Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình ép đùn và sấy đến hàm lượng anthocyanin trong sản phẩm cháo huyết rồng ăn liền (oryza sativa l )

Gạo huyết rồng (Oryza sativa L.)

Cây lúa thuộc họ Poaceae (hay họ hoà thảo), phụ họ Pryzoideae, tộc Oryzae, dòng Oryza, loài Oryza sativa (trồng chủ yếu ở Châu Á) và Oryza glaberrima

(trồng chủa yếu ở Châu Phi)

Cấu tạo hạt lúa: gồm các thành phần chính là râu, mày thóc, vỏ (vỏ trấu, vỏ quả, vỏ hạt), lớp aleuron, nội nhũ và phôi

Vỏ hạt gạo là lớp vỏ mỏng bên ngoài nội nhũ, có màu trắng đục hoặc đỏ cua, và độ dày của nó phụ thuộc vào độ chín của lúa, chiếm khoảng 5.6-6.1% khối lượng hạt gạo lật Lớp aleuron, chủ yếu cấu tạo từ protid và lipid, khi bị xay xát sẽ tạo ra cám Việc còn sót lại lớp aleuron trong hạt gạo có thể làm tăng nguy cơ hư hỏng trong quá trình bảo quản.

Nội nhũ của hạt lúa chủ yếu chứa glucid, chiếm đến 90% thành phần Màu sắc của nội nhũ có thể là trắng đục hoặc trắng trong, tùy thuộc vào giống lúa và điều kiện canh tác Trong quá trình xay xát, hạt lúa có nội nhũ màu trắng đục dễ bị gãy vỡ và cần thời gian nấu lâu hơn so với hạt có nội nhũ màu trắng trong.

Phôi nằm ở góc dưới nội nhũ, là bộ phận dự trữ và chuyển hóa chất dinh dưỡng cho mộng khi hạt nảy mầm Nó chứa nhiều protid, lipid và vitamin, đặc biệt là 60% lượng vitamin B1 của toàn bộ hạt thóc Trong quá trình xay xát, phôi dễ bị vụn nát và tạo thành cám.

Gạo màu, đặc biệt là gạo đỏ và gạo đen, là loại gạo phổ biến trong ẩm thực Châu Á và chứa hàm lượng anthocyanin cao hơn gạo trắng (M.T Escribano-Bailón và cộng sự, 2004) Trong quá trình sản xuất, lớp cám thường bị loại bỏ do chứa nhiều enzyme, chất béo và vitamin dễ hư hỏng, dẫn đến việc mất đi nguồn dinh dưỡng quý giá, vì hầu hết các hợp chất có hoạt tính sinh học, bao gồm anthocyanin, đều tập trung trong lớp cám và phôi của gạo nguyên hạt.

HVCH: Nguyễn Bảo Toàn 4 GVHD: TS Lê Minh Hùng

Gạo huyết rồng (Oryza sativa L.), hay còn gọi là gạo đỏ, là loại gạo chủ yếu được trồng ở các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long như Đồng Tháp, Sóc Trăng, và đặc biệt là Long An Kể từ năm 2009, Long An đã phát triển vùng chuyên canh lúa huyết rồng tại xã Thái Trị, huyện Vĩnh Hưng Giống lúa này có thời gian sinh trưởng khoảng 6 tháng và được canh tác một vụ bắt đầu từ tháng 5-6 âm lịch.

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của gạo lứt huyết rồng và gạo lứt thường

Chỉ tiêu Đơn vị Gạo lứt huyết rồng Gạo lứt thường

(Nguồn: Nguyễn Thị Ngọc Yến, 2011)

According to Abdel-Aal et al (2006), cyanidin-3-glucoside is the primary anthocyanin component found in red rice, contributing to a total anthocyanin content of approximately 93.5 µg/g The study highlights that cyanidin-3-glucoside is the predominant form at 14 ± 0.3 µg/g, followed by cyanidin diglucoside at 1.7 ± 0.1 µg/g, cyanidin-3-rutinoside at 1.3 ± 0.1 µg/g, and peonidin-3-glucoside at 2.5 ± 0.1 µg/g.

Báo cáo khảo sát của Finocchiaro và cộng sự (2007) cho thấy gạo đỏ, sau khi đã bỏ trấu, có sắc tố đỏ và khả năng chống oxy hóa cao gấp ba lần so với gạo trắng.

HVCH: Nguyễn Bảo Toàn 5, GVHD: TS Lê Minh Hùng, nghiên cứu loại gạo trắng đã được loại bỏ trấu, với đặc điểm nổi bật là sự hiện diện của proanthocyanidin và các hợp chất phenol liên quan có trong gạo đỏ.

Hiện nay, gạo lứt và các loại gạo xay xát không kỹ đang được sử dụng để hỗ trợ điều trị một số bệnh như tiểu đường, tim mạch và ung thư Tuy nhiên, nghiên cứu về sản phẩm chế biến gạo lứt, đặc biệt là gạo lứt huyết rồng, cùng với khảo sát về sự biến đổi của anthocyanin trong loại gạo này sau chế biến vẫn còn hạn chế cả trong và ngoài nước.

Thuyết gốc tự do và chất chống oxy hóa

Thuyết của BS Denham Harman, được đưa ra vào năm 1950, cho rằng các gốc tự do là nguyên nhân chính gây rối loạn hoạt động của ty lạp thể (mitochondries) và ảnh hưởng đến ADN, dẫn đến đột biến trong tế bào Điều này cho thấy rằng các gốc tự do chính là yếu tố gây ra sự tự hủy hoại và lão hóa ở cấp độ tế bào.

Gốc tự do là những nguyên tử hoặc phân tử có điện tử không cặp đôi ở lớp điện tử ngoài cùng, có thể mang điện tích âm, dương hoặc không mang điện tích Chúng đóng vai trò quan trọng trong sự tồn tại của tế bào và sinh vật sống, giúp bảo vệ các chức năng cơ thể hoạt động bình thường Tuy nhiên, sự mất cân bằng trong hệ thống oxy hóa nội sinh do stress hoặc môi trường cực đoan có thể dẫn đến sự gia tăng gốc tự do, gây ra lão hóa và nhiều bệnh lý nghiêm trọng như ung thư, bệnh tim mạch, và rối loạn chức năng não Do đó, việc duy trì sự cân bằng gốc tự do là cần thiết để bảo vệ sức khỏe.

Các nhà khoa học đang nghiên cứu việc sử dụng các chất chống oxy hóa ngoại sinh nhằm mục đích phòng ngừa và vô hiệu hóa các tác động tiêu cực.

Nghiên cứu dịch tễ cho thấy việc tiêu thụ nhiều rau quả và trái cây hàng ngày giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như đục thủy tinh thể, huyết áp cao và béo phì (Pu Jing, 2006; Glade).

Năm 1999, nghiên cứu cho thấy khoảng 20% hoặc hơn các trường hợp ung thư có thể được phòng ngừa bằng cách tiêu thụ từ 400-800g rau quả mỗi ngày Điều này nhấn mạnh tác dụng bảo vệ của các hợp chất chống oxy hóa từ thực vật trong chế độ ăn uống hàng ngày, giúp cơ thể chống lại bệnh tật và giảm nguy cơ tử vong do hoạt động quá mức của các gốc tự do.

Các chất chống oxy hóa ngoại sinh như flavonoid và polyphenol tồn tại tự nhiên trong rau quả, trái cây và ngũ cốc như gạo, lúa mì Tuy nhiên, đáng tiếc là những hợp chất này thường vắng mặt hoặc chỉ có rất ít trong thực phẩm chế biến công nghiệp hiện nay, do tính chất không bền và dễ bị biến tính trong quá trình chế biến.

Anthocyanins

Anthocyanin là một hợp chất flavonoid tan trong nước, tạo ra các màu sắc mạnh mẽ như cam, đỏ, tím và xanh trong nhiều loại rau quả, lá, rễ củ và các dạng dự trữ khác của thực vật Chúng tồn tại tự nhiên dưới dạng polyhydroxylated và methoxylated heterosides, có nguồn gốc từ ion flavylium (2-phenylbenzopyrilium) (M Teresa Escribano-Bail´ on, 2004).

Anthocyanin là dẫn xuất của anthocyanidin, bao gồm các nhóm đường như rhamnose, glucose, galactose và arabinose Anthocyanidin không bền và hiếm khi có mặt trong nguyên liệu thực vật, thường xuất hiện dưới dạng glycosyl hóa Các nhóm đường này giúp tăng cường sự ổn định và khả năng hòa tan của anthocyanin Sự khác biệt giữa các anthocyanin phụ thuộc vào số lượng, loại và vị trí của các gốc đường gắn vào phần aglycol.

HVCH: Nguyễn Bảo Toàn 7 GVHD: TS Lê Minh Hùng aromatic acid gắn vào gốc đường Chúng liên kết với aglycon bởi liên kết tại vị trí C

3, 5, 7, 3’, 4’ và 5’ (F Delgado-Vargas và cs, 2000)

Hình 1.2: Cấu trúc hoá học của flavylium hay 2-phenylbenzopyrilium

(Nguồn: Ma Teresa Escribano-Bail´on và cs, 2004) Bảng 1.2: Các anthocyanidin phổ biến trong tự nhiên

(Nguồn: Ma Teresa Escribano-Bail´on và cộng sự, 2004) Hiện nay, đã có khoảng 600 loại anthocyanin đƣợc xác định (O Andersen và cs,

Ba loại anthocyanin phổ biến nhất trong tự nhiên là cyanidin, delphinidin và pelargonidin, với sự hiện diện chủ yếu trong các loại lá có màu (80%), trái cây (69%) và hoa (50%) (Ghosh D và cs, 2007).

Anthocyanins are commonly acylated at the C3 position of their sugar moiety by various aromatic acids, including p-coumaric, caffeic, ferulic, sinapic, gallic, and p-hydroxybenzoic acids, as well as aliphatic acids such as malonic, acetic, malic, succinic, and oxalic acids.

Sự phân bố màu của anthocyanin phụ thuộc vào các nhóm thế trong cấu trúc vòng B, số lượng và vị trí các gốc đường, cũng như việc acyl hóa gốc đường bởi các acid, pH, nhiệt độ, loại dung môi và sự hiện diện của các co-pigment Trong dung dịch, anthocyanin tồn tại ở bốn dạng cấu trúc: quinonoidal (anhydro) bazo (A) cho màu xanh, cation flavylium (AH+) màu đỏ, carbinol pseudobase (B) và chalcone (C) không màu.

Hình 1.3: Các dạng cấu trúc của anthocyanin trong dung dịch

Trong môi trường pH từ 1-3, anthocyanin chủ yếu tồn tại dưới dạng cation flacylium, tạo ra màu đỏ Khi pH đạt 5, nó chuyển sang dạng carbinol pseudo base không màu, và ở pH khoảng 7-8, anthocyanin chuyển thành dạng quinoidal base, mang màu xanh tím Màu sắc của anthocyanin dễ bị phá hủy bởi oxy, ion kim loại, ánh sáng, acid ascorbic và enzyme Độ bền màu và cường độ màu của anthocyanin tăng khi số nhóm methoxyl trong vòng B tăng, nhưng giảm khi số nhóm hydroxyl tăng Sự ổn định của các loại anthocyanidin giảm theo thứ tự malvidin, peonidin, petunidin, cyanidin và delphinidin.

Các gốc đường glycosyl hóa và acyl hóa làm tăng tính ổn định của anthocyanin, với các dạng diglycoside ổn định hơn so với monoglycoside (Ma Teresa Escribano-Bailón và cs, 2004) Sự phân hủy của anthocyanin gia tăng khi nhiệt độ và pH tăng Một cấu trúc anthocyanin bền với sự gia tăng pH cũng cho thấy tính bền vững khi nhiệt độ tăng.

Khi các anthocyanidin-3 glucoside được nung nóng ở pH 2-4, chúng sẽ phân huỷ liên kết glycoside ở nhiệt độ 100 o C, sau đó chuyển đổi cấu trúc aglycone thành dạng chalcone Quá trình biến tính tiếp theo sẽ tạo ra sản phẩm màu nâu, đặc biệt khi có mặt của oxy.

Hình 1.4: Sự phá huỷ cấu trúc Cyanidin-3-glucoside

Anthocyanins exhibit a broad absorption range of 500-535 nm, varying by the type of anthocyanidin For instance, pelargonidin shows peak absorption at 502-506 nm, cyanidin at 512-520 nm, peonidin at 517-520 nm, delphinidin at 525 nm, petunidin at 526-529 nm, and malvidin at 530 nm (Abdel-Aal E-S et al., 2006).

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hàm lượng anthocyanin có liên quan đến hoạt tính chống oxy hóa trong rau quả, giúp ngăn ngừa các bệnh suy giảm và mãn tính (Heinonen và cs, 1998; Record và cs, 2001) Hoạt tính chống oxy hóa của anthocyanin chủ yếu do sự hiện diện của nhóm hydroxyl tại vị trí số 3 trong vòng C, cùng với các vị trí 3’, 4’ và 5’ trong vòng B Anthocyanidin, dạng không glycoside, thể hiện khả năng chống oxy hóa vượt trội hơn so với anthocyanin, và hoạt tính này giảm dần khi số lượng gốc đường trong phân tử tăng lên.

Theo các báo cáo từ thập niên 70, anthocyanin là một loại flavonoid phổ biến trong khẩu phần ăn hàng ngày, với lượng tiêu thụ khoảng 200 mg, cao hơn đáng kể so với các loại flavonoid khác.

Anthocyanin, cùng với các hợp chất thực vật như quercetin, kaempferol, myricetin, apigenin và luteolin, đã thu hút sự chú ý của giới khoa học nhờ vào những lợi ích tiềm năng cho sức khỏe con người Chúng không chỉ là thành phần chính trong chế độ ăn uống từ rau quả mà còn mang lại hy vọng về một hiện tượng tương tự như "nghịch lý Pháp" mà rượu vang đỏ đã chứng minh.

Trong thập kỷ qua, nghiên cứu toàn cầu đã tập trung vào việc khai thác và sử dụng anthocyanin từ các loại quả như blackberry, raspberry, và nho, cùng với các sản phẩm từ nho Các nghiên cứu của Costantino và cộng sự (1992), Wang và Lin (2000), Vian và cộng sự (2006), cũng như Haibo Wang và cộng sự (2003) đã chỉ ra thành phần, hàm lượng và khả năng chống oxy hóa của anthocyanin trong từng loại nguyên liệu.

Hiện nay, nghiên cứu về anthocyanin trong các loại ngũ cốc đang thu hút sự chú ý, đặc biệt là sự đa dạng của các sắc tố tím, đỏ và đen có trong chúng (El-Sayed M Abdel-Aal và cs, 2006).

Báo cáo của Abdel-Aal và cộng sự (2006) cho thấy hàm lượng anthocyanin trong các loại bắp tím, xanh, đỏ và gạo đỏ, đen dao động từ 7 đến 3276 àg/g, với 42 loại anthocyanin được phát hiện Nghiên cứu của Sompong và cộng sự (2011) về 9 loại gạo đỏ và 3 loại gạo đen từ Thái Lan, Trung Quốc và Sri Lanka cho thấy gạo đỏ Thái Lan có khả năng chống oxy hóa cao nhất, trong khi không có sự khác biệt rõ rệt về khả năng chống oxy hóa giữa gạo đỏ và gạo đen.

Kỹ thuật ép đùn

Kỹ thuật ép đùn là quá trình nén và gia công nguyên liệu để tạo ra khối bán rắn dưới áp suất và nhiệt độ kiểm soát, sau đó đẩy qua các khe nhỏ với vận tốc định trước để tạo sản phẩm Quá trình này bao gồm nhiều tác động vật lý như trộn, nhào, gia nhiệt, chảy dẻo, cắt, đồng hoá, làm nguội, tạo hình và định dạng để sản phẩm đạt yêu cầu về hình dạng và chỉ tiêu Ép đùn mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.

- Đây là một phương pháp sản xuất cho nhiều loại sản phẩm khác nhau với cấu trúc, hình dạng, kích thước đa dạng

Ép đùn là một kỹ thuật chế biến thực phẩm sử dụng nhiệt độ và áp suất cao trong thời gian ngắn, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm Phương pháp này không chỉ cải thiện khả năng tiêu hóa mà còn gia tăng giá trị dinh dưỡng sinh học so với các phương pháp chế biến thông thường.

Kỹ thuật ép đùn giúp giảm chi phí sản xuất nhờ vào khả năng chế biến thấp hơn và năng suất cao hơn so với các phương pháp làm chín hoặc tạo hình thực phẩm khác.

Kỹ thuật ép đùn là một phương pháp chế biến có độ ẩm thấp, giúp loại bỏ việc tạo ra sản phẩm phụ, từ đó giảm thiểu nhu cầu xử lý nước và ngăn ngừa các vấn đề ô nhiễm môi trường.

1.4.2 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiện

Ép đùn áp lực cao không chỉ nhằm hoàn thiện và tạo hình sản phẩm mà còn phục vụ nhiều mục đích công nghệ khác Quá trình này giúp chế biến thực phẩm thông qua việc biến tính protein, hồ hóa tinh bột, và tạo ra hương vị, màu sắc nhờ phản ứng Maillard Ngoài ra, nhiệt độ cao trong quá trình ép đùn còn có tác dụng vô hoạt enzyme và tiêu diệt vi sinh vật, từ đó góp phần vào việc bảo quản sản phẩm hiệu quả.

Hiện nay, trong ngành công nghiệp thực phẩm, quá trình ép đùn đóng vai trò quan trọng trong công nghệ chế biến lương thực, sản xuất một số loại đậu, bánh kẹo, cũng như chế biến thịt và thủy sản.

1.4.3 Cấu tạo của hệ thống thiết bị ép đùn

1.4.3.1 Thành phần của một máy ép đùn

Bộ phận nhập liệu (feed assemble), trục vít (screw), buồng ép (barrel), lỗ khuôn (die head assembly), dao cắt (cutters)

Hình 1.5 Thành phần cấu tạo thiết bị ép đùn

1.4.3.2 Cấu tạo của thiết bị ép đùn

Bộ phận nhập liệu trong quy trình sản xuất bao gồm thiết bị nhập liệu cho nguyên liệu khô và nguyên liệu ướt Nguyên liệu khô được chứa trong thùng trên thiết bị nhập liệu, có khả năng rung lắc và điều chỉnh tốc độ nhập liệu Nguyên liệu lỏng được định lượng qua van tiết lưu với khả năng thay đổi kích thước lỗ và tuần hoàn nước Nếu sử dụng preconditioner, nguyên liệu khô sẽ được trộn với nước hoặc hơi nước trong thùng kín, có thể hoạt động dưới áp suất Việc cung cấp đồng đều nguyên liệu khô và lỏng là rất quan trọng để đảm bảo máy ép đùn hoạt động hiệu quả.

Trục vis đơn là một thành phần quan trọng trong máy ép đùn, có thể bao gồm nhiều trục vít riêng biệt Nó được chia thành ba phần chính: phần nhập liệu, phần chuyển tiếp và phần định lượng Phần nhập liệu tiếp nhận các thành phần thực phẩm từ thiết bị nhập liệu, trong khi phần chuyển tiếp thực hiện chức năng trộn, gia nhiệt và gia công nguyên liệu thành một khối liên tục, được gọi là phần nén ép Cuối cùng, bộ phận định lượng tăng tốc độ phân cắt khối bột nhào, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng nhiệt độ của nguyên liệu trong quá trình này.

Buồng ép là bộ phận được lắp chặt xung quanh trục vis quay, được kết nối bằng bulong hoặc kẹp các phân đoạn khác nhau Tỷ lệ L/D, tỷ số giữa chiều dài và đường kính của tang - trống, là thông số quan trọng trong máy ép đùn Tang - trống và lớp lót tháo được thường được chế tạo từ hợp kim cứng để chống ăn mòn Bề mặt trong của tang trống vừa trơn nhẵn vừa có khía rãnh, giúp tăng khả năng bơm chống lại áp suất cao ở đầu ra.

Lỗ khuôn là bộ phận quan trọng nằm ở cuối thùng tang của máy ép đùn, có chức năng giữ đĩa khuôn và hỗ trợ cho quá trình ép đùn.

HVCH: Nguyễn Bảo Toàn 14, GVHD: TS Lê Minh Hùng, cắt Đĩa khuôn có khả năng chứa nhiều lỗ khuôn, giúp định hình sản phẩm thực phẩm trước khi sản phẩm đó được đưa ra khỏi máy ép đùn.

1.4.3.3 Các biến đổi của nguyên liệu

Hình 1.6: Biến đổi độ nở của vật liệu qua quá trình ép đùn

Các biến đổi trong quá trình ép đùn chịu ảnh hưởng bởi cấu hình và quy trình vận hành của thiết bị, cũng như tính chất của nguyên liệu đầu vào Dưới đây là một số quy luật biến đổi chính trong thiết bị ép đùn áp lực cao.

Quá trình ép đùn là công nghệ quan trọng trong chế biến nguyên liệu cao phân tử như protein và tinh bột Nguyên liệu sẽ trải qua ba giai đoạn chính trong thiết bị: phối trộn, nhào trộn và nấu – định hình, mỗi giai đoạn mang lại những biến đổi khác nhau cho nguyên liệu Cuối cùng, khi thoát ra khỏi thiết bị, nguyên liệu sẽ được định hình thành sản phẩm cuối cùng.

Giai đoạn phối trộn là giai đoạn đầu tiên khi nguyên liệu được nhập vào thiết bị, với trục vis có đường kính nhỏ và bước vis thưa, tạo ra không gian chứa nguyên liệu lớn Trong giai đoạn này, áp lực và nhiệt độ chưa cao, nên cấu trúc nguyên liệu không biến đổi nhiều Biến đổi chủ yếu ở giai đoạn này là sự phối trộn đồng đều giữa các nguyên liệu.

Khi nguyên liệu được chuyển tiếp sang vùng thứ hai, nhiệt độ và áp suất sẽ tăng dần, đồng thời các thành phần, đặc biệt là nước, được trộn đều và khuếch tán vào bên trong cấu trúc.

Kỹ thuật sấy

Sản phẩm sau khi ép đùn có độ ẩm cao, vì vậy việc áp dụng phương pháp sấy đối lưu ở giai đoạn cuối giúp giảm độ ẩm và tạo sự đồng nhất cho toàn bộ sản phẩm Tuy nhiên, quá trình sấy bằng không khí nóng có thể ảnh hưởng đến hàm lượng và hoạt tính chống oxy hóa của anthocyanin.

Sấy đối lưu là quá trình loại bỏ độ ẩm khỏi vật liệu thông qua việc cung cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm Trong quá trình này, cả truyền nhiệt và truyền ẩm đều được thực hiện bằng phương pháp đối lưu.

Phương pháp sấy sử dụng không khí nóng làm tác nhân chính, trong đó mẫu nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng trong buồng sấy Quá trình này giúp bốc hơi phần ẩm trong nguyên liệu nhờ vào sự chênh lệch áp suất hơi giữa bề mặt nguyên liệu và tác nhân sấy Các phân tử nước trên bề mặt nguyên liệu sẽ bốc hơi vào không khí nóng, trong khi sự chênh lệch ẩm giữa bề mặt và tâm của nguyên liệu sẽ khuếch tán ra vùng bề mặt.

1.5.2 Đặc trƣng của quá trình sấy:

Quá trình sấy diễn ra rất phức tạp, đặc trƣng cho tính không thuận nghịch và không ổn định Nó diễn ra đồng thời bốn quá trình:

- Truyền nhiệt cho vật liệu

- Dẫn ẩm trong lòng vật liệu

- Tách ẩm vào môi trường xung quanh

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy:

- Bản chất của vật liệu sấy: cấu trúc, thành phần hoá học, đặc tính liên kết ẩm…

- Các dạng liên kết ẩm trong nguyên liệu Trong đó phổ biến nhất là cách phân loại theo bản chất hình thành liên kết của P.H Robinde (Hoàng Văn Chước,

- Hình dạng vật liệu sấy: kích thước mẫu sấy, bề mặt lớp vật liệu…

- Độ ẩm ban đầu, độ ẩm cuối, độ ẩm tới hạn của vật liệu

- Độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ của tác nhân sấy

Quá trình sấy được tăng cường hiệu quả thông qua việc nâng cao nhiệt độ không khí, giảm độ ẩm tương đối, và tăng tốc độ không khí bằng cách giảm áp suất trong môi trường.

- Chênh lệch nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của tác nhân sấy

- Cấu tạo thiết bị sấy, phương thức và chế độ sấy

Các giai đoạn của quá trình sấy:

Giai đoạn đun nóng vật liệu:

- Toàn bộ nhiệt cung cấp để đun nóng vật liệu, ẩm bốc hơi không đáng kể

- Nhiệt độ tăng đến nhiệt độ bầu ƣớt của tác nhân sấy

- Độ ẩm vật liệu thay đổi không nhiều

- Tốc độ sấy tăng nhanh đến cực đại

- Giai đoạn này diễn ra rất nhanh

Giai đoạn sấy đẳng tốc:

- Nhiệt cung cấp dùng để bốc hơi ẩm trên bề mặt vật liệu

- Nhiệt độ của vật liệu bằng nhiệt độ bầu ƣớt và không đổi

- Độ ẩm của vật liệu giảm nhanh

- Tốc độ sấy không đổi

Trong giai đoạn này, tốc độ khuếch tán ẩm từ bên trong vật liệu ra bề mặt vượt trội hơn so với tốc độ bốc hơi từ bề mặt, dẫn đến tình trạng bề mặt vật liệu luôn trong trạng thái bão hòa ẩm.

Giai đoạn sấy giảm tốc

- Nhiệt độ của vật liệu tăng dần

- Độ ẩm giảm chậm đến độ ẩm cân bằng

- Tốc độ sấy giảm dần đến 0, tuỳ theo cấu trúc vật liệu mà có biến dạng khác nhau

Tốc độ khuếch tán trong lòng vật liệu diễn ra chậm hơn so với tốc độ bay hơi ở bề mặt Đường cong sấy thể hiện sự biến đổi độ ẩm của vật liệu theo thời gian.

AB: giai đoạn đun nóng vật liệu BC: giai đoạn sấy đẳng tốc CD: giai đoạn sấy giảm tốc 1: đường cong sấy

2: đường nhiệt của vật liệu

Hình 1.7: Đường cong sấy Đường cong tốc độ sấy: là đường biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ sấy và độ ẩm của vật liệu sấy

AB: giai đoạn đun nóng vật liệu

BC: giai đoạn sấy đẳng tốc CD: giai đoạn sấy giảm tốc

1: vật liệu dạng bản mỏng, xốp: giấy, bìa…

2: vật liệu keo 3: vật liệu xốp: có điểm uốn (thay đổi cơ chế vận chuyển ẩm)

5: vật liệu có điểm gãy khúc (điểm tới hạn thứ 2)

Hình 1.8: Đường cong tốc độ sấy

1.5.3 Mục đích công nghệ và phạm vi thực hiên

Quá trình sấy nguyên liệu giúp loại bỏ nước, dẫn đến việc tăng hàm lượng chất dinh dưỡng trong mỗi đơn vị khối lượng sản phẩm sấy.

- Chế biến: quá trình sấy làm biến đổi nguyên liệu và tạo ra nhiều tính chất đặc trƣng cho sản phẩm

Quá trình sấy giúp giảm giá trị hoạt độ của nước trong nguyên liệu, từ đó ức chế sự phát triển của vi sinh vật và một số enzyme, góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.

- Hoàn thiện: quá trình sấy có thể làm cải thiện một vài chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm

1.5.4 Các biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy

Trong quá trình sấy, nguyên liệu sẽ hình thành gradient nhiệt, với nhiệt độ cao nhất ở bề mặt và giảm dần về phía trung tâm.

Sự khuếch tán ẩm xảy ra do sự chênh lệch độ ẩm giữa các khu vực khác nhau trong mẫu nguyên liệu Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, các phân tử nước từ vùng trung tâm sẽ di chuyển ra vùng biên của nguyên liệu.

Các tính chất vật lý của nguyên liệu, bao gồm hình dạng, kích thước, khối lượng, tỷ trọng và độ giòn, sẽ có sự thay đổi Các sản phẩm khác nhau thể hiện sự biến động rõ rệt về cấu trúc, đặc biệt là mức độ co ngót và khả năng hấp thụ nước trở lại.

- Hóa học: khi tăng nhiệt độ thì tốc độ của các phản ứng hóa học cũng tăng theo

Trong quá trình sấy thực phẩm, một số vitamin như vitamin C và các hợp chất màu như carotenoids, chlorophyll rất dễ bị oxi hóa, dẫn đến việc sản phẩm bị nhạt màu hoặc mất màu Hơn nữa, các hợp chất polyphenol trong rau quả cũng dễ bị oxi hóa, làm cho sản phẩm sấy có màu nâu không mong muốn.

Các hợp chất lipid, đặc biệt là chất béo tự do, khi trải qua phản ứng oxy hóa sẽ tạo ra peroxide và nhiều sản phẩm phụ khác, dẫn đến mùi ôi khó chịu cho sản phẩm.

+ Phản ứng thủy phân các hợp chất có trong nguyên liệu, ví dụ triglyceride bị thủy phân thành glycerol và các acid béo

Phản ứng Maillard là hiện tượng phổ biến xảy ra trong quá trình sấy nguyên liệu có chứa đường khử và các hợp chất có nhóm –NH2 tự do Phản ứng này dẫn đến sự hình thành các hợp chất melanoidin, làm cho sản phẩm sấy trở nên sậm màu.

Trong quá trình sấy thực phẩm, ngoài các phản ứng thông thường, còn có thể xảy ra nhiều phản ứng hóa học khác như dehydrate hóa, phân hủy và trùng hợp.

- Hóa lý: biến đổi chủ yếu là sự chuyển pha của nước từ lỏng thành hơi

NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Vật liệu nghiên cứu

Gạo lứt huyết rồng Long An mua tại công ty cổ phần thực phẩm sạch Hoà Phát Đ/c: 1520 Vành đai đông, P An Phú, Q 2, TP HCM

2.1.2 Hoá chất và thiết bị

Stt Tên hóa chất Nơi sản xuất Khối lƣợng Độ tinh khiết

1 DPPH (2,2-diphenyl-1- picryhydrazyl) Sigma Aldrich 1g ≥ 99 %

6 HCl đậm đặc Trung Quốc 500 ml ≥ 96%

7 Folin Ciocalteu Việt Nam 100 ml

Thiết bị phòng thí nghiệm: Thiết bị ép đùn, tủ sấy đối lưu, UV-Vis [Genegys

Tủ sấy, máy đo ẩm hồng ngoại từ Thụy Điển, máy nghiền, máy đo pH Jenway – 3510 pH Meter từ Mỹ, cân 4 số lẻ của Đức, rây chuyên dụng với kích thước lỗ 0.25mm, thước kẹp Digital Caliper 0 – 150mm cùng với các dụng cụ cần thiết khác là những thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp và nghiên cứu.

Quy trình nghiên cứu

2.2.1 Các bước tiến hành thí nghiệm Để thực hiện quá trình nghiên cứu quy trình sản xuất cháo ăn liền từ nguyên liệu gạo lứt huyết rồng bằng phương pháp ép đùn, chúng tôi dựa trên quy trình sản

Chúng tôi sẽ tiến hành khảo sát các thành phần hóa học chính của nguyên liệu trong sản xuất cháo ăn liền truyền thống, tìm hiểu các vùng biến đổi tốt nhất của các thông số trong từng công đoạn quy trình Từ đó, chúng tôi sẽ đưa ra các thông số công nghệ tối ưu nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm Để thực hiện nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất quy trình công nghệ sản xuất như sau:

Hình 2.1: Quy trình sản xuất cháo ăn liền

(Nguồn : quy trình sản xuất cháo ăn liền của xưởng FOLI thuộc phân Viện Cơ Điện

Nông Nghiệp & Công Nghệ Sau Thu Hoạch)

Gạo lứt huyết rồng Ép đùn Nghiền

Sản phẩm Sấy Gia ẩm Ủ

Hình 2.2: Sơ đồ quy trình thí nghiệm

2.2.2.1 Thí nghiệm khảo sát thành phần hoá lý của nguyên liệu

Mục đích: Phân tích thành phần hóa lý của nguyên liệu làm cơ sở cho các thí nghiệm sau

- Khả năng chống oxy hoá

2.2.2.2 Khảo sát độ ẩm của nguyên liệu nhập liệu

Mục đích: xác định lượng nước bổ sung và thời gian ngâm nguyên liệu đến hoạt tính của anthocyanin và giá trị cảm quan của sản phẩm

Chỉ tiêu khảo sát: Độ ẩm nhập liệu 16 -18 -20- 22- 24 (%)

Phân tích thành phần hóa học của nguyên liệu

Nghiên cứu độ ẩm nhập liệu quá trình ép đùn

Nghiên cứu các thông số quá trình sấy ổn định sản phẩm Nghiên cứu các phương pháp bao gói sản phẩm

Yếu tố cố định: tốc độ trục vis 380 v/ph, nhiệt độ buồng ép 175 o C, đường kính lưới chặn tạo nhiệt 4 mm, đường kính lỗ thoát 12 mm, năng suất 50 kg/giờ

2.2.2.3 Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ và thời gian sấy bán thành phẩm

Mục đích: Xác định chế độ sấy giúp giữ đƣợc hàm lƣợng anthocyanin tốt nhất Chỉ tiêu khảo sát: Nhiệt độ sấy 40 – 50 – 60 – 70 ( o C)

Trong thí nghiệm khảo sát độ ẩm nguyên liệu, yếu tố cố định được xác định là thiết bị sấy đối lưu với năng suất 70kg mỗi mẻ Thiết bị này sử dụng quạt thổi có công suất 2Hp, 3 pha, đảm bảo tốc độ quạt phù hợp để đạt hiệu quả sấy tối ưu.

2.2.2.4 Thí nghiệm khảo sát phương pháp bao gói sản phẩm

Mục đích: Lựa chọn điều kiện bao gói sản phẩm tốt nhất giúp hạn chế các điều kiện làm giảm hàm lƣợng của anthocyanin trong sản phẩm

Chỉ tiêu khảo sát: các phương pháp bao gói:

- Hút chân không + không chắn sáng : sử dụng bao bì PA và bao bì bạc

- Hút chân không + chắn sáng : Sử dụng bao bì PA

- Không hút chân không + không chắn sáng : Sử dụng bao bì PE

- Không hút chân không + chắn sáng : Sử dụng bao bì PE và bao bì bạc

Yếu tố cố định: Độ ẩm nguyên liệu ép đùn từ thí nghiệm 2, chế độ sấy từ thí nghiệm 3, trọng lƣợng sản phẩm 100 g/gói, thời gian bảo quản 2 tháng

Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp xác định độ ẩm TCVN 1643:1992

Nguyên tắc: sấy mẫu gạo ở nhiệt độ 105 o C+ 2 đến khối lƣợng không đổi

W (%): phần trăm ẩm trong nguyên liệu m o (g): khối lƣợng nguyên liệu ban đầu m o (g): khối lƣợng nguyên liệu sau khi sấy đến khối lƣợng không đổi

100 giá trị quy đổi về %

2.3.2 Phương pháp xác định hàm lượng anthocyanin (E S.M Abdel-Adl và P

Nguyên liệu được nghiền qua máy nghiền và rây qua sàng 0.25 mm Sau đó, 3g mẫu nghiền được cho vào cốc 50 ml cùng với 24 ml aceton 80% để trích ly Dịch trích được điều chỉnh pH về 1 bằng HCl 4N và lắc trong 2 giờ ở nhiệt độ thường và trong bóng tối Sau khi trích ly, dịch được lọc qua giấy lọc và định mức lên 25 ml bằng aceton 80% Mẫu trích sau đó được đo độ hấp thu tại bước sóng 510 nm so với mẫu trắng là aceton 80% Một dãy nồng độ từ 1-5 mg/L Cyanindin-3-glucoside được dựng để tạo đường chuẩn.

Tổng anthocyanin chứa trong 100 g mẫu đƣợc xác định theo công thức:

C = (A*V/1000)*100/(M*(1-W%)) Trong đó: C là nồng độ anthocyanin (mg/100g CK)

A là nồng độ anthocyanin so trên đường chuẩn (mg/L)

V là thể tích dich trích thu đƣợc (ml)

M là khối lƣợng mẫu đem đi trích ly (g)

W%: hàm lƣợng ẩm của nguyên liệu

(100 giá trị quy đổi về 100 g, 1/1000 giá trị đổi từ ml ra L)

2.3.3 Phương pháp xác định phenolic tổng (Yang Yao và cs, 2009)

Nguyên liệu được nghiền nhỏ qua máy nghiền và rây với kích thước 0.25 mm Sau đó, 3g mẫu nghiền được cho vào cốc 50 ml cùng với 24 ml aceton 80% để thực hiện quá trình trích ly trong 2 giờ bằng máy lắc, diễn ra trong bóng tối và ở nhiệt độ thường Dịch trích sau đó được lọc qua giấy lọc và điều chỉnh thể tích lên 25 ml bằng aceton 80% Cuối cùng, dịch sau trích ly được bọc kín bằng giấy bạc và bảo quản ở nhiệt độ 4°C cho đến khi tiến hành phân tích TPC và DPPH.

TPC được xác định bằng phương pháp Folin Ciocalteu, một phương pháp đo màu dựa trên phản ứng oxy hoá khử giữa các hợp chất polyphenol và thuốc thử Folin Ciocalteu, gồm phosphobubdat và phosphotungstat Trong môi trường kiềm, thuốc thử oxy hoá polyphenol, tạo ra các acid heteroply có màu xanh da trời, với bước sóng hấp thu cực đại ở 765 nm Tổng hàm lượng polyphenol được tính bằng cách quy đổi về lượng tương đương với acid gallic (GA) 100g -1 mẫu khô.

C = A*V*100/(M*(1-W%)) Trong đó: C là nồng độ TPC tổng (mg/100 gCK)

A là nồng độ TPC so trên đường chuẩn (mg/ml)

W%: hàm lƣợng ẩm của nguyên liệu, 100 giá trị quy đổi về 100 g Cách thực hiện:

Hỳt 50 àl dịch trớch vào ống nghiệm, thờm 5 ml nước cất vào rồi lắc đều Tiếp tục cho 500 àl thuốc thử Folin-Ciocalteau đó pha loóng tỉ lệ 1:1 với nước cất,

Sau khi lắc đều và để yên trong 2 phút, tiếp tục hút 500 μl Sodium Carbonate 20% vào ống nghiệm, lắc đều rồi ủ trong tối 1 giờ Sau khi ủ, mẫu sẽ được đem đo độ hấp thu ở bước sóng 765 nm Kết quả thu được sẽ được so sánh với mẫu trắng là nước cất thay cho dịch trích.

2.3.4 Phương pháp xác định phần trăm ức chế DPPH (Yang Yao và cs, 2009)

DPPH là một gốc tự do bền ở nhiệt độ phòng, có khả năng nhận một điện tử hoặc một gốc hydro để chuyển đổi thành một phân tử ổn định và nghịch từ Với cấu trúc phân tử lẻ, DPPH có màu tím đậm trong ethanol và hấp thu mạnh ở bước sóng 517 nm Khi điện tử lẻ được ghép cặp, độ hấp thu giảm, tương ứng với tỷ lệ giảm màu theo số lượng điện tử được ghép cặp.

Dịch trích sau khi thu đƣợc sẽ đem đi pha loãng theo tỉ lệ 1:3 với ethanol Hút

Để tiến hành thí nghiệm, cho 2 ml mẫu đã pha loãng vào ống nghiệm, sau đó thêm 2 ml dung dịch DPPH 100µM vào và lắc đều Hỗn hợp này được ủ trong tối trong 30 phút Sau khi ủ xong, đo độ hấp thu của mẫu ở bước sóng 517 nm Kết quả khả năng bắt gốc tự do DPPH của dịch trích được tính theo công thức đã quy định.

%I = (C – (A-B))*100/C Trong đó: I là phần trăm ức chế DPPH (%)

C là độ hấp thu của mẫu chuẩn ở bước sóng 517 nm

A là độ hấp thu của mẫu

B là độ hấp thu của mẫu trắng

Mẫu chuẩn (C) được chuẩn bị bằng cách pha 2 ml Ethanol với 2 ml dung dịch DPPH 100 µM Mẫu trắng (B) sử dụng ethanol Để định lượng phần trăm ức chế DPPH, sử dụng tiêu chuẩn Trolox theo phụ lục 2 và áp dụng công thức tương ứng.

C = %I*V*100/(M*(1-W%)) Trong đú: C là khả năng chống oxy hoỏ của mẫu theo Trolox (àM/ gCK)

%I là phần trăm ức chế DPPH xác định từ công thức trên

W%: hàm lƣợng ẩm của nguyên liệu

100 giá trị quy đổi về 100 g

2.3.5 Xác định độ nở của bán thành phẩm (C.I Moraru and J.L Kokini, 2003)

Trong thí nghiệm này, chúng tôi đánh giá độ nở phồng của sản phẩm bằng cách xác định độ nở theo chiều dọc Độ nở theo chiều dọc được định nghĩa là chiều dài trung bình của một đơn vị khối lượng sản phẩm ép đùn Công thức tính độ nở theo chiều dọc là p l M.

Trong đó: E l : Độ nở của sản phẩm theo chiều dọc (m/kg)

L: Chiều dài của sản phẩm ép đùn (m)

M p : Khối lƣợng của sản phẩm có chiều dài L (kg)

2.3.6 Xác định độ xốp của bán thành phẩm (C.I Moraru and J.L Kokini, 2003) Độ xốp của sản phẩm đƣợc xác định bằng công thức: r m

Trong đó: P: Độ xốp của sản phẩm (%)

D m : Khối lƣợng riêng biểu kiến của sản phẩm (kg/m 3 )

D r : Khối lƣợng riêng của gạo (kg/m 3 )

(Giá trị khối lƣợng riêng của gạo tra trong một số tài liệu có giá trị là 689 kg/m 3)

Khối lƣợng riêng biểu kiến của sản phẩm đƣợc xác định bằng công thức:

Trong đó: m: Khối lƣợng của sản phẩm sau khi ép đùn (kg)

D m : Khối lƣợng riêng biểu kiến của sản phẩm (kg/m 3 )

Thể tích của sản phẩm đƣợc xác định bằng công thức:

Trong đó: L: Chiều dài của sản phẩm sau khi ép đùn (m)

D p : Đường kính của sản phẩm ép đùn (m)

Phân tích và xử lý thống kê

Các thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi thí nghiệm có ba lần lặp lại Kết quả thu được đã được phân tích bằng phần mềm thống kê Statgraphics Centurion.

XV, sự sai khác giữa các giá trị trung bình đƣợc đánh giá ở độ tin cậy 95%

KẾT LUẬN

Qua quá trình nghiên cứu và thí nghiệm, chúng tôi có thể rút ra một số kết luận sau:

Gạo lứt huyết rồng Long An là loại gạo có hàm lượng phenol cao, nổi bật với khả năng chống oxy hóa mạnh mẽ Qua khảo sát, hàm lượng anthocyanin trung bình trong 100 g gạo đạt 8.62±0.49 mg, trong khi tổng hàm lượng phenol là 277.19±6.26 mg GAE Đặc biệt, gạo này cho thấy khả năng chống oxy hóa ấn tượng với tỷ lệ ức chế gốc tự do DPPH lên tới 84.58±0.51%.

Quá trình ép đùn đã làm giảm hàm lượng anthocyanin một cách đáng kể, với tỷ lệ giảm từ 32% đến 45% so với nguyên liệu ban đầu (P

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	1,31 MB