Thiết kế thiết bị gia nhiệt Ohm và khảo sát ảnh hưởng của điều kiện gia nhiệt Ohm để thanh trùng nước ép bưởi :Đề tài nghiên cứu Khoa học cấp trường

BỘ CÔNG THƢƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG

Tên đề tài: Thiết kế thiết bị gia nhiệt Ohm và khảo sát ảnh hưởng của điều

kiện gia nhiệt Ohm để thanh trùng nước ép bưởi

Mã số đề tài: 184.TP07/HĐ-ĐHCN

Chủ nhiệm đề tài: Đoàn Như Khuê

Đơn vị thực hiện: Viện Công nghệ Sinh học và Thực phẩm

Tp. Hồ Chí Minh, ........…

i

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu đề tài “Thiết kế thiết bị gia nhiệt Ohm và khảo sát ảnh

hưởng của điều kiện gia nhiệt Ohm để thanh trùng nước ép bưởi” tôi đã nhận được sự

tài trợ kinh phí nghiên cứu của nhà trường, sự giúp đỡ trang thiết bị của Viện Công

Nghệ Sinh Học và Thực Phẩm, sự chia sẻ kinh nghiệm của các thầy, cô giáo, sự hướng

dẫn các thủ tục giấy tờ của cán bộ, nhân viên các phòng ban để hoàn thành đề tài này.

Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, phòng Quản lý Khoa Học và Hợp tác Quốc Tế, Viện

Công Nghệ Sinh Học và Thực Phẩm trường Đại Học Công Nghiệp-Tp.Hồ Chí Minh hỗ

trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong suốt quá trình nghiên cứu, song có thể còn có những

mặt hạn chế, thiếu sót. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quí thầy cô, các

bạn độc giả.

ii

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Thiết kế thiết bị gia nhiệt Ohm và khảo sát các điều kiện gia nhiệt Ohm

để thanh trùng nước ép bưởi.

1.2. Mã số: 184.TP07/HĐ-ĐHCN

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 Đoàn Như Khuê Viện Công nghệ sinh

học và thực phẩm

- Thiết kế thí nghiệm

- Thực hiện thí nghiệm

- Phân tích và xử lý số liệu

- Viết báo cáo tổng hợp, viết

bài báo khoa học

- Viết bài thực hành

1.4. Đơn vị chủ trì: Viện Công nghệ sinh học và thực phẩm, Trường Đại học Công

nghiệp Tp. Hồ Chí Minh

1.5. Thời gian thực hiện: 18 tháng

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 1 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 6 năm 2019

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 1 năm 2018 đến tháng 5 năm 2019

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Không thay đổi nội dung

so với thuyết minh ban đầu.

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên

nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7. Tổng kinh phí đƣợc phê duyệt của đề tài: 89,775 triệu đồng.

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Xử lý nhiệt là một công đoạn quan trọng trong công nghệ chế biến thực phẩm để bất

hoạt vi sinh vật gây hại cho sức khỏe của người tiêu dùng cũng như gây ra các biến đổi

làm giảm phẩm cấp của sản phẩm. Tuy nhiên trong phương pháp gia nhiệt thông thường

sử dụng môi trường truyền nhiệt chủ yếu là hơi nước để cung cấp nhiệt cho khối thực

phẩm bằng cơ chế đối lưu hoặc dẫn nhiệt có tốc độ truyền nhiệt chậm vì độ dẫn nhiệt

của thực phẩm thấp. Do đó, để nhiệt độ tại tâm khối thực phẩm đạt được nhiệt độ cần

thiết đã gây ra sự quá nhiệt cho lớp ngoài, từ đó làm mất dinh dưỡng, giảm giá trị cảm

quan và lãng phí năng lượng. Trong những năm gần đây, có nhiều kĩ thuật hiện đại được

nghiên cứu và ứng dụng có khả năng bất hoạt vi sinh vật hiệu quả hơn kĩ thuật gia nhiệt

thông thường với chế độ nhiệt “ôn hòa” hơn (Dealwis & Fryer, 1992). Trong số những

kĩ thuật tiên tiến đó, gia nhiệt Ohm là một kĩ thuật gia nhiệt phù hợp cho thực phẩm

dạng lỏng, đặc biệt là nước quả (Llave, Udo, Fukuoka, & Sakai, 2018). Cơ chế của kỹ

iii

thuật gia nhiệt này là một quá trình sinh nhiệt trong khối thực phẩm khi có một dòng

điện xoay chiều đi qua. Do tính chất cản trở dòng điện của thực phẩm, nên một phần

năng lượng điện được chuyển thành nhiệt năng làm nóng khối thực phẩm. Thuận lợi của

kỹ thuật này là gia nhiệt đồng đều, nhanh chóng nên ít gây tổn hại đến những thành

phần nhạy nhiệt (G. Barbosa-Cánovas & Bermúdez-Aguirre, 2010). Chất lượng sản

phẩm cao vì ít biến đổi về cấu trúc, dinh dưỡng, cảm quan và tăng độ an toàn vi sinh

(McKenna, Lyng, Brunton, & Shirsat, 2006).

Castro et al. (2004) chứng minh gia nhiệt ohm có thể gia nhiệt hỗn hợp lỏng rắn với

nhiệt cao thời gian ngắn. Nhiều nhà nghiên cứu đã ứng dụng gia nhiệt ohm trên nước

trái cây và chứng tỏ hiệu quả cao hơn so với gia nhiệt thông thường. Hiệu quả của kĩ

thuật gia nhiệt này được đánh giá thông qua khả năng tăng cường tỷ lệ tiêu diệt vi sinh

vật và hạn chế tác động đến các thành phần hóa học của sản phẩm. Tuy nhiên, gia nhiệt

ohm phụ thuộc vào một số yếu tố như độ dẫn điện của thực phẩm, kích thước hạt huyền

phù, tỷ lệ rắn lỏng, hàm lượng ion, cường độ điện trường áp dụng, tần số dòng điện.

Mỗi loại nước quả khác nhau sẽ có những biến đổi khác nhau về thành phần hóa lý hay

vi sinh.

Mặc dù, gia nhiệt ohm được đánh giá là một kĩ thuật xử lý thực phẩm có triển vọng,

nhưng vẫn còn một số hạn chế. Đó là các phản ứng hóa học có thể xảy ra khi sử dụng

dòng điện một chiều hoặc xoay chiều ở tần số thấp. Hiện nay, hầu như các hệ thống gia

nhiệt ohm hoạt động với tần số khoảng 50, 60Hz. Tại tần số này, sản phẩm bị đốt cháy

và có sự ăn mòn ở bề mặt điện cực (Goullieux A, 2005). Một số nghiên cứu đã chỉ ra

tần số cao hơn 100Hz tránh được hiện tượng này (S.-Y. Lee, Ryu, & Kang, 2013). Tần

số dòng điện cũng ảnh hưởng đến tốc độ gia nhiệt và chất lượng của sản phẩm thực

phẩm, ảnh hưởng lớn đến khả năng bất hoạt vi sinh vật nên cần được khảo sát lại trên

đối tượng nghiên cứu. Mặc dù, đã có một số tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của tần số

trong gia nhiệt ohm đến chất lượng nước quả, nhưng kết quả chỉ ra còn nhiều mâu

thuẫn. Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng của tần số đến các khía cạnh của chất lượng thực

phẩm cần được xác định. Bên cạnh tần số, điện áp cũng là một thông số đặc trưng của kĩ

thuật gia nhiệt Ohm. Điện áp được biết đến như một yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ gia

nhiệt, điện áp càng cao, tốc độ gia nhiệt càng nhanh. Nghiên cứu này cũng xem xét tác

động của điện áp cũng như sự tương tác của điện áp và tần số đến vi sinh vật và thành

phần hóa lý nhạy nhiệt trong nước quả.

Nước ép bưởi được chọn để làm đối tượng thí nghiệm vì nước ép bưởi là nguồn thực

phẩm giàu các hợp chất sinh học, có lợi cho sức khỏe con người như acid ascorbic,

carotene và polyphenol. Các hợp chất này là các chất chống oxy hóa tự nhiên ức chế các

phản ứng oxy hóa trong cơ thể người (Guimarães et al., 2010). Do đó, người tiêu dùng

có nhu cầu sử dụng sản phẩm được bảo vệ tối đa các hợp chất này. Nước quả có pH

thấp (<4,6) cũng là nguồn gây ngộ độc thực phẩm liên quan đến một số loại vi sinh vật

gây bệnh đặc thù như E. coli O157:H7, Salmonella spp…( FDA, 2004) . Những vi

khuẩn này có khả năng chịu được acid, dễ tấn công vào đường ruột và gây bệnh (Lim, J.

Y., Yoon, J. W., & Hovde, 2010).

iv

Để có thể ứng dụng kĩ thuật gia nhiệt Ohm để thanh trùng nước quả cần đánh giá ảnh

hưởng của nó đến khả năng bất hoạt vi sinh vật gây bệnh, các yếu tố gây hư hỏng và tác

động đến các thành phần hóa lí. Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát tác động của

tần số và cường độ điện trường đến tốc độ gia nhiệt, khả năng bất hoạt vi sinh vật và sự

biến đổi vitamin C, hoạt tính chống oxy hóa của nước ép bưởi. Thông qua đó có thể

đánh giá hiệu quả của kĩ thuật gia nhiệt Ohm và định hướng ứng dụng kĩ thuật gia nhiệt

này trong công nghệ sản xuất nước ép quả.

2. Mục tiêu

* Mục tiêu tổng quát.

Đánh giá hiệu quả tiệt trùng bằng kĩ thuật Ohm để thay thế phương pháp tiệt trùng

truyền thống trong công nghệ chế biến thực phẩm, nâng cao giá trị kinh tế thông qua

việc nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, đồng thời

hạn chế ô nhiễm môi trường.

* Mục tiêu cụ thể.

Mục tiêu cụ thể là thiết kế thiết bị gia nhiệt Ohm và khảo sát ảnh hưởng của các

thông số công nghệ trong quá trình gia nhiệt Ohm đến khả năng ức chế một số vi sinh

vật phổ biến có trong nước bưởi ép, tác động đến hàm lượng vitamin C và hoạt tính

chống oxy hóa để đánh giá khả năng ứng dụng kỹ thuật gia nhiệt Ohm trong quá trình

thanh trùng/tiệt trùng.

3. Phƣơng pháp nghiên cứu

3.1. Phƣơng pháp xác định ảnh hƣởng của tần số đến tốc độ gia nhiệt Ohm nƣớc

ép bƣởi.

Lấy 50 ml nước ép cho vào bộ phận gia nhiệt ohm, điều chỉnh điện áp và tần số khảo sát

và ghi nhận tốc độ tăng nhiệt theo thời gian.

3.2. Phƣơng pháp khảo sát ảnh hƣởng của tần số trong gia nhiệt Ohm đến khả

năng tiêu diệt E.coli O157:H7 và Salmonella enteritidis.

Lấy 50 mL mẫu nước ép bưởi tiệt trùng/BPW cho vào buồng chứa mẫu, cường độ điện

trường được cố định ở 30 V/cm, bảy tần số (50, 60, 70, 100, 500, 1000, 10.000 Hz) được

áp dụng cho từng mẫu. Khi đạt tới nhiệt độ cần xử lý, 0,5 mL VSV từ ống giống được

bổ sung vào mẫu và giữ trong thời gian cố định (65oC, 30 giây cho E.coli O157:H7 và

58oC, 20 giây cho Salmonella enteritidis). Các mẫu sau khi xử lý được chuyển vào ống

nghiệm vô trùng và hạ nhiệt nhanh trong nước đá (0 – 2

oC). Tiếp đến các mẫu được pha

loãng bậc 10 trong nước muối 0,9% và 0,1 mL mẫu pha loãng ở nồng độ thích hợp được

trải lên môi trường chọn lọc EMB cho E.coli O157:H7 và XLD cho Salmonella

enteritidis. Khi tế bào vi khuẩn sống sót với mật độ thấp, không pha loãng mẫu, hút

ngay 1 ml mẫu đã xử lý nhiệt chia đều cho 4 đĩa môi trường (tức mỗi đĩa là 250 mẫu)

và cấy trải. Tất cả được ủ ở 37oC trong 24 giờ trước khi đếm (Park & Kang, 2013; Lee et

al., 2013).