Ứng dụng vi sóng (SX khoai tây chiên ít béo)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GỊN
KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM


BÀI THI TỐT NGHIỆP 1

ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG
SẢN XUẤT SNACK KHOAI TÂY

GVHD: TS. Nguyễn Vũ Hoàng Phương
SVTH: Đoàn Thị Cẩm Hương _ DH61800599_Lớp: D18 – TP04
Nguyễn Thanh Thảo_DH618011127_Lớp: D18 – TP04

TP.HCM
THÁNG 6 NĂM 2023


MỤC LỤC
1. MICROWAVE (VI SÓNG) ....................................................................................... 1
1.1.

Khái niệm ............................................................................................................... 1

1.2.

Cơ sở khoa học ....................................................................................................... 1

1.3.

Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 2

1.4.

Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sóng ......................................................................... 3

1.4.1.

Tính chất điện mơi của thực phẩm .................................................................. 3

1.4.2.

Độ sâu truyền sóng (dp) ................................................................................... 4

1.4.3.

Hàm lượng ẩm ................................................................................................. 5

1.5.

Ứng dụng của vi sóng ............................................................................................ 5

1.6.

Biến đổi và chất lượng của sản phẩm khi sử dụng vi sóng .................................... 5

2. SẢN XUẤT KHOAI TÂY CHIÊN BẰNG VI SÓNG ............................................. 6
2.1.

Giới thiệu: .............................................................................................................. 6

2.2.

Khoai tây chiên bằng vi sóng ................................................................................. 6

2.3.

Khảo sát các tính chất của khoai tây chiên vi sóng ............................................... 6

2.3.1. Sự thay đổi tốc độ sấy và khuếch tán độ ẩm của khoai tây chiên ở các cơng
suất vi sóng khác nhau .................................................................................................. 6
2.3.2.

Định lượng màu............................................................................................... 8

2.3.3.

Hàm lượng chất béo ........................................................................................ 9

2.4.

Ưu và nhược điểm so với phương pháp truyền thống ........................................... 9

3. KẾT LUẬN .................................................................................................................. 9


Bài thi tốt nghiệp 1

1. MICROWAVE (VI SÓNG)[1][2]
1.1. Khái niệm
Vi sóng (sóng vi ba) là một dạng năng lượng điện từ. Năng lượng điện từ có thể truyền

vào thực phẩm để sinh nhiệt và làm chín thực phẩm.

Hình 1.1: Cơ chế truyền nhiệt phương pháp truyền thống và phương pháp vi sóng
Đặc trưng của vi sóng là có bước sóng nằm trong khoảng 1mm – 1m và khoảng tần
số 300 MHz – 300 GHz. Vi sóng thường được sử dụng để chế biến thực phẩm trong
cơng nghiệp có tần số từ 915 đến 2450 MHz và tần số sử sụng trong lị vi sóng gia
đình là 2450 MHz.

Hình 1.2: Phổ điện từ
1.2. Cơ sở khoa học

1


Bài thi tốt nghiệp 1

Vi sóng là một dạng năng lượng điện từ. Năng lượng vi sóng là một bức xạ khơng ion
hóa gây ra chuyển động của phân tử bằng sự di chuyển của các ion và sự quay của
các lưỡng cực nhưng không gây ra sự thay đổi cấu trúc phân tử. Khi cho thực phẩm
tiếp xúc với điện trường, sẽ có sự định hướng của các phân tử phân cực theo cực của
điện trường. Sau đó, các phân tử nước bắt đầu định hướng lại do sự thay đổi lặp đi
lặp lại trong phân cực của điện trường, dẫn đến sự phát sinh ma sát giữa các phân tử
và mơi trường xung quanh, do đó sinh ra nhiệt.

Hình 1.3: Cơ chế sinh nhiệt chi tiết trong quá trình gia nhiệt bằng vi sóng
(A: Chuyển động quay lưỡng cực; B: Dẫn truyền ion)
1.3. Nguyên lý hoạt động
Đặc điểm nổi bật nhất của phương pháp gia nhiệt bằng vi sóng là gia nhiệt thể tích,
khác hồn tồn so với gia nhiệt thơng thường. Trong q trình gia nhiệt thể tích, các
vật liệu có thể hấp thụ trực tiếp và bên trong năng lượng vi sóng và chuyển đổi thành

nhiệt. Chính đặc điểm này đã dẫn đến những ưu điểm khi sử dụng vi sóng để xử lý
vật liệu. Lị vi sóng sử dụng sóng điện từ gọi là vi sóng để làm nóng thức ăn. Vi sóng
dao động ở tốc độ rất cao, thường là 2,45 tỷ lần (2450 MHz) mỗi giây. Khi thực phẩm
được đặt trong lò vi sóng, các thành phần thực phẩm khác nhau sẽ hoạt động khác
nhau. Thành phần chính để có thể làm nóng thức ăn bằng sóng vi ba là nước. Hàm
lượng nước trong thực phẩm càng cao thì tốc độ gia nhiệt càng nhanh. Nước có hai
đầu tích điện trái dấu do có sự hiện diện của 2 ngun tử Hydro tích điện dương và
phân tử Oxy tích điện âm. Khi sóng vi ba dao động, các phân tử nước sẽ quay theo.
Do đầu tích điện âm của nước bị hút vào đầu tích điện dương của vi sóng, trong khi
đầu dương của nước bị hút vào đầu tích điện âm của vi sóng. Các vi sóng quay với
tốc độ cực cao. Điều này có nghĩa là cứ mỗi giây vi sóng quay, phân tử nước cũng
quay. Tốc độ quay cực cao này làm cho các phân tử nước va chạm với nhau với tốc
độ rất nhanh. Điều này tạo ra ma sát giữa các phân tử nước. Ma sát này tạo ra nhiệt.

2


Bài thi tốt nghiệp 1

Nhiệt truyền qua thực phẩm bằng cách dẫn nhiệt, đối lưu hoặc bức xạ. Do đó thức ăn
nóng lên.

Hình 1.4: Ngun lý hoạt động của vi sóng
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến vi sóng
1.4.1. Tính chất điện mơi của thực phẩm[2][3]
Tính chất điện mơi của thực phẩm là khả năng vật liệu lưu trữ hoặc phân tán
năng lượng từ bức xạ điện trường. Ngoài ra, tính chất điện mơi quyết định sự
phản xạ của bức xạ tại bề mặt, sự truyền suốt và sự hấp thụ. Nó được hiển thị
bằng cơng thức:

𝜀 = 𝜀 ′ − 𝑗𝜀 "
Trong đó:

𝜀 ′ : Hằng số điện mơi thể hiện khả năng vật liệu lưu dữ năng lượng
điện trong 1 trường điện từ.

𝜀 " : Hằng số tổn thất điện môi thể hiện sự chuyển đổi năng lượng
điện từ thành năng lượng nhiệt.

𝑗 : Hệ số ảo.

3


Bài thi tốt nghiệp 1

Hệ số phân tán Tan : Thể hiện khả năng vật liệu hấp thụ năng lượng. Hệ số
phân tán của mẫu càng lớn thì sự xâm nhập của năng lượng vi sóng ở một tần
số nhất định càng ít. Do đó, năng lượng vi sóng bị phân tán dưới dạng nhiệt
theo hai cơ chế: dẫn ion và quay lưỡng cực.

𝜀"
𝛿= ′
𝜀
 Nhiệt độ
Nhiệt độ trong quá trình gia nhiệt bằng vi sóng phụ thuộc vào đặc tính điện
mơi của thực phẩm. Nhiệt độ tăng làm tăng tính di động của nước dẫn đến tính
chất điện mơi.
 Thành phần nguyên liệu (muối, đường, chất béo…)
Muối: Thực phẩm nhiều muối sự phân tán năng lượng càng nhanh, thực phẩm

nóng nhanh hơn vì dẫn điện ion cao hơn.
Chất béo: Thực phẩm nhiều chất béo nóng chậm hơn vì chất béo không phân
cực nên sinh nhiệt chậm.
1.4.2. Độ sâu truyền sóng (dp)[4]
Giá trị của độ sâu truyền sóng vi sóng trong một loại thực phẩm cụ thể là một
chỉ số thể hiện khả năng chuyển đổi năng lượng vi sóng thành nhiệt của nguyên
liệu thực phẩm. Đây cũng là một thơng số hữu ích khi quyết định độ dày của
thực phẩm. Giá trị dp càng nhỏ, thực phẩm càng dày thì gia nhiệt khơng đồng
đều.
Độ sâu truyền sóng có liên quan đên cơng suất vi sóng. Cơng suất (P0) càng đi
sâu vào vật liệu thì càng giảm, đến khi giảm xuống tới 1/e (e = 2.718) so với
cường độ tại điểm vào. Được thể hiện qua công thức:

𝑃=

𝑃0
𝑒

4


Bài thi tốt nghiệp 1

Độ sâu tại đó cơng suất giảm xuống 1/e được gọi là độ sâu truyền sóng (dp)
được tính theo phương trình sau:
2

𝜀"
𝑑𝑝 =
[1 + √( ′ ) − 1]

′
𝜀
2𝜋√2𝜀
𝜆0

−1
2

1.4.3. Hàm lượng ẩm
Hàm lượng ẩm càng cao thì hằng số điện mơi và hệ số tổn thất càng tăng. Do
1 trong 2 cơ chế tạo ra nhiệt là quay phân tử nước. Thực phẩm khơ khó nóng
hơn thực phẩm nhiều nước.
1.5. Ứng dụng của vi sóng
Bản chất vi sóng là sóng điện từ nên nó có khả năng lan truyền mà không cần các
phân tử vật chất dao động nên sóng điện từ truyền được tronng nhiều mơi trường như
rắn, lỏng, khí và cả chân khơng. Vì thế, hiện nay vi sóng được nghiên cứu và ứng
dụng trong các quá trình thay thế bằng nhiệt hoặc hỗ trợ một phần các quá trình khác
nhằm tiết kiệm năng lượng và thời gian. Một số ứng dụng của vi sóng:
 Thanh trùng và tiệt trùng.
 Rã đơng hoặc ủ.
 Nấu và nướng.
 Chần.
 Sấy hoặc hỗ trợ các quá trình sấy lạnh, sấy chân khơng, sấy đối lưu.
1.6. Biến đổi và chất lượng của sản phẩm khi sử dụng vi sóng
Q trình thanh trùng và tiệt trùng: Thanh trùng sữa bằng vi sóng trong 2.5 phút giúp
giảm 97.7% vi khuẩn. Tiệt trùng bằng vi sóng được nghiên cứu để thương mại hố
nhưng vẫn cịn đối mặt với nhiều hạn chế.
Q trình rã đơng: Rã đơng truyền thống cần có không gian lớn và thời gian dài. Khi
thực phẩm rã đơng, diện tích bề mặt của thực phẩm là nơi tăng nhiệt độ trước và dễ
bị nhiễm vi khuẩn. Việc sử dụng năng lượng vi sóng có thể khắc phục vấn đề này, vì

nhiệt được tạo ra cùng với thực phẩm từ bên trong đến bề mặt, do đó quá trình rã đơng
nhanh hơn những phương pháp khác.
Q trình nấu và nướng: Nấu bằng lị vi sóng có ưu điểm là ít thất thốt độ ẩm và tiết
kiệm năng lượng tối đa, dinh dưỡng thực phẩm như vitamin, khoáng chất không bị
hao hụt nhiều so với gia nhiệt truyền thống. Nướng bằng vi sóng tuy có hy vọng nhưng
thiếu ứng dụng thương mại và chưa đạt thành công lớn trong lĩnh vực bánh. Do thiếu
tính cảm quan và sự phân bố nhiệt không đồng đều.

5


Bài thi tốt nghiệp 1

Quá trình chần: Hai phương pháp chần thương mại được sử dụng rộng rãi nhất là
phương pháp chần bằng nước nóng và phương pháp chần bằng hơi nước. Tuy nhiên,
phương pháp chần thơng thường có liên quan chặt chẽ với các vấn đề nghiêm trọng
như phân hủy các thành phần dinh dưỡng như đường, vitamin và khoáng chất. Để giữ
được chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm thực phẩm, một số nhà nghiên cứu đã đề
xuất sử dụng phương pháp làm nóng bằng lị vi sóng như một phương pháp thay thế
cho phương pháp chần thông thường đối với các sản phẩm thực phẩm. Chần bằng vi
sóng cần ít hoặc khơng cần nước để truyền nhiệt hiệu quả trong thực phẩm và do đó
làm giảm quá trình thất thốt chất dinh dưỡng so với ngâm nước nóng.
Q trình sấy: Sấy khơ bằng vi sóng nhằm mục đích giảm thời gian sấy và tiêu thụ
năng lượng nhưng vẫn đảm bảo chất lượng thực phẩm. Nhược điểm chính của sấy vi
sóng là khó kiểm sốt nhiệt độ của sản phẩm cuối cùng. Điều này gây ra nhiệt độ quá
cao khiến các phần rìa của sản phẩm thực phẩm dẫn đến cháy xém và tạo ra mùi khó
chịu, đặc biệt là trong giai đoạn cuối của quá trình sấy khơ. Điều này có thể khắc phục
bằng cách kết hợp sấy vi sóng với sấy thơng thường có nhiều ưu điểm và được ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm. Các phương pháp sấy vi sóng kết hợp
bao gồm sấy đơng lạnh hỗ trợ vi sóng (MFD), sấy chân khơng hỗ trợ vi sóng (MVD),

sấy khơng khí nóng hỗ trợ vi sóng (MHD).
2. SẢN XUẤT KHOAI TÂY CHIÊN BẰNG VI SÓNG[6]
2.1. Giới thiệu:
Hiện nay, khoai tây chiên là 1 trong những sản phẩm được tiêu thụ rộng rãi. Khoai
tây ngun củ có hàm lượng chất khơ cao (≥ 20 %) và hàm lượng đường thấp (≤
150mg/100g). Trải qua các quá trình chế biến như chiên ngập dầu thì hàm lượng chất
béo cuối cùng nằm trong khoảng 35 – 38% dựa trên tổng hàm lượng khoai tây chiên.
Hàm lượng chất béo cao là vấn đề chính liên quan đến sản phẩm này. Vì vậy, chế biến
vi sóng có thể là một công nghệ thay thế để phát triển khoai tây chiên với lượng dầu
ăn vào thấp hoặc khơng có. Độ ẩm cao (~80 %) và sản phẩm có độ mỏng nhất định
là hai yếu tố tích cực chính cho phép chế biến khoai tây chiên thông qua xử lý vi sóng.
2.2. Khoai tây chiên bằng vi sóng
Khối lượng mẫu khoai tây (25g) được đặt trong dĩa thuỷ tinh của lò vi sóng và khảo
sát ở cơng suất (180, 300, 450, 600 và 900 W) trong khoảng tời gian khác nhau với
các khoảng tăng 30 giây cho đến khi trọng lượng của mẫu giảm xuống mức tương
ứng với độ ẩm khoảng 0.12 g nước/g chất khơ. Sau đó, khoai tây chiên của thương
hiệu Lay’s được đem làm mẫu so sánh với mẫu khoai tây chiên vi sóng.
2.3. Khảo sát các tính chất của khoai tây chiên vi sóng
2.3.1. Sự thay đổi tốc độ sấy và khuếch tán độ ẩm của khoai tây chiên ở các cơng
suất vi sóng khác nhau
 Sự thay đổi tốc độ sấy

6


Bài thi tốt nghiệp 1

Ở 180 và 300 W, khoai tây chiên chưa khơ hồn tồn do tốc độ sấy thấp hơn.
Trong khi ở 900 W, khi thời gian sấy tăng dần, khoai tây chiên bị chuyển sang
màu nâu do nhiệt độ cao.

Tốc độ sấy khô cao nhất được quan sát thấy ở 450 W nhưng khơng phù hợp vì
tốc độ sấy cao có liên quan đến việc loại bỏ nhanh chóng các phân tử nước làm
giảm độ ẩm của khoai tây chiên nhưng lại giảm tính chât cảm quan. Vì lý do
đó, cơng suất 600 W được cho là phù hợp nhất để chế biến khoai tây chiên
bằng cách hâm nóng vi sóng. Sau 2.5 – 3.0 phút xử lý ở 600 W, độ ẩm trung
bình của khoai tây chiên là 1.92 %.

Hình 2.1: Sự thay đổi tốc độ sấy của khoai tây chiên dưới các cơng st vi
sóng khác nhau
 Sự khuếch tán độ ẩm
Tương tự như tốc độ sấy, độ khuếch tán ẩm tăng theo thời gian khi cơng suất
vi sóng tăng. Cao nhất đã được quan sát thấy ở 600 W trong khi thấp nhất đã
được quan sát ở 180 W cho đến khi đạt được trọng lượng khơng đổi. Vào cuối
q trình sấy khơ, độ khuếch tán ẩm khơng đổi hoặc giảm đi. Có thể là do sự
co ngót khi sấy khơ trên khoai tây chiên. Sự co ngót này khiến đường kính lỗ
trên bề mặt khoai tây giảm và do đó, độ ẩm khuếch tán giảm.

Hình 2.2: Sự thay đổi khuếch tán độ ẩm của khoai tây chiên dưới các
cơng suất vi sóng khác nhau

7


Bài thi tốt nghiệp 1

Bảng 2.1: Thời gian sấy ở các công suất khác nhau để đạt độ ẩm ≤ 0.14 %

2.3.2. Định lượng màu
Màu sắc các mẫu được đo theo thông số Hunter (L*, a*, b*)
Giá trị L*, a* và b* của khoai tây chưa qua chế biến là 68 ± 1.831, -1.0675 ±

0.273 và 13.821 ± 1.315. Sau khi chế biến bằng vi sóng giá trị L khơng thay
đổi nhiều và tất cả các giá trị đều nằm trong khoảng từ 64 đến 69. Có thể là do
sấy vi sóng khơng gây ra hiện tượng hóa nâu nhiều vì nó ức chế hoạt động của
enzyme. Tất cả khoai tây lát khơ đều có màu đỏ đậm hơn lát khoai tây tươi (giá
trị = -1,125). Cơng suất vi sóng có ảnh hưởng đến màu đỏ, đặc biệt là ở công
suất như 600 và 900 W. Điều này là do phản ứng Maillard (hóa nâu khơng do
enzyme) hoặc các hư hỏng do nhiệt xảy ra nhiều hơn ở nhiệt độ sấy cao hơn.
Sự gia tăng giá trị b* cũng được quan sát thấy trong q trình sấy bằng vi sóng
theo thời gian cho mỗi công suất. Điều này cho thấy sự thay đổi màu sắc theo
hướng ngả vàng. Sự gia tăng này có thể được phát triển từ sự gia tăng hàm
lượng caroten trên một đơn vị trọng lượng trong q trình sấy khơ.
Màu sắc của khoai tây chiên vi sóng sau 2.5 – 3.0 phút chế biến bằng vi sóng
ở 600 W có thể được mơ tả là màu vàng kem nhẹ.

(A)
(B)
Hình 2.3: (A) Khoai tây chiên Lay’s; (B) Khoai tây chiên vi sóng

8


Bài thi tốt nghiệp 1

2.3.3. Hàm lượng chất béo
Hàm lượng chất béo ước tính của các loại khoai tây chiên có sẵn trên thị trường
(Lay’s) và các mẫu đối chứng lần lượt được tìm thấy là 35.52 – 36.37 %. Hàm
lượng chất béo của khoai tây chiên vi sóng là 3,09%, thấp hơn khoảng 90% so
với các chế phẩm thương mại và đối chứng. Do đó, khoai tây chiên chế biến
bằng vi sóng có thể được coi là khoai tây chiên ít chất béo.
2.4. Ưu và nhược điểm so với phương pháp truyền thống[3]

Phương pháp vi sóng

Phương pháp truyền thống
(chiên/rán)

Ưu điểm

Làm nóng thể tích vật liệu Chiên thức ăn nhanh, về mặc
nhanh.
cảm quan tạo cảm giác hấp
dẫn đối với người tiêu dùng
Tốc độ sấy cao.
như
Thời gian sấy ngắn
❖ Màu sắc
Chất dinh dưỡng ít bị thất thốt.
❖ Hương thơm
Giảm tiêu thụ năng lượng.
❖ Mùi vị
Chi phí vận hành thấp.
Kết cấu giúp cải thiện độ ngon
miệng

Nhược điểm

Chi phí ban đầu cao.

Sử dụng lượng dầu nhiều nên
Ảnh hưởng tới tính cảm quan thành phẩm chứa nhiều chất
béo.

(mùi vị, kết cấu).
Cần phải có kích thước và hình
dạng ngun liệu cụ thể để có
thể sấy hiệu quả do tính phân
bố nhiệt khơng đồng đều trên
thực phẩm.

3. KẾT LUẬN
Khi sử dụng vi sóng thay thế cho phương pháp truyền thống có thể thấy được thời gian
sấy khô giảm đáng kể. Ở mức công suất 600W, khoai tây chiên có thể được sản suất
mà khơng qua q trình chần. Cấu trúc, kết cấu và màu sắc của khoai tây chiên bằng vi
sóng có độ tương đương với sản phẩm khoai tây chiên thông thường với hàm lượng
chất béo thấp hơn. Vì vậy, kỹ thuật sử dụng vi sóng có tiềm năng trong việc sản xuất
khoai tây chiên. Bên cạnh đó, vi sóng cịn tiết kiệm thời gian và năng lượng tiêu thụ
trong quá trình chế biến.

9


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Deepak Kumar Verma, Naveen Kumar Mahanti, Mamta Thakur, Subir
Kumar Chakraborty, and Prem Prakash Srivastav. Microwave Heating:
Alternative Thermal Process Technology For Food Application. 2020.
2. Adarsh M. Kalla and Devaraju R. Microwave energy and its
application in food industry: A review. 2016.
3. M.S. Venkatesh, G.S.V. Raghavan. An Overview of Microwave
Processing and Dielectric Properties of Agri-food Materials. 2004.
4. Juming Tang. Unlocking Potentials of Microwaves for Food Safety and
Quality. 2015. Journal of Food Science. Vol. 80, Nr. 8.
5. Valérie Orsat, Viboon Changrue and GS Vijaya Raghavan. Microwave

drying of fruits and vegetables. 2006.
6. A. Joshi, S. G. Rudra, V. R. Sagar, P. Raigond, S. Dutt, B. Singh, B. P.
Singh. Development of low fat potato chips through microwave
processing. 2016