Đồ án Tổng quan tài liệu về kỹ thuật Dense Phase CO2 (DPCD) – Nguyên lý ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

61 Hình 3.22: Söï thay ñoåi hoaït tính enzyme polyphenol oxidase trong quaù trình baûo quaûn ôû 4oC vôùi cuûa caùc maãu nöôùc taùo ñuïc ñöôïc xöû lyù ôû caùc aùp suaát khaùc nhau baèng kyõ thuaät DPCD. Nghieân cöùu cuûa Park vaø coäng söï veà aûnh höôûng keát hôïp giöõa kyõ thuaät aùp suaát thuyû tónh cao (High Hydrostatic Pressure – HHP) vaø CO2 aùp suaát cao leân chaát löôïng nöôùc carrot nhaän thaáy hoaït tính cuûa caùc enzyme polyphenol oxidase, lipoxygenase vaø pectinmethylesterase giaûm caøng nhieàu khi aùp suaát söû duïng caøng taêng. Hình 3.23: Aûnh höôûng cuûa aùp suaát leân hoaït tính cuûa caùc enzyme.  Nhieät ñoä Beân caïnh aùp suaát, nhieät ñoä cuõng laø moät thoâng soá kyõ thuaät quan troïng aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ hoaït enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD. Nguyeân nhaân laø do moãi enzyme coù moät khoaûng nhieät ñoä thích hôïp ñeå hoaït ñoäng cuõng nhö khaû naêng chòu ñöïng vôùi Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 62 nhöõng nhieät ñoä khaùc nhau. Beân caïnh ñoù, nhieät ñoä caøng taêng thì möùc ñoä bieán tính cuûa caùc enzyme cuõng taêng theo. Vì vaäy, nhieät ñoä taêng hay giaûm cuõng goùp phaàn aûnh höôûng khoâng nhoû ñeán hoaït tính cuûa caùc enzyme. Nhieät ñoä cuõng laøm taêng khaû naêng taùc duïng cuûa CO2 vôùi enzyme vaø cô chaát. Thoâng thöôøng, nhieät ñoä xöû lyù trong kyõ thuaät DPCD taêng thì hieäu quaû öùc cheá enzyme cuõng taêng theo (Damar vaø Balaban, 2006; Gui vaø coäng söï, 2006; Tanimoto vaø coäng söï, 2005; Yoshimura vaø coäng söï, 2002, 2001; Tedjo vaø coäng söï, 2000).  Thôøi gian Ngoaøi yeáu toá aùp suaát vaø nhieät ñoä thì thôøi gian xöû lyù cuõng laø moät thoâng soá kyõ thuaät ñieàu khieån quaù t rình xöû lyù thöïc phaåm baèng kyõ thuaät DPCD. Haàu heát caùc nghieân cöùu ñeàu cho raèng thôøi gian taêng thì hieäu quaû voâ hoaït enzyme seõ taêng, töông töï nhö caùc phöông phaùp thanh truøng hay tieät truøng duøng nhieät hoaëc chieáu xaï. Thôøi gian taêng seõ laøm cho aûnh höôûng cuûa aùp suaát leân caáu truùc caùc enzyme vaø cô chaát trôû neân saâu saéc hôn, caùc enzyme seõ khoù khoâi phuïc laïi hoaït tính hôn. Theâm vaøo ñoù, caùc taùc duïng cuûa CO2 ñoái vôùi enzyme vaø cô chaát, taùc duïng giaûm pH cuûa kyõ thuaät DPCD cuõng seõ taêng khi thôøi gian taêng. Taát caû caùc yeáu toá ñoù daãn ñeán keát luaän laø thôøi gian taêng seõ laøm taêng hieäu quaû quaù trình xöû lyù. Tuy nhieân, thôøi gian keùo daøi coù theå gaây ra moät soá aûnh höôûng baát lôïi nhö vieäc keát tuûa caùc protein döôùi taùc duïng cuûa söï gi aûm pH veà pH ñaúng ñieän. Vieäc löïa choïn thôøi gian xöû lyù laø moät yeáu toá quan troïng. Trong maãu coù nhieàu enzyme khaùc nhau, caàn xaùc ñònh loaïi enzyme chuû yeáu ñeå xöû lyù cuõng nhö enzyme coù giaù trò D cao nhaát trong soá nhöõng enzyme chuû yeáu ñeå choïn ñöôïc thôøi gian xöû lyù thích hôïp. Thôøi gian xöû lyù phaûi phuø hôïp vôùi tính chaát thöïc phaåm vaø quy moâ saûn xuaát. Beân caïnh ñoù, caàn coù nhöõng phöông phaùp xöû thích hôïp hoã trôï cho taùc duïng cuûa kyõ thuaät DPCD nhaèm ruùt ngaén thôøi gian xöû lyù. Thôøi gian coù moái quan heä chaët cheõ vôùi aùp suaát vaø nhieät ñoä trong quaù trình xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD. Thôøi gian ñöôïc choïn tuyø thuoäc vaøo aùp suaát vaø nhieät ñoä. Ñaây laø 3 thoâng soá kyõ thuaät chính ñieàu khieån quaù trình.  Tyû leä CO2 : nguyeân lieäu Töông töï ñoái vôùi hieäu quaû voâ hoaït vi sinh vaät, vôùi enzyme, hieäu quaû öùc cheá taêng theo tyû leä CO2 : nguyeân lieäu taêng trong moät khoaûng nhaát ñònh do khi tyû leä naøy cao Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 63 thì löôïng CO2 hoaø tan trong moâi tröôøng t aêng vaø nhanh choùng ñaït ñeán giaù trò baõo hoaø, do ñoù maø toác ñoä voâ hoaït enzyme cuõng taêng.  Phöông phaùp tieán haønh Phöông phaùp tieán haønh cho pheùp söï tieáp xuùc giöõa CO2 vaø nguyeân lieäu xaûy ra toát hôn thì cho hieäu quaû öùc cheá enzyme cao hôn, töông töï nhö ñoái vôùi taùc duïng voâ hoaït vi sinh vaät.  Tính chaát cuûa moâi tröôøng xöû lyù Tính ñeäm cuûa moâi tröôøng xöû lyù coù aûnh höôûng nhaát ñònh ñeán hieäu quaû öùc cheá enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD, ñaëc bieät laø tôùi taùc duïng giaûm pH. Moâi tröôøng coù tính ñeäm caøng cao thì söï thay ñoåi pH caøng khoù xaûy ra do khaû naêng phaân ly cuûa CO2 yeáu, vì vaäy maø söï giaûm pH taïo ra bôûi kyõ thuaät DPCD khoâng xaûy ra thuaän lôïi, ít nhieàu cuõng aûnh höôûng ñeán hieäu quaû öùc cheá enzyme. Nghieân cöùu cuûa Yoshimura vaø coäng söï veà hieäu quaû öùc cheá enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD cho thaáy, vôùi moâi tröôøng ñeäm McIlvaine (0,1 M acid citric vaø 0,2 M Na2HPO4) coù tính ñeäm cao vaø nöôùc loaïi ion coù tính ñeäm thaáp, CO2 deã hoaø tan vaø phaân ly trong nöôùc loaïi ion laøm giaûm pH nhieàu hôn sau khi xöû lyù baèng DPCD so vôùi ñeäm McIlvaine, do ñoù maø enzyme α-amylase, moät enzyme khoâng chòu ñöôïc pH thaáp, deã bò öùc cheá trong nöôùc loaïi ion hôn. Thaønh phaàn cuûa moâi tröôøng xöû lyù:
Ethanol: ñöôïc cho laø taùc nhaân laøm giaûm ñoä beàn cuûa protein, coù khaû naêng laøm taêng hieäu quaû öùc cheá enzyme. Nghieân cöùu cuûa Tanimoto treân röôïu Sake ñaõ khaûo saùt aûnh höôûng cuûa noàng ñoä ethanol leân hieäu quaû voâ hoaït caùc enzyme trong saûn phaåm vaø cho thaáy keát quaû toác ñoä öùc cheá enzyme taêng cuøng vôùi söï taêng noàng ñoä ethanol taïi ñieàu kieän xöû lyù 20 MPA, 45oC, tyû leä CO2 söû duïng laø 0,5 g/ml. Noàng ñoä ñöôøng glucose trong maãu laø 65 g/l. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 64 Hình 3.24: Aûnh höôûng cuûa caùc noàng ñoä ethanol khaùc nhau ñeán hieäu quaû öùc cheá caùc enzyme trong röôïu sake baèng kyõ thuaät DPCD (○) Noàng ñoä ethanol 10% (□) Noàng ñoä ethanol 15% (∆) Noàng ñoä ethanol 20% A: α - glucosidase, B: glucoamylase, C: α - amylase, D: acid carboxypeptidase
Ñöôøng: laø yeáu toá hoã trôï cho khaû naêng chòu ñöïng cuûa enzyme vaø do ñoù laøm giaûm hieäu quaû voâ hoaït enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD Tanimoto cuõng tìm hieåu aûnh höôûng cuûa noàng ñoä glucose ñeán hieäu quaû cuûa kyõ thuaät DPCD. Keát quaû cuûa nghieân cöùu cho thaáy toác ñoä öùc cheá enzyme giaûm cuøng vôùi söï gi a taêng haøm löôïng glucose trong maãu. Ñieàu kieän tieán haønh thí nghieäm laø taïi 20 MPa, 40oC vôùi tyû leä CO2 laø 0,5 g/ml. Noàng ñoä ethanol trong maãu röôïu laø 15%. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 65 Hình 3.25: Aûnh höôûng cuûa caùc noàng ñoä glucose khaùc nhau ñeán hieäu quaû öùc cheá caùc enzyme trong röôïu sake baèng kyõ thuaät DPCD (○) Noàng ñoä glucose 33 g/l (□) Noàng ñoä glucose 65 g/l (∆) Noàng ñoä glucose 131 g/l Nghieân cöùu cuûa Tedjo vaø coäng söï veà aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD vaø kyõ thuaät aùp suaát thuyû tónh cao HHP leân hoaït tính enzyme lipoxygenase vaø peroxidase cuõng cho thaáy hoaït tính coøn laïi cuûa hai loaïi enzyme naøy taêng khi haøm löôïng saccharose trong maãu xöû lyù taêng, cuï theå laø ôû ñieàu kieän 35.2 MPa, 40oC, 15 phuùt, hoaït tính coøn laïi cuûa enzyme lipoxygenase laø khoaûng 5% vaø 80% öùng vôùi noàng ñoä saccharose laø 10% vaø 40%. Töông töï, ôû ñieàu kieän 62,1 MPa, 55oC, 15 phuùt thì hoaït tính coøn laïi cuûa peroxidase laàn löôït laø 0% vaø 45% öùng vôùi nhöõng noàng ñoä saccharose nhö treân. Caùc taùc giaû naøy giaûi thích nguyeân nhaân cuûa hieän töôïng treân laø do ñöôøng aûnh höôûng ñeán khaû naêng phaân ly laøm giaûm pH cuûa CO2: pH cuûa moâi tröôøng ban ñaàu laø 6,5, sau khi xöû lyù vôùi DPCD (62,1 MPa, 35oC) thì pH giaûm coøn khoaûng 3,5. Taïi noàng ñoä saccharose 50% hoaëc cao hôn, pH cuûa moâi tröôøng sau xöû lyù coøn khoaûng 4 (62,1 MPa, 35oC) vaø 5 (35,2 MPa, 35oC) khi noàng ñoä saccharose laø 60%. Noàng ñoä Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 66 saccharose caøng cao thì ñoä nhôùt cuûa dung dòch taêng laøm giaûm khaû naêng hoaø tan cuûa CO2 vaøo dung dòch. Hình 3.26: Aûnh höôûng cuûa saccharose ñeán hieäu quaû öùc cheá enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD Nhieàu nghieân cöùu veà caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán hieäu quaû voâ hoaït enzyme cuûa kyõ thuaät DPCD nhaèm tìm ra phöông phaùp xöû lyù toát nhaát cuõng ñaõ ñöôïc tieán haønh. Maëc duø ñoái töôïng coù khaùc nhau, song caùc nghieân cöùu naøy phaàn naøo cuõng ñaõ tìm ra ñöôïc nhöõng quy luaät aûnh höôûng cuûa caùc yeáu toá keå treân. Nghieân cöùu cuûa Guiveà aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân hoaït tính cuûa enzyme horseradish peroxidase (2006) ñaõ cho thaáy söï taùc ñoäng keát hôïp giöõa aùp suaát, nhieät ñoä vaø thôøi gian xöû lyù leân enzyme noùi treân vaø keát quaû laø laøm giaûm hoaït tính cuûa noù. Aùp suaát vaø nhieät ñoä caøng cao, thôøi gian xöû lyù caøng keùo daøi thì aûnh höôûng caøng saâu saéc vaø hoaït tính enzyme giaûm caøng nhieàu. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 67 Hình 3.27: Hieäu quaû öùc cheá enzyme horseradish peroxidase cuûa kyõ thuaät DPCD theo thôøi gian taïi nhöõng nhieät ñoä khaùc nhau. Hình 3.28: Hieäu quaû öùc cheá enzyme horseradish peroxidase cuûa kyõ thuaät DPCD theo thôøi gian taïi nhöõng aùp suaát khaùc nhau. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 68 Nghieân cöùu cuõng cho thaáy khi aùp suaát tieán haønh caøng cao, thôøi gian xöû lyù daøi thì khaû naêng khoâi phuïc hoaït tính cuûa enzyme horseradish peroxidase trong thôøi gian baûo quaûn trong ñieàu kieän tröõ ñoâng caøng thaáp Hoaït tính coøn laïi (%) Hoaït tính coøn laïi (%) Thôøi gian baûo quaûn (ngaøy) Thôøi gian baûo quaûn (ngaøy) Hình 3.29: Khaû naêng khoâi phuïc hoaït tính cuûa enzyme horseradish peroxidase xöû lyù baèng DPCD taïi nhöõng aùp suaát khaùc nhau ôû 55oC trong 45 phuùt (a) vaø 60 phuùt (b) ôû ñieàu kieän tröõ ñoâng sau 3 tuaàn. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 69 Nghieân cöùu cuûa Tedjo vaø coäng söï veà aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD vaø kyõ thuaät aùp suaát thuyû tónh cao HHP leân hoaït tính enzyme lipoxygenase vaø peroxidase ñaõ xem xeùt ñeán nhöõng yeáu toá aûnh höôûng ñeán kyõ thuaät DPCD nhö aùp suaát, nhieät ñoä, thaønh phaàn moâi tröôøng. Keát quaû nghieân cöùu cho thaáy aùp suaát vaø nhieät ñoä caøng taêng thì hoaït tính coøn laïi cuûa caùc enzyme naøy caøng thaáp sau thôøi gian xöû lyù 15 phuùt. Hình 3.30: Aûnh höôûng cuûa aùp suaát vaø nhieät ñoä trong quaù trình xöû lyù DPCD ñeán hieäu quaû öùc cheá enzyme lipoxygenase Hình 3.31: Aûnh höôûng cuûa aùp suaát vaø nhieät ñoä trong quaù trình xöû lyù DPCD ñeán hieäu quaû öùc cheá enzyme peroxidase Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 70 3.3. Bieán ñoåi caûm quan Kyõ thuaät DPCD ñöôïc cho laø coù theå caûi thieän ñöôïc maøu saéc cuûa caùc saûn phaåm nöôùc quaû, thòt caù thuyû saûn vaø tính chaát ñuïc (cloudness) ñoái vôùi caùc saûn phaåm nöôùc quaû ñuïc vaø laøm cho muøi vò cuûa saûn phaåm ñöôïc caûi thieän, khoâng coù muøi naáu (Damar vaø Balaban, 2006; Kincal vaø coäng söï, 2006; Gui vaø coäng söï, 2006; Gunes vaø coäng söï, 2005; Park vaø coäng söï, 2002; Chen vaø coäng söï, 1993). Nguyeân nhaân cuûa t aùc duïng treân laø do nhieät ñoä trong quaù trình xöû lyù khoâng cao. Nhö ta ñaõ bieát, nhieät ñoä gaây ra nhöõng bieán ñoåi khoâng mong muoán cho saûn phaåm nhö laøm saäm maøu, laøm cho saûn phaåm coù muøi naáu, thuùc ñaåy caùc phaûn öùng oxy hoaù khaùc. Trong khi ñoù, nhieät ñoä aùp duïng trong kyõ thuaät DPCD khoâng cao, khoaûng töø 5 – 60oC, do ñoù maø giaûm ñöôïc nhöõng aûnh höôûng baát lôïi gaây ra bôûi nhieät ñoä. Quaù trình xöû lyù baèng DPCD cuõng öùc cheá caùc enzyme polyphenol oxidase laø enzyme laøm hoaù naâu trong caùc saûn phaåm rau quaû, thuyû saûn, enzyme proxidse xuùc taùc caùc phaûn öùng oxi hoaù aûnh höôûng ñeán maøu saéc vaø muøi vò cuûa saûn phaåm, enzyme lypoxigenase laøm maát maøu xanh cuûa rau quaû vaø taïo ra muøi vò khoâng mong muoán, enzyme pectinmethylesterase vaø caùc enzyme thuyû phaân pectin khaùc laøm giaûm tính chaát ñuïc cuûa saûn phaåm. Maëc duø ngöôøi ta cuõng nhaän thaáy trong quaù trình baûo quaûn coù söï phuïc hoài moät phaàn hoaït tính cuûa caùc enzyme naøy nhöng chaát löôïng saûn phaåm vaãn ñöôïc baûo ñaûm, maøu saéc cuõng nhö muøi vò saûn phaåm ñöôïc giöõ ôû möùc ñoä toát hôn so vôùi caùc saûn phaåm khoâng xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD. Ngoaøi ra, trong quaù trình xöû lyù baèng kyõ thuaät DPCD khoâng coù söï tieáp xuùc giöõa saûn phaåm vaø oxy khoâng khí neân nhöõng phaûn öùng oxy hoaù coù maët oxy khoâng xaûy ra, do ñoù maø maøu saéc vaø muøi vò cuûa saûn phaåm khoâng bò aûnh höôûng bôûi söï oxy hoaù naøy. Nghieân cöùu cuûa Kincal vaø coäng söï (2006) veà aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân chaát löôïng cuûa nöôùc cam keát luaän laø ñoä ñuïc cuûa nöôùc cam coù theå taêng vaø caùc chæ tieâu nhö ñoä saùng, maøu vaøng cuûa saûn phaåm cuõng ñöôïc caûi thieän. Trong khi ñoù, chæ tieâu maøu ñoû giaûm. Caùc taùc giaû naøy cuõng giaûi thích nguyeân nhaân cuûa söï gia taêng ñoä ñuïc laø do söï ñoàng hoaù nguyeân lieäu laøm cho caùc haït keo trong heä giaûm kích thöôùc vaø phaân taùn ñeàu hôn, vì vaäy maø ñoä ñuïc taêng vaø beàn hôn tröôùc taùc ñoäng cuûa enzyme pectinesterase. Beân caïnh ñoù, enzyme polyphenoloxidase bò öùc cheá vaø keát quaû laø laøm giaûm ñi söï hoaù naâu cuûa saûn phaåm. Ngoaøi ra, muøi vò cuûa saûn phaåm toát hôn do Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 71 enzyme lypoxigenase bò öùc cheá trong khi xöû lyù neân khoâng taïo ra nhöõng muøi khoù chòu cho saûn phaåm. Trong quaù trình baûo quaûn thì maøu saéc vaø ñoä ñuïc cuûa caùc maãu ñöôïc xöû lyù baèng DPCD theå hieän toát hôn so vôùi maãu kieåm chöùng. Nghieân cöùu cuûa taùc giaû Gui vaø coäng söï (2006) treân nöôùc taùo ñuïc xöû lyù baèng DPCD cuõng ñöa ra nhöõng keát luaän töông töï: maøu saéc ñöôïc caûi thieän, möùc ñoä hoaù naâu giaûm vaø ñoä ñuïc t aêng leân sau khi xöû lyù cuõng trong quaù trình baûo quaûn. Dagan vaø Balaban (2006) nghieân cöùu thanh truøng bia baèng phöông phaùp DPCD lieân tuïc nhaän thaáy muøi vò bia khoâng thay ñoåi ñaùng keå so vôùi bia töôi chöa qua thanh truøng. Keát quaû ñaùnh giaù caûm quan cuûa nghieân cöùu cho thaáy laø deã daøng phaân bieät ñöôïc maãu bia xöû lyù baèng nhieät so vôùi 2 maãu bia töôi vaø bia ñöôïc xöû lyù bôûi DPCD. Caùc t aùc giaû ñaõ keát luaän laø thanh truøng bia baèng DPCD thì coù theå keùo daøi thôøi gian baûo quan töông ñöông vôùi thanh truøng nhieät nhöng muøi vò thì ñöôïc caûi thieän hôn nhieàu. Theo Gunes vaø coäng söï (2005), dòch nöôùc nho sau khi leân men ñöôïc xöû lyù baèng DPCD coù theå giöõ ñöôïc caùc tính chaát caûm quan nhö maøu saéc, muøi vò nhö tröôùc khi xöû lyù. Tuy nhieân, khi xöû lyù moät soá maãu traùi caây ngöôøi ta nhaän thaáy caáu truùc cuûa chuùng bò thay ñoåi khoâng coøn tính chaát cöùng chaéc maø trôû neân meàm nhuõn döôùi taùc duïng cuûa aùp suaát cao (Damar vaø Balaban, 2006). Töø caùc nghieân cöùu treân cho thaáy, kyõ thuaät DPCD laø moät kyõ thuaät trieån voïng cho saûn phaåm daïng loûng vì noù giöõ ñöôïc nhieàu tính chaát caûm quan mong muoán cuûa saûn phaåm. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 72 3.4. Caùc aûnh höôûng khaùc Ngoaøi caùc bieán ñoåi ñaõ trình baøy nhö treân, ngöôøi ta nhaän thaáy raèng, kyõ thuaät DPCD coøn coù moät soá aûnh höôûng khaùc ñeán chaát löôïng thöïc phaåm
Maëc duø pH cuûa caùc maãu gi aûm trong quaù trình xöû lyù, nhöng sau giai ñoaïn giaûm aùp, giaûi phoùng CO2 thì pH ñöôïc khoâi phuïc nhö giaù trò ban ñaàu (Damar vaø Balaban, 2006; Kincal vaø coäng söï, 2006).
Haøm löôïng acid toång (titratable acidity) vaø ñoä Brix cuûa maãu sau khi xöû lyù cuõng khoâng thay ñoåi.
Haøm löôïng moät soá loaïi vitamine trong saûn phaåm ít bò bieán ñoåi. Ngöôøi ta nhaän thaáy haøm löôïng vitamine C, vitamine A, β-carotene, α-tocopherol khoâng thay ñoåi (Tisi, 2004). Damar vaø Bal aban ñaõ giaûi thích nguyeân nhaân haøm löôïng caùc vitamin khoâng thay ñoåi laø do trong quaù trình xöû lyù, nhieät ñoä khoâng cao vaø khoâng coù söï tieáp xuùc vôùi oxi. Beân caïnh ñoù, taùc duïng laøm giaûm pH cuûa kyõ thuaät DPCD goùp phaàn laøm beàn cho vitamin C.
Kyõ thuaät DPDC goùp phaàn ñoàng hoaù saûn phaåm, laøm giaûm kích thöôùc heä phaân taùn keo vaø caùc haït caàu beùo. Tuy nhieân, do taùc duïng ñoàng hoaù, beà maët phaân chia pha giöõa caùc haït caàu beùo vaø pha lieân tuïc taêng leân, töø ñoù taêng cöôøng caùc hoaït ñoäng thuyû phaân chaát beùo ñoái vôùi söõa trong thôøi gian baûo quaûn (Damar vaø Balaban, 2006; Tisi, 2004).
Quaù trình xöû lyù baèng DPCD coù theå laøm keát tuûa protein bôûi taùc ñoäng cuûa aùp suaát cao vaø pH thaáp laøm bieán tính protein. Vì vaäy, moät soá nghieân cöùu ñaõ öùng duïng DPCD ñeå keát tuûa vaø thu nhaän casein thay cho phöông phaùp truyeàn thoáng (söû duïng acid lactic hoaëc acid voâ cô). Öu ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø CO2 deã daøng ñöôïc loaïi ra sau quaù trình xöû vaø khoâng gaây ra nhöõng bieán ñoåi baát lôïi ñoái vôùi saûn phaåm (Damar vaø Balaban, 2006). Ñoái vôùi nöôùc quaû trong thì quaù trình keát tuûa protein bôûi DPCD laø caàn thieát ñeå ñaûm baûo ñoä trong cho saûn phaåm. Tuy nhieân, vôùi moät soá saûn phaåm thì söï keát tuûa protein laø khoâng mong muoán, ví duï nhö trong caùc saûn phaåm söõa thanh truøng. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 73 CHÖÔNG 4 PHÖÔNG PHAÙP TIEÁN HAØNH KYÕ THUAÄT DPCD Coù ba phöông phaùp chính ñeå tieán haønh kyõ thuaät DPCD: ñoù laø caùc phöông phaùp giaùn ñoaïn theo töøng meû, phöông phaùp baùn lieân tuïc vaø phöông phaùp lieân tuïc. Tuyø theo tính chaát nguyeân lieäu laø loûng hay raén, muïc ñích söû duïng kyõ thuaät DPCD laø ñeå nghieân cöùu hay aùp duïng vaøo saûn xuaát vaø quy moâ saûn xuaát lôùn hay nhoû maø aùp duïng phöông phaùp thích hôïp. Tuy nhieân, maëc duø caùc phöông phaùp tieán haønh kyõ thuaät DPCD vaãn khoâng ngöøng ñöôïc nghieân cöùu vaø caûi tieán nhöng ñeán nay chöa coù phöông phaùp naøo ñöôïc aùp duïng vaøo thöïc teá saûn xuaát. 4.1. Phöông phaùp giaùn ñoaïn (batch system) (Damar vaø Balaban, 2006, Spilimbergo vaø Bertucco, 2003). 4.1.1. Nguyeân taéc Phöông phaùp giaùn ñoaïn thöïc hieän theo töøng meû laø phöông phaùp trong ñoù CO2 ôû traïng thaùi dense phase vaø nguyeân lieäu caàn xöû lyù ñöôïc troän vôùi nhau chöùa trong moät boàn chöùa suoát quaù trình tieán haønh kyõ thuaät DPCD. Sau khi keát thuùc quaù trình, ngöôøi ta ñieàu chænh aùp suaát trong boàn trôû veà aùp suaát khí quyeån, hoaëc hieäu quaû hôn laø ñöa veà aùp suaát chaân khoâng ñeå giaûi phoùng CO2 ra khoûi saûn phaåm sau xöû lyù. 4.1.2. Caáu taïo heä thoáng thieát bò Heä thoáng thieát bò theo phöông phaùp giaùn ñoaïn khaù ñôn gi aûn, bao goàm moät xylanh chöùa CO2, moät thieát bò ñieàu chænh aùp suaát, boàn chöùa cao aùp, moät beå nöôùc ñieàu chænh nhieät ñoä hay moät thieát bò gia nhieät, van caáp vaø thoaùt CO2 cuøng moät soá thieát bò phuï vaø heä thoáng ñieàu khieån khaùc. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 74 Bình chöùa CO2 Boä phaän chænh aùp suaát Van caáp CO2 Van aùp suaát Beå nöôùc ñieàu nhieät Boä phaän ñieàu chænh nhieät ñoä Van xaû CO2 Löôùi loïc Caëp nhieät ñieän Boä chuyeån ñoåi aùp suaát Boä xöû lyù Caùnh khuaáy Bình chöùa cao aùp Hình 4.1: Heä thoáng thieát bò kyõ thuaät DPCD theo phöông phaùp giaùn ñoaïn 4.1.3. Nguyeân taéc hoaït ñoäng Maãu caàn xöû lyù ñöôïc cho vaøo boàn chöùa cao aùp (4). Nhieät ñoä trong boàn ñöôïc caøi ñaët theo yeâu caàu. Sau ñoù, CO2 ñaõ ñöôïc ñieàu chænh aùp suaát vaø nhieät ñoä nhôø thieát bò chænh aùp suaát (2) seõ ñöôïc boå sung vaøo boàn nhôø van caáp (3) cho ñeán khi moâi tröôøng xöû lyù ñaõ baõo hoaø CO2 vaø aùp suaát cuõng nhö nhieät ñoä ñaõ ñaït ñeán giaù trò ñaët. Sau moät khoaûng thôøi gian thích hôïp, van thoaùt CO2 (7) seõ môû ra ñeå giaûm aùp suaát trong boàn ñoàng thôøi giaûi phoùng CO2 ra khoûi moâi tröôøng xöû lyù. CO2 thoaùt ra seõ qua moät boä loïc (8) vaø ñöôïc thu hoài ñeå taùi söû duïng. Trong thôøi gian giöõ cho CO2 vaø nguyeân lieäu töông taùc vôùi nhau, coù theå söû duïng caùnh khuaáy (12) ñeå thuùc ñaåy söï toác ñoä hoaø tan CO2 vaøo moâi tröôøng, taêng khaû naêng tieáp xuùc cuûa CO2 vôùi nguyeân lieäu, goùp phaàn laøm giaûm thôøi gian xöû lyù. 4.1.4. Öu, nhöôïc ñieåm vaø phaïm vi aùp duïng cuûa phöông phaùp 4.1.4.1. Öu ñieåm
Heä thoáng thieát bò ñôn giaûn hôn so vôùi caùc phöông phaùp khaùc.
Phöông phaùp deã tieán haønh, thích hôïp cho quy moâ nhoû hoaëc caùc phoøng thí nghieäm
Coù theå söû duïng ñeå xöû lyù caùc nguyeân lieäu daïng huyeàn phuø ñaëc, kích thöôùc haït lôùn, ñoä nhôùt nguyeân lieäu cao hoaëc caùc loaïi nguyeân lieäu daïng raén nhö caùc loaïi thòt. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 75 4.1.4.2. Nhöôïc ñieåm
Hieäu quaû cuûa heä thoáng xöû lyù DPCD theo phöông phaùp giaùn ñoaïn laø khoâng cao do khaû naêng hoaø tan cuûa CO2 vaøo moâi tröôøng xöû lyù khoâng cao, vì vaäy maø khoâng taïo ra söï tieáp xuùc toát giöõa CO2 vaø nguyeân lieäu.
Naêng suaát thaáp do theå tích boàn chöùa coù haïn vaø thôøi gian cheát nhieàu. 4.1.4.3. Phaïm vi aùp duïng
Phöông phaùp giaùn ñoaïn thöôøng ñöôïc aùp duïng cho caùc maãu thöïc phaåm daïng raén, daïng huyeàn phuø ñaëc, kích thöôùc haït lôùn maø khoâng theå duøng bôm vaän chuyeån ñöôïc.
Ñoái vôùi nguyeân lieäu daïng raén thì tröôùc khi xöû lyù phaûi cho CO2 traïng thaùi dense phase baõo hoaø vaøo moät moâi tröôøng loûng roài duøng moâi tröôøng naøy ñeå xöû lyù nguyeân lieäu. Ta cuõng coù theå nhuùng ngaäp nguyeân lieäu vaøo moâi tröôøng loûng tröôùc roài môùi tieán haønh cung caáp CO2, tuy nhieân, khoâng ñöôïc söû duïng caùnh khuaáy neáu duøng caùch naøy.
Ngoaøi ra, phöông phaùp naøy cuõng hay ñöôïc söû duïng cho caùc nghieân cöùu trong phoøng thí nghieäm do heä thoáng thieát bò ñôn giaûn vaø vaän haønh khoâng phöùc taïp. 4.2. Phöông phaùp baùn lieân tuïc (Damar vaø Balaban, 2006, Spilimbergo vaø Bertucco, 2003). Phöông phaùp baùn lieân tuïc laø phöông phaùp trong ñoù doøng CO2 ñöôïc cung caáp lieân tuïc qua nguyeân lieäu trong bình xöû lyù. 4.2.1. Nguyeân taéc Phöông phaùp naøy duøng moät löôùi phaân phoái cung caáp CO2 ñaõ ñöôïc ñieàu chænh aùp suaát phuø hôïp thaønh nhöõng boït khí nhoû vaøo moâi tröôøng xöû lyù moät caùch lieân tuïc cho ñeán khi moâi tröôøng baõo hoaø CO2 thì ngöøng caáp vaø chænh nhieät ñoä cuõng nhö aùp suaát ñeán giaù trò caøi ñaët. Phöông phaùp naøy vì theá coøn coù teân goïi laø phöông phaùp semi – continuous microbubble 4.2.2. Caáu taïo heä thoáng thieát bò Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 76 Heä thoáng thieát bò duøng trong phöông phaùp naøy töông töï nhö ñoái vôùi phöông phaùp giaùn ñoaïn, chæ khaùc ôû choã laø beân döôùi bình chöùa cao aùp coù moät löôùi phaân phoái coù kích thöôùc loã raát nhoû, khoaûng 10 µm, ñeå phaân phoái CO2 thaønh daïng boït khí. 4.2.3. Nguyeân taéc hoaït ñoäng CO2, neáu söû duïng ôû daïng loûng thí seõ ñöôïc bôm qua moät thieát bò boác hôi ñeå ñieàu chænh nhieát ñoä vaø aùp suaát, neáu daïng khí thì chæ caàn qua boä phaän gia nhieät vaø chænh aùp taïo traïng thaùi dense phase nhö yeâu caàu. Sau ñoù, CO2 di chuyeån qua löôùi phaân phoái vaø taïo thaønh raát nhieàu boït khí nhæ phaân taùn vaøo beân trong moâi tröôøng xöû lyù trong bình chöùa cao aùp. Khi moâi tröôøng ñaõ baõo hoaø CO2 vaø aùp suaát cuõng nhö nhieät ñoä trong bình chöùa ñaït ñeán giaù trò caøi ñaët thì ngöôøi ta giöõ hoãn hôïp trong moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh ñeå CO2 ôû traïng thaùi dense phase phaùt huy taùc duïng. Sau thôøi gian xöû lyù, ngöôøi ta tieán haûnh giaûm aùp suaát trong boàn chöùa ñeå giaûi phoùng CO2 ra khoûi moâi tröôøng. CO2 sau ñoù seõ ñöôïc loïc vaø taùi söû duïng. 4.2.4. Öu, nhöôïc ñieåm vaø phaïm vi aùp duïng cuûa phöông phaùp 4.2.4.1. Öu ñieåm
Phöông phaùp baùn lieân tuïc duøng löôùi phaân phoái naøy coù hieåu quaû cao hôn so vôùi phöông phaùp giaùn ñoaïn do noù cho pheùp CO2 tieáp xuùc toát vôùi moâi tröôøng xöû lyù vaø taêng toác ñoä hoaø tan cuûa CO2, do ñoù maø toác ñoä voâ hoaït enzyme cuõng nhö vi sinh vaät taêng leân, goùp phaàn giaûm thôøi gian xöû lyù nguyeân lieäu.
Heä thoáng thieát bò cuõng khaù ñôn giaûn.
Coù theå söû duïng cho caùc thöïc phaåm daïng loûng, daïng paste, caùc loaïi coù ñoä nhôùt cao, caùc thöïc phaåm daïng raén. Ñoái vôùi maãu thöïc phaåm daïng raén, ngöôøi ta thöôøng cho CO2 ôû traïng thaùi dense phase hoaø tan vaøo nöôùc hoaëc dung dòch muoái hay moâi tröôøng thích hôïp roài môùi bôm vaø thaùo hoãn hôïp ñoù moät caùch lieân tuïc qua bình chöùa maãu ñeå xöû lyù. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 77 4.2.4.2. Nhöôïc ñieåm
Nhìn chung nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp naøy laø naêng suaát coøn töông ñoái thaáp, hieäu quaû ñaït ñöôïc chæ ôû möùc töông ñoái. 4.2.4.3. Phaïm vi aùp duïng
Phöông phaùp naøy coù theå ñöôïc söû duïng cho caùc nguyeân lieäu daïng raén, daïng huyeàn phuø ñaëc vaø daïng loûng.
Phöông phaùp naøy cuõng thöôøng aùp duïng cho caùc nghieân cöùu trong phoøng thí nghieäm. 4.3. Phöông phaùp lieân tuïc Phöông phaùp lieân tuïc laø phöông phaùp trong ñoù doøng CO2 vaø doøng nguyeân lieäu loûng ñöôïc di chuyeån lieân tuïc trong heä thoáng thieát bò vaø doøng saûn phaåm sau xöû lyù cuõng ñöôïc thaùo ra moät caùch lieân tuïc. 4.3.1. Phöông phaùp microbubble lieân tuïc (continuous microbubble method) (Damar vaø Balaban, 2006 ; Shimoda vaø coäng söï, 1998). 4.3.1.1. Nguyeân taéc Nguyeân taéc tieán haønh phöông phaùp naøy cuõng töông töï nhö phöông phaùp microbubble baùn lieân tuïc. Ñieåm khaùc nhau laø ôû phöông phaùp naøy, CO2 ñöôïc boå sung lieân tuïc vaøo nguyeân lieäu caàn xöû lyù vaø saûn phaåm ñöôïc thaùo ra moät caùch lieân tuïc ñeå giaûi phoøng aùp suaát, ñuoåi CO2 ra khoûi saûn phaåm. 4.3.1.2. Caáu taïo heä thoáng thieát bò Ngoaøi caùc thieát bò töôïng töï nhö trong phöông phaùp microbubble baùn lieân tuïc thì taïi bình chöùa chính, phía treân coù moät van thaùo saûn phaåm ñaõ xöû lyù vaø phía döôùi coù moät van khaùc duøng ñeå thaùo toaøn boä saûn phaåm ra khoûi bình khi keát thuùc quaù trình xöû lyù. Ngoaøi ra, phía treân bình chöùa coù moät ñöôøng daãn CO2 khoâng hoaø tan trong moâi tröôøng, qua van ñieàu aùp (I) haï aùp suaát vaø ñöôïc chöùa vaøo moät bình chöùa cao aùp khaùc. Lôùp voû aùo cuûa bình chöùa chính coù theå coù heä thoáng gia nhieät ñeå ñieàu khieån nhieät ñoä bình nhö mong muoán. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 78 Hình 4.2: Heä thoáng thieát bò söû duïng trong phöông phaùp microbubble lieân tuïc (Shimoda vaø coäng söï, 1998) 4.3.1.3. Hoaït ñoäng CO2 sau khi ñaõ ñöôïc ñieàu chænh aùp suaát vaø nhieät ñoä theo yeâu caàu seõ ñöôïc bôm lieân luïc vaøo bình chöùa ñi qua löôùi phaân phoái beân döôùi. Nguyeân lieäu cuõng ñöôïc bôm vaøo bình chöùa ôû phía döôùi vaø hoaø troän vôùi CO2. Trong quaù trình di chuyeån cuûa hoãn hôïp töø döôùi ñaùy bình leân treân thì CO2 seõ phaùt huy taùc duïng cuûa mình. Ñoä cao möïc chaát loûng trong bình ñöôïc tính toaùn sao cho khi Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 79 hoãn hôïp vöøa ñaït ñeán möïc phía treân cuûa bình thì nguyeân lieäu cuõng ñöôïc xöû lyù xong vaø thôøi gian di chuyeån ñoù cuõng chính laø thôøi gian xöû lyù nguyeân lieäu cuûa CO2. Sau khi di chuyeån ñeán ñoä cao möïc chaát loûng theo yeâu caàu, nghóa laø keát thuùc thôøi gian xöû lyù, thì hoãn hôïp ñöôïc thaùo ra khoûi bình chöùa vaø di chuyeån qua van ñieàu aùp (II) veà bình phaân ly. Khi qua van ñieàu aùp (II) veà bình phaân ly thì hoãn hôïp ñöôïc giaûm aùp, CO2 ñöôïc giaûi phoùng ra khoûi saûn phaåm vaø ñöôïc thu hoài ñeå taùi söû duïng. 4.3.1.4. Öu, nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp  Öu ñieåm
Hieäu quaû öùc cheá enzyme vaø tieâu dieät vi sinh vaät cuûa phöông phaùp naøy raát cao do toác ñoä hoaø tan CO2 trong nguyeân lieäu lôùn, naâng cao hieäu quaû vaø ruùt ngaén thôøi gi an xöû lyù.
Naêng suaát thieát bò cao do laøm vieäc lieân tuïc.  Nhöôïc ñieåm
Thieát bò khaù phöùc taïp, chi phí ñaàu tö cao hôn, thích hôïp vôùi quy moâ saûn xuaát lôùn.
Chæ thích hôïp vôùi caùc nguyeân lieäu daïng loûng, khoâng thích hôïp xöû lyù nguyeân lieäu daïng raén.  Phaïm vi aùp duïng
Phöông phaùp microbubble ñöôïc aùp duïng cho caùc nguyeân lieäu loûng, huyeàn phuø ñoä nhôùt thaáp.
Thích hôïp cho saûn xuaát quy moâ lôùn. 4.3.2. Phöông phaùp lieân tuïc söû duïng membrane tieáp xuùc CO2 (continuous membrane contact CO2 method) (Damar vaø Balaban, 2006). 4.3.2.1. Nguyeân taéc Cho CO2 vaø nguyeân lieäu di chuyeån ngöôïc chieàu nhau moät caùch lieân tuïc qua caùc membrane ñeå taêng dieän tích tieáp xuùc vaø taïo ñöôïc hieäu quaû cao trong vieäc taêng toác ñoä hoaø tan cuûa CO2 trong nguyeân lieäu. 4.3.2.2. Caáu taïo heä thoáng thieát bò Heä thoáng thieát bò lieân tuïc söû duïng membrane tieáp xuùc CO2 ñöôïc trình baøy nhö hình veõ. Boä phaän quan troïng aûnh höôûng quyeát ñònh ñeán hieåu quaû cuûa phöông phaùp Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 80 laø 4 bình chöùa membrane laøm baèng vaät lieäu polypropylene. Moãi bình chöùa coù 15 maøng membrane song song nhau coù ñöôøng kính trong laø 1,8 mm, chieàu daøi 39 cm vaø dieän tích beà maët laø 83 cm2. Bôm vaän chuyeån nguyeân lieäu laø loaïi bôm duøng trong kyõ thuaät saéc kyù loûng hieäu naêng cao (HPLC), coøn bôm CO2 ñöôïc duøng ñeå neùn laøm taêng aùp suaát cuûa heä thoáng. Hình 4.3: Heä thoáng thieát bò xöû lyù DPCD lieân tuïc söû duïng membrane tieáp xuùc CO2 4.3.2.3. Nguyeân taéc hoaït ñoäng CO2 traïng thaùi dense phase vaø nguyeân lieäu ñöôïc bôm ngöôïc chieàu nhau qua heä thoáng bình chöùa membrane. Nguyeân lieäu vaø CO2 di chuyeån lieân tuïc töø bình membrane tröôùc sang bình membrane sau t heo nguyeân taéc vaøo vaø ra nhö hình veõ. Trong khi di chuyeån, CO2 hoaø troän vôùi nguyeân lieäu vaø phaùt huy taùc duïng cuûa noù. Aùp suaát cuûa heä thoáng ñöôïc ñieàu chænh nhôø bôm CO2 ñeå taïo traïng t haùi aùp suaát cao cho heä thoáng. Sau khi ra khoûi caùc membrane, hoãn hôïp ñöôïc ñöa vaøo bình chöùa vaø giöõ theâm moät thôøi gian ngaén ñeå ñaït ñöôïc hieäu quaû nhö yeâu caàu. Cuoái cuøng, hoãn hôïp sau xöû lyù seõ ñöôïc giaûm aùp, giaûi phoùng CO2 ra khoûi saûn phaåm. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 81 4.3.2.4. Öu, nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp  Öu ñieåm
Phöông phaùp naøy coù öu ñieåm l aø raát hieäu quaû trong vieäc gia taêng toác ñoä hoaø tan CO2 vaøo nguyeân lieäu do taïo ra moät dieän tích tieáp xuùc raát lôùn giöõa CO2 vaø nguyeân lieäu t hoâng qua heä thoáng caùc membrane. Do ñoù maø dung dòch seõ nhanh choùng baõo hoaø CO2 vaø toác ñoä xöû lyù seõ nhanh hôn, naâng cao hieäu quaû vaø ruùt ngaén thôøi gian.
Naêng suaát hoaït ñoäng cuûa thieát bò cao.  Nhöôïc ñieåm
Chi phí ñaàu tö cho heä thoáng membrane raát cao, thieát bò phöùc taïp.
Caùc membrane deã bò taét ngheõn neân caàn phaûi ñöôïc veä sinh thöôøng xuyeân baèng phöông phaùp thích hôïp.
Chæ thích hôïp vôùi caùc nguyeân lieäu daïng dung dòch loûng, ñoä nhôùt thaáp. Caùc loaïi huyeàn phuø deã laøm taéc caùc membrane, coøn caùc dung dòch coù ñoä nhôùt cao thì toán nhieàu naêng löôïng ñeå bôm chuùng qua membrane.  Phaïm vi aùp duïng
Phöông phaùp membrane tieáp xuùc chæ thích hôïp cho caùc loaïi nguyeân lieäu loûng ñoä nhôùt thaáp. Neáu nguyeân lieäu daïng huyeàn phuø thì kích thöôùc haït phaûi mòn.
Thích hôïp saûn xuaát quy moâ lôùn. 4.3.3. Phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc (continuous flow method) (Damar vaø Balaban, 2006; Werner vaø Hotchkiss, 2006; Gunes vaø coäng söï, 2005; Kincal vaø coäng söï, 2005). 4.3.3.1. Nguyeân taéc Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp naøy laø cho doøng CO2 vaø doøng nguyeân lieäu hoaø troän vôùi nhau ñeå CO2 ôû traïng thaùi dense phase xöû lyù nguyeân lieäu lieân tuïc treân doøng chaûy cuûa hoãn hôïp. 4.3.3.2. Caáu taïo heä thoáng thieát bò Heä thoáng thieát bò cuûa phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc ñöôïc moâ taû nhö hình. Thay cho bình chöùa cao aùp laø moät heä thoáng oáng daãn ñöôïc boá trí nhaèm taêng thôøi gian löu cuûa hoãn hôïp nhaèm taïo ñieàu kieän cho CO2 töông taùc vôùi nguyeân lieäu. Sau khu Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 82 vöïc löu hoãn hôïp laø khu vöïc giaûm aùp vôùi boä phaän xöû lyù nhieät, van giaõn nôû vaø bình chaân khoâng ñeå taùch CO2. Hình 4.4: Heä thoáng thieát bò xöû lyù DPCD theo phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc 4.3.3.3. Nguyeân taéc hoaït ñoäng CO2 aùp suaát cao trong bình chöùa cao aùp (1) seõ ñöôïc bôm qua moät thieát bò laøm laïnh nhaèm laøm taêng khaû naêng hoaø tan cuûa CO2 vaøo dung dòch. Sau ñoù, CO2 ñöôïc phoái troän vôùi nguyeân lieäu vaø hoãn hôïp naøy ñöôïc bôm qua khu vöïc oáng löu (7). Taïi khu vöïc naøy, aùp suaát vaø nhieät ñoä ñöôïc ñieàu chænh ñeán moät gi aù trò thích hôïp theo yeâu caàu. Chieàu daøi cuûa oáng löu phaûi ñöôïc tính toaùn sao cho sau khi di chuyeån heát chieàu daøi naøy thì nguyeân lieäu cuõng ñöôïc xöû lyù xong. Thôøi gian xöû lyù nguyeân lieäu phuï thuoäc vaøo toác ñoä doøng hoãn hôïp trong oáng löu. Sau khi ra khoûi oáng löu, hoãn hôïp seõ ñöôïc döa vaøo khu vöïc giaûm aùp. Taïi ñaây, tröôùc tieân nhieät ñoä hoãn hôïp phaûi ñöôïc ñieàu chænh ñeå taïo söï oån ñònh khi giaûm aùp. Sau ñoù, hoãn hôïp coù theå traûi qua moät hoaëc hai böôùc gi aûm aùp ñeå loaïi CO2 ra khoûi saûn phaåm. 4.3.3.4. Öu, nhöôïc ñieåm cuûa phöông phaùp  Öu ñieåm
Hieäu quaû cao do CO2 tieáp xuùc toát vôùi nguyeân lieäu.
Naêng suaát raát cao do khaû naêng laøm vieäc lieân tuïc cuûa thieát bò. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 83
Khaû naêng tieâu dieät caùc vi sinh vaät gaây beänh vaø gaây thoái raát toát (Damar vaø Balaban, 2006).  Nhöôïc ñieåm
Chi phí ñaàu tö thieát bò cao.
Chæ xöû lyù ñöôïc caùc maãu daïng loûng.  Phaïm vi aùp duïng
Phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc thöôøng ñöôïc aùp duïng cho caùc nguyeân lieäu loûng, ñoä nhôùt thaáp.
Thích hôïp cho saûn xuaát quy moâ lôùn. Hieän nay, coù hai heä thoáng thieát bò treân thò tröôøng vôùi quy moâ phuø hôïp vôùi saûn xuaát coâng nghieäp: heä thoáng thieát bò theo phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc do coâng ty Praxair (Chicago, Ill., Hoa Kyø) cung caáp coù naêng suaát 10, 20, vaø 40 gallon saûn phaåm/phuùt (töùc laø khoaûng 37, 74 vaø 148 l/phuùt) vaø heä thoáng membrane tieáp xuùc phaùt trieån bôûi haõng Air Liquid (Countryside, Ill., Hoa Kyø), haõng naøy cuõng cung caáp heä thoáng thieát bò theo phöông phaùp doøng chaûy lieân tuïc. Tuy nhieân, vaãn chöa coù moät saûn phaåm naøo öùng duïng kyõ thuaät DPCD trong quy trình saûn xuaát, vaø nguyeân nhaân vaãn laø ôû vaán ñeà chi phí. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 84 Chöông 5 KEÁT LUAÄN Qua quaù trình tìm hieåu nhö treân, ta coù theå thaáy, kyõ thuaät DPCD ñaõ ñöôïc haøng loaït nghieân cöùu chöùng minh laø coù nhieàu öu ñieåm, trong ñoù noåi baät laø hieäu quaû cao trong vieäc voâ hoaït vi sinh vaät vaø caùc enzyme vaø khaû naêng giöõ ñöôïc caùc tính chaát caûm quan veà maøu saéc vaø muøi vò cuõng nhö giaù trò dinh döôõng cuûa saûn phaåm neáu so saùnh vôùi caùc kyõ thuaät truyeàn thoáng duøng nhieät ñoä cao hoaëc duøng hoaù chaát. Caùc nghieân cöùu naøy cuõng ñaõ tìm hieåu caùc aûnh höôûng cuûa caùc thoâng soá kyõ thuaät ñeán chaát löôïng thöïc phaåm nhaèm toái öu hoaù quaù trình. Tuy nhieân, cho ñeán nay kyõ thuaät DPCD vaãn chöa ñöôïc aùp duïng vaøo saûn xuaát. Baøi toaùn chi phí caàn phaûi ñöôïc giaûi quyeát moät caùch thích hôïp ñeå coù theå taïo ra saûn phaåm vôùi chaát löôïng cao ñi ñoâi vôùi hieäu quaû kinh teá. Trong töông lai, caùc nghieân cöùu veà vaán ñeà naøy caàn ñi saâu vaøo hai höôùng sau: thöù nhaát laø tìm ra caùc phöông thöùc toái öu hoaù hieäu quaû quaù trình vaø giaûm chi phí trang thieát bò cuõng nhö chi phí vaän haønh ñeán möùc chaáp nhaän ñöôïc ñeå coù theå aùp duïng roäng raõi trong saûn xuaát, thöù hai laø nghieân cöùu caùc aûnh höôûng cuûa kyõ thuaät DPCD leân caùc vitamine, enzyme, caùc hôïp chaát coù hoaït tính sinh hoïc cuõng nhö aûnh höôûng leân chaát löôïng saûn phaåm noùi chung treân nhieàu ñoái töôïng khaùc nhau ñeå coù ñöôïc nhöõng hieåu bieát ñaày ñuû hôn veà kyõ thuaät naøy. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 85 PHUÏ LUÏC ÑOÄNG HOÏC QUAÙ TRÌNH THANH TRUØNG, TIEÄT TRUØNG  Phöông trình tieät truøng, thanh truøng 1.1. Ñoái vôùi vi sinh vaät (Leâ Vaên Vieät Maãn, 2004; Spilimbergo vaø Bertucco, 2003; Shimoda vaø coäng söï, 2002, 2001) N = N0.e-kt ⇒ lg(N/N0) = 303,2 kt− = D t− Vôùi D = 2,303/k • N0: soá vi sinh vaät ban ñaàu coù trong maãu. • N: soá vi sinh vaät coøn soáng soùt sau thôøi gian xöû lyù t • k: haèng soá phaù huûy (phuï thuoäc loaøi vi sinh vaät). • D: thôøi gian phaù huûy thaäp phaân (Decimal reduction time): thôøi gian xöû lyù caàn thieát ñeå soá teá baøo trong maãu giaûm ñi 10 laàn. Thôøi gian thanh truøng, tieät truøng coù theå döï ñoaùn sô boä thoâng qua bieåu thöùc sau: Ft = n.D • n = lg(N0/N*). • Ft: thôøi gian xöû lyù thöïc phaåm ôû ñieàu kieän aùp suaát vaø nhieät ñoä ñaõ choïn. • N*: soá teá baøo vi sinh vaät döï kieán coøn soùt laïi trong maãu sau quaù trình thanh truøng hoaëc tieät truøng. Trong coâng nghieäp thöïc phaåm, giaù trò N* caàn choïn khoâng ñöôïc lôùn hôn 10-3. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 86 1.2. Ñoái vôùi enzyme (Gui vaø coäng söï, 2006; Tanimoto vaø coäng söï, 2005) At = A0.e-kt ⇒ lg(At/A0) = 303,2 kt− = D t− Vôùi D = 2,303/k • A0: hoaït tính ban ñaàu cuûa enzyme trong maãu tröôùc khi xöû lyù. • At: hoaït tính coøn laïi cuûa enzyme sau thôøi gian xöû lyù t. • k: haèng soá phaù huûy (phuï thuoäc loaïi enzyme). • D: thôøi gian phaù huûy thaäp phaân: thôøi gian xöû lyù caàn thieát ñeå hoaït tính cuûa enzyme trong maãu gi aûm ñi 10 l aàn.  Aûnh höôûng cuûa caùc thoâng soá coâng ngheä nhö aùp suaát, nhieät ñoä vaø noàng ñoä CO2 trong kyõ thuaät DPCD ñöôïc khaûo saùt thoâng qua haèng soá Z ñöôïc ñònh nghóa laø khoaûng giaù trò caàn taêng cuûa thoâng soá ñang khaûo saùt (aùp suaát, nhieät ñoä, noàng ñoä CO2…) ñeå D giaûm 10 laàn. ZX = (X2 – X1)/(lgDX1 – lgDX2) • X: thoâng soá caàn khaûo saùt  Neáu X laø aùp suaát P thì ta coù ZP laø haèng soá chòu aùp suaát.  Neáu X laø nhieät ñoä T thì ta coù ZT laø haèng soá chòu nhieät.  Neáu X laø noàng ñoä CO2 γ thì ta coù Zγ laø haèng soá chòu noàng ñoä. • DX1, DX2: thôøi gian phaù huûy thaäp phaân öùng vôùi giaù trò thoâng soá X1 vaø X2. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 87 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1] Leâ Vaên Vieät Maãn. Coâng ngheä saûn xuaát caùc saûn phaåm töø söõa vaø thöùc uoáng. Taäp 1: Coâng ngheä saûn xuaát caùc saûn phaåm töø söõa, 93 – 102. Nhaø Xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TPHCM, 2004. [2] Andreas GieBauf, Wolfgang Magor, Doris J. Steinberger, and Rolf Marr. A study of hydrolases stability in supercritical carbon dioxide. Enzyme and Microbi al Technology 24:577-583, 1999. [3] Angela White, David Burns and Tim W. Christensen. Effective terminal sterilization using supercritical carbon dioxide. Journal of Biotechnology 123: 504– 515, 2006. [4] Atsushi Enomoto, Kozo Nakamura, Masaru Hakoda and Noriko Amaya. Lethal Effect of High-Pressure Carbon Dioxide on a Bacterial Spore. Journal of Fermentation and Bioengineering vol. 83, No. 3, 305-307, 1997. [5] B. G. Werner and J. H. Hotchkiss. Continuous flow nonthermal CO2 processing: the lethal effects of subcritical and supercritical CO2 on total microbial populations and bacterial spores in raw milk. J. Dairy Sci. 89:872-881. [6] Balaban. Method and apparatus for continuous flow reduction of microbial and/or enzymatic activity in a liquid product using carbon dioxide. United State Patent, 6723365 B2, 2004. [7] Carlos Arturo Tanuùs Meurehg. A dissertation: Control of Escherichia coli O157:H7, generic Escherichia coli, and Samonella spp. on beef trimmings prior to grinding using a controlled phase carbon dioxide ( CP CO 2 ) system. Kansas State University, 2006. [8] Coustantina Tzi a vaø George Liadakis. Extraction optimization in food engineering, 73 – 94. Marcel Dekker, 2003. [9] D. Kincal,W.S. Hill, M. Balaban, K.M. Portier, C.A. Sims, C.I.Wei, and M.R. Marshall. Continuous high-pressure carbon dioxide system for cloud and quality retention in orange juice. Journal Of Food Science vol. 71, Nr. 6, 2006. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 88 [10] D. Kincal,W.S. Hill, M. Balaban, K.M. Portier, C.I.Wei, and M.R. Marshall. A continuous high pressure carbon dioxide system for microbial reduction in orange juice. Journal Of Food Science vol. 70, Nr. 5, 2005. [11] Debs-Louka E, Louka N, Abraham G, Chabot V and Allaf K. Effect of compressed carbon dioxide on microbial cell viability. Appl E nviron Microbiol 65:626–631, 1999. [12] Dillow A.K, Dehghani F, Hrkach J.S, Foster N.R, Langer R. Bacterial inactivation by using near- and supercritical CO2. Proc Natl Acad Sci USA 96:10344–8, 1999. [13] F. Devlieghere and J. Debevere. Influence of dissolved carbon dioxide on the growth of spoilage bacteria. Lebensm.-Wiss. u.-Technol 33: 531-537, 2000. [14] Fenqi Gui, Jihong Wu, Fang Chen, Xiaojun Liao, Xi aosong Hu, Zhenhua Zhang and Zhengfu Wang. Change of polyphenol oxidase activity, color, and browning degree during storage of cloudy apple juice treated by supercritical carbon dioxide. Eur Food Res Technol 223:427-432, 2006. [15] Fenqi Gui, Zhengfu Wang, Jihong Wu, Fang Chen, Xiaojun Liao, Xiaosong Hu. Inactivation and reactivation of horseradish peroxidase treated with supercritical carbon dioxide. Eur Food Res Technol 222: 105–111, 2006. [16] Gillian F. Dagan and Murat O. Balaban. Pasteurization of beer by a continuous dense-phase CO2 system. Journal Of Food Science vol. 71, Nr. 3, 2006. [17] Giulio Bertoloni, Alberto Bertucco, Veronica De Cian and Tiziana Parton. A study on the inactivation of micro-organism and enzymes by high pressure CO2. Wiley InterScience DOI: 10.1002/bit.21006, 2006. [18] Gurbuz Gunes, Lisa K. Blum and Joseph H. Hotchkiss. Inactivation of yeast in grape juice using a continuous dense phase carbon dioxide processing system. J Sci Food Agric 85:2362-2368, 2005. [19] H. Karaman and O. Erkmen. High carbon dioxide pressure inactivation kinetics of Escherichia coli in broth. Food Microbiology 18: 11-16, 2001. [20] Jason D. Hemmer, Michael J. Drews, Martine LaBerge, Michael A. Matthews. Sterilization of bacterial spores by using supercritical carbon dioxide and hydrogen Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 89 peroxide. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, 2006. [21] John C. Erickson, Philippe Schyns, Charles L. Cooney. Effect of pressure on an enzymatic reaction in a supercritical fluid. AIChE Journal February Vol. 36, No. 2 299, 1990. [22] Jon S. Chen, Murat 0. Balaban, Cheng I Wei, Richard A. Gleeson and Maurice R Marshall. Effect of carbon dioxide on the inactivation of Florida Spiny Lobster polyphenol oxidase. J Sci Food Agric 61, 253-259, 1993. [23] Jon S. Chen, Ph.D., Murat 0. Balaban, Ph.D., Cheng-i Wei, Ph.D., Richard A. Gleeson, Ph.D., and Marty R. Marshall, Ph.D. Inactivation of crustacean polyphenol oxidase by high pressure carbon dioxide. Food Science and Human Nutrition Department, Institute of Food and Agricultural Sciences, University of Florida, Gainesville, FL 32611-0163. [24] Jurgen K.P. Weder. Effect of supercritical carbon dioxide on proteins. Z. Lebensm Unters Forsch 171, 95-100, 1980. [25] M. Hakoda, N. Shiragami, A. Enomoto, K. Nakamura. Effects of moisture on enzymatic reaction in supercritical carbon dioxide. Bioprocess Biosyst Eng 24: 355- 361, 2002. [26] M. Peleg. Simulation of E. Coli inactivation by carbon dioxide under pressure. Journal Of Food Science vol. 67, Nr. 3, 2002. [27] M. Shimoda, H. Kago, N. Kojima, M. Miyake, Y. Osajima and I. Hayakawa. Accelerated death kinetics of Aspergillus niger spores under high-pressure carbonation. Appl Environ Microbiol 68.8.4162-4167, 2002 [28] M. Shimoda, J. Cocunubo-Castellanos, H. Kago, M. Miyake, Y. Osajima and I. Hayakawa. The influence of dissolved CO2 concentration on the death kinetics of Saccharomyces cerevisiae. Journal of Applied Microbiology 91, 306-311, 2001. [29] M. Shimoda, Y. Yamamoto, J. Cocunubo-Castellanos, H. Tonoike, T. Kawano, H. Ishikawa and Y. Osajima. Antimicrobial effects of pressured carbon dioxide in a continuous flow system. Journal Of Food Science vol. 63, Nr. 4, 1998. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 90 [30] Maja Habulin and Željko Knez. Activity and stability of lipases from different sources in supercritical carbon dioxide and near-critical propane. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 76:1260-1266, 2001. [31] Murat O. Balaban, Maurice R. Mashall, both of Gainesville, Fla, Louise Wicker, Comer, Ga. Inactivation of enzymes in foods with pressured CO2. U.S. Patent 5393547, 1995. [32] N.L. Rozzi and R.K. Singh. Supercritical fluids and the food industry. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety vol. 1, 2002. [33] Osajima vaø coäng söï. System for processing liquid foodstuff or liquid medicine with a supercritical fluid of carbon dioxide. United State Patent, 5869123, 1999. [34] Osajima vaø coäng söï. Method for inactivating enzymes, microorganisms and spores in a liquid foodstuff. United State Pat ent, 5667835, 1997. [35] Osajima vaø coäng söï. Method for modifying the quality of liquid foodstuff. United State Patent, 5520943, 1996. [36] Patricia Ballestra and Jean-Louis Cuq. Influence of pressurized carbon dioxide on the thermal inactivation of bacterial and fungal spores. Lebensm.-Wiss. u.- Technol 31: 84–88, 1998. [37] S.-J. Park, J.-I. Lee and J. Park. Effects of a combined process of high-pressure carbon dioxide and high hydrostatic pressure on the quality of carrot juice. Journal Of Food Science vol. 67, Nr. 8, 2002. [38] Sara Spilimbergo, Alberto Bertucco, Giuseppe Basso and Giulio Bertoloni. Determination of extracellular and intracellular pH of Bacillus subtilis suspension under CO2 treatment. Wiley InterScience DOI: 10.1002/bit.20606, 2005. [39] Seok-In Hong and Yu-Ryang Pyun. Inactivation kinetics of Lactobacillus plantarum by high pressure carbon dioxide. Journal Of Food Science vol. 64, Nr. 4, 1999. [40] Seok-In Hong and Yu-Ryang Pyunb. Membrane damage and enzyme inactivation of Lactobacillus plantarum by high pressure CO2 treatment. International Journal of Food Microbiology 63: 19–28, 2001. [41] Seok-In Hong, Wan-soo Park, Yu-Ryang Puyn. Non-thermal inactivation of Lactobacillus plantarum as influenced by pressure and temperature of pressurized Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 91 carbon dioxide. International Journal of Food Science and Technology 34:125-130, 1999. [42] Seok-In Hong, Wan-Soo Park and Yu-Ryang Pyun. Inactivation of Lactobacillus sp. from Kimchi by high pressure carbon dioxide. Lebensm.-Wiss. u.- Technol 30: 681–685, 1997. [43] Shota Tanimoto, Hideyuki Matsumoto, Kazuyoshi Fujii, Ritsushi Ohdoi, Koji Sakamoto, Shinya Izuwa, Yuichi Yamane, Masaki Miyake, Mitsuya Shimoda and Yutaka Osajima. Inactivation of enzymes in Fresh Sake using a continuous flow system for high-pressure carbonation. Biosci . Biotechnol. Biochem. 69 (11): 2094- 2100, 2005. [44] Sibel Damar and Murat O. Balaban. Review of dense phase CO2 technology: Microbial and enzyme inactivation, and effects on food quality. Journal Of Food Science vol. 71, Nr. 1, 2006. [45] Sibel Fadiloglu, Osman Erkmen and Gulten S¸ekeroglu. Thermal and carbon dioxide inactivation of alkaline phosphatase in buffer and milk. Food Technol. Biotechnol. 42:27-32, 2004. [46] Sibel Fadiloglu and Osman Erkmen. Inactivation of lipase by carbon dioxide under atmospheric pressure. Journal of Food Engineering 52: 331–335, 2001. [47] Soichi Furukawa, Taisuke Watanabe, Tetsuya Koyama, Junichi Hirata, Naoki Narisawa, Hirokazu Ogihara vaø Makari Yamasaki. Effect of high pressure carbon dioxide on the clumping of the bacterial spores. International Journal of Food Microbiology vol. 106: 95 – 98, 2006. [48] Spilimbergo S, Bertucco A. Non-thermal bacteria inactivation with dense CO2. Biotech Bioeng 84(6):627-638, 2003 [49] Spilimbergo S, Dehghani F, Bertucco A, Foster N.R. Inactivation of bacteria and spores by pulse electric field and high pressure CO2 at low temperature. Biotechnol Bioeng 1(82):118-125, 2003 [50] T.T. Truong, J.M. Boff, D.B. Min and T.H. Shellhammer. Effects of carbon dioxide in high-pressure processing on pectinmethylesterase in single-strength orange juice. Journal Of Food Science vol. 67, Nr. 8, 2002. Ñoà aùn Coâng ngheä Thöïc phaåm 92 [51] T. Yoshimura, M. Furutera, M. Shimoda, H. Ishikawa, M. Miyake, K. Matsumoto, Y. Osajima and I. Hayakawa. Inactivation efficiency of enzymes in buffered system by continuous method with microbubbles of supercritical carbon dioxide. Journal Of Food Science vol. 67, Nr. 9, 2002. [52] T. Yoshimura, M. Shimoda, H. Ishikawa, M. Miyake, I. Hayakawa, K. Matsumoto and Y. Osajima. Inactivation kinetics of enzymes by using continuous treatment with microbubbles of supercritical carbon dioxide. Journal Of Food Science vol. 66, Nr. 5, 2001. [53] Tisi A.D. Effects of dense phase CO2 on enzyme activity and casein proteins in raw milk. Ithaca, N.Y.: Cornell Univ. Available from: Accessed June 14, 2005. [54] W. Tedjo, M.N. Eshtiaghi and D. Knorr. Impact of supercritical carbon dioxide and high hressure on lipoxygenase and peroxidase activity. Journal Of Food Science vol. 65, Nr. 8, 2000. [55] Yoshiaki Fukushima. Application of supercritical fluids. R&D Review of Toyota CRDL vol. 35, No.1, 1999.