Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu làm giàu lycopene trong sản xuất bột dưa hấu

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu công nghệ thực phẩm nghiên cứu làm giàu lycopene trong sản xuất bột dưa hấu, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải

• Tác giả: Đoàn Ngọc Thục Trinh
• Người hướng dẫn: PGS. Lại Quốc Đạt
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Nghiên Cứu Làm Giàu Lycopene Từ Bột Dưa Hấu Trong Công Nghệ Thực Phẩm
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu đề tài

Nghiên cứu làm giàu lycopene từ bột dưa hấu là một lĩnh vực đang thu hút sự chú ý trong ngành công nghệ thực phẩm. Lycopene là một carotenoid có khả năng chống oxy hóa mạnh, có tác dụng tích cực trong việc ngăn ngừa một số loại ung thư và bảo vệ sức khỏe tim mạch. Dưa hấu, một loại trái cây phổ biến, chứa một lượng lycopene đáng kể, tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng lycopene từ dưa hấu vẫn còn hạn chế. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các sản phẩm giàu lycopene từ dưa hấu không chỉ có giá trị dinh dưỡng mà còn mang lại lợi ích kinh tế cao. Từ đó, nghiên cứu này nhằm mục đích nâng cao hàm lượng lycopene trong nước ép dưa hấu và phát triển quy trình sản xuất bột dưa hấu giàu lycopene.

II. Đánh giá độ bền nhiệt và động học của lycopene

Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá độ bền nhiệt của lycopene ở nhiệt độ từ 60 đến 80 độ C trong 6 giờ. Kết quả cho thấy, trong mẫu nước ép không xử lý ly tâm, hàm lượng lycopene ban đầu tăng nhẹ nhưng sau đó giảm dần. Ngược lại, với mẫu được ly tâm, hàm lượng lycopene giảm ngay từ khi bắt đầu gia nhiệt, cho thấy sự biến đổi tuân theo phương trình động học bậc 1. Điều này cho thấy rằng việc duy trì độ bền nhiệt của lycopene là rất quan trọng trong quá trình chế biến thực phẩm, nhằm bảo toàn các đặc tính sinh học của lycopene. Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng lycopene có độ bền nhiệt cao hơn so với một số carotenoid khác, điều này càng củng cố thêm giá trị của lycopene trong sản xuất thực phẩm.

III. Nghiên cứu làm giàu lycopene bằng công nghệ siêu lọc

Việc làm giàu lycopene trong nước ép dưa hấu được thực hiện thông qua công nghệ siêu lọc với màng lọc ETNA01PP có kích thước mao quản 1000 Da. Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của áp suất vận hành từ 2 đến 8 bar đến thông lượng dòng qua màng và khả năng phân riêng các thành phần. Kết quả cho thấy, áp suất vận hành cao làm tăng thông lượng nhưng cũng gây ra hiện tượng tập trung nồng độ, dẫn đến giảm thông lượng và ảnh hưởng đến khả năng qua màng của các thành phần khác như đường và tro. Quá trình làm giàu lycopene cho thấy hiệu quả cao nhất tại áp suất 6 bar, với hàm lượng lycopene tăng hơn 10 lần so với mẫu ban đầu. Mô hình phân cực nồng độ và Hermia đã được áp dụng để mô tả sự thay đổi của thông lượng và nồng độ các thành phần trong quá trình lọc.

IV. Quy trình sấy phun bột dưa hấu giàu lycopene

Sau khi làm giàu lycopene, nước ép dưa hấu được sử dụng để sản xuất bột thông qua quy trình sấy phun. Nghiên cứu đã xác định ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đầu vào (150, 160 và 170 độ C) và tỷ lệ maltodextrin (MD) đến các tính chất hóa lý và khả năng hòa tan của bột. Kết quả cho thấy, nhiệt độ sấy và tỷ lệ MD có ảnh hưởng đáng kể đến độ ẩm, thời gian hòa tan và hiệu suất thu hồi của lycopene trong bột. Bột dưa hấu thu được có hàm lượng lycopene cao, dao động trong khoảng 1,2 – 2 mg/g, có thể sử dụng như thực phẩm bổ sung hoặc nguyên liệu phụ gia trong sản xuất thực phẩm và mỹ phẩm. Điều này mở ra cơ hội mới cho việc phát triển sản phẩm từ dưa hấu, đồng thời nâng cao giá trị dinh dưỡng cho người tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Giới thiệu đề tài. Giới thiệu về dưa hấu. Thành phần dinh dưỡng.

Thực trạng dưa hấu tại Việt Nam. Giới thiệu về lycopen. Chức năng của lycopen. Ứng dụng của lycopen.

Nguồn cung lycopen. Kỹ thuật lọc màng. Bản chất kỹ thuật lọc màng. Ưu và nhược điểm của công nghệ lọc màng.

Nhược điểm. Ứng dụng kỹ thuật lọc màng. Động học của quá trình lọc màng. Mô hình tập trung nồng độ.

Mô hình Hermia. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Mục tiêu đề tài. Nội dung nghiên cứu.

Thiết bị lọc. Thiết bị membrane mô hình dead-end. Thiết bị membrane mô hình cross-flow. Thiết bị sấy phun.

Phương pháp nghiên cứu. Khảo sát thành phần hóa học của nước dưa hấu. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến hàm lượng lycopen trong nước ép dưa hấu. Khảo sát quá trình làm giàu lycopen trong nước dưa hấu bằng kỹ thuật UF.

Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lên quá trình làm giàu lycopen trong nước dưa hấu bằng kỹ thuật UF. Nghiên cứu quá trình làm giàu lycopen trong nước dưa hấu theo mô hình vận hành hồi lưu toàn phần dòng không qua màng. Mô hình hóa quá trình làm giàu lycopen trong nước ép dưa hấu bằng kỹ thuật UF. Nghiên cứu quá trình sấy phun nước ép dưa hấu giàu lycopen.

Các phương pháp phân tích. Công thức tính toán. Mô hình động học mô tả sự biến đổi của lycopen theo nhiệt độ. Các thông số đánh giá quá trình làm giàu lycopen trong nước dưa hấu bằng kỹ thuật UF.

Mô hình hóa quá trình làm giàu lycopen trong nước dưa hấu bằng kỹ thuật UF. Hiệu suất thu hồi lycopen trong quá trình sấy phun. Phương pháp xử lí số liệu. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.

Thành phần hóa học của nước ép dưa hấu. Độ bền nhiệt của lycopen từ dưa hấu. Nghiên cứu làm giàu lycopen từ nước ép dưa hấu bằng kỹ thuật siêu lọc. Ảnh hưởng áp suất đến quá trình siêu lọc nước ép dưa hấu theo mô hình dead-end.

Thông lượng dòng qua màng. Làm giàu lycopen trong nước ép dưa hấu theo mô hình cross-flow và hoàn lưu toàn phần dòng không qua màng. Sự thay đổi thông lượng dòng qua màng. Khả năng tách các thành phần trong nước ép dưa hấu.

Mô hình hóa quá trình làm giàu lycopen bằng kỹ thuật siêu lọc. Nghiên cứu quá trình sấy phun nước ép dưa hấu giàu lycopen. Độ ẩm và khả năng hòa tan. Hàm lượng lycopen, carbohydrate và tro.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .81 xi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Da : Dalton ED : Electrodialysis – Điện phân FAOSTAT : Cơ sở dữ liệu của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp MD : Maltodextrin MF : Microfiltration - Vi lọc MWCO : Molecular weight cut off – Khối lượng phân tử được giữ lại trên màng NF : Nanofiltration - Lọc nano PV : Pervaporation – Thẩm thấu hơi qua màng UF : Ultrafiltation - Siêu lọc RO : Reverse osmosis - Thẩm thấu ngược TS : Total sugar – Tổng đường TSS : Total dissolve solute – Tổng chất khô hòa tan VRF : Volume reduced factor – Hệ số cô đặc xii DANH MỤC HÌNH Hình 1. Cấu trúc phân tử các đồng phân của lycopen. Các sản phẩm chứa lycopen trên thị trường. Cơ chế tắc nghẽn theo mô hình Hermia trong quá trình lọc màng.

Sơ đồ nội dung nghiên cứu. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị màng lọc dead-end. Sơ đồ cấu tạo của thiết bị màng lọc cross – flow. Mô hình hồi lưu toàn phần dòng không qua lọc.

Tỉ lệ thay đổi hàm lượng lycopen theo thời gian dưới tác động của nhiệt. Thông lượng dòng qua màng theo hệ số cô đặc trong siêu lọc nước dưa hấu. Độ phân riêng của lycopen, TS và khoáng theo áp suất vận hành. Thông lượng dòng qua màng theo hệ số cô đặc trong làm giàu lycopen.

TSS theo hệ số cô đặc trong làm giàu lycopen. Tỉ lệ lycopen/TSS theo hệ số cô đặc trong làm giàu lycopen. Tỉ lệ TS/TSS theo hệ số cô đặc trong làm giàu lycopen. Tỉ lệ tro/TSS theo hệ số cô đặc trong làm giàu lycopen.

Thông lượng dòng qua màng và VCF theo thời gian tại 6 bar. Hàm lượng các thành phần trong dòng retentate theo thời gian tại 6 bar. Hiệu suất thu hồi lycopen trong sấy phun bột dưa hấu giàu lycopen. Hàm lượng lycopen trong bột dưa hấu giàu lycopen.

Bột dưa hấu giàu lycopen sấy phun ở các điều kiện khác nhau .65 xiii DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Các tính chất vật lý của lycopen. Phương trình mô hình Hermia. Thông số thiết bị màng lọc dead-end HP4750.

Thông số kỹ thuật của thiết bị membrane Labstak M20. Thông số màng UF ETNA01PP. Thông số cơ bản của thiết bị sấy phun MOBILE MINOR. Thông số công nghệ khảo sát quá trình sấy phun nước ép dưa hấu giàu lycopen.

Thành phần hóa học của nước ép dưa hấu. Thông số mô hình động học sự biến đổi nhiệt của lycopen. Thông số mô hình Hermia và tập trung nồng độ trong làm giàu lycopen. Tính chất của nước ép dưa hấu trước và sau quá trình làm giàu lycopen bằng kỹ thuật UF.

Độ ẩm và các chỉ số hòa tan của bột dưa hấu giàu lycopen. Hàm lượng carbohydrate và tro trong bột dưa hấu giàu lycopen. Chỉ số màu sắc của bột dưa hấu giàu lycopen. Giới thiệu đề tài Lycopen được biết đến là một hợp chất sinh học có nhu cầu lớn từ người tiêu dùng, do có khả năng chống oxy hóa cao.

Bên cạnh đó, có tác dụng ngăn ngừa và làm chậm sự phát triển của một số loại ung thư, bảo vệ sức khỏe tim mạch. Cùng với đó, lycopen cũng được sử dụng nhiều trong các sản phẩm mỹ phẩm. Ở nước ta hiện nay, các sản phẩm giàu lycopen trên thị trường cũng như nguyên liệu trong sản xuất chủ yếu là nhập từ nước ngoài. Hầu hết nguồn lycopen hiện này trên thị trường là từ cà chua, một số ít là được tổng hợp bởi quá trình lên men hoặc các phản ứng hóa học.

Có nhiều dẫn chứng cho thấy dưa hấu cũng chứa một lượng lycopen đáng kể so với các nguyên liệu khác. Tuy nhiên, tính trên khối lượng nguyên liệu thô ban đầu, hàm lượng lycopen thấp hơn so với các nguyên liệu như cà chua, ổi hồng. Điều này đồng nghĩa với để thu cùng một lượng lycopen, lượng nguyên liệu dưa hấu cần xử lý là nhiều hơn, đồng thời cần nhiều xử lý để tăng hàm lượng lycopen đáp ứng với yêu cầu sản phẩm. Bên cạnh đó, dưa hấu là loại trái cây theo mùa và có thời gian sử dụng ngắn, chỉ từ 10 – 14 ngày.

Tuy nhiên, về mặt sinh học, lycopen từ dưa hấu thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội so với cà chua về khả năng hấp thụ, tính sinh khả dụng (bioavailability) và độ bền nhiệt. Hiện nay, trên thế giới cũng như tại Việt Nam sản lượng và chất lượng dưa hấu ngày càng tăng và được trồng phổ biến ở nhiều nơi. Khoa học công nghệ tiến bộ, cũng như các công nghệ hỗ trợ trong quá trình chế biến thực phẩm đã được phát triển nhiều giúp giảm thất thoát, lãng phí, giảm chi phí đầu tư nhưng có khả năng cải thiện chất lượng sản phẩm cao. Do đó, dưa hấu như một nguồn lycopen giàu tiềm năng, việc khai thác và sử dụng nó sẽ cung cấp cho người dùng nhiều sự lựa chọn.

Tuy nhiên, việc tăng nồng độ lycopen từ dưa hấu là một bước cần thiết để cải thiện khả năng ứng dụng của nó trong sản xuất và các sản phẩm. Từ lâu, kỹ thuật siêu lọc đã là một phương pháp được ứng dụng nhiều trong cô đặc, tinh sạch và làm giàu các hợp chất sinh học bởi nhiều ưu điểm nổi bật và khả năng ứng dụng thực tiễn cao. Sấy phun là phương pháp được ưa chuộng nhiều trong sản xuất bột trái cây. Giải pháp kết hợp kỹ thuật siêu lọc và sấy phun trong sản xuất bột dưa hấu 2 giàu lycopen sẽ giúp hạn chế các quá trình chế biến nhiệt trong sản xuất các sản phẩm giàu lycopen, qua đó hạn chế sự biến đổi nhiệt của các hợp chất nhạy cảm nhiệt và vẫn duy trì được các đặc tính cảm quan của sản phẩm.

Vì vậy, đề tài tiến hành nghiên cứu quá trình làm giàu lycopen bằng kỹ thuật siêu lọc và sấy phun bột dưa hấu giàu lycopen. Giới thiệu về dưa hấu Dưa hấu (Citrullus lanatus, họ Cucurbitaceae) là loại trái cây có nguồn gốc từ châu Phi, được trồng chủ yếu ở những vùng có khí hậu nhiệt đới. Dưa hấu là loại cây thân thảo, mỗi năm dài ra từ 1,5 – 5 m, ra hoa đơn tính và thụ phấn nhờ côn trùng. Trái to, hình cầu hay bầu dục và có thể chứa đến 90% nước, điều này đã giúp dưa hấu trở hành nguồn nước quan trọng ở những nơi khan hiếm nước.

Dưa hấu có vỏ cứng, là loại trái cây phổ biến và có giá trị cao trong họ bầu bí. Dưa hấu rất đa dạng về hình dạng và màu sắc. Hình dạng chính được xem xét với mặt phẳng cắt ngang từ cuống đến đuôi trái dưa là thuôn dài, dạng oval, dạng quả tròn, quả vuông. Màu sắc của quả dưa hấu cũng thay đổi từ màu xanh sáng đến xanh đậm, có sọc hoặc không có sọc.

Thịt quả có màu đỏ, đỏ hồng, màu vàng, màu cam hay màu trắng. Hạt dưa hấu cũng khá đa dạng từ màu trắng, đen, màu nâu với kích cỡ (lớn, trung bình, nhỏ), hiện nay còn phổ biến các loại dưa không hạt. Dưa hấu là loại cây trồng nhiệt đới, sinh trưởng và phát triển kéo dài trong điều kiện thời tiết ấm áp, khô ráo và đầy đủ nắng. Nó thuộc nhóm cây ngắn ngày, có yêu cầu cao về nhiệt độ trong suốt quá trình sinh trưởng và phát triển.

Nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của dưa hấu khoảng 25-30 oC. Dưa hấu có rễ mọc sâu, chịu úng kém và khi bị úng dưa hấu dễ bị thối rễ dẫn đến chết cây hoặc không trổ bông, thụ phấn và đậu quả. Dưa hấu có thể trồng được trên nhiều loại đất, tuy nhiên đất phải thoát nước tốt, kết cấu nhẹ, không quá phèn. Các vùng đất cát gần biển, đất phù sa ven sông là những vùng đất lý tưởng để trồng dưa hấu.

Dưa hấu có thể được trồng quanh năm ở những vùng gần xích đạo.