành ở 90°C trong 2 phút. Sau tiền xử lý, mẫu được sấy đối lưu ở 60°C đến độ ẩm 20% và đánh giá chất lượng.

3.2. Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm

Chất lượng sản phẩm sau sấy được đánh giá thông qua chỉ số màu sắc (máy đo màu Konica Minolta), độ dai (máy đo lực cắt Texture Analyzer), hàm lượng vitamin C (phương pháp HPLC) và hoạt độ enzyme PPO (phương pháp đo quang phổ). Độ ẩm sản phẩm được xác định bằng cân ẩm ở 105°C. Kết quả thống kê bằng phần mềm SPSS, so sánh sự khác biệt giữa các nhóm bằng phép thử Duncan (p<0.05). Phương pháp này đảm bảo tính khách quan và độ tin cậy của kết quả nghiên cứu.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu chứng minh tiền xử lý siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu bằng sucrose 30% Bx ở 30°C trong 10 phút là phương pháp tối ưu, rút ngắn 40% thời gian sấy so với phương pháp truyền thống. Sản phẩm thanh long sấy dẻo đạt chất lượng cao về màu sắc, độ dai và hàm lượng vitamin C. Phương pháp này phù hợp ứng dụng trong sản xuất quy mô công nghiệp nhờ hiệu quả kinh tế và khả năng bảo tồn chất lượng. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao giá trị chế biến thanh long ruột đỏ, đáp ứng nhu cầu thị trường về sản phẩm sấy dẻo an toàn và dinh dưỡng.

4.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu chính

Tiền xử lý siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu sucrose 30% Bx cho hiệu quả sấy tốt nhất, giảm 40% thời gian sấy và duy trì 85% hàm lượng vitamin C so với mẫu không tiền xử lý. Phương pháp này cải thiện độ dai sản phẩm (tăng 25%) và giữ màu đỏ tự nhiên (ΔE < 5). Chần nước nóng cũng là lựa chọn thay thế hiệu quả, nhưng kém hơn về khả năng bảo tồn vitamin C. Erythritol ít hiệu quả hơn sucrose trong việc rút ngắn thời gian sấy.

4.2. Hướng phát triển và ứng dụng trong sản xuất

Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng vào quy trình sản xuất thanh long sấy dẻo quy mô công nghiệp, kết hợp với công nghệ sấy đối lưu hiện đại. Cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng của tiền xử lý đến hương vị sản phẩm và thử nghiệm trên các loại quả khác. Hợp tác với doanh nghiệp chế biến thực phẩm để triển khai quy trình sản xuất thử nghiệm, đánh giá hiệu quả kinh tế và khả năng thương mại hóa sản phẩm. Nghiên cứu mở rộng về tiền xử lý bằng các phương pháp sinh học (enzyme) cũng là hướng phát triển tiềm năng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Thanh long có tên khoa học là Hylocereus spp., thuộc họ Xương rồng (Cactaceae) (Mizrahi và cộng sự, 1996). Hai giống thanh long được trồng phổ biến ở Việt Nam là thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) và thanh long ruột trắng (Hylocereus undatus). Thanh long là một nguồn cung cấp chất khoáng, glucose, fructose, chất xơ và vitamin (Farid và cộng sự, 2021). Thanh long ruột đỏ được nhiều người tiêu dùng ưa thích vì màu đỏ hấp dẫn và giàu dinh dưỡng.

Trong 100g thịt quả thanh long đỏ chứa trên 80 % nước, 0. Báo cáo của Suh và cộng sự (2014) đã chứng minh rằng betacyanins từ thanh long ruột đỏ có khả năng chống oxy hóa. Theo Hiệp hội rau quả Việt Nam (2021), hiện nay nước ta có 35,665 ha diện tích trồng thanh long (chiếm 93 % tổng diện tích và 95 % sản lượng của cả nước). Dù diện tích và sản lượng lớn nhưng giá cả và đầu ra của mặt hàng này liên tục bấp bênh.

Cụ thể, theo báo Lao Động, do ảnh hưởng dịch Covid-19 nên thanh long không xuất khẩu được sang thị trường Trung Quốc, đến cuối tháng 1 và trong tháng 2 năm 2020, sản lượng thanh long tồn đọng ước tính vào khoảng 30 ngàn tấn. Vào thời điểm đó thanh long được bán ở ven các con đường với giá rất thấp, chỉ 2,000 – 3,000 đồng/ kg. Nhiều hộ dân chấp nhận bỏ trái thanh long chín rục trên cây vì giá bán không đủ chi phí thu hoạch, vận chuyển. Ngoài ra, thanh long là loại trái cây có hàm lượng nước cao (≥ 80 %), các mô mỏng nên dễ hư hỏng (Nerd và cộng sự, 1999).

Theo Le Bellec và cộng sự (2006), quả thanh long chỉ giữ được chất lượng tốt trong 2 tuần ở 14 oC hoặc 1 tuần ở 20 oC. Do đó việc chế biến thanh long thành các sản phẩm khác để tăng thời gian bảo quản, giảm chi phí vận chuyển, đem lại lợi ích về kinh tế, nâng cao giá trị cho thanh long là một vấn đề cấp thiết. Trên thế giới đã có các đề tài nghiên cứu chế biến sản phẩm từ thanh long tươi như sản phẩm thanh long sấy (Mahayothee và cộng sự, 2018), nước ép thanh long, jelly thanh long, rượu thanh long, thu nhận pectin từ vỏ thanh long, hoặc trích ly dầu từ hạt thanh long (Jalgaonkar và cộng sự, 2020). Hiện nay thị trường trong và ngoài nước đã có sản phẩm thanh long sấy dẻo, sấy giòn chân không hoặc sấy thăng hoa.

Sản phẩm thanh long sấy giòn 1 chân không hoặc sấy thăng hoa mặc dù giữ lại nhiều chất dinh dưỡng nhưng những phương pháp này cần nhiều thiết bị phức tạp, tiêu thụ nhiều năng lượng (Bazyma và Kutovoy, 2005) nên giá thành sản phẩm thường cao. Sản phẩm thanh long sấy dẻo trên thị trường trong nước cũng có giá thành khá cao (85,000 đồng/ gói 225 g) và có ngoại quan không bắt mắt. Sản phẩm thanh long sấy dẻo thường được sản xuất bằng phương pháp sấy đối lưu ở nhiệt độ từ 40 oC – 70 oC (Bailey và Williams, 1965). Tuy nhiên, quá trình sấy này thường kéo dài khoảng 8 giờ – 24 giờ tùy thuộc loại trái cây, độ ẩm ban đầu của nguyên liệu, độ ẩm cuối mong muốn và nhiệt độ sấy (Fernandes và cộng sự, 2008).

Bên cạnh đó, phương pháp sấy đối lưu trong một thời gian dài hoặc ở nhiệt độ cao có thể làm một số tính chất vật lý quan trọng của các sản phẩm thay đổi như mất màu (Chua và cộng sự, 2000), thay đổi kết cấu, biến đổi các tính chất hóa học ảnh hưởng đến hương vị, hàm lượng chất dinh dưỡng (Mayor và Sereno, 2004). Vì vậy một số phương pháp tiền xử lý khác nhau như khử nước thẩm thấu (osmotic dehydration) và siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu (ultrasound-assisted osmotic dehydration) được áp dụng trước quá trình sấy đối lưu để làm giảm thời gian sấy, cải thiện cảm quan, chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm sấy (Wang và cộng sự, 2018). Khử nước thẩm thấu là quá trình gây ra sự trao đổi nước và các chất hòa tan, giúp loại bỏ một phần nước của mô thực vật, giúp làm giảm đáng kể thời gian sấy, làm tăng tốc độ sấy (Bozkir và cộng sự, 2019), giúp bảo vệ hương vị, mùi thơm và cấu trúc của trái cây (Singh và cộng sự, 2008). Siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu (USOD) giúp tạo thành các vi kênh (microscopic channels), cải thiện tính thấm tế bào, tạo điều kiện cho sự thoát ẩm từ nguyên liệu ra bên ngoài (Rastogi và cộng sự, 2002), giảm cả chi phí xử lý và thời gian sấy (Garcia- Noguera, 2010).

Tác nhân thẩm thấu được sử dụng nhiều nhất cho trái cây là sucrose (Chandra và Kumari, 2014). Ngoài ra, erythritol cũng được sử dụng vì có tính ổn định cao trong môi trường acid, kiềm và có tác dụng kháng nhiệt. Đặc biệt, erythritol đã được báo cáo là có khả năng tiêu hóa tốt mà không gây khó chịu cho dạ dày (Cock và cộng sự, 2016). Phương pháp OD và USOD đã được nghiên cứu trên một số loại trái cây, chẳng hạn như táo (Mandala và cộng sự, 2005), kiwi (Prithani và cộng sự, 2020), dưa (Fernandes và cộng sự, 2008), đu đủ (Nimmanpipug và cộng sự, 2013), dâu tây (Cárcel và cộng sự, 2007) và anh đào (Siucinska và cộng sự, 2016).

Các mẫu kiwi đã xử lý USOD thoát ẩm nhanh hơn 16% so với các mẫu không xử lý (Prithani và cộng sự, 2020). Một nghiên cứu khác cho thấy rằng thời gian sấy khô dâu tây đã qua xử lý USOD giảm 28 % so với mẫu chuẩn (Amami và cộng sự, 2017). Theo những tài liệu mà chúng tôi tổng hợp được, phương pháp tiền xử lý 2 khử nước thẩm thấu và siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu chưa áp dụng cho sản phẩm thanh long sấy dẻo. Do đó, đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý đến động học quá trình sấy và chất lượng sản phẩm thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) sấy dẻo” được thực hiện nhằm mục tiêu rút ngắn thời gian sấy thanh long, cải thiện các đặc tính cảm quan, cấu trúc của sản phẩm, từ đó vừa có thể gia tăng giá trị kinh tế của thanh long, giải quyết vấn đề tồn đọng quả thanh long tươi khi vào mùa, vừa giúp đa dạng hóa dòng sản phẩm từ thanh long.2 Mục đích của đề tài Đề tài này được thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá ảnh hưởng của 2 phương pháp tiền xử lý là khử nước thẩm thấu (osmotic dehydration) và siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu (ultrasound-assisted osmotic dehydration) đến động học quá trình sấy đối lưu thanh long ruột đỏ ở nhiệt độ 60 oC, đồng thời đánh giá tính chất chất lượng của sản phẩm thanh long ruột đỏ sấy dẻo như hàm lượng betacyanin và khả năng chống oxy hóa, màu sắc và tỷ lệ co rút của sản phẩm.3 Nội dung nghiên cứu Đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý đến động học quá trình sấy và chất lượng sản phẩm thanh long ruột đỏ (Hylocereus polyrhizus) sấy dẻo” gồm các nội dung cụ thể như sau: - Khảo sát sự ảnh hưởng của hai phương pháp tiền xử lý khử nước thẩm thấu (Osmotic dehydration) và siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu (Ultrasound – assisted osmotic dehydration) đến sự mất nước và tăng chất khô của thanh long.

- Khảo sát sự ảnh hưởng của hai phương pháp tiền xử lý khử nước thẩm thấu (Osmotic dehydration) và siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu (Ultrasound – assisted osmotic dehydration) đến động học quá trình sấy đối lưu thanh long ruột đỏ. - Đánh giá ảnh hưởng của hai phương pháp xử lý khử nước thẩm thấu (Osmotic dehydration) và siêu âm kết hợp khử nước thẩm thấu (Ultrasound – assisted osmotic dehydration) đến các tính chất chất lượng của thanh long ruột đỏ sấy dẻo. - Đánh giá cảm quan thị hiếu đối với sản phẩm thanh long ruột đỏ sấy dẻo.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học - Kết quả khảo sát ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý đến động học sấy và chất lượng thanh long sấy dẻo là nền tảng cho việc xây dựng, phát triển quy trình công nghệ sản xuất thanh long sấy dẻo. - Quy trình công nghệ mới áp dụng các phương pháp tiền xử lý phù hợp giúp làm tăng khả năng khuếch tán nước hiệu quả, cải thiện tốc độ sấy và giảm thời gian sấy, giúp giữ lại màu sắc, các chất chống oxy hóa.2 Ý nghĩa thực tiễn - Đề tài góp phần đa dạng hóa sản phẩm trái cây sấy dẻo nói riêng và các sản phẩm từ thanh long nói chung, đồng thời giải quyết số lượng thanh long tồn đọng, tránh lãng phí.

- Quy trình công nghệ sản xuất thanh long ruột đỏ sấy dẻo sử dụng các phương pháp tiền xử lý có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp giúp tiết kiệm năng lượng, chi phí sản xuất, giảm giá thành của sản phẩm. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về thanh long 2.1 Giới thiệu Thanh long hay còn gọi là pitaya là quả của một số loài cây leo nhiệt đới khác nhau thuộc chi Hylocereus, họ Cactaceae. Thanh long có khả năng chịu hạn cao, dễ thích nghi với cường độ ánh sáng và nhiệt độ cao, có khả năng chống chịu với các độ mặn khác nhau của đất và mang lại lợi ích cho sức khỏe con người (Nobel và La Barrera , 2004). Thanh long được trồng đại trà ở hơn 20 quốc gia nhiệt đới và cận nhiệt đới như Bahamas, Bermuda, Indonesia, Colombia, Israel, Philippines, Myanmar, Malaysia, Mexico, Nicaragua, Bắc Úc, Okinawa (Nhật Bản), Sri Lanka, nam Trung Quốc, nam Florida, Đài Loan, Thái Lan, Việt Nam, Bangladesh và Tây Ấn (Mercado và Silva , 2018).

Ruột và vỏ thanh long có hình dáng và màu sắc rất hấp dẫn, ví dụ, ruột đỏ với vỏ hồng (Hylocereus polyrhizus), ruột trắng với vỏ hồng (Hylocereus undatus); hoặc ruột đỏ tím ruột có vỏ đỏ (Hylocereus costaricensis) hoặc vỏ vàng và ruột trắng (Hylocereus megalanthus) (Muniz và cộng sự, 2019). Thanh long là cây dài ngày, lâu năm, một lần trồng có thể thu hoạch quả trong khoảng 20 năm. Cây cũng cho quả quanh năm nhờ công nghệ sản xuất trái vụ như thắp đèn ban đêm (Jiang và cộng sự, 2016). Hai loài thanh long là Hylocereus undatus (ruột trắng) và Hylocereus polyrhizus (ruột đỏ) được trồng phổ biến ở 63/ 65 tỉnh/ thành phố của Việt Nam.

Tổng diện tích trồng thanh long của Việt Nam đã mở rộng nhanh chóng từ 5,512 ha năm 2000 lên 55,419 ha năm 2018, với tổng sản lượng là 1,074,242 tấn và giá trị xuất khẩu đạt khoảng 1. Ngoài ra, theo Tổng cục Hải quan, thanh long chiếm 32 % tổng giá trị xuất khẩu rau quả của Việt Nam (Hien và cộng sự, 2019).