CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về khoai lang. Khoai lang (Ipomoea batatas) là một loại cây hai lá thuộc họ Convolvulaceae. Trong số khoảng 50 chi và và hơn 1000 loài thuộc họ này chỉ có khoai lang (Ipomoea batatas) là thực phẩm có giá trị kinh tế quan trọng [28], [36]. Khoai lang được sử dụng phổ biến trong vai trò cả rau lẫn lương thực.
Khoai lang là cây lương thực quan trọng thứ bảy chỉ sau lúa mì, gạo, ngô, khoai tây, lúa mạch và sắn, là thực phẩm chính ở nhiều nước đang phát triển của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, và cũng là thức ăn chăn nuôi và nguyên liệu cho một số thực phẩm và thức ăn công nghiệp [30]. Ngoài ra ở một số vùng châu phi lá khoai lang được sử dụng như một loại rau. Khoai lang được trồng nhiều nhất ở châu Á (chiếm 60,75% diện tích và 86,89% sản lượng thế giới). Khoai lang phát triển tốt nhất ở nhiệt độ ấm vừa phải (21-260C) và pH đất từ 5,5-6,5.2 Tính chất vật lý cơ bản của khoai lang.
Sau khi tìm hiểu, thu thập thông tin từ sách, các bài báo cáo khoa học chúng tôi thu được một số thông số vật lý cơ bản của khoai lang như sau: - Khối lượng riêng: = 1212 (kg/m3) - Nhiệt dung riêng: Cp = 3,66 kJ/(kg.K) - Hệ số dẫn nhiệt: = 0,49 W/(m.K) - Kích thước khoai lang: đường kính 2-4 cm, dài 10-15cm. Trang 4 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng - Độ ẩm khoai lang tươi: 77,28 % [36], [25] 1.3 Thành phần dinh dưỡng. Chất khô Tương tự các loại củ khác, khoai lang có độ ẩm cao. Hàm lượng chất khô của khoai lang trung bình chiếm khoảng 25-30% [35] nhưng thay đổi thay đổi rất rộng tùy thuộc vào các yếu tố như: giống cây trồng, địa điểm, khí hậu,… Hàm lượng chất khô thay đổi từ 13,6% đến 35,1% trong một số dòng khoai lang được trồng ở Đài Loan (Anon, 1981); từ 22,9% đến 48,2% trong 18 giống được trồng ở Brazil [27].
Bảng 1 Thành phần dinh dưỡng trong 100g khoai lang tươi Thành phần dinh dưỡng Đơn vị Hàm lượng Nước g 77,28 Năng lượng kcal 86 Chất đạm g 1,57 Tổng lipid (chất béo) g 0,05 Carbohydrate g 20,12 Tổng xơ g 3 Tổng đường g 4,18 Canxi mg 30 Sắt mg 0,61 Magiê mg 25 Photpho mg 47 Kali mg 337 Natri mg 55 Kẽm mg 0,3 Vitamin C mg 2.4 Thiamin mg 0,078 Trang 5 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Riboflavin mg 0,061 Niacin mg 0,557 Vitamin B6 mg 0,209 Folate, DFE µg 11 Vitamin A IU 14187 Vitamin E (α‐tocopherol) mg 0,26 Vitamin K (phylloquinone) µg 1,8 Carbohydrate chiếm khoảng 80-90% lượng chất khô (24-27% khối lượng tươi). Bao gồm chủ yếu là tinh bột và đường, ngoài ra còn có một lượng ít pectin, hemicellulose và cellulose. Thành phần này có thể thay đổi phụ thuộc vào độ chín của củ khoai lang, giống khoai lang, thời gian lưu trữ và chế biến,… Đường trong khoai lang chủ yếu là Sucrose, glucose và fructose [36]. Tinh bột: trung bình chiếm khoảng 60-70% lượng chất khô nhưng giá trị khác nhau đối với các loại giống khác nhau [28].
Cũng như các loại tinh bột khác, các hạt tinh bột khoai lang được tạo thành từ amylose (20%) và amylopectin. Protein: khoai lang có hàm lượng protein cao chiếm 1.14% hàm lượng chất khô [36]. Hàm lượng tro của khoai lang chiếm khoảng 3% trọng lượng khô hoặc 0,3-1% trọng lượng tươi, trong đó kali có nồng độ lớn nhất với 337 mg / 100 g khối lượng tươi [36]. Phốt pho, canxi, magiê, sắt, đồng và magiê cũng có mặt với số lượng đáng kể (Woolfe 1992).
Ngoài ra củ khoai lang cũng chứa vitamin như acid ascorbic, thiamin (B1), riboflavin (B2), niacin (B6), pantothenic acid (B5), folic acid, và vitamin E. Trang 6 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng 1.2 Quy trình công nghệ chiên chân không khoai lang Khoai lang Lựa chọn và phân loại Rửa Gọt vỏ Cắt lát Chần sơ bộ Chiên chân không Ly tâm tách dầu Bao gói Khoai lang chiên chân không Hình 1.2 Quy trình công nghệ chiên chân không khoai lang Thuyết minh quy trình công nghệ: - Lựa chọn và phân loại: + Lựa chọn khoai lang nguyên liệu không mọc mầm, có kích thước đồng đều phù hợp; không bị hư hỏng, sâu bệnh; còn nguyên vặn không bị dập nát. + Loại bỏ các củ khoai lang nguyên liệu không đảm bảo yêu cầu, chất lượng mong muốn qua đó đảm bảo chất lượng sản phẩm luôn ổn định. - Rửa: loại các tạp chất vô cơ như đất cát bám trên bề mặt khoai lang, loại bỏ một phần vi sinh vật, loại bỏ các hóa chất như dư lượng thuốc trừ sâu,… [2].
Yêu cầu: đảm bảo hiệu quả làm sạch, hạn chế làm dập nát khoai lang, không để khoai lang bị tái nhiễm bẩn trở lại. Trang 7 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng - Gọt vỏ, cắt lát: loại bỏ vỏ khoai lang chuẩn bị cho quá trình cắt lát sau đó, cần đảm bảo hạn chế tổn thất nguyên liệu, không làm nhiễm bẩn, dập nát nguyên liệu. Sau khi gọt vỏ tiến hành cắt lát với kích thước đường kính x dày = 30*1 mm tạo hình cho sản phẩm, rút ngắn thời gian chiên, giảm chi phí năng lượng, chuẩn bị cho quá trình chiên, hạn chế làm nát khoai lang. - Chần sơ bộ: Chần sơ qua trong nước sôi trong 20s nhằm hồ hóa một phần tinh bột, chuẩn bị cho quá trình chiên.
- Chiên chân không: Chiên nguyên liệu ở áp suất 0,2 atm ~ 152mmHg; nhiệt độ chiên: 1000C; thời gian chiên: 20 phút. Mục đích: + Làm chín khoai lang, chiên ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp nên sản phẩm khoai lang chiên chân không giữ được màu sắc, mùi vị tự nhiên và hạn chế tối đa tổn thất, biến đổi tiêu cực của dầu chiên cũng như các chất dinh dưỡng. + Bảo quản: nhiệt độ cao 1000C ức chế một số enzyme, độ ẩm của sản phẩm thấp ức chế các vi sinh vật có hại phát triển. Các biến đổi của nguyên liệu: + Vật lý: quá trình chiên chân không làm xảy ra nhiều biến đổi vật lý trong nguyên liệu như sự tăng nhiệt độ, sự khuếch tán các chất béo từ môi trường gia nhiệt vào bên trong sản phẩm, sự hòa tan và khuếch tán một số chất từ nguyên liệu đi vào môi trường gia nhiệt,… những biến đổi này làm thay đổi cấu trúc cũng như tỷ trọng và thể tích của nguyên liệu sau khi chiên.
+ Hóa học: nhiệt độ cao 1000C trong quá trình chiên chân không cũng thúc đẩy một số phản ứng hóa học như phản ứng maillard, phản ứng caramel hóa tạo ra màu sắc, hương vị đặc trưng của các sản phẩm chiên tuy nhiên so với các phương pháp khác thì phương pháp chiên chân không có nhiệt độ chiên thấp hơn rất nhiều (1000C so với 130-1800C) nên màu sắc và hương vị tự nhiên của sản phẩm vẫn được giữ lại đáng kể. + Hóa lý: nhiệt độ cao, áp suất thấp trong quá trình chiên chân không sẽ làm cho nước trong thực phẩm chuyển pha, làm cho sản phẩm sau khi chiên có độ ẩm thấp hơn trước khi chiên. + Sinh học: độ ẩm thấp của sản phẩm sau quá trình chiên chân không làm ức chế vi sinh vật. + Hóa sinh: nhiệt độ cao làm bất hoạt một số enzyme.
Trang 8 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng - Ly tâm tách dầu: sau khi chiên cho khoai lang vào thiết bị ly tâm, ly tâm với tốc độ 400 vòng/ phút trong khoản 3 phút để tách dầu ra [28]. - Đóng gói: Đóng gói sản phẩm bằng bao bì plastic nhằm bảo quản sản phẩm, trách các tác nhân vật lý như: tác động cơ học làm dập nát sản phẩm, hút ẩm từ môi trường,… ngăn các vi sinh vật gây hại từ bên ngoài xâm nhập vào. Tạo điều kiện thuận lợi cho việc bóc xếp, bảo quản và phân phối sản phẩm từ nơi sản xuất đến người tiêu dùng. Yêu cầu: Bao bì phải kín, trơn, nhẵn và trơ về mặt hóa học để không ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm, đồng thời phải đảm bảo độ bền chắc nhất định trước các tác động cơ học trong quá trình vận chuyển.3 Cơ sở khoa học của quá trình chiên.1 Định nghĩa chiên Chiên là một kỹ thuật chuẩn bị trong thực phẩm trong đó chất béo hoặc dầu được sử dụng như một môi trường truyền nhiệt, tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm.
Đây là một trong những kỹ thuật nhanh và đơn giản nhất để nấu thức ăn so với các phương pháp khác. Nhờ vào sự thu hút ở vẻ ngoài cũng như tính chất, kết cấu hương vị đặc trưng hình thành sau quá trình chiên đáp ứng được những mong muốn, yêu cầu của người tiêu dùng mà kỹ thuật này đã trở nên phổ biến trong cả nhà hàng và các ngành công nghiệp hiện này. Một quá trình chiên thực phẩm thường bao gồm 4 yếu tố chính: Thứ nhất, các điều kiện cụ thể trong quá trình chiên như nhiệt độ, áp suất chiên; thứ hai, một dụng cụ chiên, thường là một cái chảo đơn giản ở quy mô nhỏ hay một hệ thống chiên phức tạp ở quy mô lớn, quy mô công nghiệp; thứ ba, thực phẩm chiên và cuối cùng là môi trường chiên, môi trường thường được sử dụng là dầu hoặc mỡ có nguồn gốc từ động vật.2 Sự truyền nhiệt và truyền khối lượng trong quá trình chiên. Một số hiện tượng xảy ra liên quan đến sự truyền nhiệt và truyền khối trong quá trình chiên.
Đầu tiên là quá trình làm chín thực phẩm, đây là một trong những mục đích chính của quá trình chiên, quá trình này tạo ra các phản ứng nhiệt như hồ hóa tinh bột, biến tính protein, thủy phân, phản ứng Maillard, phản ứng Caramel hóa,… Thứ hai là sự mất nước, nhiệt được truyền trong thực phẩm bằng cách đối lưu từ dầu lên bề mặt sản phẩm rồi di chuyển vào trong trung tâm sản phẩm, làm cho nước bên trong được làm nóng đến điểm sôi dẫn đến làm tăng áp suất từ đó là nước từ trong sản phẩm di chuyển ra bên ngoài bề mặt rồi từ bề mặt khuyết tán ra bên ngoài. Sư di chuyển nước này giúp làm mát bề mặt sản phẩm trong khoảng thời gian chiên đầu tiên, đảm bảo cho sản phẩm không bị cháy [39]. Trang 9 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Thứ ba là sự hấp thu dầu vào sản phẩm do nhiệt độ cao ở quá trình chiên rán gây mất nước cho các phân tử ở bề mặt sản phẩm, từ đó làm cho bề mặt sản phẩm kỵ nước hơn phù hợp cho sư hấp thu lipid.