Man_Ebook

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2023
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHÙNG PHÚ QUỚI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY THĂNG HOA
SẢN XUẤT SỮA CHUA PHỤC VỤ CHO SẢN XUẤT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
SKC008255

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHÙNG PHÚ QUỚI
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY THĂNG HOA
SẢN XUẤT SỮA CHUA PHỤC VỤ CHO SẢN XUẤT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM – 8540101
Hướng dẫn khoa học:
TS HOÀNG VĂN CHUYỂN
PGS. TS NGUYỄN TẤN DŨNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2023

3. i
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

4. ii

5. iii

6. iv

7. v

8. vi

9. vii

10. viii

11. ix

12. x
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: PHÙNG PHÚ QUỚI Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 17/01/1997 Nơi sinh: TPHCM
Quê quán: TPHCM Dân tộc: Kinh
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Đại học:
Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo: tháng 08/2015 đến 08/2019
Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Hồ
Chí Minh.
Ngành học: Công nghệ thực phẩm
Tên đồ án tốt nghiệp: Ảnh hưởng của thời gian thủy phân đến tính chất tinh bột lúa mì
bán thủy phân bằng hỗn hợp enzyme alpha – amylase và amyloglucosidase
Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: ngày 10/08/2019 – Trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật TPHCM.
Người hướng dẫn: Ths Nguyễn Đặng Mỹ Duyên
Thạc sĩ
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 07/2020 đến 07/2023
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh,
thành phố Hồ Chí Minh.
Ngành học: Công nghệ thực phẩm
Tên luận văn: Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa sản xuất sữa chua phục vụ cho sản
xuất
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 13/05/2023 – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố
Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: TS Hoàng Văn Chuyển; PGS. TS Nguyễn Tấn Dũng

13. xi
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
Táng 09/2019 đến
tháng 04/2022
Công ty TNHH Nước giải khát
Coca Cola Việt Nam
Nhân viên

14. xii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả được nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Phùng Phú Quới

15. xiii
LỜI CẢM TẠ
Để thực hiện và hoàn thành luận văn này, ngoài nỗ lực của bản thân, tôi còn nhận
được sự quan tâm, động viên và hỗ trợ từ Quý thầy cô, gia đình, bạn bè và các em sinh
viên khóa dưới.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn khoa học là TS Hoàng
Văn Chuyển và PGS. TS Nguyễn Tấn Dũng, cả hai hiện là giảng viên tại trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đã quan tâm, hướng dẫn và tạo điều kiện
cho tôi có thể hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Quý thầy cô khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm
của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến
thức hữu ích, và hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn tại trường.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các bạn khóa dưới đã luôn
bên cạnh, giúp đỡ, tiếp thêm động lực cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện
luận văn.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2023
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Phùng Phú Quới

16. xiv
TÓM TẮT
Mục tiêu của đề tài “Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa sản xuất sữa chua phục
vụ cho sản xuất” là (i) tiến hành xác định thời gian lạnh đông cần thiết cho nguyên liệu
sữa chua trước khi sấy thăng hoa, (ii) thiết lập chế độ sấy thăng hoa tối ưu cho sản phẩm
sữa chua truyền thống phù hợp với các yêu cầu về kỹ thuật và thực tế, (iii) hoàn thiện
một quy trình công nghệ để tạo ra sản phẩm sữa chua sấy khô bằng phương pháp sấy
thăng hoa có chất lượng tốt, mang lại hiệu quả về kinh tế và có khả năng ứng dụng sản
xuất. Nghiên cứu đã đưa ra chế độ sấy thăng hoa sữa chua là ở nhiệt độ 36,6 °C, áp suất
0,023 mmHg và thời gian sấy là 35,6 giờ. Sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa sản xuất
bằng chế độ sấy nói trên có một số chỉ tiêu chất lượng như độ ẩm 0,963%, độ giòn là
15,953 mN, khả năng bảo tồn vi sinh vật có lợi tính theo vi khuẩn lactic là 69,291%
nhưng chỉ tiêu tốn năng lượng điện là 19,935 kWh/kg. Từ các kết quả thu nhận được,
nghiên cứu này cũng đã hoàn thiện được quy trình sản xuất sản phẩm sữa chua sấy thăng
hoa từ nguyên liệu sữa chua có các hương vị khác nhau.
Kết quả của nghiên cứu cho thấy sản phẩm sữa chua thu được từ điều kiện sấy
thăng hoa tối ưu có độ ẩm rất nhỏ, như vậy sản phẩm có thể bảo quản được trong thời
gian dài. Bên cạnh đó, độ giòn thấp và tỷ lệ vi khuẩn lactic sống cao là hai chỉ tiêu về
mặt chất lượng cảm quan và dinh dưỡng nổi bật của sản phẩm này so với các sản phẩm
sữa chua sấy hiện có trên thị trường. Do vậy, quy trình sản xuất sữa chua sấy ở điều kiện
sấy tối ưu có tính khả thi cao để ứng dụng vào sản xuất dòng sản phẩm chất lượng tốt
với chi phí phù hợp nhằm đa dạng hóa và gia tăng giá trị kinh tế của các sản phẩm sữa
chua.
Từ khóa: Sấy thăng hoa, sữa chua, tối ưu hóa

17. xv
Abstract
The objective of the project "Research on freeze-drying technology to produce
yogurt for production" is to (i) determine the necessary freezing time for yogurt material
before the freeze-drying, (ii) establish the optimal freeze-drying model for producing
dried yogurt products adapting the technical and practical requirements, (iii) complete
a technological process to produce dried yogurt products by the freeze drying method
with good quality, economic efficiency, and high applicability for production. The study
found the optimal freeze-drying model for yogurt at a temperature of 36.6°C, a pressure
of 0.023 mmHg, and a drying time of 35.6 hours. The freeze-dried yogurt products
produced by the above drying regime have a moisture content of 0.963%, brittleness
value of 15,953 mN, the ability to preserve beneficial microorganisms of 69,291%
(calculated by viable lactic acid bacteria), and the process only consumes 19,935
kWh/kg of electrical energy. Based on the obtained results, a production process to
produce freeze-dried yogurt products from yogurt materials with different flavors has
been established.
The results of the study show that yogurt products obtained from optimal freeze-
drying conditions have a very low moisture content, so the product can be preserved for
a long time. Furthermore, the low brittleness and high percentage of alive lactic acid
bacteria are two outstanding indicators in terms of the sensory and nutritional quality
of this product compared to other dried yogurt products on the current market.
Therefore, the production process of dried yogurt at optimal drying conditions is highly
feasible for application in the production of high-quality product lines with an
appropriate cost which help diversifying and increasing the economic value of yogurt
products.
Keyword: freeze-drying, yogurt, optimization, quality, energy consumption.

18. xvi
MỤC LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI.......................................................................................i
LÝ LỊCH KHOA HỌC..................................................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................xii
LỜI CẢM TẠ ............................................................................................................. xiii
TÓM TẮT....................................................................................................................xiv
MỤC LỤC.....................................................................................................................xv
DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................xx
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................. xxiii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................xxiv
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.........................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.................................................2
4. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................3
6. Ý nghĩa khoa học................................................................................................3
7. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................4
8. Bố cục trình bày .................................................................................................4
Chương 1.........................................................................................................................5
TỔNG QUAN .................................................................................................................5
1.1 Sấy thăng hoa....................................................................................................5
1.1.1 Cơ sở khoa học của sấy thăng hoa ...........................................................5
1.1.2 Công nghệ và thiết bị sấy thăng hoa ......................................................12
1.1.3 Hệ thống sấy thăng hoa ...........................................................................14
1.1.3.1 Buồng sấy thăng hoa................................................................................15
1.1.3.2 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng ................................................................16

19. xvii
1.1.3.3 Bơm chân không ......................................................................................17
1.1.3.4 Hệ thống đo lường, điều khiển................................................................17
1.1.4 Lý do lựa chọn công nghệ sấy thăng hoa...............................................18
1.1.5 Ứng dụng của sấy thăng hoa...................................................................19
1.2 Nguyên liệu sấy thăng hoa – sữa chua..........................................................20
1.2.1 Nguyên liệu chế biến sữa chua................................................................20
1.2.2 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của sữa chua...............................20
1.2.3 Giá trị về sức khỏe của việc sử dụng sữa chua......................................22
1.2.4 Giá trị kinh tế của sữa chua....................................................................22
1.3 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa sữa chua .23
1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về sữa chua sấy thăng hoa...............24
Chương 2.......................................................................................................................27
VẬT LIỆU, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........27
2.1 Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................27
2.1.1 Chuẩn bị mẫu thực nghiệm.....................................................................27
2.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu......................................................................29
2.1.1 Dụng cụ .....................................................................................................29
2.1.2 Thiết bị......................................................................................................30
2.3 Phương pháp nghiên cứu...............................................................................32
2.3.1 Phương pháp phân tích và tiếp cận hệ thống........................................32
2.3.2 Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy ........32
2.3.3 Phương pháp xác định các hàm mục tiêu cho sản phẩm sữa chua sấy
thăng hoa...............................................................................................................34
2.3.4 Phương pháp tối ưu hóa đơn mục tiêu ..................................................44
2.3.5 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu.....................................................44
2.3.6 Xác lập chế độ công nghệ ........................................................................46
2.4 Phương pháp xử lý số liệu..............................................................................46

20. xviii
Chương 3.......................................................................................................................48
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.........................................................................................48
3.1 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu ban đầu.............................48
3.2 Giải bài toán lạnh đông vật liệu ẩm có dạng tấm dài vô hạn .....................48
3.1.1 Bài toán .....................................................................................................48
3.1.2 Các tiền đề ................................................................................................49
3.1.3 Các thông số nhiệt vật lý của sữa chua..................................................49
3.1.4 Mô hình dẫn nhiệt không ổn định cho vật thể có dạng tấm phẳng.....51
3.1.5 Phương trình vi phân dẫn nhiệt và các biến đổi...................................52
3.1.6 Đồ thị thể hiện nhiệt độ tâm vật thể theo thời gian ..............................54
3.1.7 Các nhận xét và kết luận.........................................................................56
3.3 Xây dựng bảng các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng
hoa sữa chua .............................................................................................................56
3.3.1 Nhiệt độ môi trường sấy..........................................................................56
3.3.2 Áp suất môi trường sấy ...........................................................................57
3.3.3 Thời gian sấy ............................................................................................58
3.4 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu......59
3.5 Xây dựng các hàm mục tiêu mô tả cho quá trình sấy thăng hoa...............64
3.5.1 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu chi phí năng lượng ..64
3.5.2 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu độ ẩm của sản phẩm...
....................................................................................................................67
3.5.3 Xây dựng và giải bài toán – hàm mục tiêu tỷ lệ vi sinh vật sống sót...72
3.5.4 Xây dựng và giải bài toán – hàm mục tiêu độ giòn của sản phẩm......77
3.5.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng tương hỗ của các yếu tố công nghệ đến
các chỉ tiêu của sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa vị truyền thống................83
3.6 Giải bài toán tối ưu xác định chế độ công nghệ...........................................84
3.7 Kết quả thực nghiệm, kiểm chứng và bàn luận...........................................89
3.8 Thảo luận về kết quả và đánh giá chất lượng sản phẩm ............................90

21. xix
3.8.1 Chi phí năng lượng ..................................................................................90
3.8.2 Độ ẩm sản phẩm.......................................................................................91
3.8.3 Độ giòn của sản phẩm..............................................................................91
3.9 Quy trình sấy thăng hoa sữa chua ................................................................92
3.9.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ......................................................................92
3.9.2 Thuyết minh quy trình ............................................................................93
3.10 Định mức nguyên liệu và giá thành sản phẩm .........................................94
Chương 4.......................................................................................................................96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................96
4.1 Kết luận ...........................................................................................................96
4.2 Kiến nghị .........................................................................................................97

22. xx
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Định lượng nguyên liệu chế biến sữa chua...................................................28
Bảng 2.2: Các mức yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa sữa chua..............41
Bảng 2.3: Ma trận trực giao cấp 2 ................................................................................41
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của sữa chua................................................................48
Bảng 3.2: Nhiệt dung riêng của các nhóm thành phần hóa học (J/Kg.K).....................49
Bảng 3.3: Khối lượng riêng của các nhóm thành phần hóa học (kg/m3)......................50
Bảng 3.4: Hệ số dẫn nhiệt của các nhóm thành phần hóa học (W/m.K).......................50
Bảng 3.5: Các giá trị hằng số nhiệt vật lý của sữa chua và các thành phần ................51
Bảng 3.6: Giá trị nhiệt độ tại tâm vật thể theo thời gian...............................................55
Bảng 3.7: Các mức yếu tố ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy
thăng hoa sữa chua ........................................................................................................59
Bảng 3.8: Giá trị của các hàm mục tiêu đối với sữa chua vị truyền thống ...................60
Bảng 3.9: Giá trị của các hàm mục tiêu đối với sữa chua vị dâu..................................61
Bảng 3.10: Giá trị của các hàm mục tiêu đối với sữa chua vị lựu ................................62
Bảng 3.11: Giá trị của các hàm mục tiêu đối với sữa chua vị việt quất........................63
Bảng 3.12: Giá trị hàm chi phí năng lượng...................................................................65
Bảng 3.13: Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk của hàm mục tiêu là chi phí năng
lượng ..............................................................................................................................66
Bảng 3.14: Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng......................66
Bảng 3.15: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
chi phí năng lượng .........................................................................................................66
Bảng 3.16: Giá trị độ ẩm của các mẫu sữa chua sấy thăng hoa...................................67
Bảng 3.17: Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk với hàm mục tiêu là độ ẩm của sản
phẩm...............................................................................................................................69
Bảng 3. 18: Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu là độ ẩm của sản phẩm..................69

23. xxi
Bảng 3.19: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
độ ẩm sản phẩm sữa chua sấy vị truyền thống ..............................................................70
Bảng 3.20: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
độ ẩm sản phẩm sữa chua sấy vị dâu.............................................................................70
Bảng 3.21: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
độ ẩm sản phẩm sữa chua sấy vị lựu .............................................................................71
Bảng 3.22: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
độ ẩm sản phẩm sữa chua sấy vị việt quất.....................................................................71
Bảng 3.23: Giá trị hàm tỷ lệ vi sinh vật sống sót...........................................................72
Bảng 3.24: Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk của hàm mục tiêu là tỷ lệ VSV sống sót
........................................................................................................................................74
Bảng 3.25: Hệ số phương sai tj với hàm mục tiêu là tỷ lệ VSV sống sót.......................74
Bảng 3.26: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
tỷ lệ VSV sống sót của sản phẩm sữa chua truyền thống...............................................75
Bảng 3.27: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
tỷ lệ VSV sống sót của sản phẩm sữa chua vị dâu .........................................................75
Bảng 3.28: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
tỷ lệ VSV sống sót của sản phẩm sữa chua vị lựu..........................................................76
Bảng 3.29: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
tỷ lệ VSV sống sót của sản phẩm sữa chua vị việt quất .................................................76
Bảng 3.30: Giá trị độ giòn của các mẫu sữa chua sấy thăng hoa với các vị khác nhau
........................................................................................................................................78
Bảng 3.31: Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk của hàm mục tiêu là độ giòn của sản
phẩm...............................................................................................................................80
Bảng 3.32: Hệ số phương sai tj với hàm độ giòn của sản phẩm....................................80
Bảng 3.33: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
độ giòn của sản phẩm sữa chua sấy vị truyền thống .....................................................80

24. xxii
Bảng 3.34: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
độ giòn của sản phẩm sữa chua sấy vị dâu....................................................................81
Bảng 3.35: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
độ giòn của sản phẩm sữa chua sấy vị lựu ....................................................................82
Bảng 3.36: Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là
độ giòn của sản phẩm sữa chua sấy vị việt quất............................................................82
Bảng 3.37: Các giá trị biến ảo tại điểm tối ưu đơn mục tiêu cho mỗi hàm mục tiêu....86
Bảng 3.38: Các giá trị biến ảo, biến thực và giá trị các hàm mục tiêu tại điểm không
tưởng ..............................................................................................................................88
Bảng 3.39: Các giá trị của các hàm mục tiêu thực nghiệm trên mẫu tối ưu.................89

25. xxiii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Giảng đồ 3 trạng thái của nước.......................................................................6
Hình 1.2: Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ thăng hoa của nước đá..............................7
Hình 1.3: Các yếu tố tác động đến quá trình lạnh đông................................................10
Hình 1.4: Các yếu tố tác động đến quá trình sấy thăng hoa .........................................11
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa DS-12 [2]......................................15
Hình 1.6: Sơ đồ thiết bị ngưng tụ - đóng băng [2] ........................................................16
Hình 1.7: Cấu tạo của một bơm chân không [18].........................................................17
Hình 2 1: Quy trình lên men sữa chua tại phòng thí nghiệm.........................................28
Hình 2.2: Khuôn silicon (a) và Khay inox 20 x 30 cm (b) .............................................29
Hình 2.3: Hệ thống sấy thăng hoa DS - 12....................................................................31
Hình 2.4: Sơ đồ nghiên cứu cho quy trình sấy thăng hoa sữa chua..............................33
Hình 2.5: Màn hình điều khiển của hệ thống sấy thăng hoa DS - 12............................34
Hình 2.6: Mô hình hộp đen cho mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng và các hàm
mục tiêu ..........................................................................................................................40
Hình 3.1: Mô hình dẫn nhiệt không ổn định qua tấm thẳng có độ dày 2δ và độ dài vô
hạn..................................................................................................................................51
Hình 3.2: Đồ thị thể hiện nhiệt độ tâm vật thể theo thời gian .......................................56
Hình 3.3: Độ ẩm sữa chua sấy thăng hoa theo nhiệt độ môi trường sấy ......................57
Hình 3.4: Độ ẩm sữa chua sấy thăng hoa theo áp suất môi trường sấy........................58
Hình 3.5: Độ ẩm sữa chua sấy thăng hoa theo thời gian sấy........................................59
Hình 3.6: Đáp ứng bề mặt cho các hàm mục tiêu của sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa
vị truyền thống................................................................................................................84
Hình 3.7: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa........................93

26. xxiv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANOVA: Phân tích phương sai, Analysis of Variance
AOAC: Hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống, Association of Official Analytical
Chemists
BTTƯ: Bài toán tối ưu
CCD: Central composite design
DA: Sữa chua có bổ sung hương dâu
DNA: Deoxyribonucleic acid
FAO: Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc, Food and Agriculture
Organization of the United Nations
ISO: Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế, International Organization for Standarlization
KS: Kỹ sư
LU: Sữa chua có bổ sung hương lựu
MRS: de Man, Rogosa và Sharpe, một môi trường nuôi cấy vi sinh vật
NXB: Nhà xuất bản
PGS: Phó giáo sư
PTHQ: Phương trình hồi quy
STH: Sấy thăng hoa
STT: Số thứ tự
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
ThS: Thạc sỹ
TPA: Phân tích cấu trúc, Texture profile analysis
TS: Tiến sĩ
TT: Sữa chua vị truyền thống
VQ: Sữa chua có bổ sung hương việt quất
VSV: Vi sinh vật

27. 1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Sữa và các sản phẩm từ sữa chiếm một vị trí quan trọng trong ngành công nghệ
thực phẩm. Sữa chứa tất cả các chất dinh dưỡng mà cơ thể con người cần và với tỷ lệ
cân đối. Một trong những tính chất đặc biệt và quan trọng của sữa là giá trị sinh học và
khả năng tiêu hóa cao do có đầy đủ protein, chất béo sữa, khoáng chất, nguyên tố vi
lượng và vitamin [1].
Sữa có khả năng lên men và qua đó tạo nên hương vị hoàn toàn mới với mùi thơm
dễ chịu. Do vậy, các sản phẩm sữa lên men được hàng triệu người trên thế giới ưa chuộng.
Bên cạnh đó những sản phẩm sữa lên men cũng chứa nhiều thành phần dinh dưỡng có
giá trị thành phần có giá trị [1].
Chính vì lý do này, các nhà sản xuất đã và đang không ngừng nỗ lực mở rộng
phạm vi các sản phẩm sữa lên men để thu hút và đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng [1].
Sữa chua đang được quan tâm vì lợi ích cho sức khỏe của người sử dụng và ngày
càng có nhiều hướng phát triển về mặt nguyên liệu, hương vị, kết cấu, phương pháp bảo
quản. Tuy nhiên, hạn sử dụng ngắn là đặc trưng cho sản phẩm sữa chua truyền thống với
thành phần vi sinh vật sống. Rất khó khăn thể bảo quản lâu dài hương vị, cấu trúc, vi
sinh vật có lợi trong sữa chua một cách dài hạn ở điều kiện bình thường. Hiện nay, hầu
hết các sản phẩm sữa chua có men sống phải được bảo quản lạnh trong suốt quá trình
vận chuyển, trưng bày và sử dụng điều đó tạo ra những khó khăn trong việc tiếp cận với
sữa chua trong nhiều trường hợp.
Các nghiên cứu đã được đặt ra nhằm hướng đến tính khả thi cho một sản phẩm
sữa chua được làm khô về khả năng bảo quản hương vị, cấu trúc, lượng vi sinh vật sống
trong điều kiện bình thường. Các nghiên cứu đó là cần thiết để khắc phục những nhược

28. 2
điểm vẫn còn hiện diện trong quá trình vận chuyển, thương mại và bảo quản các sản
phẩm sữa chua.
Việc tối ưu hóa và tìm ra chế độ sấy thăng hoa cho các sản phẩm sữa chua vẫn
đang là đề tài cần được nghiên cứu với mục đích nhằm tìm ra chế độ sấy thích hợp để
tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt và giảm giá thành sản phẩm thông qua việc tiết kiệm
được năng lượng trong suốt quá trình sấy.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm xác định được một chế độ sấy thăng hoa
sữa chua mà sản phẩm có thể đạt được độ ẩm cần thiết, giữ được các giá trị dinh dưỡng
so với nguyên liệu ban đầu và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ.
Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng xây dựng một quy trình sản xuất sữa chua sấy khô
bằng công nghệ sấy thăng hoa để có thể chuyển giao công nghệ và đáp ứng nhu cầu thị
trường.
3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận văn này là sữa chua (gồm 4 loại khác nhau về vị)
và chế độ công nghệ sấy khô sữa chua bằng phương pháp sấy thăng hoa.
Để làm rõ về công nghệ sản xuất sữa chua sấy khô bằng phương pháp sấy thăng
hoa chúng tôi đã tìm hiểu về các vấn đề có liên quan trực tiếp như: nguyên liệu dùng để
sản xuất sữa chua; quy trình sản xuất sữa chua truyền thống và hiện đại; lợi ích của sữa
chua đến sức khỏe người sử dụng; tổng quan về sấy và sấy thăng hoa; các tính chất nhiệt
vật lý và hóa học của sữa chua; các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng
hoa; một mô hình sấy thăng hoa được thiết lập và giải quyết trong luận văn này.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan nghiên cứu về nguyên liệu sữa chua và công nghệ sấy thăng hoa.
- Mô hình hoá và tối ưu hóa được sử dụng nhằm xác định các thông số công nghệ
thích hợp cho quá trình sấy thăng hoa đối với nguyên liệu sữa chua.
- Xác lập chế độ sấy thăng hoa với nguyên liệu sữa chua.

29. 3
- Xây dựng quy trình công nghệ sấy thăng hoa sản phẩm sữa chua phục vụ cho
sản xuất.
5. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được triển khai và áp dụng để phục vụ cho luận văn
này bao gồm:
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết: để tìm hiểu về nguyên liệu, quy trình sản xuất
sữa chua, quá trình sấy thăng hoa, các tính chất nhiệt vật lý và hóa học của sữa
chua và chứng minh được lợi ích của việc sử dụng sữa chua, tính khả thi cho sản
phẩm sữa chua sấy thăng hoa.
- Thí nghiệm: Các thí nghiệm được thiết lập phục vụ cho nhu cầu khảo sát, thống
kê, và tạo điều kiện cho các quan sát khoa học.
- Khảo sát và thống kê: Các tính chất của sữa chua, sữa chua sấy thăng hoa được
khảo sát và thống kê với độ tin cậy phục vụ cho việc mô hình hóa, tối ưu hóa mô
tả quá trình sấy thăng hoa sữa chua.
- Quan sát khoa học: Các phương pháp xử lý với hình ảnh được áp dụng để có thể
quan sát cấu trúc của sữa chua và sữa chua sấy thăng hoa.
6. Ý nghĩa khoa học
Tìm hiểu về công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa là một đề tài có ý nghĩa
khoa học trong nhiều mặt mà đại diện gồm có: các vấn đề lý thuyết và thực hành sấy
thăng hoa, giải bài toán tối ưu hóa năng lượng, tính chất sản phẩm và độ chấp nhận là
một bài toán cần thực hiện một cách khoa học.
Đề tài nghiên cứu sẽ đóng góp cho khoa học những điểm mới sau:
- Xây dựng mô hình tối ưu hóa cho quá trình công nghệ sấy thăng hoa nguyên liệu
sữa chua làm cơ sở khoa học cho các nghiên cứu khác.
- Kết quả từ việc giải mô hình toán làm cơ sở khoa học cho việc xác lập chế độ
công nghệ từ đó xây dựng quy trình công nghệ ứng dụng vào thực tiễn sản xuất.

30. 4
7. Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài nghiên cứu sẽ đề xuất quy trình công nghệ sấy thăng hoa thích hợp cho sữa
chua. Từ đó, giúp cho các doanh nghiệp có thêm lựa chọn nhằm đa dạng hóa các sản
phẩm có nguồn gốc từ sữa chua thông qua việc tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, đảm
bảo dinh dưỡng, phù hợp cho mục đích thương mại.
8. Bố cục trình bày
Luận văn này được trình bày trong các chương gồm:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Vật liệu, dụng cụ, thiết bị và phương pháp nghiên cứu
- Chương 3: Kết quả và bàn luận
- Chương 4: Kết luận và kiến nghị

31. 5
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1 Sấy thăng hoa
Nước đá thăng hoa là một hiện tượng tự nhiên và đã được phát hiện từ rất lâu bởi
một số người Tây Tạng (Trung Quốc) trên các đỉnh núi cao. Các lý thuyết đầu tiên đã
được công bố từ thế kỷ XVIII. Cùng với sự phát triển của các kỹ thuật, công nghệ sấy
thăng hoa trở nên hoàn thiện và có những thiết bị đầu tiên vào những năm 50, 60 của thế
kỷ XX. Hiện nay, công nghệ sấy thăng hoa đã được nhiều nhà khoa học ở Việt Nam
quan tâm nghiên cứu và phát triển, không chỉ phục vụ cho ngành công nghệ sinh học, y
học, hay phân tích mà dần có những ứng dụng cho công nghệ thực phẩm [2].
Sấy thăng hoa là một quá trình tách nước khỏi nguyên liệu sấy bằng sự thăng hoa
của nước đá. Quá trình thăng hoa sẽ chuyển trực tiếp thành phần nước trong nguyên liệu
từ thể rắn sang thể hơi mà bỏ qua thể lỏng. Ở trong điều kiện bình thường, nước bên
trong thực phẩm sẽ ở thể lỏng, chính vì thế để chuẩn bị cho quá trình thăng hoa, lượng
nước đó cần được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông. Do vậy phương
pháp này còn được gọi là phương pháp sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophilization)
[3].
Đây được xem là một phương pháp phù hợp để sấy các loại thực phẩm chứa các
chất dễ bị phân huỷ hoặc biến đổi bởi nhiệt độ cao vì công nghệ sấy thăng hoa sử dụng
áp suất và nhiệt độ thấp (dưới điểm ba thể, tương ứng với 4,58 mmHg hoặc 0,006 atm
và 0,0098 0
C) như thể hiện trong Hình 1.1[2].
1.1.1 Cơ sở khoa học của sấy thăng hoa
1.1.1.1 Các quá trình chuyển pha của nước
Biểu đồ quá trình chuyển pha của nước giữa lỏng – rắn – hơi được mô tả ở Hình
1.1.

32. 6
Nước đá sẽ thăng hoa trong điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thấp, điểm thăng
hoa sẽ nằm dưới điểm ba thể của nước (0,0098°C; 0,006 Bar hay 4,58 mmHg) [4].
Trong Hình 1.1 có 2 quá trình mà nước chuyển đổi từ thể rắn sang thể hơi trực
tiếp mà không thông qua thể lỏng đó là quá trình C – D và C – E. Chủ yếu quá trình
thăng hoa nước đá đi theo quá trình C – E vì một quá trình đẳng áp và tăng nhiệt độ sẽ
dễ thực hiện hơn một quá trình đẳng nhiệt và giảm áp suất, đồng thời áp suất để nước đá
có thể thăng hoa là rất thấp, dẫn đến việc giảm áp suất liên tục bị giới hạn.
Hình 1.1: Giảng đồ 3 trạng thái của nước
Các quá trình chuyển pha của nước bao gồm A – E (bốc hơi); E – A (ngưng tụ); A – B (đông
đặc); B – A (tan chảy); C – E (thăng hoa).

33. 7
1.1.1.2 Quan hệ giữa thông số áp suất và nhiệt độ môi trường trong quá trình
sấy thăng hoa
Hình 1.2: Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ thăng hoa của nước đá
Điều kiện tiên quyết để nước đá thăng hoa là khi chúng được đặt trong môi trường
có nhiệt độ và áp suất nhỏ hơn điểm ba thể (0,0098 °C; 4,58 mmHg). Quá trình biến đổi
pha của nước luôn phụ thuộc vào hai thông số cơ bản đó là nhiệt độ và áp suất, ứng với
một giá trị áp suất xác định sẽ có một giá trị nhiệt độ thăng hoa xác định [5], có thể thấy
được mối quan hệ này thông qua Hình 2.
Việc tìm hiểu về mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ thăng hoa của nước đá hỗ
trợ chúng ta lựa chọn áp suất môi trường sấy thăng hoa phù hợp với nhiệt độ thăng hoa
nước đá, quyết định đến thời gian thăng hoa của nước đá. Nếu áp suất môi trường sấy
thăng hoa không phù hợp sẽ kéo dài thời gian cần thiết để nước đá thăng hoa.
1.1.1.3 Lý thuyết về sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình loại bỏ dung môi hoặc môi trường phân tán ra khỏi sản
phẩm bằng cách thăng hoa và giải hấp phụ. Quá trình sấy thăng hoa bao gồm ba giai đoạn:
(i) lạnh đông nguyên liệu, (ii) làm khô sơ cấp và (iii) làm khô thứ cấp [5], [6].
Dung môi trong sản phẩm hay nước tự do trong thực phẩm được kết tinh ở nhiệt
độ thấp (đóng băng) và thăng hoa, chuyển tiếp trực tiếp từ thể rắn sang thể khí, xảy ra mà

34. 8
không đi qua pha lỏng trung gian được gọi là quá trình làm khô sơ cấp hay sấy thăng hoa.
Sau quá trình thăng hoa, nước được hấp thụ hoặc liên kết trong sản phẩm được loại bỏ
bằng cách giải hấp, đây là quá trình làm khô thứ cấp. Sự kết hợp của các quá trình này có
thể loại bỏ hơn 97% nước từ nguyên liệu ban đầu. Thông thường, các quá trình này sẽ
được thực hiện dưới áp suất chân không để hỗ trợ loại bỏ không khí hoặc các khí không
ngưng tụ ra khỏi buồng sấy, các tác nhân đó có thể làm giảm tốc độ truyền hơi nước từ
sản phẩm sang môi trường sấy và đến bình ngưng [6], [7]. Sấy thăng hoa là một phương
pháp được ưa thích để làm khô thực phẩm có chứa các hợp chất nhạy cảm với nhiệt và dễ
bị oxy hóa vì nó hoạt động ở nhiệt độ thấp và dưới chân không cao.
1.1.1.4 Giai đoạn làm lạnh đông
Cấp đông là giai đoạn đầu tiên để thực hiện một quá trình sấy thăng hoa, giai đoạn
này sẽ chuyển hóa 65 – 90% lượng nước ban đầu trong sản phẩm thực phẩm sang trạng
thái đông lạnh. Phần còn lại vẫn ở trạng thái liên kết hoặc hấp phụ [5], [6].
Hầu hết các sản phẩm sữa dạng lỏng đều bị đông cứng thông qua quá trình kết
tinh và lạnh đông. Kết tinh là một quá trình hai bước liên quan đến quá trình tạo mầm và
tăng kích thước tinh thể [6].
Khi nguyên liệu được làm lạnh dưới nhiệt độ đóng băng cân bằng, tốc độ tạo mầm
tăng theo cấp số nhân với mức độ siêu lạnh, trong khi tốc độ phát triển tinh thể chậm khi
ở nhiệt độ gần với điểm đóng băng. Do đó, mức độ siêu lạnh quyết định kích thước và
số lượng tinh thể băng được hình thành. Nói cách khác, với mức độ siêu lạnh cao, tốc độ
tạo mầm nhiều hơn tốc độ phát triển tinh thể, do đó có lợi cho việc hình thành một số
lượng lớn các tinh thể nhỏ. Mặt khác, trong trường hợp mức độ siêu lạnh thấp, sự phát
triển của tinh thể được ưu tiên và do đó sẽ có ít tinh thể lớn được hình thành hơn [7].
Sự hiện diện của các chất tan có ảnh hưởng sâu sắc đến quá trình tạo mầm tinh
thể nước đá. Trong trường hợp không có chất tan, quá trình tạo mầm chỉ phụ thuộc vào
các phân tử nước để sắp xếp chúng trong một cấu trúc giống như băng đều đặn, sau đó

35. 9
là sự phát triển tinh thể. Khi có chất tan, sự khuếch tán bị giảm do độ nhớt tăng và sự tạo
mầm bị giảm [8].
Cấp đông là một trong những giai đoạn quan trọng của quá trình sấy thăng hoa ở
cấu trúc vi mô, tính chất hoàn nguyên và bảo quản của sản phẩm sấy khô cuối cùng được
xác định bởi quá trình này. Kích thước và cấu trúc của các tinh thể nước đá được hình
thành trong quá trình đông lạnh phản ánh kích thước và cấu trúc của các lỗ xốp hình
thành trong sản phẩm sấy thăng hoa. Hơn nữa, tốc độ sấy trong giai đoạn sấy sơ cấp và
thứ cấp bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của sản phẩm đông lạnh. Khi đạt được mạng lưới
liên kết của các tinh thể, nó sẽ tạo ra một con đường tương đối dễ dàng cho các phân tử
nước thoát ra ngoài qua mạng lưới lỗ được hình thành. Do đó, việc hình thành các ma
trận tinh thể lớn hơn thuận lợi hơn cho quá trình sấy thăng hoa nhanh hơn [9].
Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình lạnh đông nguyên liệu dùng để
sấy thăng hoa được thể hiện qua Hình 1.3 [2].
Do trong các nhóm yếu tố tác động lên quá trình lạnh đông nguyên liệu dùng để
sấy thăng hoa có nhóm yếu tố tác động trực tiếp, nhóm tác động phụ thuộc và nhóm tác
động không thay đổi trong suốt quá trình nên để xây dựng mối quan hệ giữa chúng với
các hàm mục tiêu thì chỉ cần quan tâm đến nhóm yếu tố tác động trực tiếp đến quá trình
lạnh đông như nhiệt độ môi trường, thời gian lạnh đông, và bề dày nguyên liệu [2].

36. 10
Hình 1.3: Các yếu tố tác động đến quá trình lạnh đông
1.1.1.5 Giai đoạn thăng hoa
Thăng hoa là giai đoạn sấy chính diễn ra sau khi nguyên liệu được cấp đông, khi
đó việc kiểm soát nhiệt độ sản phẩm là rất quan trọng để thu được sản phẩm sấy khô chất
lượng cao. Tuy nhiên, nhiệt độ sản phẩm được kiểm soát gián tiếp bởi hai yếu tố quan
trọng: nhiệt độ sấy và áp suất buồng sấy [9].
Sau giai đoạn cấp đông, buồng sấy được hút chân không và giảm áp suất đến điểm
diễn ra sự thăng hoa của nước đá. Quá trình thăng hoa chỉ diễn ra khi áp suất buồng hoặc
áp suất riêng phần của hơi trong buồng thấp hơn áp suất hơi của nước đá ở bề mặt của
sản phẩm. Tuy nhiên, nếu áp suất buồng nhỏ hơn nhiều so với áp suất hơi của nước đá,
quá trình này sẽ chậm lại do đối lưu kém. Mặt khác, nếu áp suất buồng quá gần với áp
suất hơi của nước đá, cấu trúc của vật liệu sấy có thể bị phá vỡ hoặc bị nóng chảy do quá
trình truyền nhiệt tăng mạnh [10]. Do những vấn đề này, nên áp suất buồng sấy sơ cấp

37. 11
phải bằng 1/4 đến 1/2 áp suất hơi của nước đá ở nhiệt độ sản phẩm mong muốn [11],
[12].
Trong quá trình làm khô sơ cấp, các tinh thể nước đá sẽ thăng hoa và tạo ra mặt
phân cách thăng hoa. Trong thời gian này, nhiệt độ của nước đá ở bề mặt thăng hoa phải
được duy trì dưới nhiệt độ thăng hoa. Lớp thăng hoa bắt đầu trên bề mặt của sản phẩm
và dần tiến vào phía trong của nguyên vật liệu tạo ra một lớp vật liệu xốp còn lại trên bề
mặt. Hơi nước thăng hoa di chuyển qua lớp cấu trúc xốp bằng cách khuếch tán và dòng
đối lưu, đây là một quá trình quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ truyền khối. Độ khuếch
tán hơi thăng hoa phụ thuộc vào kích thước lỗ xốp của nguyên liệu tạo ra từ các tinh thể
băng hình thành trong quá trình lạnh đông [13].
Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa được thể hiện qua
Hình 1.4 [2].
Hình 1.4: Các yếu tố tác động đến quá trình sấy thăng hoa

38. 12
Các yếu tố tác động đầu vào, gồm nguyên liệu, thiết bị, công nghệ và yếu tố phụ
thuộc đầu ra là các hàm mục tiêu gồm chi phí năng lượng, độ ẩm, khả năng bảo tồn vi
sinh vật có lợi, độ tổn thất chất lượng của sản phẩm. Để đơn giản nhưng không làm mất
đi tính khái quát trong việc xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và các yếu tố
đầu ra thì trong đề tài này chỉ xem xét nhóm yếu tố công nghệ tác động bao gồm nhiệt
độ và áp suất môi trường sấy thăng hoa, thời gian sấy, thiết bị và nguyên liệu ảnh hưởng
trực tiếp đến quá trình sấy thăng hoa sản phẩm sữa chua [2].
1.1.1.6 Giai đoạn sấy chân không làm bay hơi ẩm còn lại (Sấy khô thứ cấp)
Trong giai đoạn làm này, nước không đông lạnh được loại bỏ khỏi sản phẩm bằng
cách giải hấp từ lớp vật liệu xốp đã làm khô trên bề mặt nguyên liệu. Lượng nước này
có thể là nước liên kết với bề mặt của các tinh thể trong một sản phẩm kết tinh hoặc liên
kết trong ma trận sản phẩm vô định hình có độ nhớt cao. Trong trường hợp sản phẩm kết
tinh, nhiệt độ sấy cao hơn có thể được sử dụng và do đó có thể giảm thời gian sấy thứ
cấp. Tuy nhiên, trong trường hợp sản phẩm vô định hình, không thể sử dụng nhiệt độ
cao và quá trình sấy thường đạt được bằng cách khuếch tán phân tử chậm trong nguyên
liệu đã sấy khô mà ở đây là lớp sữa chua khô bên ngoài [8], [14].
Quá trình sấy thứ cấp được thực hiện bằng cách tăng nhiệt độ và giảm áp suất hơi
bên trong buồng sấy. Mặc dù lượng nước được loại bỏ ít hơn trong quá trình sấy khô sơ
cấp, nhưng thời gian cần thiết vẫn bằng 30 – 50% thời gian cần thiết cho quá trình sấy
sơ cấp. Theo Pikal và cộng sự, khi bắt đầu làm khô thứ cấp, việc loại bỏ nước diễn ra
nhanh chóng, do đó tốc độ sấy tăng lên khi bề mặt riêng của sản phẩm tăng lên. Quá
trình sấy thăng hoa được cho là hoàn thành khi phần lớn nước được loại bỏ, tạo ra sản
phẩm sấy khô ổn định về cấu trúc với độ ẩm ít hơn 3% [15].
1.1.2 Công nghệ và thiết bị sấy thăng hoa
Về cơ bản, việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị sấy thăng hoa phụ thuộc vào đặc tính
của sản phẩm sấy. Một thiết bị sấy thăng hoa điển hình bao gồm: buồng sấy, bình ngưng,
bơm chân không và nguồn nhiệt [16].

39. 13
Bước đầu tiên trong một quá trình sấy thăng hoa là cấp đông sản phẩm. Đông lạnh
sữa và các sản phẩm từ sữa khác được thực hiện ở quy mô công nghiệp trong các khay
bằng cách tiếp xúc khay với bề mặt đã được làm lạnh hoặc bằng cách trao đổi nhiệt tiếp
xúc với chất tải lạnh [7]. Giai đoạn này có ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô của sản phẩm
và cũng như thời gian của các giai đoạn sấy tiếp theo. Một nghiên cứu của Radaeva và
cộng sự cho thấy trong quá trình sấy thăng hoa sữa chua, chế độ lạnh đông tối ưu được
tìm thấy là – 25 °C so với – 15 và – 40 °C để vi sinh vật có lợi tồn tại cao nhất [6].
Buồng sấy là bộ phận mà trong đó mẫu được đặt. Buồng sấy là không gian kín
chân không và được kiểm soát về nhiệt độ và áp suất. Dựa trên loại máy sấy thăng hoa,
loại khay và nguồn nhiệt cung cấp sẽ có những loại buồng sấy khác nhau [13].
Các phương pháp gia nhiệt thay thế như gia nhiệt bằng vi sóng, cũng có thể được
sử dụng để tăng cường truyền nhiệt và giảm thời gian sấy. Năng lượng vi sóng gây ra sự
gia nhiệt nhanh chóng bên trong của vật liệu thông qua sự quay lưỡng cực và sự dẫn ion
trong vật liệu phân cực. Năng lượng này, như một nguồn nhiệt, có thể được sử dụng
trong môi trường chân không của công nghệ sấy thăng hoa và kết quả là tạo ra phương
pháp mới được gọi là sấy thăng hoa có hỗ trợ của vi sóng [8].
Việc kết hợp thêm phương pháp sấy chân không sau khi sấy thăng hoa hoàn thành
đảm bảo chất lượng sản phẩm tương tự như sấy thăng hoa thông thường, nhưng chi phí
vận hành có thể được giảm xuống do tốc độ sấy khô nhanh hơn [17].
Bình ngưng trong hầu hết các máy sấy thăng hoa thương mại hoạt động ở nhiệt
độ từ –55 đến – 105 °C, với công suất từ 20 – 10000 kg [6].
Theo Oetjen & Haseley, một bình ngưng lý tưởng phải đáp ứng bốn tiêu chí sau:
(i) có diện tích bề mặt lớn để ngưng tụ băng ở độ dày tối đa, (ii) có lượng ngưng tụ đồng
đều trên tổng cuộn dây với mức tối thiểu (ΔT < 1 °C) chênh lệch giữa nhiệt độ đầu vào
và đầu ra, (iii) có ít độ lệch hơn trong dòng hơi nước trước bề mặt bình ngưng đầu tiên
và (iv) bơm thoát khí cố định được áp suất và ở vị trí thấp nhất trong bình ngưng.

40. 14
Trong các máy sấy đông quy mô công nghiệp, bình ngưng có thể được đặt bên
trong hoặc bên ngoài buồng sấy. Tuy nhiên, điều cần thiết là khoảng cách giữa hai thiết
bị nhỏ nhất để giúp giảm hiệu quả áp suất riêng phần của buồng sấy [5].
Bơm chân không được sử dụng để loại bỏ các khí không ngưng tụ khỏi buồng sấy
để đạt được mức chân không cao. Hệ thống chân không có thể được thiết kế dựa trên
tổng sức chứa của hệ thống máy sấy, các yêu cầu cho bơm chân không bao gồm kích
thước, loại và số lượng được lắp vào hệ thống [5].
1.1.3 Hệ thống sấy thăng hoa
Hệ thống sấy thăng hoa có thể được tích hợp cả chức năng lạnh đông nguyên liệu
hoặc tách rời thành hai quá trình riêng biệt. Hệ thống sấy thăng hoa được sử dụng trong
nghiên cứu này là một hệ thống rời, không có chức năng lạnh đông.
Tuy nhiên hệ thống có thể giám sát quá trình sấy bằng IoT có nghĩa quá trình tự
động điều khiển và kiểm soát quá trình sấy thông qua kết nối internet. Hệ thống cũng tự
động đo lường các điều kiện để kiểm soát quá trình sấy từ xa. Đây là hệ thống điều khiển
thông minh được lập trình trên máy tính, giúp người vận hành hệ thống dù ở bất kỳ nơi
nào trên thế giới chỉ cần có kết nối với internet thì hoàn toàn có thể điều khiển và kiểm
soát quá trình sấy trên hệ thống này được.
Một hệ thống có thể được mô tả thông qua sơ đồ nguyên lý, Hình 1.5.

41. 15
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa DS-12 [2]
Trong đó bao gồm (1) – Máy nén; (2) Dàn ngưng; (3) – Bình chứa cao áp; (4) – Phin lọc; (5) và
(6) – Van điện từ; (7) – Van tiết lưu; (8) – Thiết bị hóa đá (ngưng tụ đóng băng); (9) – Bình tách lỏng;
(10) buồng sấy; (11) – Bơm chân không.
1.1.3.1 Buồng sấy thăng hoa
Trong hệ thống sấy, buồng sấy thăng hoa chính là vị trí cấp đông sản phẩm trong
hệ thống tự cấp đông, đây là nơi chứa sản phẩm sấy và thực hiện quá trình sấy thăng hoa.
Buồng sấy thăng hoa có dạng hình khối, thẳng đứng hoặc nằm ngang. Vật liệu sau khi
làm lạnh đông sẽ được đưa vào buồng sấy thăng hoa. Buồng sấy phải đảm bảo được
đóng kín để áp suất chân không và các ngăn được kiểm soát nhiệt độ có thể quan sát môi
trường sấy trong cả quá trình sấy thăng hoa. Mật độ vị trí đặt sản phẩm và cường độ bay
hơi tối đa. Đồng thời, trong môi trường chân không, truyền nhiệt và sấy khô có thể đạt
được mức tối đa.

42. 16
1.1.3.2 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng
Hình 1.6: Sơ đồ thiết bị ngưng tụ - đóng băng [2]
Các ký hiệu được đánh số trong hình lần lượt là: 1 – Đường nối với buồng thăng hoa;
2 – Đường nối với bơm chân không; 3 – Đường môi chất lạnh sau khi qua van tiết lưu vào;
4 – Đường môi chất lạnh ra khỏi thiết bị ngưng tụ – đóng băng; 5 – Đường xả nước ra ngoài;
6 – Đường nối với bơm nước xả nước về bể chứa; 7 - Ống trao đổi nhiệt; 8 – Xyfon; 9 – Van chặn;
10 – Thiết bị ngưng tụ – đóng băng.
Đây là bộ phận quan trọng trong hệ thống lạnh, phục vụ cho buồng hóa đá và
buồng cấp đông sản phẩm: Khi hơi ẩm thoát ra khỏi sản phẩm sấy sẽ được làm lạnh để
hóa đá trước khi được bơm chân không hút ra ngoài. Nó còn giúp cho bơm chân không
làm việc ổn định, không gây va đập dẫn đến việc hư hỏng bơm chân không. Và giúp cho
nhiệt độ bơm chân không ổn định hơn, cường độ bay hơi nước khi quá trình sấy diễn ra
ổn định, bởi vì nhiệt độ ngưng tụ – đóng băng luôn được giữ ở mức ổn định. Thiết bị
ngưng tụ – đóng băng được thiết kế ở dạng ống chùm, hơi ẩm và không khí đi ra bên
ngoài, còn môi chất lạnh đi bên trong.

43. 17
1.1.3.3 Bơm chân không
Hình 1.7: Cấu tạo của một bơm chân không [18]
Hệ chân không kết nối với buồng sấy và buồng hóa đá: Tác dụng là loại trừ không
khí ngưng tụ bên trong ra khỏi buồng sấy để tạo môi trường chân không trong quá trình
sấy. Cường độ bay hơi ẩm phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất riêng phần của nước và
hơi ẩm trên bề mặt vật liệu sấy. Môi trường sấy thăng hoa phải tuân theo các yêu cầu
như sau: Áp suất trong môi trường sấy phải nhỏ hơn điểm ba thể (P0 = 4,58 mmHg). Và
cường độ bay hơi lớn nhất xảy ra khi áp suất của môi trường sấy thăng hoa dao động
trong khoảng (0,001 ÷ 1) mmHg. Thời gian máy bơm chân không hút khí từ áp suất khí
quyển đến áp suất chân không được cài đặt trên thiết bị. Tác dụng của việc này là giúp
nhiệt độ vật liệu sấy không tăng trong lúc môi trường tạo chân không.
1.1.3.4 Hệ thống đo lường, điều khiển
Hệ thống đo lường, điều khiển trong quá trình sấy thăng hoa: Gồm các thiết bị
điều khiển được tự động hóa, tín hiệu và thiết bị được điều khiển và hoạt động có tổ chức

44. 18
do các chương trình đã được thiết lập sẵn giúp việc quan sát và theo dõi các yếu tố công
nghệ trên màn hình hệ thống sấy thăng hoa dễ dàng hơn.
Để hệ thống sấy thăng hoa đạt chất lượng tốt, vận hành ổn định và thương mại
hóa trên thị trường được đòi hỏi nhà sản xuất phải thiết kế, tính toán một cách chính xác,
diện tích bề mặt truyền nhiệt trong cả giai đoạn lạnh đông, giai đoạn sấy thăng hoa đến
công suất của các thiết bị bên trong hệ thống sấy.
1.1.4 Lý do lựa chọn công nghệ sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là một trong những phương pháp khử nước phức tạp nhất và ứng
dụng của nó trong ngành công nghiệp thực phẩm chỉ giới hạn ở các loại thực phẩm có
giá trị cao do chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì của máy sấy thăng hoa cao hơn so với
các kỹ thuật sấy nhiệt và không nhiệt khác. Hiện nay, công nghệ sấy thăng hoa đang
được ứng dụng để sản xuất các sản phẩm như cà phê hoà tan, trà, thịt, thảo dược và một
số rau quả có giá trị cao [19].
Sấy thăng hoa tạo ra sản phẩm thực phẩm có chất lượng cao mà khó có thể đạt
được bằng bất kỳ phương pháp sấy nào. Một yếu tố nổi bật là độ vững chắc cấu trúc do
quá trình lạnh đông tạo ra cấu trúc xốp. Cấu trúc này ngăn chặn sự sụp đổ của ma trận
rắn còn lại sau khi sấy khô. Kết quả là tạo ra một sản phẩm xốp, không co ngót, tạo điều
kiện cho quá trình bù nước nhanh chóng và gần như hoàn toàn khi nước được thêm vào
chất này sau đó [20].
Trong ngành công nghiệp sữa, sấy thăng hoa chủ yếu được sử dụng để bảo quản
các chủng men giống ban đầu và cố định các sinh vật là probiotic để sử dụng như các
thành phần chức năng. Các sản phẩm sữa khác thích hợp để sấy thăng hoa gồm có phô
mai, cream, sữa chua và kem. Các nguyên liệu sữa sấy thăng hoa này được sử dụng trong
ngành bánh nướng, nhà hàng, ngành công nghệ sinh học, và có tiềm năng làm thực phẩm
vũ trụ, thực phẩm quân sự và thực phẩm khẩn cấp [19].

45. 19
Ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp sấy thăng hoa là hoạt động ở nhiệt độ
thấp. Đặc tính này hỗ trợ làm khô các vật liệu nhạy cảm với nhiệt và loại bỏ khả năng
xảy ra các phản ứng trong quá trình sấy ở nhiệt độ cao. Ví dụ, acid ascorbic là một loại
vitamin nhạy cảm với nhiệt có thể được giữ lại trong sữa sấy thăng hoa nhưng không thể
đối với sữa được sấy bằng thùng quay hoặc sấy phun [13].
Sấy thăng hoa có thể tránh được sự biến tính của whey protein và phản ứng
Maillard giữa lactose và protein giàu lysine trong sữa. Hơn nữa, hương thơm và các hợp
chất dễ bay hơi được giữ lại ở mức độ cao hơn trong các sản phẩm sữa sấy thăng hoa so
với các sản phẩm sấy phun hoặc sấy khô thông thường. Các sản phẩm sấy thăng hoa có
cấu trúc chắc chắn, giảm độ co ngót của sản phẩm và có độ ẩm thấp, giúp cho thời gian
sử dụng ổn định. Hoạt tính sinh học của chế phẩm sinh học được sấy thăng hoa có khả
năng tồn tại mạnh mẽ mang lại lợi thế trong việc phát triển các thành phần sữa chức năng
[13].
1.1.5 Ứng dụng của sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa, được phát triển để bảo quản các sản phẩm có hoạt tính sinh học
(DNA, enzyme và protein), các sản phẩm dược (kháng sinh) và các vật liệu đặc biệt khác
[21]. Do đó, sấy đông khô xuất hiện như một kỹ thuật đầy hứa hẹn để khử nước cho các
vật liệu nhạy cảm với nhiệt, chẳng hạn như trái cây [22].
Sấy thăng hoa là một quá trình được sử dụng rộng rãi để khử nước và cải thiện
tính ổn định của các sản phẩm dược phẩm khác nhau, bao gồm: virus, vaccine, protein,
peptide hoặc chất mang dạng keo: liposome, hạt nano, nhũ tương nano [23].
Trong lĩnh vực dược phẩm, có rất nhiều chất cần được bảo quản ở trạng thái khô
do tính không ổn định của chúng khi có nước, ví dụ, kháng sinh, vaccine, peptide và
protein [24].
Trong ngành thực phẩm sấy thăng hoa được sử dụng như một phương pháp loại
bỏ nước triệt để, các sản phẩm thực phẩm theo mùa hay dễ bị hỏng ở điều kiện thường
có thể được xử lý bằng sấy thăng hoa như thức ăn trẻ em thực phẩm chứa vi sinh vật

46. 20
sống, những loại thực phẩm đặc biệt nhạy cảm với nhiệt và oxy, thực phẩm chức năng,
các loại thảo mộc thơm hoặc cà phê và các loại thực phẩm sử dụng cuối cùng đặc biệt
cho các hoạt động ngoài trời, khẩu phần quân sự hoặc các bữa ăn liền [25].
1.2 Nguyên liệu sấy thăng hoa – sữa chua
1.2.1 Nguyên liệu chế biến sữa chua
Về cơ bản sữa chua là một loại thực phẩm dạng bán rắn được làm từ sữa đã qua
xử lý nhiệt để ổn định cấu trúc, thông qua tác động của hỗn hợp với tỉ lệ 3:1 của
Streptococcus salivarius ssp thermophilus và Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus.
Mối quan hệ của 2 chủng vi sinh vật này là cộng sinh. Ở một số quốc gia, các sinh vật
khác cũng được sử dụng, đó là Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium spp [26].
Đối với sữa chua truyền thống những nguyên liệu để chế biến sữa chua rất đơn
giản và thông dụng, chủ yếu là sữa động vật, sữa tươi hay sữa hoàn nguyên, và men
giống, có thể sử dụng sữa chua đã lên men như một loại men giống tự nhiên, ngoài ra
còn có đường và đôi khi và các thành phần bổ sung hương vị khác.
Trong công nghiệp chế biến, các nhà máy còn sử dụng thêm hương liệu, màu thực
phẩm và các chất ổn định.
1.2.2 Thành phần hóa học và dinh dưỡng của sữa chua
Sự kết hợp giữa các thành phần dinh dưỡng và thành phần vi sinh vật sống của
sữa chua làm cho nó trở thành một loại thực phẩm có giá trị cao về quan điểm dinh dưỡng
và có thể dễ dàng kết hợp với một chế độ ăn uống lành mạnh [27]. Trong lịch sử, lên
men được sử dụng như một phương pháp bảo quản thực phẩm truyền thống và sữa chua
là một trong những thực phẩm lên men được tiêu thụ phổ biến nhất trên toàn cầu [28].
Vào đầu những năm 1900, các vi sinh vật được sử dụng để lên men sữa đã được xác định
mà từ đó các loại sữa chua đã hình thành các đặc điểm nhận dạng cụ thể dựa trên loại
sữa và các loài vi sinh vật được sử dụng để sản xuất trên quy mô công nghiệp [29].
Thành phần hóa học của sữa chua bao gồm các nhóm: carbohydrates, proteins,
lipids, khoáng và các loại vitamin.

47. 21
- Thành phần carbohydrates: Trong sữa chua nguyên chất, lactose là carbohydrate
có sẵn và chiếm ưu thế, khoảng 98% tổng lượng carbohydrate và 54% tổng chất
rắn sữa không béo, ngoài ra còn có một lượng nhỏ galactose, glucose và các
oligosaccharides [30].
- Thành phần proteins: Hàm lượng protein của sữa chua sẽ được cải thiện so với
thành phần sữa nguyên liệu. Tùy thuộc vào các thành phần được sử dụng trong
quá trình sản xuất, sữa chua có thể là một nguồn protein dồi dào và có dụng tích
cực về mặt sinh học. Sữa chua có thể cung cấp tất cả chín acid amin thiết yếu
Lysine, Threonine, Valine, Isoleucine, Leucine, Methionine, Phenylalanine,
Tryptophan và Histidine. Bên cạnh đó trong sữa, sữa chua còn chứa các yếu tố
tăng trưởng, hormone, các tiền chất cho các peptide có hoạt tính sinh học, điều
hòa miễn dịch và bảo vệ, cũng như các tác nhân chống ung thư, kháng virus và
chống oxy hóa [30].
- Thành phần chất béo: Chất béo trong sữa chủ yếu là các loại triglyceride vào
khoảng 98%, phần còn lại là phospholipid, cholesterol và β – carotene. Sữa chua
nguyên bản, không tách béo, truyền thống chứa 3 ÷ 4 g lipid/100 g trong đó 65%
là acid béo bão hòa. Phần còn lại được tạo thành từ 31% acid béo không bão hòa
đơn và 4% acid béo không bão hòa đa [31].
- Thành phần khoáng: Thành phần khoáng chất của sữa và các sản phẩm từ sữa bao
gồm các nguyên tố đa lượng (Ca, Mg, Na, K, P và Cl) và các nguyên tố vi lượng
(Fe, Cu, Zn, và Se) [31].
- Các loại vitamin: Trong sữa và sữa chua có cả vitamin ưa béo và ưa nước. Sữa
chua nguyên kem có thể chứa một lượng đáng kể vitamin A, vitamin B phức hợp
và vitamin D [31]. Bên cạnh đó, sữa chua cung cấp lượng lớn vitamin B12,
vitamin B12 (còn được gọi là cobalamin) là một loại vitamin tan trong nước nó
giúp duy trì các tế bào thần kinh và tế bào hồng cầu khỏe mạnh, và nó cần thiết
trong quá trình sao chép DNA [32]. Mặc dù hệ vi khuẩn đường ruột của con người

48. 22
có thể tổng hợp vitamin B12, nhưng con người không thể hấp thụ nó vì vị trí tổng
hợp (ruột kết) quá xa so với vị trí hấp thụ (ruột non). Vì vậy, vitamin B12 phải
được tiêu thụ qua thực phẩm [33]. Con người có thể hưởng lợi từ các nguồn dự
trữ này bằng cách tiêu thụ thịt và sữa của động vật nhai lại. Việc tiêu thụ hàng
ngày những thực phẩm này giúp con người đáp ứng đủ lượng vitamin B12 được
khuyến nghị hàng ngày (3,0 mg/ngày) [33].
1.2.3 Giá trị về sức khỏe của việc sử dụng sữa chua
Trong bài báo mang tên “The Prolongation of Life” từ việc sử dụng vi khuẩn sinh
sống trong sữa chua, Elie Metchnikoff đã đưa ra giả thuyết rằng S. thermophilus và L.
delbrueckii ssp. bulgaricus kiểm soát các bệnh nhiễm trùng do mầm bệnh đường ruột
gây ra và làm giảm độc tố trong máu [34].
Sữa và các sản phẩm từ sữa chiếm một vị trí quan trọng trong thực phẩm của con
người. Sữa chứa tất cả các chất dinh dưỡng mà cơ thể con người cần. Một trong những
tính chất đặc biệt và quan trọng nhất của sữa với tư cách là một sản phẩm thực phẩm là
giá trị sinh học và khả năng tiêu hóa cao do có đầy đủ protein, chất béo sữa, khoáng chất,
nguyên tố vi lượng và vitamin [1].
Sự phổ biến của sữa chua chủ yếu là do nó mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe
[35]. Một số lượng đáng kể bằng chứng đã được tích lũy cho một số lợi ích như cải thiện
khả năng dung nạp lactose. Ngoài những lợi ích về dinh dưỡng, các sản phẩm sữa lên
men còn có một số lợi ích sinh lý như hoạt động kháng khuẩn và hoạt động chống lại
nhiễm trùng đường tiêu hóa, tác dụng chống ung thư, giảm cholesterol có trong huyết
thanh và kích thích hệ thống miễn dịch [36].
Protein sữa được biết đến với giá trị dinh dưỡng cao, chủ yếu là do giá trị sinh
học, protein được hấp thụ đơn giản và hiệu quả sử dụng protein cao [37].
1.2.4 Giá trị kinh tế của sữa chua
Theo tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (FAO), sản lượng sữa
trên toàn thế giới sẽ tăng vào năm 2022 tiếp tục đà tăng của các năm trước đó với sản

49. 23
lượng sữa thế giới đã đạt 930 triệu tấn, tăng 0,6% so với năm 2021, sản lượng dự kiến
tăng lên ở tất cả các khu vực địa lý, trong đó châu Á chiếm sản lượng cao nhất với 419
triệu tấn [38].
Các sản phẩm chính ngành công nghiệp chế biến sữa bao gồm sữa bột nguyên
kem, sữa bột tách béo, đạm whey, bơ và phô mai chiếm khoảng 90% tính theo khối
lượng.
Sản phẩm sữa chua thuộc nhóm các sản phẩm thiểu số tuy nhiên theo xu hướng
của thế giới về việc tăng cường tiêu thụ sữa lên men, doanh số bán sữa chua bình quân
đầu người ở Hoa Kỳ cũng đã cho thấy sự tăng trưởng vượt bậc. Trong 3 thập kỷ qua đã
chứng kiến mức tiêu thụ sữa chua bình quân đầu người tăng đáng kể, từ gần 1,13 kg (2,5
pound) năm 1980 lên 6,12 kg (13,5 pound) vào năm 2010 [39].
1.3 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa sữa chua
Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa sữa chua có thể
được kể đến như, nhiệt độ lạnh đông sữa chua, thời gian lạnh đông sữa chua, nhiệt độ
môi trường sấy, áp suất buồng sấy và thời gian sấy.
- Kích thước của vật liệu sấy: Heldman và Hohner đã dự đoán ảnh hưởng của kích
thước mẫu đến tốc độ sấy thăng hoa, và kết quả cho thấy thời gian sấy giảm nhanh
khi kích thước mẫu giảm đối với nguyên liệu sấy là thịt đã nấu chín [40].
- Thành phần của vật liệu sấy: Các giải pháp chiết xuất cà phê đã được Boeh-
Ocansey nghiên cứu để xem ảnh hưởng của việc tăng nồng độ sản phẩm đến tốc
độ sấy. Sự gia tăng nồng độ trước khi sấy khô dẫn đến giảm chênh lệch áp suất
hơi giữa mặt trước của băng và bề mặt của sản phẩm, dẫn đến giảm tốc độ sấy
[41].
- Nhiệt độ môi trường sấy: Nhiệt độ môi trường sấy có tác động lớn đến khả năng
thăng hoa của nước đóng băng, tuy nhiệt độ cao hơn sẽ làm tăng khả năng tách
ẩm nhưng cũng đòi hỏi một điều kiện áp suất thấp hơn. Sấy thăng hoa ở nhiệt độ
-10o
C được cho là cân bằng được chi phí năng lượng và hiệu quả tách ẩm, tuy

50. 24
nhiên luôn có những mong muốn cho một quy trình nhanh hơn [42]. Trong một
số nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ vật liệu tăng từ -15°C đến -5°C đã rút ngắn
đáng kể thời gian sấy.
- Áp suất buồng sấy: Áp suất buồng sấy ở mức thấp sẽ làm tăng khả năng thăng
hoa nước ở nhiệt độ cao hơn so với thông thường, tuy nhiên để tạo được áp suất
thấp cần nhiều chi phí về mặt thiết bị và vận hành. Meryman đã có một công bố
lý thuyết chỉ ra rằng gradient áp suất hơi, chứ không phải áp suất tuyệt đối của hệ
thống, là nguồn chính để dẫn hơi nước từ bề mặt làm khô qua phần được làm khô
của sản phẩm [43].
1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về sữa chua sấy thăng hoa
Ở Việt Nam các nghiên cứu về sấy thăng hoa đã được thực hiện từ những năm
đầu thế kỷ XXI mà đi tiên phong trong lĩnh vực này là nhóm nghiên cứu của thầy PGS
TS Nguyễn Tấn Dũng. Một số nghiên cứu có thể kể đến như “Nghiên cứu tính toán thiết
kế, chế tạo hệ thống máy sấy thăng hoa năng suất nhỏ phục vụ cho việc sản xuất, chế
biến các sản phẩm cao cấp” năm 2007 [44], “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy
thăng hoa năng suất nhỏ có giai đoạn cấp đông ngay trong buồng thăng hoa” năm 2008
[45], “Nghiên cứu xác định tỷ lệ nước đóng băng và nhiệt độ lạnh đông thích hợp (mô
hình dạng trụ vô hạn) của vật liệu ẩm ở giai đoạn 1 trong sấy thăng hoa” năm 2008 [46],
“Nghiên cứu phương pháp xác định tỷ lệ nước đóng băng bên trong thực phẩm theo nhiệt
độ lạnh đông” năm 2008 [47], “Nghiên cứu thiết lập mô hình toán truyền nhiệt tách ẩm
trong điều kiện sấy thăng hoa” năm 2009 [48]. Đây cũng tiền đề vững chắc cho các
nghiên cứu về sấy thăng hoa tại Việt Nam.
Sản phẩm Sữa chua sấy thăng hoa là sản phẩm mới được nghiên cứu trong thời
gian gần đây, một số nghiên cứu có thể nhắc đến là: "Nghiên cứu quy trình sản xuất sữa
chua sấy" và " Nghiên cứu quy trình sản xuất sữa chua sấy bổ sung dịch cốt nhàu theo
quy mô phòng thí nghiệm" là đồ án tốt nghiệp của các sinh viên trường Đại học Bách
khoa Đà Nẵng năm 2022 [49], [50]. Các kết quả chỉ ra rằng sữa chua hoàn toàn có thể

51. 25
được xử lý với phương pháp sấy thăng hoa, sữa chua cũng là nguyên liệu thích hợp để
làm chất nền cho việc bổ sung các thành phần khác.
Trên thế giới, các nghiên cứu về sữa chua sấy thăng hoa đã được thực hiện từ rất
sớm để đáp ứng những nhu cầu trong môi trường đặc biệt. Gần đây nhiều nghiên cứu
mới đã được công bố về khả năng bảo tồn lượng vi sinh vật sống có lợi trong sữa chua
như “Changes in the Viability of Lactic Acid Bacteria during Storage of Freeze-Dried
Yogurt Snacks” của Yeseo Lim và cộng sự năm 2017 [51], “Physico-chemical and
sensory characteristics of freeze-dried and air-dehydrated yogurt foam” của M.J.
Carvalho và cộng sự năm 2017 về các tính chất vật lý của sản phẩm sữa chua sấy thăng
hoa [52], “Evaluation of Adding Spirulina to Freeze-Dried Yogurts Before Fermentation
and After Freeze-Drying” của Shana Kimi Farias Yamaguchi và cộng sự năm 2019
nghiên cứu về việc bổ sung tảo Spirulina và sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa [53].
Như vậy, dựa trên tổng hợp và phân tích các nghiên cứu có liên quan, tác giả có
một số kết luận như sau:
- Sữa và các sản phẩm từ sữa là nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng và phù hợp cho
nhiều lứa tuổi sử dụng.
- Sữa chua được tạo thành sau quá trình lên men sữa bằng vi khuẩn có lợi do đó gia
tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng trong sữa từ đó được đánh giá là sản phẩm
phù hợp về vệ sinh an toàn thực phẩm và tốt cho sức khỏe người sử dụng.
- Sữa chua truyền thống cần phải dừng quá trình lên men để bảo quản, hoặc bảo
quản lạnh trong suốt quá trình lưu kho và vận chuyển vì thế làm hạn chế khả năng
phân phối của sản phẩm đến những khu vực đặc biệt.
- Sấy thăng hoa là phương pháp sấy đặc biệt với nhiều ưu điểm vượt trội so với các
phương pháp sấy khô khác về khả năng giữ cấu trúc, nguyên liệu thực phẩm ít
tiếp xúc với không khí và nhiệt vì thế sấy thăng hoa được ứng dụng cho những
sản phẩm có giá trị cao về mặt kinh tế, sinh học hay dinh dưỡng.

52. 26
- Sấy thăng hoa sữa chua đã được lên ý tưởng từ rất sớm phục vụ cho những mục
đích đặc biệt, đến nay sản phẩm sữa chua sấy khô đã có nhiều cơ hội hơn để đến
tay người tiêu dùng bình thường.
- Xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và
ứng dụng trong sản xuất nhằm tìm ra những quy trình công nghệ phù hợp nhất
thỏa mãn các yêu cầu được đặt ra, đây là phương pháp phù hợp để áp dụng cho
công nghệ sấy thăng hoa sữa chua.
- Do đó nghiên cứu xây dựng mô hình tối ưu hóa cho quá trình công nghệ sấy thăng
hoa nguyên liệu sữa chua làm cơ sở khoa học cho việc xác lập chế độ công nghệ
từ đó xây dựng quy trình công nghệ ứng dụng vào thực tiễn sản xuất là rất cần
thiết để nâng cao giá trị và đa dạng hóa các sản phẩm từ sữa chua.

53. 27
Chương 2
VẬT LIỆU, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng nghiên cứu
Các nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu này gồm:
- Sữa bột béo: là sản phẩm thương mại của công ty Fonterra, New Zealand,
với hàm lượng protein tối thiểu được công bố là 24,26%, hàm lượng chất
béo tối thiểu là 26,26%, độ ẩm trung bình 3,19%.
- Đường mía: là sản phẩm thương mại của công ty Cổ phần Thành Thành
Công Biên Hòa, Việt Nam, với độ Pol công bố tối thiểu 99,8%.
- Men giống: là sản phẩm thương mại của Yogourmet®, Canada với thành
phần vi sinh vật bao gồm B. longum, L. rhamnosus, L. casei, L. helveticus,
L. bulgaricus, L. acidophilus, S. thermophilus, được sử dụng ở dạng bột
sấy thăng hoa.
2.1.1 Chuẩn bị mẫu thực nghiệm
2.1.2.1 Chuẩn bị sữa chua
Sữa chua được chuẩn bị theo quy trình được trình bày trong Hình 2.1. Với các
thành phần được thể hiện trong Bảng 2.1, các mẫu sữa chua trước lên men được chuẩn
hóa và có hàm lượng chất khô đồng nhất là 25%.

54. 28
Hình 2 1: Quy trình lên men sữa chua tại phòng thí nghiệm
Bảng 2.1: Định lượng nguyên liệu chế biến sữa chua
STT Thành phần Khối lượng (g)
1 Sữa bột nguyên kem 210
2 Đường mía 37
3 Men giống 3
4 Nước 750
2.1.2.2 Phân tích thành phần độ ẩm nguyên liệu
Độ ẩm sữa chua ban đầu được xác định theo phương sấy đối lưu bằng tủ sấy được
mô tả trong AOAC (2000), Phương pháp AOAC-927.05 Moisture in Dried Milk [56] và
được trình bày ở mục 2.3.3.2 Xác định độ ẩm trong luận văn này.

55. 29
Độ ẩm ban đầu được sử dụng cho việc xác định độ ẩm sau sấy, tính toán hàm
lượng chất khô phục vụ các thí nghiệm khác.
2.1.2.3 Xử lý lạnh đông nguyên liệu
Sữa chua sau khi lên men được đổ vào khuôn silicon, độ sâu đến đáy khuôn tối
đa là 14mm và được cấp đông bằng tủ đông sâu Arctiko nhiệt độ cài đặt là -45°C.
Sau khi lượng nước tự do trong sữa chua kết tinh hoàn toàn, việc xác định tỷ lệ
nước đóng băng sẽ được tính toán thông qua xác định nhiệt độ tâm sản phẩm theo thời
gian, khối sữa chua sẽ được tháo khuôn trước khi bắt đầu sấy thăng hoa.
2.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu
2.1.1 Dụng cụ
Các dụng cụ phục vụ cho nghiên cứu này bao gồm:
- Bình hút ẩm, được sử dụng cho các phép đo độ ẩm nguyên liệu và sản phẩm.
- Các dụng cụ phòng thí nghiệm và hóa chất tùy theo từng phương pháp đo.
- Khay inox 20 x 30 cm, khuôn silicon, được sử dụng cho quá trình lạnh đông
sữa chua.
Hình 2.2: Khuôn silicon (a) và Khay inox 20 x 30 cm (b)

56. 30
2.1.2 Thiết bị
Các thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm:
- Tủ sấy đối lưu cưỡng bức 53l UF55 (Memmert, Đức) được sử dụng để
chuẩn bị nguyên liệu sữa chua và các phép đo độ ẩm nguyên liệu và sản
phẩm.
- Bể điều nhiệt Stirring Water Bath SWB – 20L – 3 (Cleaver Scientific Ltd,
Anh) được sử dụng để chuẩn bị nguyên liệu sữa chua, điều nhiệt môi trường
nuôi cấy vi sinh vật trong phép đo tổng số vi khuẩn Lactic.
- Tủ cấy vô trùng Streamline® Class II BSC – E2 (Esco Micro Pte. Ltd.,
Singapore) được sử dụng cho phép đo tổng số vi khuẩn Lactic.
- Cân phân tích 2 số lẻ và 4 số (Precisa, Thụy Sỹ) được sử dụng cho hầu hết
các phép đo.
- Cân sấy ẩm hồng ngoại Moisture Analyzer XM 50 (Precisa, Thụy Sỹ) được
sử dụng để đo nhanh độ ẩm các mẫu.
- Ph kế cầm tay Hanna HI 9124 (Hanna Instruments, Inc, Ý) được sử dụng để
xác định điểm dừng lên men trong quá trình chuẩn bị sữa chua.
- Máy phân tích cấu trúc thực phẩm CT3 Texture Analyzer (AMETEK
Brookfield, Mỹ) được sử dụng để phân tích độ giòn của các sản phẩm sữa
chua sấy thăng hoa.
- Các thiết bị đo lường điện, được sử dụng để xác định mức tiêu thụ năng lượng.
- Hệ thống sấy thăng hoa DS – 12 do nhóm nghiên cứu của trường Đại học Sư
phạm kỹ Thuật TPHCM bao gồm thầy PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng, ThS. Lê
Thanh Phong và KS. Lê Văn Hoàng, ThS. Lê Tấn Cương đã tính toán, thiết
kế, chế tạo. Với các thông số kỹ thuật và điểm nổi bật như:
+ Kích thước buồng sấy 450 x 420 x 525 mm với 5 tấm truyền nhiệt, gia
nhiệt bằng điện trở bên trong.
+ Máy nén lạnh một cấp nén, công suất 1 HP.

57. 31
+ Thiết bị ngưng tụ – đóng băng với lưu lượng môi chất tuần hoàn qua
thiết bị bay hơi là 0,01 kg/s.
+ Hệ chân không sử dụng bơm chân không vòng dầu, công suất 1,5 kW
áp suất môi trường sấy có thể hạ xuống 0,0005 mmHg.
+ Thiết bị bay hơi với tổng diện tích truyền nhiệt là 0,28 m2
.
+ Các thiết bị đo lường tự động và hệ thống điều khiển được tích hợp vào
hệ thống sấy.
Hình 2.3: Hệ thống sấy thăng hoa DS - 12

58. 32
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp phân tích và tiếp cận hệ thống
Phương pháp phân tích và tiếp cận hệ thống có vai trò quan trọng trong nghiên
cứu tìm ra chế độ công nghệ thích hợp để bảo quản thực phẩm. Dựa trên cơ sở xem xét
đối tượng công nghệ theo một hệ thống, phương pháp này là một phương pháp luận dùng
để nghiên cứu tác động lên đối tượng cần xem xét với góc nhìn bao quát nhằm giải quyết
các vấn đề được đặt ra.
Đối tượng công nghệ “sấy thăng hoa sữa chua” được xem là một hệ thống và việc
thực hiện bằng các bước cụ thể nhằm giải quyết các vấn đề theo sơ đồ logic chặt chẽ và
được thể hiện qua Hình 2.4, có thể thấy đối tượng công nghệ này phức tạp khi bao gồm
cả hệ thống, thiết bị sấy và quá trình truyền nhiệt tách ẩm trong quá trình sấy. Từ đó, tác
động đến chi phí năng lượng, độ ẩm sản phẩm, khả năng bảo tồn vi sinh vật có lợi, tính
chất giòn xốp của sản phẩm.
2.3.2 Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
Như đã trình bày ở mục 1.3 có nhiều yếu tố công nghệ tác động đến sản phẩm của
một quá trình sấy thăng hoa tuy nhiên các yếu tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến giai đoạn
thăng hoa, làm mất nước trong sản phẩm, bao gồm nhiệt độ môi trường sấy, áp suất
buồng sấy và thời gian sấy.
- Nhiệt độ môi trường sấy: nhiệt độ môi trường sấy được cảm biến nhiệt ghi nhận
bằng đầu dò và hiển thị trực tiếp trên màn hình điều khiển của hệ thống sấy thăng
hoa DS-12 với đơn vị đo là độ Celsius (o
C). Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng trực
tiếp đến điểm ba thể của vật liệu sấy từ đó tác động đến cấu trúc sản phẩm trong
và sau quá trình sấy.
- Áp suất môi trường sấy: áp suất buồng sấy được hiển thị trực tiếp trên màn hình
điều khiển của hệ thống sấy thăng hoa DS-12 với đơn vị đo là milimet thủy ngân
(mmHg). Tương tự với nhiệt độ môi trường sấy thì áp suất buồng sấy ảnh hưởng

59. 33
đến quá trình thăng hoa tinh thể đá trong nguyên liệu từ đó rút ngắn hay kéo dài
thời gian sấy.
- Thời gian sấy: thời gian sấy được ghi nhận bằng đồng hồ bởi người thực hiện
với đơn vị đo là giờ (h). Thời gian sấy có ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng
ẩm còn lại trong vật liệu từ đó gây các tác động khác nhau vào cấu trúc sản
phẩm, khả năng hoàn nguyên và ảnh hưởng đến quá trình bảo quản sản phẩm.
Hình 2.4: Sơ đồ nghiên cứu cho quy trình sấy thăng hoa sữa chua

60. 34
Trong đề tài này, chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sấy thăng
hoa sữa chua thông qua các thông số: nhiệt độ môi trường sấy, áp suất môi trường sấy
và thời gian sấy bằng các cảm biến nhiệt độ, đồng hồ đo áp suất, đồng hồ đếm thời gian
được tích hợp vào trong hệ thống sấy thăng hoa DS – 12.
Hình 2.5: Màn hình điều khiển của hệ thống sấy thăng hoa DS - 12
2.3.3 Phương pháp xác định các hàm mục tiêu cho sản phẩm sữa chua sấy thăng
hoa
2.3.3.1 Xác định chi phí năng lượng
Cần xác định chi phí năng lượng của sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa để có thể
mô tả chính xác sự phụ thuộc giữa chi phí năng lượng với các thông số công nghệ khác
trong quá trình sấy. Ngoài ra, việc xác định chi phí năng lượng còn ảnh hưởng đến việc
quyết định giá thành của sản phẩm khi đưa ra thị trường.
Chi phí năng lượng hay mức năng lượng tiêu thụ, y1 (kWh/kg) xác định cho 1kg
sản phẩm, và được xác định bởi Watt kế [57] Công thức thể hiện:
𝑦1 =
𝑃𝜏
𝐺
=
𝑈𝐼𝜏𝑐𝑜𝑠𝜑
𝐺
(
𝑘𝑊ℎ
𝑘𝑔
) (2.1)
Trong đó: U: chỉ số Volt kế (V)
I: chỉ số Ampe kế (A)

61. 35
𝜏: thời gian, giây (h)
cos𝜑: hệ số công suất
P: số chỉ trên Watt kế (kW)
2.3.3.2 Xác định độ ẩm
Việc xác định độ ẩm trong công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa mang tính
quyết định đến thời hạn sử dụng cũng như bảo quản sản phẩm và cả chất lượng của sản
phẩm sau khi sấy.
❖ Nguyên tắc
Nhiệt độ cao được sử dụng để làm thoát toàn bộ hơi ẩm trong mẫu. Độ chênh lệch
khối lượng của mẫu trước và sau tách ẩm hoàn toàn chính là khối lượng ẩm trong thực
phẩm. Độ ẩm, y2 (%), được xác định gián tiếp thông qua khối lượng ban đầu, khối lượng
sau sấy của sữa chua và lượng ẩm ban đầu [57].
❖ Dụng cụ và hóa chất
Đĩa nhôm đựng mẫu.
Chày, cối sứ.
Tủ sấy.
Bình hút ẩm.
Cân phân tích.
❖ Cách tiến hành
Độ ẩm ban đầu (Wi) được xác định bằng cách sử dụng phương pháp sấy đối lưu
bằng tủ sấy được mô tả trong AOAC – 927.05 Moisture in Dried Milk. Cân chính xác
5g mẫu đã nghiền nhỏ cho vào đĩa nhôm sạch, khô, đã biết trước khối lượng. Tiến hành
đưa mẫu vào tủ sấy để sấy ở nhiệt độ 105 °C đến khối lượng không đổi [56].
Sau khi sấy, lấy mẫu ra cho vào bình hút ẩm để làm nguội và cân. Thực hiện thao
tác sấy, làm nguội, cân cho đến khi khối lượng không đổi (kết quả giữa hai lần cân cuối
cùng có độ chênh lệch nhỏ hơn 0,5%.

62. 36
❖ Tính kết quả
Độ ẩm của sản phẩm sẽ được xác định thông qua công thức sau:
𝑦2 = 100 −
𝐺𝑖
𝐺𝑒
(100 − 𝑊𝑖) (2.2)
Trong đó: Gi: khối lượng trước khi sấy của sữa chua (g)
Ge: khối lượng sau sấy của sữa chua (g)
Wi: Độ ẩm ban đầu của sữa chua (%)
2.3.3.3 Xác định tỷ lệ sống sót của vi sinh vật sau quá trình sấy thăng hoa,
tính theo chủng Lactobacillus bulgaricus
Tỷ lệ sống sót của vi sinh vật là một yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng
của sản phẩm sau khi sấy, đồng thời thể hiện khả năng bảo tồn sinh khối vi sinh vật có
lợi. Vì khi lạnh đông và sấy khô trong thời gian dài, lượng vi sinh vật so với nguyên liệu
ban đầu cũng sẽ giảm đi một phần. Khi sử dụng phương pháp sấy thăng hoa thì sản phẩm
vẫn giữ lại được hàm lượng vi sinh vật ở mức tối đa so với các phương pháp sấy khác.
Do đó, việc nghiên cứu và xác định chế độ sấy phù hợp cũng sẽ quyết định đến hàm
lượng vi sinh vật sống sót của sản phẩm sữa chua sau khi sấy. nhằm thu được sản phẩm
đạt yêu cầu về chất lượng và nhiều lợi ích tốt cho sức khỏe người tiêu dùng.
❖ Nguyên tắc
Hệ vi sinh vật trong sữa chua là hệ vi khuẩn cộng sinh với tỉ lệ 3:1 của
Streptococcus salivarus ssp thermophilus và Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus.
đôi khi còn xuất hiện thêm Lactobacillus acidophilus và Bifidobacterium spp [26]. Vì
thế chúng tôi tiến hành xác định tỷ lệ vi khuẩn Lactic sống sót để đại diện cho khả năng
bảo tồn vi sinh vật có lợi trong sữa chua.
❖ Dụng cụ và hóa chất
- Môi trường nuôi cấy là môi trường MRS (de Man, Rogosa và Sharpe).
- Micropipette.
- Nồi hấp tiệt trùng autoclave.
- Tủ cấy vô trùng.

63. 37
- Các thiết bị phòng thí nghiệm khác.
❖ Cách tiến hành
Mẫu sữa chua nguyên liệu được tiến hành kiểm tra xác định tổng số lượng vi
khuẩn Lactic để xác định khoảng giá trị dự đoán cho sản phẩm sữa chua sau sấy thăng
hoa bằng cách thực hiện nuôi cấy liên tiếp với các độ pha loãng từ 10-3
đến 10-9
. Bằng
phương pháp được mô tả trong Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7906:2008 (ISO 15214:1998)
Sữa chua – Định lượng các vi sinh vật đặc trưng – Kỹ thuật đếm khuẩn lạc ở 37 độ. Đồng
thời thực hiện theo mô tả của Chen He và cộng sự để tìm tổng số vi khuẩn acid lactic
được xác định bằng phương trải đĩa trên môi trường MRS (de Man, Rogosa và Sharpe)
và ủ ở 37 °C trong 48 giờ [58].
Mẫu sữa chua sau sấy được xác định độ ẩm và hoàn nguyên tương ứng để tiến
hành xác định tổng số lượng vi khuẩn Lactic với độ pha loãng bằng và bé hơn độ pha
loãng thích hợp của mẫu sữa chua ban đầu.
Kết quả tổng số vi sinh vật ở cả hai phép đo cho sữa chua và sữa chua sấy được
tính trên 1g sữa chua ban đầu.
Tính kết quả
Tổng số lượng vi khuẩn Lactic được xác định qua công thức:
𝐿 =
∑ 𝐶
𝑉(𝑛1+
1
10
𝑛2)𝑑
(2.3)
Trong đó:
∑ 𝐶: là tổng số khuẩn lạc được đếm được trên tất cả các đĩa ở hai độ pha
loãng liên tiếp, ít nhất một đĩa chứa ít nhất 15 khuẩn lạc.
V: là thể tích dịch được cấy trên mỗi đĩa, tính bằng milliliter.
n1: là số đĩa được giữ lại ở độ pha loãng thứ nhất.
n2: là số đĩa được giữ lại ở độ pha loãng thứ hai.
d: là hệ số pha loãng tương ứng với độ pha loãng thứ nhất được giữ lại.