Bài giảng Hiện tượng thẩm thấu và những ứng dụng

1/13/2010 1 Ẩ ẤHIỆN TƯỢNG TH M TH U VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG Bùi Hữu Thuận Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm Trường Đại Học Cần Thơ Nguyên liệu sinh học và sự ổn định • Các nguyên liệu được dùng làm thực phẩm, thịt cá rau trái củ vi sinh vật v v thường, , , , , . … chứa nhiều nước khi thu hoạch. • Lượng nước quá nhiều này làm cho độ hoạt động của nước (water activity, Aw) cao và như vậy theo qui luật, các sản phẩm mau hư. • Tách nước hay giảm Aw là phương pháp cơ bản trong việc kéo dài thời gian sử dụng thực phẩm. 1/13/2010 2 1/13/2010 3 1/13/2010 4 1/13/2010 5 • Có những phương pháp cơ bản để giảm Aw: • Lấy nước ra : người ta lấy nước ra khỏi nông sản bằng cách làm cho nước bốc hơi như trong trường hợp cô đặc các dung dịch (cô đặc nước trái cây) hay lấy nước ra bằng cách sấy thực phẩm dạng rắn (sấy thịt, cá, rau, trái …) Bốc hơi 1/13/2010 6 Sấy • Thêm chất tan vào (chất làm khô thực phẩm): Chất tan được thêm vào cũng làm giảm Aw, do ồ ấ ếtăng n ng độ ch t liên k t với nước, và giúp bảo quản thực phẩm. • Bên cạnh đó chúng thêm vị vào sản phẩm, làm các sản phẩm có hương vị tốt hơn. • Các chất thêm có thể còn có vai trò trợ giúp bảo quản sản phẩm nhờ các gia vị có chất bảo quản tự nhiên như chống vi sinh vật và chống oxy hóa v..v.. (hành, tỏi, gừng, riềng ….). • Chất thêm được dùng nhiều nhất là muối, đường, acid các gia vị. 1/13/2010 7 Ướp muối 1/13/2010 8 Muối phó mát Muối phó mát kỹ nghệ 1/13/2010 9 • Kết hợp hai phương pháp: vừa lấy bớt ớ ừ thấ hất t à để ảnư c ra, v a m c an v o s n phẩm lâu hư, bảo vệ chất thực phẩm có giá trị cao (vitamin, chất chống oxy hóa tự nhiên), tăng vị, cải thiện giá trị cảm quan cho sản phẩm. Chúng ta có thể kể đến các sản phẩm như các thứ xốt rau, trái, thịt khô, vịt lạp, trái cây khô, các sản phẩm độ ẩm trung gian ... Vịt lạp 1/13/2010 10 1/13/2010 11 Salami 1/13/2010 12 1/13/2010 13 1/13/2010 14 1/13/2010 15 • Tất cả các phương pháp trên làm cho trạng thái thực phẩm chuyển từ vùng kém ổn định sang vùng tự ổn định, vì thế thực phẩm sẽ lâu hư hơn. • Hình sau đây chỉ các trạng thái của thực phẩm theo tọa độ phần chất khô tan, phần nước. Theo đó vùng kém ổn định có tỉ số hàm lượng nước và chất khô hòa tan lớn, ngược lại vùng có tỉ số phần nước và phần chất khô tan nhỏ là vùng ổn định hơn. 1/13/2010 16 Nước Hướng chế biến làm tăng sự ổn định 1 Vùng kém ổn định Chất khô tan Vùng tự ổn địnhChất khô không tan 10 Thành phần thực phẩm và ổn định • Sản phẩm độ ẩm trung gian, một thể loại sản phẩm không rất khô, không quá ướt, khá lâu hư được ể ề ếphát tri n nhi u trên th giới vừa đáp ứng được yêu cầu cảm quan vừa đáp ứng được yêu cầu bảo quản được xem như là thành tựu của sự hiểu biết về bảo quản thực phẩm. • Kỹ thuật bảo quản gắn liền với các sản phẩm loại này là kỹ thuật rào cản (hurdle technology), ở đó việc dùng tổng hợp các phương pháp bảo quản, mỗi biện pháp ức chế một số loại hư hỏng, liều dùng của từng biện pháp riêng lẽ không mạnh lắm chưa đủ ngăn cản sự hư hỏng nhưng nếu kết hợp lại với nhau, chúng có giá trị phối hợp, bảo vệ được thực phẩm. 1/13/2010 17 • Theo phương pháp này, các biện pháp bả ả dù h hà t á h đo qu n ng n ẹ n ng, r n ược các qui định về hàm lượng chất bảo quản, nhưng kết hợp chúng lại có hiệu quả trong bảo quản và làm cho tính chất dinh dưỡng và cảm quan của thực phẩm tốt hơn. Công nghệ rào cản 1/13/2010 18 • Đối với thực phẩm mà cấu trúc là những khối Khi muốn đưa chất thêm vào cũng như. lấy nước ra, khuếch tán là cơ chế của các tiến trình này. • Nhiều năm qua với sự phát triển công nghệ, các nhà khoa học trên toàn thế giới đã nhận ra nhiều điều mới về tiến trình này. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện tại nhiều nước trên thế giới để hiểu thêm tính chất của hiện tượng và ứng dụng chúng. • Tác dụng của các loại chất tan, phân tử khối hất t ồ độ hiệt độ t tác an, n ng , n , sự ương c của các chất tan, áp suất, điện trường, và các loại cấu trúc của nguyên liệu thực phẩm được nghiên cứu trên sự thấm, độ sâu thấm, phân bố chất tan nồng độ theo không và thời gian v..v.. Sự hiểu biết về tiến trình thẩm thấu ngày một nhiều. 1/13/2010 19 • Thêm vào đó sự hiểu biết và thành công của kỹ nghệ chế tạo màng lọc phân tử cũng đã làm cho công nghệ này có thêm những ứng dụng mới, khắp các tiến trình chế biến và bảo quản thực phẩm. • Nhờ hiểu biết khoa học, tiến bộ kỹ thuật, sự tiến bộ trong giải thuật các phương trình truyền rất phức tạp nhờ máy vi tính v...v... giúp người ta có thể hiểu, giải các bài toán chính xác và mô phỏng tiến trình, tiến đến điều khiển được tiến trình tách nước và thấm như mong muốn. Lọc tiếp xúc 1/13/2010 20 Khuếch tán và thẩm thấu • Khi vật chất hiện diện có nồng độ khác nhau một hiện tượng tự nhiên xảy ra để, điều hòa lại nồng độ gọi là sự khuếch tán. • Trong hiện tượng này chất khuếch tán di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Những chất khác cũng sẽ chuyển động ngược lại để điều hòa nồng độ. Những hiện tượng này xảy ra mạnh mẽ trong thể lỏng và trong thể khí Hiện tượng khuếch tán vật chất 1/13/2010 21 Khuếch tán đường trong nước Khuếch tán chất màu 1/13/2010 22 • Nếu hiện tượng này xảy ra ở một nơi bị ngăn cản bởi các màng tự nhiên hay nhân tạo ở đó các màng này chỉ cho phép những phân tử nhỏ đi qua, những phân tử lớn hơn không qua được, hiện tượng này phụ thuộc vào kích thước các phân tử, nó gọi là thẩm thấu nếu như chỉ cho nước đi qua và thẩm phân nếu như cho ấthêm một cỡ nào đó các ch t tan lớn hơn đi qua. • Hiện tượng như vậy thường gặp ở trong cơ thể sinh vật hay ở nông sản thực phẩm. Màng và sự khuếch tán Vai trò của màng, loại màng quan trọng trong sinh học, tự nhiên, kỹ thuật v..v.. 1/13/2010 23 Khuếch tán qua màng tế bào Tế bào, mô luôn hiện hữu trong sinh giới tạo một thế hóa học và chọn lọc sự khuếch tán Khuếch tán thẩm thấu là cơ chế vận chuyển quan trọng qua các màng tế bào sinh học Mỗi tế bào, mô (phổi, thận, ruột v..v..) luôn luôn xảy ra hiện tượng khuếch tán để điều hòa sự sống 1/13/2010 24 Khái niệm về thẩm thấu • Thẩm thấu là một hiện tượng, một khi có một sự khác biệt nồng độ (hay chính xác hơn, một khác biệt của hoạt tính hóa học của dung môi) làm cho dung môi (nước) đi xuyên qua một màng có tính chất thấm dung môi tốt hơn chất tan. Màng đó gọi là màng bán thấm. • Thẩm thấu là một trường hợp đặc biệt của khuếch tán. Đó là sự khuếch tán qua màng bán thấm ở đó nước có thể thấm qua màng, các chất tan khác không qua màng được Thẩm thấu • Thẩm thấu là một sự vận chuyển của nước ngang qua một màng bán thấm từ phía có nồng độ nước cao hơn đến phía có nồng độ nước ấth p hơn. • Quan niệm “nồng độ nước” - Sự hòa tan thêm chất tan vào nước sẽ hạ thấp nồng độ nước trong dung dịch so với nồng độ nước trong nước tinh khiết. (Nghĩa là nồng độ của nước trong nước tinh khiết là 55.5 M (1000/18). Nồng độ của nước trong một dung dịch glucose 1 M là 54.5 M (55.5 - 1). Nói cách khác chất tan (glucose) sẽ làm loãng hay thay thế phân tử nước và làm giảm nồng độ nước). 1/13/2010 25 Thẩm thấu • Khi hai dung dịch có nồng độ chất tan khác nhau phân tách nhau bởi màng bán thấm nước, từ dung dịch loãng sẽ qua màng bán thấm vào dung dịch đậm đặc hơn để giảm gradient nồng độ. • Sự di chuyển nước sẽ ngưng khi nào nồng độ của hai dung dịch bằng nhau. Thể tí h ủ hầ d dị h l ã ẽ iả l i• c c a p n ung c o ng s g m ạ và thế tích của phần dung dịch đậm đặc sẽ tăng lên sau khi tiến trình chấm dứt. Thẩm thấu 1/13/2010 26 Áp suất thẩm thấu • Áp suất thẩm thấu là áp suất phải tác động vào phía dung dịch nồng độ chất tan cao để ngăn cản sự chảy dung môi (nước) vào đó. Áp suất thẩm thấu của một dung dịch tỉ lệ trực tiếp nồng độ chất tan và tỉ lệ nghịch với nồng độ nước của dung dịch đó. • Tổng quát áp suất thẩm thấu của một chất lỏng, đo khả năng giữ hay lấy nước khi dung dịch này ngăn cách với nước bởi một màng bán thấm. Áp suất thẩm thấu 1/13/2010 27 Quan hệ giữa độ thẩm thấu của dung dịch tế bào và độ thẩm thấu của chất quanh tế bào • Đẳng trương (Isotonicity): Nếu đặt các tế bào máu trong dung dịch glucose 300 mM hay dung dịch NaCl 150 mM (300 mOsm/l), các tế bào này không trương cũng không co. • Ưu trương (Hypertonicity): dung dịch glucose 400 mM hay dung dịch NaCl 200mM sẽ gây ra sự co tế bào khi nước thoát ra khỏi tế bào. • Nhược trương (Hypotonicity): dung dịch glucose 100 mM hay dung dịch NaCl sẽ làm cho tế bào trương lên do nước đi vào tế bào . • Độ thẩm thấu của các tế bào sinh học cũng khác nhau. Các động vật sống ở biển, nồng độ muối thậm chí rất cao và các vi sinh vật sống trong dung dịch đường có độ thẩm thấu cao hơn các sinh vật bình thường.. Dung dịch ưu trương, đẳng trương, nhược trương đối với tế bào máu người • Dung dịch đẳng trương (dung dịch 0.9% NaCl - “nước muối sinh lý" - có thể được dùng để đưa thuốc vào mạch máu hay giữ các mô và tế bào bên ngoài cơ thể. Dung dịch ưu trương và nhược trương không thích hợp trong mục đích này. • Nước muối sinh lý hay dung dịch glucose 5.4%, có thể được dùng để đ à h á ấ ớ àưa v o mạc m u, cung c p nư c v năng lượng cho các bệnh nhân không thể ăn uống sau khi phẫu thuật. 1/13/2010 28 Thẩm thấu với tế bào động và thực vật Thẩm thấu không màng tế bào • Trong việc nghiên cứu thẩm thấu trên gel R lt W k (1994) hú t ì h ằagar, aou ac p c r n r ng các thực phẩm không màng tế bào như gel agar cũng xảy ra hiện tượng tách nước thẩm thấu tương tự. Tiến trình thoát nước và tăng đường sinh ra những lớp có tính chất như rào cản ngăn sự thấm đường nhưng ít ngăn cản hơn sự thoát nước. 1/13/2010 29 Động lực và trở lực của tiến trình • Động lực của tiến trình này thường được xem là gradient nồng độ của các chất trong hệ thống khuếch tán. • Trở lực của tiến trình cũng thể hiện qua các thông số về tính chất truyền của vật chất như hệ số truyền vật chất của dung dịch thẩm thấu hay hệ số khuếch tán hiệu quả của vật liệu sinh học. • Đã có nhiều nghiên cứu trong các lĩnh vực này để tiếp cận hiện tượng và mô hình hóa các trường hợp riêng rẽ để dùng trong những áp dụng kỹ nghệ mang lại những lợi ích về phẩm chất, năng suất, hiệu quả trên toàn thế giới. 1/13/2010 30 Mô hình truyền vật chất lớp film Cs C1 ư ờ ng C∞= hằng số Lát cắt ố i x ứ ng Um M ặt p hâ n ch ia N ồ ng đ ộ đ ư ½ bề dầy (e/2) Đường M ặt đ Nước Co Um x M • Hệ số truyền vật chất bên ngoài dung dịch phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ và tốc độ hả đ Bùi à á ộ (2009) ác y ược v c c c ng sự x c định qua việc thiết lập một hệ thức gồm các số không thứ nguyên Sherwood, Reynolds và Schmidt tuần tự đối với saccharose và nước trong các dung dịch 2 cấu tử đậm đặc. Shs = 1.3 Re0.5 Scs0.15 và Shw = 0.11 Re0.5 Scw0.5 (Bùi và các cộng sự, 2009) 1/13/2010 31 • Hệ số khuếch tán hiệu quả bên trong vật liệ i h h (D ) ũ đ á đị hu s n ọc eff c ng ược x c n trên nhiều loại vật liệu thực phẩm như táo (Kaymak-Ertekin and Sultanoglu, 2000), xoài (Giraldo và các cộng sự , 2003), cà chua (Bùi và các cộng sự, 2009) ... Khác biệt nồng độ là thế năng lượng • Sự khác biệt nồng độ là động lực của sự di chuyển phân tử tạo sự chuyển động, vật chất, thay đổi thể tích như vậy nó có thể phát ra công. • Sự khác biệt nồng độ có thể được dùng như một nguồn năng lượng để vận hành những bơm công suất cực nhỏ ổn định áp, dụng trong việc lấy mẫu hay tiêm liên tục các vật liệu vào các nơi mong muốn. 1/13/2010 32 khác biệt nồng độ sinh năng lượng Bơm thẩm thấu 1/13/2010 33 Lấy mẫu nhỏ theo thời gian Chế tạo bơm thẩm thấu 1/13/2010 34 • Sự khác biệt nồng độ muối trong nước biển và nước sông là một nguồn năng lượng tự nhiên vô tận có thể lợi dụng để phát năng lượng. • Dùng năng lượng nồng độ là một cách để tiết kiệm năng lượng trong chế biến thực phẩm, đặc biệt là các tiến trình cần năng lượng cao như tách nước ở dạng hơi trong tiến trình sấy và tiến trình bốc hơi đang được thế giới nghiên cứu và ứng dụng. ấ ở ỏ• Do nước được l y ra dạng l ng, năng lượng cần cho tiến trình này được giảm thiểu rất đáng kể so với lấy nước ra ở dạng hơi. 1/13/2010 35 • Trong những năm gần đây, giá năng lượng tăng cao và có khuynh hướng dài hạn là tăng cao thêm nữa, công nghệ chế biến sử dụng ít năng lượng có một ưu thế để cạnh tranh so với những tiến trình tách nước khác. • Sự khác biệt năng lượng theo các phương pháp khác để tách 1 kg nước được cho ở bảng sau (Dalla Rosa và Giroux, 2001) Tiêu thụ năng lượng (kJ/kg H2O) (Dalla Rosa và Giroux, 2001) Tiến trình tách nước 20 oC 30 oC 40 oC 70 oC Tách nước thNm thấu 2 700 1300 Tá h ớ thN thấ + 2110 3400 4000c nư c m u cô đặc lại Sấy bằng không khí - - 8000 - 9500 1/13/2010 36 Thẩm thấu ngược • Thẩm thấu ngược là một tiến trình thẩm thấu ở đó nước di chuyển theo chiều hướng ngược lại trong thẩm thấu tự nhiên. • Khi người ta tác động một ngoại lực bằng cách dùng bơm để tạo áp suất cao đủ thắng được áp suất thẩm thấu, nước sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ chất tan cao đến nơi có nồng độ chất tan thấp. • Tiến trình này có nhiều ứng dụng để cô đặc sữa cô, đặc nước trái cây … mà không dùng đến nhiệt độ cao để bốc hơi. Tiến trình này đảm bảo giữ được phẩm chất các vật chất nhạy cảm đối với nhiệt độ cao và tiết kiệm năng lượng. • Những nơi mà dân cư sống gần biển chỉ có nước mặn như tàu đánh cá xa bờ hải, đảo, cần có nước ngọt để ăn uống và sinh hoạt, người ta có thể áp dụng kỹ thuật thẩm thấu ngược để sản xuất nước ngọt từ nước biển với chi phí năng lượng thấp. • Tiến trình này đã thực hiện thành công ở qui mô kỹ nghệ trên đất liền và qui mô nhỏ trên các con tàu nhỏ đi biển. 1/13/2010 37 • Nhiều tiến trình áp dụng khác dựa vào các tiế t ì h à để l i i i h ật l i hấtn r n m ng oạ v s n v , oạ c tan, làm đậm đặc các chất có giá trị trong nhiều mục đích khác nhau. 1/13/2010 38 Loại màng lọc • Áp dụng vào tiến trình thấm chất tan và tách nước thực phẩm • Do phần lớn các tiến trình chế biến thực phẩm hầu như có thấm, thoát các chất tan (muối, đường) chất thêm (polyphosphate, sulfite, chất bảo quản …), các gia vị và tách nước. Có rất nhiều nghiên cứu tiến trình thẩm thấu để chế biến và bảo quản thực phẩm trong mục đích kéo dài thời gian bảo quản, bảo vệ những chất có giá trị, cải thiện tính chất của sản phẩm. 1/13/2010 39 • Dung dịch có áp suất thẩm thấu cao như đường muối được dùng trong chế biến thực, phẩm để lấy nước từ tác nguyên liệu thực phẩm như thịt, cá, trái và rau. Chúng không bị hạn chế bởi các luật về chất thêm thực phẩm. • Sự thấm, thoát các chất thêm khác trên thực phẩm cũng cần hiểu tốt để sử dụng có hiệu quả (polyphosphate, citrate, sulfite, SO2, chất bảo quản …) và quản lý phẩm chất thực phẩm không vi phạm các qui định và luật thực phẩm về chất thêm. • Hiện nay việc sử dụng các loại chất thêm à th ờ đ là th ki h hiện y ư ng ược m eo n ng m, người sử dụng không quản lý được tiến trình sẽ đương nhiên dẫn đến việc sử dụng không hợp lý vừa hao phí (tốn kém), vừa vi phạm an toàn thực phẩm. 1/13/2010 40 • An toàn vi sinh vật Các dung dịch thẩm thấu có A thấp và vận• w hành ở nhiệt độ thấp, thậm chí nhiệt độ lạnh để làm an toàn tiến trình xử lý, ức chế các vi sinh vật gây hại. • Những phương pháp khác như pH, thanh trùng được vận dụng để điều hành lâu dài... mà an toàn về mặt vi sinh vật. Phương pháp tách nước thẩm thấu như vậy tốt về mặt an toàn vệ sinh thực phẩm. • Bảo vệ chất chống oxy hóa Các chất chống oxi hóa ngày nay được được• thế giới quan tâm vì khả năng ngăn chận các bệnh mãn tính mà nguyên nhân do các gốc tự do xuất hiện trong quá trình sống. Các chất quí giá này dễ bị hư hỏng do tiếp xúc với không khí khi chế biến. Chúng có thể được gìn giữ tốt hơn nếu tiến trình chế biến thực hiện trong điều kiện chân không, vắng mặt của oxygen. 1/13/2010 41 • Môi trường thẩm thấu cũng có thể xem là một môi trường hầu như vắng mặt oxy mà không cần các thiết bị chịu chân không, máy bơm chân không và các vận hành phức tạp do chân không. • Do đó công nghệ thẩm thấu là phương thức ít tốn kém mà vẫn đạt được yêu cầu bảo quản chất chống oxy hóa. Các carotenoids như lycopene, β-carotene gần như nguyên vẹn trong các tiến trình tách nước thẩm thấu vừa giữ màu sắc tươi đẹp vừa bảo vệ toàn vẹn tính chất chức năng. Tiến trình thẩm thấu còn có tác dụng bảo vệ clorophyll, vitamin C trong quá trình tồn trữ sản phẩm. Bảo vệ chlorophyll 1/13/2010 42 Bảo vệ vitamin C trong tồn trữ lạnh • Vì vậy tách nước thẩm thấu là công nghệ ầ hiê ứ để hế biế á thc n ng n c u c n c c ực phẩm chức năng ở những nguyên liệu rau quả củ đặc biệt của Việt nam để có thể bán chúng sang các nước mà điều kiện khí hậu không thuận lợi cho sự phát triển các nguyên liệu này. 1/13/2010 43 • Kết hợp khác với tiến trình thẩm thấu D á d dị h đ ờ à ối h• o c c ung c ư ng v mu c ưa thể hạ thấp Aw của sản phẩm đến mức tự ổn định, các sản phẩm sau các tiến trình xử lý thẩm thấu mặc dầu có phẩm chất dinh dưỡng tốt, và kéo dài đời sản phẩm thêm một thời gian nhưng nếu muốn sản, phẩm ổn định lâu hơn, cần dùng thêm các phương pháp bảo quản khác. • Các phương pháp có thể được dùng kết h là hiệt độ thấ th h t ù ấ khôợp n p, an r ng, s y hay kết hợp thêm các rào cản bảo vệ thực phẩm khác như: pH, nhiệt độ, chất bảo quản, bao gói ... để cho thực phẩm lâu hư hỏng hơn. Các sản phẩm loại nầy hầu hết đều có phẩm chất cải thiện. 1/13/2010 44 • Một vài thành tựu của tách nước thẩm thấu • 3.1 Chế biến rau trái khô • Hầu hết các sản phẩm rau trái khô áp dụng công nghệ thẩm thấu trong giai đoạn đầu để lấy một lượng lớn nước ra, ít tốn năng lượng sấy và phẩm chất sản phẩm được cải thiện. Các sản phẩm này đã có một thị trường rộng rải trên thế giới như đu đủ, xoài, khóm, cà rốt, ổi, cà chua ... Bê h tiết kiệ ă l i tă hất• n cạn sự m n ng ượng, g a ng c lượng cảm quan, áp dụng tiến trình còn giữ được tốt các chất chống oxy hóa trong khi sản xuất và còn giữ tốt hơn sau khi sản xuất. 1/13/2010 45 Khóm sấy • Bảo vệ lycopene của tiến trình thẩm thấu • Trong nghiên cứu về sự biến đổi của lycopene và các dạng đồng phân của lycopene trong quá trình tách nước cà chua bằng cách sấy chân không, tách nước thẩm thấu và kết hợp, các nhà nghiên cứu đã thấy rằng lycopene được bảo vệ tối đa ở dạng tự nhiên trans-lycopene khi xử lý thẩm thấu trong dung dịch saccharose, không biến dạng thành cis-lycopene so với phương pháp sấy chân không và sấy bằng không khí nóng (Shi và các cộng sự 1999). Do đó màu của cà chua tách nước thẩm thấu đỏ đẹp như cà chua tươi nguyên liệu. 1/13/2010 46 Mẫu cà chua Tổng số lycopene Mất lycopene (%) Trans- Isomers (%) Cis- isomers (%) Thành phần lycopene ở các sản phẩm cà chua theo công nghệ tách nước (Shi và các cộng sự, 1999) Cà chua tươi 755a 0 100 0 Xử lý thNm thấu 755a 0 100 0 ThNm thấu + sấy chân không 737b 2.4 93.5 6.5 ấS y chân không 731c 3.2 89.9 10.1 Sấy bằng không khí 726d 3.9 84.4 16.6 Số liệu trình bày là trung bình của 3 lần lặp lại Các chữ không giống nhau ở cột là khác nhau với mức ý nghĩa (P < 0.01) • Lycopene là chất thực phẩm chức năng có khả năng ngăn cản gốc tự do mạnh mẽ nhất, được xem là có khả năng ngăn chận các bệnh ung thư, đặc biệt là th t ế tiề liệt (R d R 2007)ung ư uy n n ao an ao, . • Ngăn chận sự hư hỏng và thu nhận tối đa loại carotenoid này có ý nghĩa trong chế biến thực phẩm giàu carotenoids. Lycopene tập trung chủ yếu ở phần da của cà chua. • Các tiến trình cô đặc hiện nay loại bỏ vỏ trong công đoạn tách vỏ vì nó làm cản trở các hệ thống truyền nhiệt để bốc hơi. • Nói cách khác công nghệ hiện tại loại phần có giá trị chức năng nhất của cà chua. Vì thế chế biến phần thải bỏ của kỹ nghệ cà chua để sản xuất lycopene đang được quan tâm thực hiện trên thế giới. 1/13/2010 47 • Thí nghiệm thẩm thấu cà chua cho thấy công nghệ này có thể loại ra trên 75% nước, sản phẩm này đủ để pha chế xốt mà không phải dùng công nghệ bốc hơi. Hơn nữa toàn bộ phần vỏ có thể giữ nguyên trong sản phẩm làm cho sản phẩm đẹp hơn và nhiều dinh dưỡng chức năng hơn. • Với cách làm như vậy, chúng ta có thể áp dụng để tách nước các trái cây khác thành những sản phẩm có ích giàu dinh dưỡng mà ít hao tốn năng lượng. Bảo vệ all-trans-lycopene 1/13/2010 48 Màu sắc cà chua • Mô hình hóa tiến trình thẩm thấu • Tiến trình thẩm thấu được nghiên cứu với hy vọng mô tả tiến trình bằng một mô hình toán học để dự đoán thành công sự biến đổi nồng độ các chất trong quá trình xử lý. Mô hình đầy đủ bao gồm sự khuếch tán qua lớp film ở mặt phân chia pha và sự khuếch tán bên trong vật liệu thực phẩm. • Các tính chất khuếch tán được thể hiện trên các thông số của vật liệu (dung dịch và thực phẩm) chúng được giải quyết thành công trên hệ thống đường saccharose đậm đặc và cà chua. 1/13/2010 49 C∞= hằng số lớp film Lát cắt Mô hình toán học của khuếch tán nước và đường trong tiến trình thẩm thấu k(C∞-Cs) = -Deff(δC/δx)s (δC/δt) = Deff(δ2C/ δx2) (luật Fick 2) ố ề ấ Cs C1 ộ đ ư ờ ng Đường ặt đ ố i x ứ ng Um M ặt p hâ n ch ia k : hệ s truy n vật ch t C∞ : nồng độ vật chất của dung dịch Cs: nồng độ vật chất ở bề mặt Deff : hệ số khuếch tán hiệu quả x: tọa độ không gian theo hướng khuếch tán N ồ ng đ ộ ½ bề dầy (e/2) M ặ Nước Co Um x • Sự di chuyển của cả hai loại cấu tử nước à đ ờ t ật liệ đ hứ tỏ làv ư ng rong v u ược c ng chảy theo kiểu khuếch tán chứ không phải chảy toàn khối (Bùi và các cộng sự, 2009). Hệ số khuếch tán hiệu quả trong vật liệu cà chua của đường và nước được xác định là chỉ tùy thuộc vào nhiệt độ thẩm thấu (Bùi và các cộng sự, 2009). 1/13/2010 50 • Với những hiểu biết mới nhất đó, công nghệ tách nước thẩm thấu cà chua được mô phỏng thành công bằng luật khuếch tán Fick 2, áp dụng có lớp film ở mặt phân chia pha, và có tính đến sự co rút vật liệu với 5 thông số vận hành nồng độ, nhiệt độ, bề dày, tốc độ dung dịch thẩm thấu và thời gian xử lý (Bùi và các cộng sự, 2009). • Kết quả này đúng hơn và bao quát hơn những kết quả trước đây, vì lời giải trước cho rằng sự chảy của lưu chất không ảnh hưởng đến quá trình thấm, bỏ qua sức cản ngoại và sự co rút. • Sự chính xác của kết quả dự đoán bằng mô hình và kết quả thực nghiệm còn cho thấy và giải thích được bằng mô hình tại sao khi ngâm trong dung dịch đậm đặc đường thấm vào ít hơn so với dung dịch loảng (Bùi và các cộng sự, 2009). • Quan sát này đã được phúc trình bởi vài tác giả trước đây (Raoult Wack 1994, Kaymak- Ertekin và Sultanoglu, 2000). Kết quả này hứa hẹn có những ứng dụng vào qui mô nghiên cứu pilot và sản xuất. 1/13/2010 51 Chế biến thịt thẩm thấu của Cty OSMOFOOD • Ngâm trong bể tách nước thẩm thấu để thịt khô lại và lên màu trong thời gian chừng 3 giờ Máy thẩm thấu màng liên tục 1/13/2010 52 Sản phẩm thịt thẩm thấu Cá khô thẩm thấu 1/13/2010 53 • Kết luận • Khoa học và công nghệ tách nước, thấm chất tan có nhiều tiến bộ trong những năn gần đây giúp điều khiển các thông số vận hành sao cho sản phẩm đạt được mục tiêu kinh tế kỹ thuật mong muốn. • Tiến trình này có thể được áp dụng rộng rải vào chế biến và bảo quản thực phẩm với mục đích nâng cao chất lượng và hiệu quả kinh tế. • Đó là công nghệ ít hao tốn dễ làm cho sản phẩm chất, , lượng cải tiến.