NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC BỘT VÀ MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC SẤY BỌT XỐP TẢO Spirulina

Abstract

This study aimed to develop and evaluate kinetic models describing the foam-drying process of Spirulina at different temperatures (50, 60, 70, 80°C). The Spirulina suspension was foamed by adding 0.75% CMC, whipping for 3 minutes, forming a foam layer of 4 mm thickness, and drying for 3.5 - 5 hours depending on temperature, the above results have been validated using an optimization model. Three mathematical models Lewis, Page and Henderson & Pabis were applied to simulate the moisture reduction process. Statistical indicators (R², χ², RMSE) were used to assess the goodness of fit between experimental and predicted data. The results indicated that the Page model provided the best description of the drying kinetics of Spirulina foam, with R² values ranging from 0.9976 to 0.9994, while RMSE and χ² values remained very low. This suggests that moisture removal in the complex porous foam structure does not follow a simple exponential trend but is better represented by the nonlinear form of the Page model. SEM, FT-IR, and XRD analyses revealed that drying temperature significantly affected the structural and physicochemical properties of the powder. At 70°C, the powder exhibited a stable porous structure, good solubility, minimal protein denaturation, and retention of its fundamental chemical characteristics. The results indicate that, under appropriate drying conditions, the algal powder exhibited a porous and less compact structure with minimal shrinkage, thereby enhancing its rehydration capacity compared to samples dried at higher temperatures or for prolonged durations.

Tóm tắt

Nghiên cứu này nhằm xây dựng và đánh giá các mô hình động học mô tả quá trình sấy bọt xốp tảo Spirulina ở các mức nhiệt độ khác nhau (50, 60, 70, 80°C). Tảo Spirulina được xử lý tạo bọt bằng cách bổ sung CMC 0,75%, đánh bọt 3 phút, lớp bọt dày 4 mm và tiến hành sấy trong khoảng 3,5 - 5 giờ tùy nhiệt độ, các kết quả trên đã được kiểm tra bằng mô hình tối ưu hóa. Ba mô hình toán học gồm Lewis, Page và Henderson & Pabis được sử dụng để mô phỏng quá trình giảm ẩm. Các chỉ số thống kê (R², χ², RMSE) được dùng để đánh giá mức độ phù hợp giữa dữ liệu thực nghiệm và mô hình dự đoán. Kết quả cho thấy, mô hình Page là mô hình mô tả chính xác nhất động học sấy bọt xốp tảo Spirulina, với R² đạt từ 0,9976 - 0,9994, trong khi RMSE và χ² đều ở mức rất thấp. Điều này cho thấy, quá trình thoát ẩm trong cấu trúc bọt xốp phức tạp không tuân theo quy luật hàm mũ đơn giản mà được phản ánh chính xác hơn bởi dạng phi tuyến của mô hình Page. Phân tích SEM, FT-IR và XRD cho thấy, nhiệt độ sấy ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và đặc tính hóa lý của bột. Ở 70°C, mẫu bột có cấu trúc xốp ổn định, khả năng hòa tan tốt, ít biến tính protein và vẫn duy trì các đặc trưng hóa học cơ bản. Kết quả cho thấy, ở điều kiện sấy phù hợp, bột tảo có cấu trúc tơi xốp, ít bị co rút, từ đó cải thiện khả năng tái hòa tan so với các điều kiện sấy nhiệt độ cao hoặc thời gian kéo dài.