Đồ án: Nghiên cứu yếu tố công nghệ ảnh hưởng quá trình sấy lạnh rau má

Luận văn nghiên cứu các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy lạnh rau má, nhằm tối ưu chất lượng sản phẩm và chi phí sản xuất.

• Tác giả: Cao Thị Mỹ Hạnh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tấn Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Các Yếu Tố Công Nghệ Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Sấy Lạnh Sản Phẩm Rau Má
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Quá Trình Sấy Lạnh Rau Má

Sấy lạnh là công nghệ hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản sản phẩm nông sản, đặc biệt là rau má. Quá trình sấy lạnh rau má giữ được các hoạt chất sinh học quý giá, màu sắc tự nhiên và giá trị dinh dưỡng cao. Các yếu tố công nghệ như nhiệt độ, độ ẩm tương đối, thời gian sấy ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Rau má có chứa nhiều chất tan như axit amin, vitamin và các hợp chất phenolic, những thành phần này rất nhạy cảm với nhiệt độ cao. Do đó, nghiên cứu các yếu tố công nghệ trong sấy lạnh giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao giá trị thương mại của sản phẩm.

1.1. Đặc Điểm Của Rau Má Và Giá Trị Dinh Dưỡng

Rau má (Centella asiatica) là loại cây có lịch sử sử dụng lâu đời trong y học cổ truyền châu Á. Thành phần hóa học của rau má bao gồm các chất tan hoạt tính, đặc biệt là axit amin tự do, polyphenol và vitamin. Các hoạt tính sinh học của rau má bao gồm kháng khuẩn, kháng viêm và tăng cường miễn dịch. Sản phẩm rau má sấy lạnh được ứng dụng trong sản xuất trà, bột dinh dưỡng và các sản phẩm chức năng khác.

1.2. Ứng Dụng Công Nghệ Sấy Lạnh Trong Bảo Quản

Công nghệ sấy lạnh là phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp dưới 60°C, giúp bảo tồn các chất tan có giá trị cao. Phương pháp này sử dụng bơm nhiệt để loại bỏ nước từ nguyên liệu mà không làm hư hại các hợp chất sinh học. Quá trình sấy lạnh rau má đã được chứng minh hiệu quả trong việc giữ lại màu xanh tự nhiên, hương vị và các hoạt tính dược lý.

II. Yếu Tố Công Nghệ Ảnh Hưởng Đến Sấy Lạnh Rau Má

Trong quá trình sấy lạnh, nhiều yếu tố công nghệ đóng vai trò quyết định để đạt được sản phẩm chất lượng cao. Các yếu tố chính bao gồm nhiệt độ không khí sấy, độ ẩm tương đối môi trường, tốc độ gió và thời gian sấy. Sự kết hợp giữa các yếu tố này quyết định hiệu suất sấy, tiêu thụ năng lượng và chất lượng sản phẩm cuối cùng. Nghiên cứu khoa học cho thấy việc tối ưu hóa các yếu tố công nghệ có thể tăng hiệu suất sấy lên 30-40% và giảm chi phí năng lượng đáng kể. Mục đích của nghiên cứu là xây dựng mô hình toán học để dự báo ảnh hưởng của từng yếu tố và kết hợp chúng một cách tối ưu nhất.

2.1. Nhiệt Độ Và Độ Ẩm Trong Quá Trình Sấy

Nhiệt độ sấy là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tốc độ loại bỏ nước và bảo tồn chất lượng. Ở nhiệt độ thấp (40-50°C), các chất tan được giữ lại tốt hơn nhưng thời gian sấy kéo dài. Độ ẩm tương đối của không khí sấy phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh quá trình tái hấp thụ nước. Sự phối hợp hợp lý giữa nhiệt độ và độ ẩm giúp tối ưu hóa quá trình sấy và chất lượng sản phẩm.

2.2. Tốc Độ Gió Và Thời Gian Sấy Lạnh

Tốc độ gió (hay vận tốc không khí) ảnh hưởng đến khả năng đưa hơi nước từ bề mặt sản phẩm. Tốc độ gió quá thấp làm chậm quá trình sấy, trong khi tốc độ cao có thể gây co rút bề mặt. Thời gian sấy phụ thuộc vào độ dày mẫu và yếu tố công nghệ khác, cần được xác định qua thực nghiệm để đạt hiệu quả cao nhất.

III. Mô Hình Toán Học Tối Ưu Hóa Quá Trình Sấy Lạnh

Để tối ưu hóa các yếu tố công nghệ trong sấy lạnh rau má, cần xây dựng mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa yếu tố đầu vào và hàm mục tiêu. Hàm mục tiêu chính bao gồm độ ẩm cuối cùng, hàm lượng chất tan, chi phí năng lượng và đặc tính màu sắc. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thiết. Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) được sử dụng để xây dựng mô hình toán bậc hai mô tả ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ. Bài toán tối ưu đa mục tiêu được giải bằng phương pháp tổ hợp hoặc phương pháp điểm lý tưởng. Kết quả mô hình giúp xác định chế độ công nghệ sấy lạnh tối ưu cho từng mục đích sản xuất.

3.1. Phương Pháp Quy Hoạch Thực Nghiệm Và Hàm Mục Tiêu

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm cho phép đánh giá ảnh hưởng độc lập của từng yếu tố công nghệ và tương tác giữa chúng. Hàm mục tiêu được xác định thông qua các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm sấy. Mỗi hàm mục tiêu được xây dựng dưới dạng phương trình bậc hai dự báo kết quả dựa trên yếu tố đầu vào.

3.2. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Đa Mục Tiêu

Tối ưu hóa đa mục tiêu giải quyết mâu thuẫn giữa các mục tiêu khác nhau. Phương pháp điểm lý tưởng chuyển đổi bài toán đa mục tiêu thành bài toán một mục tiêu bằng cách tính khoảng cách đến điểm lý tưởng. Kết quả cuối cùng là chế độ công nghệ cân bằng giữa chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Và Chi Phí Năng Lượng Trong Sấy Lạnh Rau Má

Ứng dụng thực tế các kết quả nghiên cứu yêu cầu xây dựng quy trình sấy lạnh cụ thể và kiểm chứng bằng thực nghiệm quy mô công nghiệp. Chi phí năng lượng là yếu tố kinh tế quan trọng quyết định khả năng cạnh tranh của sản phẩm. Công nghệ sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt tiết kiệm năng lượng so với các phương pháp sấy truyền thống. Phân tích kinh tế cho thấy mặc dù chi phí ban đầu cao, nhưng lợi nhuận từ sản phẩm chất lượng cao bù đắp được. Xác lập chế độ công nghệ tối ưu dựa trên mô hình toán học giúp giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế.

4.1. Chi Phí Năng Lượng Và Hiệu Suất Sấy Lạnh

Chi phí năng lượng phụ thuộc vào nhiệt độ sấy, độ ẩm và thời gian quá trình sấy. Phương pháp sấy lạnh tiết kiệm năng lượng hơn sấy thường do bơm nhiệt tái sử dụng nhiệt. Hiệu suất sấy được tính bằng tỷ lệ nước loại bỏ trên năng lượng tiêu thụ. Tối ưu hóa các yếu tố công nghệ giúp giảm chi phí năng lượng đáng kể.

4.2. Kinh Tế Vĩ Mô Và Giá Trị Thương Mại Sản Phẩm

Sản phẩm rau má sấy lạnh chất lượng cao có giá bán cao hơn 50-100% so với sấy thường. Giá trị thương mại tăng do bảo tồn tốt chất tan hoạt tính và thuộc tính chức năng. Phân tích chi phí-lợi nhuận cho thấy đầu tư vào công nghệ sấy lạnh có lợi nhuận dài hạn tốt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về nguyên liệu 1. Nguồn gốc, đặc điểm sinh học và sự phân bố của rau má 1. Nguồn gốc Rau má hay còn được gọi là tích tuyết thảo có tên khoa học Centella asiatica.

Đây là loại cây thân thảo, thuộc họ Apiaceae (Jamil, 2007). Theo truyền thuyết, rau má được xem là loại cây thảo dược đã góp phần cho sự trường thọ của một vị võ sư môn Thái cực quyền. Theo đó vị võ sư này đã sống thọ đến 256 tuổi, được biết là do ông đã sử dụng các loại thảo dược Trung Quốc mà trong đó có rau má. Ở Ấn Độ rau má còn được gọi là Brahmi có nghĩa là một loại thảo dược có thể giúp con người tiến đến sự hòa hợp với vũ trụ.

Rau má cũng thường có mặt ở trong khẩu phần ăn của các vị thiền sư, nhà yoga. Ở Đông Nam Á loại rau này được sử dụng để điều trị nhiều loại bệnh như tổn thương da, thấp khớp, viêm nhiễm, động kinh, mất nước và tiêu chảy (Shanghai PR, 1977). Tại Ấn Độ nó được dùng để tăng cường trí nhớ, điều trị các bệnh ngoài da và các bệnh thần kinh (Jamil SS, 2007). Ngày nay, các sản phẩm thực phẩm từ rau má đã được sử dụng phổ biến trong đời sống hằng ngày.

Giá trị sản phẩm cũng dần được nâng cao nhờ vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Theo phân loại khoa học: - Giới: Plantae - Bộ: Apiales - Họ: Apiaceae - Phân họ: Mackinlayoideae - Chi: Centella - Loài: Centella Asiatica 1. Đặc điểm sinh học Rau má là loại cây phân bố ở khu vực phía Nam và Đông Nam của Châu Á. Ở Việt Nam chúng mọc tự nhiên ở khắp nơi, đặc biệt là các khu vực đất ẩm ướt.

Rau má phát triển mạnh ở những nơi ẩm ướt, râm mát như ruộng lúa, bờ sông, đầm lầy,… Rau má có thân mảnh, nhẵn là loại thân leo. Màu xanh lục hay lục ánh đỏ và có rễ ở các mấu thân. Mỗi mấu thân có từ 1–3 lá. Lá rau hình thận, màu xanh với cuống dài 2–6 cm và rộng 1 1,5–5 cm, phần đỉnh lá hình tròn, kết cấu lá trơn láng với các gân lá dạng lưới, mép có nếp gấp, nhẵn hai mặt.

Hoa dạng chùm có màu sắc đa dạng từ trắng đến tím hoặc hồng, ra hoa vào tháng 4 và tháng 6 (Seevaratnam, 2012).1 Thân và rễ rau má Hình 1.4 Quả rau má Hình 1. Trồng trọt và phân bố Rau má là thực phẩm phổ biến ở các nước khu vực đông nam Á, song nó chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi sống làm các loại salad, hoặc được thu hoạch và chế biến thành các món ăn, thức uống. Thời gian gần đây chúng đã được chế biến thành các sản phẩm dạng bột và bước đầu xuất khẩu ra thị trường nước ngoài. Tiêu biểu như sản phẩm bột rau má Quảng Thanh đã xuất khẩu thành công đơn hàng đầu tiên vào năm 2019 sang Hà Lan, sau đó phân phối qua 28 nước châu Âu.

Đến nay, mặc dù tình hình dịch Covid diễn biến phức tạp, nhưng các đơn hàng sản phẩm bột thiên nhiên của công ty vẫn được xuất đi đều đặn. 2 Qúa trình xuất khẩu giúp nâng cao chất lượng rau má Việt Nam nói riêng và các sản phẩm nông sản Việt nói chung. Bước đầu khẳng định vị thế nông sản Việt trên thị trường quốc tế. Bên cạnh đó cũng đóng góp vào sự phát triển kinh tế đất nước nhờ vào nguồn thu ngoại tệ.

Thành phần hóa học của rau má Rau má là một nguồn nguyên liệu giàu khoáng chất (bao gồm sắt, canxi, kali và magiê) và các loại vitamin, bao gồm vitamin K, C, E và nhiều loại vitamin B. Chúng cũng cung cấp nhiều chất dinh dưỡng thực vật bao gồm β-carotene, lutein, neoxanthin và zeaxanthin, giúp bảo vệ tế bào của con người khỏi những tổn thương về mắt do các vấn đề liên quan đến tuổi tác cùng nhiều tác dụng khác. Các chất dinh dưỡng đa lượng được tìm thấy trong C. asiatica chủ yếu là protein, carbohydrate và chất xơ.

Theo ba nghiên cứu được thực hiện trong thập kỷ trước, hàm lượng các chất dinh dưỡng cho thấy các giá trị tương đối gần nhau nhưng trong một số trường hợp, cũng có sự khác biệt lớn (Das, 2011; Hashim, 2011; Joshi & Chaturvedi, 2013). Hàm lượng dinh dưỡng đa lượng của C. asiatica được tóm tắt trong Bảng 1. Nói chung, loại thảo mộc này có ít protein (2,4%), carbohydrate (6,7%) và chất béo (0,2%).

asiatica đã được báo cáo là chứa khoảng 87,7% độ ẩm, 5,4% chất xơ không hòa tan và 0,49% chất xơ hòa tan, và 17,0 mg/100 g phốt pho, 14,9 mg/100g sắt và 107,8 mg natri mg/100g natri. Các giá trị này có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào phương pháp phân tích và các yếu tố sinh học và phi sinh học. Hàm lượng chất dinh dưỡng đa lượng của rau má (%) Carbohydra Công trình Protein Chất xơ Độ ẩm Chất béo te nghiên cứu Hashim NM 6.37 NM Das (2011) 3 Bảng 1. Hàm lượng chất dinh dưỡng vi lượng của rau má (mg/100g) Công trình Na K Ca Mg P Fe nghiên cứu Hashim 21 NM NM NM 32 5.86 Chaturvedi (2013) NM NM 1.06 NM 370 32 Das (2011) Tổng lượng calo trong 100g C.

asiatica là 37,0 kcal (Hashim, 2011). asiatica chứa hàm lượng kali cao (345 mg) và canxi (171 mg). Bổ sung kali làm giảm nguy cơ đột quỵ, sỏi thận, tổn thương thận và nhiều vấn đề liên quan đến tim. Canxi cũng là một thành phần cấu trúc quan trọng của xương.

Cần bổ sung đầy đủ canxi trong suốt thời thơ ấu và thanh thiếu niên để đạt được khối lượng xương tối đa ở tuổi trưởng thành, là yếu tố quan trọng quyết định tình trạng khoáng chất của xương trong cuộc sống sau này. asiatica có thể được sử dụng như một nguồn dinh dưỡng không đắt tiền của cả kali và canxi. Tuy nhiên, hàm lượng khoáng của các dạng khác nhau của C. asiatica có thể khác nhau đáng kể.

Hàm lượng khoáng chất có trong C.5 NM Hashim (2011) NM 0.9 Joshi and Chaturvedi (2013) NM NM NM NM 9.73 1 Das (2011) Các thành phần hóa học chính của cây như sau: hợp chất terpenoid, asiatoside, axit asiatic, axit madecassic, asiaticoside, brahminoside, brahmoside, centelloside, axit brahmic 0,097%, axit centellinic, axit isobrahmic, axit betulinic, stigmasterol, sitosterol, axit centellic, axit centic, axit indocentellic, centellose, thankuniside, axit thankunic, hydrocotylin, glycerid của axit oleic, axit linoleic, axit linolenic, axit palmitic và axit stearic, vallarine, axit pectic, axit aspartic, glycine, axit glutamic, α-alanin, phenylalanin, quercetin- 3-glucoside và kaempferol-3- glucoside. asiatica sống theo mùa và cũng rất dễ hư hỏng do hàm lượng nước cao. Có những tổn thất nặng nề do không có đủ phương tiện bảo quản, vận chuyển và chế biến thích hợp tại điểm sản xuất (Pande, Sonune, & Philip, 2000). Cần phải bảo tồn kho chất dinh dưỡng của tự nhiên thông qua các kỹ thuật chế biến thuận tiện.

Khử nước dường như là công nghệ đơn giản nhất để bảo quản GLV, đặc biệt là khi chúng có sẵn rất nhiều. Trong những năm gần đây, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để cải thiện khả năng giữ lại chất dinh dưỡng của các sản phẩm sấy khô bằng cách thay đổi phương pháp chế biến và / hoặc tiền xử lý. Chần là điều kiện tiên quyết để bảo quản rau má, chúng cần thiết để ngăn chặn sự 5 mất đi của hương vị, mùi và màu sắc. Tuy nhiên, nó có thể gây phá hủy một phần một số chất dinh dưỡng như axit ascorbic.

Theo nghiên cứu của họ, những thay đổi thành phần xảy ra khi mất nước thay đổi theo bản chất/loại của thành phần. Trong số các vitamin, axit ascorbic cho thấy mức giảm cao nhất trong quá trình khử nước, tổng hàm lượng carotenes và β-carotene cũng giảm khi mất nước, trong khi thiamine được giữ lại ở mức vừa phải. Những thay đổi trong các yếu tố kháng dinh dưỡng là không đáng kể. Quá trình khử nước tập trung các chất dinh dưỡng trong C.

asiatica, do đó sản phẩm khử nước là một nguồn chất xơ phong phú có thể được ứng dụng trong việc phát triển các loại thực phẩm giàu chất xơ và vi chất dinh dưỡng. Dễ bảo quản, khả thi, thuận tiện và có sẵn trái vụ là một số ưu điểm của việc kết hợp C. asiatica khử nước trong các sản phẩm. Hàm lượng chất khoáng và các vitamin trong rau má tươi và rau má khô.

Chỉ tiêu Dạng tươi Dạng khô Độ ẩm (%) 85.29 Hàm lượng tro (g/100g) 1.97 Chất xơ không hòa tan (g/100g) 5. Triterpenes Đây là triterpenes và các phân tử dẫn xuất của chúng, là những hợp chất hóa học chính được tìm thấy trong C. Hầu hết các thành phần quan trọng là axit asiatic, asiaticoside, axit madecassic, madecosside, thankuniside, brahmoside, brahminoside và axit brahmic. Asiaticoside và madecassoside chủ yếu ở lá và ít hơn ở rễ (Das, 2011).

Axit Brahmic, axit isobrahmic, brahminoside và brahmoside có trong C. asiatica đã cho thấy một số đặc tính an thần và chống co giật. Nó cũng hữu ích trong chứng sa sút trí tuệ, rối loạn tâm thần và lo lắng (Singh và cộng sự, 2010). Do đó, “Mentat” một công thức đa nhân có chứa C.

asiatica góp phần cải thiện trí nhớ, sự chú ý và sự tập trung ở trẻ em khuyết tật học tập (Upadhyay, Saha, Bhatia, & Kulkarni, 2002). Các mức độ khác nhau của các hợp chất triterpene đã được quan sát ở các giai đoạn trưởng thành khác nhau. Hàm lượng của axit asiatic không khác biệt đáng kể ở tất cả các giai đoạn chín. Tuy nhiên, mức độ axit madecassic, asiaticoside và madecassoside khác nhau đáng kể theo thời gian trưởng thành.

Các hợp chất này cao hơn khi thu hoạch ở 60 ngày và giảm đáng kể sau đó. Do đó, đối với cây ratoon, nên thu hoạch cây vào 60 ngày sau khi chọn giống vì hầu hết các hợp chất hoạt tính sinh học được quan sát là cao nhất ở giai đoạn trưởng thành này (Rosalizan, Rohani, Khatijah, & Shukri, 2008). Carotenoids Carotenoid là một trong những chất dinh dưỡng thực vật quan trọng nhất được tìm thấy trong C. Carotenoid, sắc tố thực vật đầy màu sắc, một số trong đó cơ thể có thể chuyển thành vitamin A, là chất chống oxy hóa mạnh có thể giúp ngăn ngừa một số dạng ung thư và bệnh tim, đồng thời tăng cường phản ứng miễn dịch của bạn đối với các bệnh nhiễm trùng.

Lutein là một loại carotenoid chủ yếu của sắc tố điểm vàng ở người được biết là có lợi cho mắt bằng cách bảo vệ chống lại AMD bằng cách ngăn ngừa tổn thương oxy hóa bắt đầu bằng ánh sáng đối với võng mạc, qua trung gian là khả năng dập tắt oxy đơn và ánh sáng xanh trong võng mạc. Hàm lượng Carotenoid và khả năng tiếp cận invitro của lutein 7 cũng đã được thực hiện đối với C.