BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỂ SẤY CÁC SẢN PHẨM NÔNG NGHIỆP TẠI TP HCM NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TH S NGUYỄN MẠNH TUÂN Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Lê Trường Quí 1711020361 17DDCA2 Hồ Văn Ninh 1711020334 17DDCA2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 112021 ii LỜI CẢM ƠN Đề tài tốt nghiệp cuối khóa là bài báo cáo cuối cùng trước khi kết thúc bốn năm đại học để bắt đầu vào ngưỡng cửa mới Bài báo c.
Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá tiềm năng ứng dụng NLMT và công nghệ sấy NLMT phù hợp để sấy các sản phẩm nông nghiệp
- Thiết kế, xây dựng mô hình sấy ứng dụng NLMT quy mô công nghiệp.
Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá hiện trạng sấy các sản phẩm nông nghiệp tại TP.HCM
- Đánh giá tiềm năng ứng dụng NLMT tại TP.HCM
- Đề xuất loại sản phẩm nông nghiệp phù hợp với sấy bằng NLMT tại TP.HCM
- Nghiên cứu công nghệ sấy ứng dụng NLMT
- Thiết kế, xây dựng mô hình sấy ứng dụng NLMT quy mô công nghiệp
- Đo đạc, đánh giá chất lượng một loại nông sản khi sấy bằng mô hình sấy ứng dụng năng lượng mặt trời và hiệu quả quả mang lại.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Mô hình sấy bằng năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích vượt trội, bao gồm tính thân thiện với môi trường, giảm thiểu lượng khí CO2 thải ra và tiết kiệm chi phí nhiên liệu.
Nghiên cứu cho thấy mô hình sấy bằng năng lượng mặt trời (NLMT) có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp sấy truyền thống, đặc biệt trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ môi trường.
GIỚI THIỆU
Năng lượng mặt trời (NLMT)
Năng lượng mặt trời (NLMT) là bức xạ từ mặt trời có khả năng sản xuất nhiệt, gây ra các phản ứng hóa học và tạo ra điện, cung cấp nguồn năng lượng sạch và tái tạo Mặc dù ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng lớn nhất mà Trái Đất nhận được, cường độ của nó trên bề mặt Trái Đất lại khá thấp do bị hấp thụ và tán xạ bởi tầng ozon, hơi nước và bụi trong khí quyển Ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất bao gồm 50% ánh sáng khả kiến, 45% bức xạ hồng ngoại, cùng với một lượng nhỏ tia cực tím và các bức xạ điện từ khác.
Năng lượng mặt trời có tiềm năng khổng lồ, với khoảng 200.000 lần tổng công suất điện sản xuất hàng ngày của thế giới được Trái Đất tiếp nhận mỗi ngày Mặc dù năng lượng mặt trời là miễn phí, nhưng chi phí thu thập và chuyển đổi vẫn còn cao Bức xạ mặt trời có thể được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt hoặc năng lượng điện, mở ra nhiều cơ hội cho phát triển bền vững.
Các ứng dụng năng lượng mặt trời hiện nay chủ yếu tập trung vào hai lĩnh vực: chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng thông qua các tế bào quang điện, hay còn gọi là pin mặt trời, và sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng Pin mặt trời sản xuất điện liên tục miễn là có bức xạ mặt trời, trong khi thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời giúp tích trữ nhiệt để sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Quang điện thường được áp dụng cho các dự án điện quy mô nhỏ như lắp đặt bảng điều khiển năng lượng mặt trời dân dụng, trong khi thu bức xạ nhiệt chủ yếu phục vụ cho sản xuất điện quy mô lớn.
Pin mặt trời là công nghệ sản xuất điện từ năng lượng mặt trời thông qua thiết bị biến đổi quang điện, với ưu điểm nhẹ và dễ lắp đặt ở bất kỳ nơi nào có ánh sáng mặt trời Ứng dụng năng lượng mặt trời đang phát triển nhanh chóng, đặc biệt ở các nước phát triển, và hiện nay pin mặt trời được sử dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị cá nhân như máy tính và đồng hồ Ngoài ra, pin mặt trời còn được áp dụng trong việc vận hành xe ô tô, chiếu sáng đèn đường, đèn sân vườn và trong các hộ gia đình Trên toàn cầu, các nhà máy quang điện mặt trời với công suất lớn đang được xây dựng để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.
Hình 1.1: Cánh đồng pin mặt trời
Công nghệ pin năng lượng mặt trời từ silicon đã trải qua nhiều cải tiến đáng kể, với các nhà sản xuất hàng đầu như Canadian, Sharp và Q-cell nâng cao hiệu suất lên 16 – 25%, và thậm chí gần 40% trong các phòng thí nghiệm Trong tương lai, công nghệ này dự kiến sẽ tiếp tục phát triển, mang lại hiệu quả khai thác năng lượng tốt hơn trên nhiều phương diện.
1.1.2 Thiết bị nhiệt mặt trời
Khác với pin mặt trời, thiết bị nhiệt mặt trời thu nhận bức xạ nhiệt và lưu trữ năng lượng dưới dạng nhiệt năng Có nhiều loại thiết bị nhiệt mặt trời như bộ thu dạng phẳng, bộ thu dạng tháp, bộ thu dạng trũng và bộ thu dạng ống, mỗi loại phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau.
Hình 1.2: Máy nước nóng năng lượng mặt trời
Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời để sấy nông sản trong và ngoài nước
Năng lượng mặt trời đã ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển từ cuối thế kỷ
18 Tại Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, Hàn Quốc từ nhiều năm nay đã coi hướng phát triển năng lượng tái tạo như một quốc sách vì thế năng lượng mặt trời ở đây có sự tăng trưởng rất mạnh Các nước khu vực Châu Á như Ấn Độ, Pakistan, Thái Lan, Campuchia,… đều có các nghiên cứu phát triển mô hình sấy nông sản từ lúa, bắp đến các loại trái cây như mít, thơm,…và rau củ quả,… Đặc biệt tại Thái Lan, nhân rộng các mô hình sấy nông sản từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn, công nghiệp đã được triển khai (Serm Janjai, 2012) Chính phủ Thái Lan xác định, các ứng dụng nhiệt của NLMT là hiệu quả và phù hợp với nhu cầu người dân Mô hình sấy nhà kín tại Thái Lan được thể hiện trong hình 1.4
Hình 1.4: Mô hình sấy nhà kính tại Thái Lan
Máy sấy bao gồm mái parabol làm từ polycarbonate Hệ thống có chiều rộng
8 m, chiều dài 20 m và chiều cao 3,5 m (Kích thước hệ thống thay đổi tùy vào khối lượng sấy rau quả) (Serm Janjai, 2012)
Kể từ năm 2005, cộng đồng Châu Âu đã triển khai các chương trình hỗ trợ ứng dụng công nghệ sấy bằng năng lượng mặt trời tại nhiều quốc gia như Hà Lan, Đức, Bỉ, Tây Ban Nha và Ý Điều này đã dẫn đến sự hình thành một lĩnh vực kinh doanh mới, chuyên cung cấp hệ thống sấy bằng năng lượng mặt trời quy mô công nghiệp.
Tại Châu Phi, các chương trình hỗ trợ và tài trợ từ các tổ chức quốc tế đã thành công trong việc xây dựng mô hình sấy nông sản bằng năng lượng mặt trời, phục vụ nhu cầu của nông hộ nghèo Những mô hình này đã được triển khai hiệu quả tại Nigeria, Zimbabwe và nhiều quốc gia khác, giúp sấy lúa, bắp và rau củ.
Hình 1.5: Tủ sấy bằng năng lượng mặt trời tại Zimbabwe Phương pháp sấy gián tiếp kết hợp đối lưu cưỡng bức (Werner Weiss and Josef Buchinger, 2005)
1.2.2 Trong nước Đã có nhiều nghiên cứu khoa học chứng minh hiệu quả của các mô hình sấy bằng năng lượng mặt trời: sấy tỏi tại huyện đảo Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi (như minh họa trong hình 1.6); sấy chitin tại Nha Trang (như minh họa trong hình 1.7);… Các nghiên
Hình 1.6: Thiết bị sấy tỏi bằng năng lượng mặt trời tại xã An Vĩnh, Lý Sơn, tỉnh
Quảng Ngãi Buồng sấy có kích thước trong 4,0 m × 3,15 m Bộ thu nhiệt có diện tích phẳng 13,68 m 2 , đặt nghiêng một góc 25 0 Năng suất 240 kg/mẻ (Đinh Vương
Hình 1.7: Thiết bị sấy chitin từ phế liệu tôm bằng năng lượng mặt trời tại Nha
Trang Thiết bị có chiều dài 100 cm, chiều rộng 60 cm, chiều cao 150 cm Năng suất 2 kg/m 2 , sấy 193 phút/mẻ (Nguyễn Trọng Trung và ctv., 2012)
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Mục tiêu về sản xuất nông nghiệp của TP.HCM
Trong những năm qua, vùng nông thôn TP.HCM đã thực hiện chuyển đổi cơ cấu sản xuất từ nông nghiệp truyền thống với cây lúa chủ đạo sang nông nghiệp đô thị công nghệ cao, tập trung phát triển các cây trồng có giá trị kinh tế cao.
TP.HCM đã triển khai đề án tái cơ cấu ngành nông nghiệp, chuyển từ phát triển theo chiều rộng sang chiều sâu, tập trung vào nâng cao chất lượng và hiệu quả sản xuất thông qua giá trị và lợi nhuận Đặc biệt, Khu Nông nghiệp Công nghệ cao đã được xây dựng như một mô hình để mở rộng ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất, nhằm tăng giá trị và gia tăng sản lượng.
Theo Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn TP.HCM, thành phố đã đạt được những thành tựu quan trọng trong việc chuyển dịch kinh tế nông nghiệp thông qua việc đầu tư vào hạ tầng kỹ thuật và xã hội Những điều kiện này đã tạo ra nền tảng vững chắc để thúc đẩy giao thương và phát triển sản xuất nông nghiệp.
Chính sách hỗ trợ lãi suất vay thực tế từ 60 – 100% của ngân hàng đã giúp ngân sách thành phố chi từ 70 - 100 tỷ đồng mỗi năm cho việc khuyến khích phát triển nông nghiệp đô thị, thu hút nhiều doanh nghiệp đầu tư vào nông thôn Kết quả là thúc đẩy chuyển đổi cơ cấu sản xuất theo hướng cây - con có giá trị, nâng cao giá trị sản xuất trung bình lên 325 triệu đồng/ha/năm Từ 2016 đến 2020, thành phố tiếp tục nghiên cứu và đề xuất các giải pháp hỗ trợ đầu tư kinh tế nông nghiệp, khảo sát nhu cầu doanh nghiệp và tăng cường phối hợp trong dự báo sản xuất, kinh doanh.
UBND TP.HCM đã triển khai Chương trình phát triển sản xuất, phân phối và tiêu thụ nông sản theo quy trình thực hành sản xuất nông nghiệp tốt (VietGAP) giai đoạn 2016 – 2020 Mục tiêu của chương trình là xây dựng nền nông nghiệp đô thị hiện đại, hiệu quả và bền vững, góp phần nâng cao chất lượng nông sản tại thành phố.
Đến năm 2025, thành phố phấn đấu đạt hơn 80% diện tích cây rau quả và trên 60% sản lượng chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản theo tiêu chuẩn an toàn, sử dụng quy trình GAP hoặc an toàn dịch bệnh 100% sản phẩm đạt tiêu chuẩn VietGAP sẽ hình thành chuỗi liên kết trong sản xuất và thị trường, đảm bảo tiêu thụ ổn định qua hợp đồng Hơn 80% sản phẩm VietGAP sẽ được phân phối tại các siêu thị và cửa hàng tiện ích, trong khi trên 90% người tiêu dùng sẽ nhận biết nguồn gốc sản phẩm Đồng thời, thực hiện liên kết hiệu quả với các tỉnh, thành phố để kiểm soát chuỗi cung ứng nông sản và truy xuất nguồn gốc sản phẩm.
Hiện trạng sản xuất sản phẩm nông nghiệp trên địa bàn TP.HCM
Tình trạng sản xuất nông nghiệp tại TPHCM cho thấy diện tích đất canh tác của các hộ gia đình tương đối lớn, cho phép áp dụng cơ giới hóa Tuy nhiên, sự chênh lệch về mức độ cơ giới hóa giữa các xã khá rõ rệt, với tỷ lệ trung bình gần 80%, nhưng một số khu vực chỉ đạt khoảng 32,8% Việc thu hoạch chủ yếu vẫn diễn ra bằng phương pháp thủ công, dẫn đến tình trạng chậm trễ trong mùa vụ và gia tăng chi phí dịch vụ, ảnh hưởng đến lợi nhuận của nông dân Tổn thất sản lượng trong và sau thu hoạch đối với lúa dao động từ 11% đến 13%, ngô từ 13% đến 15%, chủ yếu xảy ra trong các khâu thu hoạch, phơi sấy, bảo quản và chế biến, trong khi rau quả và thủy sản có tổn thất trên 20% cả về sản lượng và chất lượng (Theo Bộ NN&PTNT).
Trong 4 tháng đầu năm 2020, giá trị sản xuất nông lâm ngư nghiệp của thành phố đạt 3.604 tỷ đồng, tăng 6,1% so với cùng kỳ năm 2019 Cụ thể, ngành trồng trọt đạt 893 tỷ đồng (tăng 4,6%), chăn nuôi đạt 1.497 tỷ đồng (tăng 5,1%), thủy sản đạt 952 tỷ đồng (tăng 7%) và lâm nghiệp đạt 26 tỷ đồng (tăng 9,1%).
Tổng sản lượng thủy sản đạt 15.671 tấn, tăng 2,3% so cùng kỳ năm 2019 a) Ngành nông nghiệp:
- Kết quả sản xuất nấm trên địa bàn thành phố:
Theo kết quả điều tra của Trung tâm Tư vấn và Hỗ trợ nông nghiệp thành phố
Hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh có hơn 100 hộ và cơ sở sản xuất nấm, chủ yếu tập trung tại các huyện Củ Chi, Bình Chánh, Hóc Môn, Nhà Bè và Cần Giờ.
Về chủng loại nấm rất đa dạng, gồm: Nấm Linh Chi, Nấm Bào ngư, Nấm Rơm, Nấm mèo, Hoàng Kim, Hồng Ngọc, Hầu Thủ,…
Quy mô sản xuất nấm hiện nay thường ở mức nhỏ lẻ, với diện tích trung bình khoảng 578 m² cho mỗi cơ sở Năng suất nấm thay đổi tùy theo từng chủng loại, cụ thể nấm rơm trồng trên giá thể rạ đạt 8 tấn/lứa/ha, trong khi khi trồng trên bông phế phẩm có thể đạt tới 20 tấn/lứa/ha Đối với nấm bào ngư, năng suất lên đến 60 tấn/lứa/ha, và nấm linh chi đạt khoảng 25 tấn/lứa/ha.
- Những mô hình trồng nấm có hiệu quả:
Trên địa bàn thành phố, một số mô hình trồng nấm hiệu quả cao đã xuất hiện, bao gồm cả việc sản xuất phôi nấm và nấm nguyên liệu.
Trại nấm Phú Bình, tọa lạc tại Ấp Phú Bình, xã Phú Mỹ Hưng, huyện Củ Chi, có diện tích 1 ha chuyên sản xuất các loại nấm như nấm Linh Chi và nấm Bào Ngư, với doanh thu đạt từ 450 đến 600 triệu đồng mỗi ha Cơ sở này tự sản xuất phôi nấm để cung cấp cho một số trại nấm khác, và chủ yếu tiêu thụ sản phẩm qua thương lái, bên cạnh một lượng nhỏ được bán cho siêu thị.
Công ty Cổ phần Công nghệ sinh học Nấm Việt, tọa lạc tại xã Phú Hòa Đông, huyện Củ Chi, sở hữu mô hình sản xuất nấm trên diện tích 8 ha với các chủng loại nấm phong phú như nấm Linh Chi, nấm Bào Ngư, Hoàng Kim, Hoàng Linh Chi và Thượng Hoàng Doanh thu của công ty đạt từ 400 đến 850 triệu đồng/ha, nhờ vào việc tự sản xuất phôi nấm Sản phẩm nấm được tiêu thụ qua các cửa hàng thuốc Đông y, siêu thị và thương lái, với doanh thu từ nấm Linh Chi, Vân Chi, Hầu Thủ, Thái Dương và Thượng Hoàng đạt 450 triệu đồng.
Công ty đầu tư 850 triệu đồng/ha để mua phôi nấm từ các đại lý giống, sau đó sản phẩm nấm được tiêu thụ tại các cửa hàng thuốc Đông y, các công ty dược phẩm, cũng như một số doanh nghiệp như Công ty Trang Sinh và Xí nghiệp Cầu Tre.
Ủy ban nhân dân thành phố đã ban hành nhiều chính sách nhằm phát triển nông nghiệp theo hướng đô thị, bao gồm Quyết định số 2011/QĐ-UBND ngày 07/5/2010 phê duyệt đề án phát triển nông nghiệp đô thị đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2025 Ngoài ra, Quyết định số 13/2011/QĐ-UBND ngày 09/3/2011 cũng đã phê duyệt Chương trình chuyển dịch cơ cấu nông nghiệp giai đoạn 2011 - 2015 Các chính sách khác như Quyết định 15/2011/QĐ-UBND về xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2010 - 2020 và Quyết định số 36/2011/QĐ-UBND về khuyến khích chuyển dịch cơ cấu nông nghiệp đều góp phần quan trọng vào sự phát triển bền vững của nông nghiệp đô thị trong khu vực.
Trung tâm Khuyến nông tổ chức nhiều lớp tập huấn kỹ thuật sản xuất nấm theo quy trình an toàn trên địa bàn thành phố
Thành phố đã thực hiện chủ trương chuyển đổi đất trồng lúa kém hiệu quả sang trồng các cây khác, đạt được những kết quả sản xuất khả quan trong lĩnh vực nông nghiệp.
Diện tích gieo trồng lúa tại Thành phố đã giảm mạnh từ 40.439 ha năm 2010 xuống còn 20.340 ha năm 2020 Trong đó, diện tích lúa mùa giảm đáng kể từ 23.726 ha xuống 8.178 ha, lúa đông xuân từ 9.383 ha xuống 4.921 ha, và lúa hè thu giảm nhẹ từ 7.330 ha xuống 6.519 ha nhưng đã tăng lên 7.241 ha vào năm 2020.
Năng suất lúa của Thành phố đã tăng nhanh chóng từ 33,05 tạ/ha năm 2010 lên 43,07 tạ/ha năm 2020, với mức tăng bình quân 2,6 %/năm trong giai đoạn 2010-2015 và 2,7 %/năm trong giai đoạn 2015-2020 Tất cả ba vụ lúa đều ghi nhận sự tăng trưởng, trong đó vụ Hè thu có mức tăng cao nhất, tiếp theo là vụ Mùa và vụ Đông xuân có mức tăng thấp nhất Tuy nhiên, sản lượng lúa cả năm lại giảm từ 133.649 tấn năm 2010 xuống còn 91.770 tấn năm 2020.
2015 (bình quân giảm 7,2 %/năm) và xuống 87.599 tấn năm 2020 (bình quân giảm 0,9 %/năm)
- Về địa bàn phân bố sản xuất:
Các huyện ngoại thành đóng góp 90% diện tích canh tác và 96,2% diện tích gieo trồng, với Củ Chi dẫn đầu (62,9%), tiếp theo là Bình Chánh (23,4%), Hóc Môn (7,4%), Cần Giờ (2,2%) và Nhà Bè có tỷ lệ thấp nhất (0,3%).
Các quận nội thành chiếm 10% diện tích canh tác và 3,8% diện tích gieo trồng, trong đó quận Bình Tân dẫn đầu với 1,5%, tiếp theo là Quận 9 với 1,0% Quận Bình Thạnh có diện tích gieo trồng đạt 0,7%, Quận 2 đạt 0,6%, và thấp nhất là Thủ Đức với chỉ 0,01%.
- Về hiệu quả sử dụng đất lúa: Giá trị sản lượng 1 ha lúa 2 - 3 vụ thấp hơn từ 2
So với 1 ha rau và 1 ha trồng cỏ, sản lượng lúa cao gấp 4 lần; so với 1 ha trồng hoa nền và hoa lan, sản lượng này cao gấp 25 - 35 lần; và so với 1 ha cây ăn quả, sản lượng lúa cao gấp 1,5 - 5 lần Hệ số gieo trồng đất lúa năm 2015 chỉ đạt 0,88 lần, và năm 2020, mặc dù có tăng, nhưng chỉ đạt 1,09 lần, trong đó có sự chênh lệch giữa các huyện.
Tình hình sấy sản phẩm nông nghiệp trên địa bàn TP.HCM
Theo báo cáo từ các phòng kinh tế quận, huyện, nấm Linh Chi hiện đang được trồng phổ biến tại quận 9 và huyện Củ Chi, với số lượng trung bình đáng kể.
Trên địa bàn mỗi quận, huyện có 20 hộ trang trại trồng nấm Linh Chi, với công suất trung bình khoảng 5 tấn tươi mỗi tháng cho mỗi hộ Tuy nhiên, số lượng hộ sản xuất nấm Linh Chi khô rất ít do thiếu vốn đầu tư và công nghệ sấy hiệu quả Hiện tại, nấm Linh Chi chủ yếu được phơi sấy trực tiếp ngoài trời, dẫn đến quy trình sản xuất thiếu vệ sinh an toàn thực phẩm.
Hình 2.1:Phương pháp sấy nấm Linh Chi chủ yếu hiện nay tại TP.HCM b) Sấy lúa:
Lúa được trồng trên diện tích rộng lớn, mang lại sản lượng cao Hiện nay, phương pháp phơi sấy lúa chủ yếu được thực hiện bằng cách phơi trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời hoặc sử dụng sấy cưỡng bức với nhiên liệu từ trấu.
Hình 2.2: Phơi sấy lúa ngoài trời c) Sấy bắp:
Bắp được sơ chế và sấy khô, thường sử dụng phương pháp sấy cưỡng bức với nhiên liệu như trấu, củi và than đá Đối với trái cây tại TP.HCM, các loại như xoài, khóm, nhãn, chuối và bưởi (vỏ bưởi) cũng được sấy khô, chủ yếu bằng phương pháp phơi trực tiếp hoặc sấy cưỡng bức Do đó, cần xem xét việc áp dụng sấy bằng năng lượng mặt trời để nâng cao chất lượng sản phẩm sấy.
Hình 2.3: Phơi sấy chuối ngoài trời e) Sấy tôm:
Tôm được phân loại dựa trên kích thước và độ nguyên vẹn trước khi sấy để bảo quản Những con tôm không đồng đều hoặc không nguyên vẹn thường được sấy để bán cho các quán ăn nhanh Quá trình phơi sấy tôm rất quan trọng, thường được thực hiện bằng cách phơi trực tiếp dưới nắng hoặc sấy cưỡng bức bằng trấu, củi, than Tuy nhiên, những phương pháp này thường dẫn đến sản phẩm không đạt chất lượng và màu sắc không hấp dẫn.
Sấy cá nước ngọt, đặc biệt là cá lóc và cá sặc, chủ yếu diễn ra tại huyện Củ Chi với nhiều cơ sở chế biến vừa và nhỏ Phương pháp sấy thường được sử dụng là phơi trực tiếp dưới nắng hoặc sấy cưỡng bức bằng các loại nhiên liệu như trấu, củi và than đá.
Hình 2.5: Phơi cá lóc ngoài trời
Phân tích, đánh giá hiện trạng sản xuất, sấy sản phẩm nông nghiệp trên địa bàn
Hiện nay, phương pháp sấy phổ biến tại địa phương chủ yếu là phơi sấy truyền thống dưới ánh nắng mặt trời và sử dụng luồng khí nóng cưỡng bức, với nguồn nhiệt được cung cấp từ việc đốt nhiên liệu như trấu, củi và than đá Phương pháp phơi sấy trực tiếp này vẫn được áp dụng rộng rãi.
Hình 2.6: Phương pháp phơi sấy lúa truyền thống
Với phương pháp này, sản phẩm sấy sẽ nhận trực tiếp bức xạ mặt trời và thoát hơi ẩm ra môi trường xung quanh Có 2 dạng sấy bằng NLMT:
Phương pháp sấy thụ động sử dụng một lớp bao phủ trong suốt để bảo vệ nông sản sấy khỏi bụi, mưa và các hiện tượng tự nhiên khác.
Phương pháp sấy nông sản này yêu cầu trải mỏng sản phẩm trên một bề mặt rộng để tiếp nhận ánh sáng mặt trời, với quá trình sấy kéo dài từ 10 đến 30 ngày tùy loại nông sản Bề mặt sấy nên được làm từ xi măng hoặc các vật liệu có khả năng bắt nhiệt tốt Phương pháp này thường được áp dụng cho ngũ cốc, vì nó ít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong suốt thời gian sấy Đây là một trong những phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất để sấy nông sản.
❖ Đối với phương pháp phơi sấy trực tiếp thì có các ưu điểm:
❖ Tuy nhiên do đây là phơi sấy trực tiếp, không có che chắn nên tồn tại rất nhiều khuyết điểm như sau:
- Phụ thuộc nhiều vào thời tiết, yêu cầu không gian phơi rộng và thời gian phơi sấy dài
- Chất lượng sản phẩm cuối cùng dựa vào quan sát chủ quan của con người
- Chất lượng sản phẩm cuối cùng không thể điều khiển một cách khoa học được
- Số lượng sản phẩm có thể bị suy hao do tấn công của chim, động vật và gặm nhấm
- Không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm do các tác động của mưa, bụi…
Tiếp xúc trực tiếp với bức xạ mặt trời có thể làm nóng bề mặt sản phẩm, dẫn đến biến màu, thay đổi các tính chất hóa lý và thất thoát dinh dưỡng như vitamin Hơn nữa, sản phẩm cũng sẽ không được sấy đều Phương pháp phơi sấy cưỡng bức với nguồn nhiệt từ việc đốt nhiên liệu là một giải pháp hiệu quả để khắc phục những vấn đề này.
❖ Phương pháp sấy cưỡng bức luồng khí nóng với nguồn nhiệt được cấp từ việc đốt nhiên liệu, hiện tại có một số ưu điểm như sau:
- Tận dụng nhiên liệu sinh học, chất phụ phẩm của sản xuất nông nghiệp
- Nguồn năng lượng xanh (Trấu – Biomass)
- Tiết kiệm chi phí – do đây là mô hình cải tạo
Hình 2.8: Mô hình sấy nhãn cưỡng bức luồng khí nóng từ đốt trấu
Buồng đốt Trấu Luồng khí nóng
Hình 2.9: Máy sấy lúa cưỡng bức
Hình 2.10: Máy sấy lúa cưỡng bức – quạt
Hình 2.11: Máy sấy Lúa cưỡng bức – Buồng đốt trấu
Hình 2.12: Máy sấy Lúa cưỡng bức – Bộ trao đổi nhiệt
Hình 2.13: Máy sấy Nhãn cưỡng bức
❖ Tuy nhiên vì hệ thống sấy được tự chế tạo, cải tạo chấp vá và không chuyên biệt do đó còn tồn động một số khuyết điểm như sau:
- Hiệu suất năng lượng thấp (thất thoát nhiệt qua lớp vỏ khuôn sấy, nhiệt lượng thoát ra không được tái sử dụng…)
- Khó kiểm soát về tính đồng đều chất lượng sau sấy của nông sản (nông sản được đặt một cách ngẫu nhiên, không sắp xếp, chồng lấp lên nhau)
- Tốn chi phí nhân công (đảo nông sản, bổ sung nhiên liệu đốt…)
Vệ sinh an toàn thực phẩm là yếu tố quan trọng, tuy nhiên, việc xử lý thực phẩm kém có thể xảy ra khi hơi nóng từ quá trình sấy không được cách ly với tro bay sinh ra từ việc đốt nhiên liệu Để cải thiện chất lượng sản phẩm, phương pháp phơi sấy cưỡng bức bằng các máy sấy chuyên nghiệp hiện có trên thị trường là một giải pháp hiệu quả.
Hình 2.14: Mô hình máy sấy nông sản ngoài thị trường
Máy sấy hoạt động dựa trên nguyên lý đối lưu cưỡng bức, trong đó không khí nóng được hút từ lò đốt và thổi vào buồng phân phối nhiệt nhờ quạt sấy Dòng khí này đi qua sàn sấy và xuyên qua lớp nông sản, truyền nhiệt để làm bốc hơi ẩm từ sản phẩm Không khí nóng sau khi nhận ẩm sẽ thoát ra ngoài, và quá trình sấy tiếp tục cho đến khi đạt được độ ẩm mong muốn.
- Chi phí sấy thấp: Khoảng 50 - 80 đồng/kg sản phẩm ngũ cốc
- Dễ thao tác phù hợp với trình độ lao động của các địa phương
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp
- Độ đồng đều về độ ẩm của sản phẩm không cao nếu trong quá trình sấy không đảo
➢ Với các đánh giá về ưu khuyết điểm của các phương pháp sấy hiện tại cho thấy nhu cầu cần có một mô hình sấy mới là cần thiết.
Tiềm năng ứng dụng NLMT trên địa bàn TP.HCM
Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, quanh năm nóng, ẩm, có chế độ nhiệt tương đối cao và bức xạ dồi dào
Nhiệt độ trung bình hàng năm của Thành phố Hồ Chí Minh dao động từ 27,3 đến 28,4 độ C Nhiệt độ cao nhất ghi nhận là 36,9 độ C, trong khi nhiệt độ thấp nhất đạt 17,7 độ C Biên độ nhiệt trung bình giữa ngày và đêm là 7,3 độ C.
Bức xạ mặt trời tại tỉnh đạt mức cao, với trung bình 7,5 giờ nắng mỗi ngày và tổng thời gian chiếu sáng hàng năm từ 2.550 đến 2.700 giờ Bức xạ quang hợp hàng năm đạt 79.600 cal/m², trong khi năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 4,8 kWh/m²/ngày Nhiệt độ và bức xạ dồi dào tạo điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng.
Hình 2.16: Bản đồ bức xạ nhiệt các khu vực ở Việt Nam
Thành phố Hồ Chí Minh sở hữu lượng bức xạ năng lượng mặt trời dồi dào, với trung bình khoảng 1.581 kWh/m²/năm Tháng 2 ghi nhận mức bức xạ cao nhất là 6,3 kWh/m²/ngày, trong khi tháng 7 có mức thấp nhất là 3,3 kWh/m²/ngày Số giờ nắng trung bình hàng tháng dao động từ 100 đến 300 giờ, đạt đỉnh 300 giờ vào tháng 3 trong mùa khô, và chỉ khoảng 150 giờ vào tháng 10 trong mùa mưa.
Thành phố Hồ Chí Minh sở hữu điều kiện khí hậu thuận lợi với nhiệt độ và ánh nắng dồi dào, dẫn đến cường độ bức xạ mặt trời cao Tuy nhiên, hiệu suất sấy của các sản phẩm tại đây còn thấp, chất lượng đầu ra không đồng đều và chưa đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
Nhóm nghiên cứu nhận thấy tiềm năng ứng dụng năng lượng mặt trời trong việc sấy nông sản tại Tp HCM là cần thiết Đề tài này không chỉ cải thiện chất lượng sấy mà còn đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm Hơn nữa, việc áp dụng năng lượng mặt trời sẽ giúp tiết kiệm chi phí năng lượng và bảo vệ môi trường.
Công nghệ sấy bằng năng lượng mặt trời đã có những bước tiến đáng kể trong thiết kế và ứng dụng, nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã chứng minh giá trị cao của mô hình sấy này, góp phần nâng cao hiệu quả trong quá trình sấy.
Cơ sở triển khai áp dụng cho các loại nông sản cần sấy phù hợp với đặc điểm của công nghệ sấy năng lượng mặt trời tại Thành phố Hồ Chí Minh được đảm bảo bởi những yếu tố trên.
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Phân tích, đề xuất nhóm sản phẩm nông nghiệp tiềm năng phù hợp với giải pháp sấy bằng NLMT
Nấm Linh Chi, Lúa, Bắp, Cá Lóc và Cá Sặc là những sản phẩm nông sản phổ biến nhất tại TP.HCM Vì vậy, các sản phẩm này được xem là nhóm nông sản tiềm năng thích hợp cho việc sấy khô và bảo quản.
3.1.1 Công nghệ đang sử dụng sấy nấm linh chi
Là phương pháp làm khô nấm để bảo quản sử dụng nguồn năng lượng từ thiên nhiên là ánh nắng mặt trời Ưu điểm:
- Tiết kiệm chi phí và công sức
- Giảm tải cho máy sấy
- Bảo quản được nấm lâu hơn, từ đó có thể kéo dài thời gian sử dụng nấm
- Là giai đoạn làm khô nấm hiệu quả trước khi đưa vào máy sấy khô hoàn toàn
- Nấm linh chi phơi nắng không tốt bằng sấy, cả về màu sắc và mùi vị
- Nấm phơi nắng còn dễ bị nhiễm mốc
Việc phơi nấm phụ thuộc vào thời tiết, cần có ánh nắng gắt để đảm bảo nấm không bị ẩm mốc Nếu không đủ nắng hoặc gặp mưa bất chợt, nấm có thể trở nên độc hại hoặc giảm tính năng và tuổi thọ sử dụng Điều này đặc biệt quan trọng đối với những lô nấm nhỏ, số lượng ít, khi cần tiết kiệm chi phí hoặc khi muốn giảm tải cho máy sấy.
❖ Phương pháp sấy khô bằng máy
Phương pháp sấy nấm là cách bảo quản nấm hiệu quả bằng cách sử dụng hơi nóng từ máy sấy Để tránh tình trạng mục nát, việc sấy khô cần được thực hiện đúng cách, với phương pháp mới nhất là sấy nấm Linh Chi bằng lò sấy Nấm thường được sấy trong tủ có nhiều ngăn, cung cấp không khí nóng để làm mất nước từ từ trong khoảng 4 giờ So với việc phơi nắng, nấm sấy giữ được mùi vị và màu sắc tốt hơn Tỷ lệ sấy thường là 3 kg nấm tươi cho 1 kg nấm khô, với nhiệt độ sấy dao động từ 40 đến 50 độ C.
Quá trình sấy nấm được chia ra làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: sấy ở nhiệt độ 45 – 50 0 C trong vòng 6 h
- Giai đoạn 2: nâng nhiệt độ lên 52 0 C trong 3 – 4 h
- Giai đoạn 3: giai đoạn sấy triệt để, nhiệt độ 52 – 55 0 C trong 2 – 3 h
Để kiểm tra độ khô của nấm Linh chi, bạn có thể dùng tay bẻ nấm; nếu thấy nấm khô và giòn, tức là nấm đã đạt độ ẩm khoảng 12% Đây là một trong những ưu điểm nổi bật của nấm Linh chi.
- Sử dụng được cho quy mô sản xuất lớn, nhỏ
- Chất lượng, độ ấm của nấm sau khi sấy ổn định
- Thời gian bảo quản nấm lâu
- Tốn chi phí đầu tư cho các hệ thống sấy
- Tốn chi phí cho việc chạy hệ thống sấy
- Quá trình sấy lượng C02 thoát ra nhiều gây hại đến môi trường
3.1.2 Công nghệ đang sử dụng sấy Cá lóc, cá sặc rằn
Phương pháp làm khô cá bằng năng lượng mặt trời đã được áp dụng từ lâu, mang lại hiệu quả cao trong sản xuất nhờ vào nguồn năng lượng dồi dào và miễn phí Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm như chiếm diện tích lớn, tốn công sức lao động và khó kiểm soát chất lượng Để khắc phục, việc sử dụng lều sấy bằng tre, trúc hoặc khung gỗ với lớp nhựa trong suốt bao phủ, cùng với thiết kế dàn phơi và tấm nhựa màu đen để cung cấp nhiệt, đã được chứng minh là hiệu quả Lều sấy không chỉ gọn nhẹ, dễ di chuyển mà còn bảo vệ sản phẩm khỏi côn trùng, bụi bẩn và các yếu tố bên ngoài Phương pháp này đã được áp dụng thành công ở nhiều quốc gia như Bangladesh, Malaysia, Thái Lan và Ấn Độ.
❖ Phương pháp sấy bằng máy
Sấy khô cá có nhiều phương pháp, bao gồm sấy bằng không khí nóng, bức xạ hồng ngoại, chân không và thăng hoa Lợi ích của việc sấy khô cá là thời gian làm khô nhanh, giúp hạn chế biến đổi trong nguyên liệu, bảo vệ cá khỏi cát, bụi và ngăn ngừa côn trùng xâm nhập Ngoài ra, phương pháp này còn cho phép kiểm soát thời gian sấy mà không bị ảnh hưởng bởi thời tiết.
Cá lóc hiện nay chủ yếu được làm khô bằng phương pháp phơi nắng hoặc sử dụng lò, nhưng mỗi phương pháp đều có nhược điểm riêng Sấy trong không khí nóng với nhiệt độ thấp kéo dài thời gian sấy, trong khi nhiệt độ cao có thể làm mất dinh dưỡng và làm thịt cá bị cứng Phương pháp phơi nắng thường tạo ra sản phẩm kém chất lượng, vì sau một ngày phơi, cá vẫn còn tươi và phải chờ qua đêm để tiếp tục phơi Điều này dẫn đến sự phân hủy protein trong cá và làm tăng nguy cơ nhiễm khuẩn từ ruồi, côn trùng và bụi bẩn.
Hình dạng đặc thù của cá, với chỗ thịt dày và thịt mỏng, khiến cho các phương pháp phơi sấy hiện tại tạo ra sản phẩm cá khô có độ ẩm không đồng đều Nếu độ ẩm không đạt yêu cầu, cá sẽ nhanh chóng bị mốc, trong khi độ ẩm quá thấp sẽ làm cho thịt cá trở nên cứng.
3.1.3 Công nghệ đang sử dụng sấy Bắp
Để phơi bắp, trước tiên cần bóc bỏ lá bẹ và râu bắp Sau đó, phơi bắp trên sân gạch hoặc sân xi-măng cho đến khi hạt ráo Nếu phơi trên sân đất, hãy lót một lớp vật liệu sạch dưới bắp để đảm bảo chất lượng.
1 lớp cót, bạt hoặc tấm nhựa (sẫm màu càng tốt)
Khi lượng bắp lớn và diện tích sân hạn chế, bạn có thể thiết kế giàn phơi bằng tre, gỗ hoặc sắt thép có bánh xe để tiết kiệm không gian và dễ dàng thu gom bắp Mỗi giàn phơi thường có từ 5 đến 7 tầng.
Có thể bố trí các tầng có điều chỉnh độ nghiêng theo ánh nắng mặt trời
Những vùng trồng bắp với khí hậu khô ráo và thiếu không gian phơi có thể sử dụng kho hong gió để bảo quản bắp lâu dài Kho hong gió thường có chiều cao từ 2,5 đến 3,5m, rộng 1m, và chiều dài sẽ tùy thuộc vào khối lượng bắp cần bảo quản.
Khung kho được xây dựng từ các vật liệu như tre, gỗ, bê tông hoặc kim loại và có mái che để bảo vệ khỏi mưa Để đảm bảo kho thông thoáng và gió có thể luồn qua dễ dàng, vách kho nên được làm bằng phên tre nứa đan mắt cáo hoặc lưới kim loại kích thước 25x25 mm Ngoài ra, có thể sử dụng những mảnh gỗ thưa để ken vách, nhưng cần đảm bảo rằng không có bắp bắp nào rơi ra ngoài.
Kho hong gió cần được đặt ở vị trí cao ráo và thoáng gió, với bề mặt kho vuông góc so với hướng gió chính của khu vực Đặc biệt, sàn kho nên cách mặt đất khoảng 60 cm (3 gang tay) để đảm bảo thông thoáng và hiệu quả trong việc hong gió.
Khi thu hoạch bắp, nếu gặp thời tiết mưa ẩm kéo dài, việc sử dụng máy sấy nông sản là cần thiết để nhanh chóng làm khô bắp, đặc biệt là đối với bắp giống Điều này giúp bảo đảm chất lượng bắp, ngăn ngừa hiện tượng lên men, mốc, thối hỏng và hạn chế sự xâm nhiễm của sâu mọt Sau khi bắp đạt độ khô cần thiết, có thể tiến hành tẽ bắp và sàng sẩy để làm sạch hạt, loại bỏ tạp chất.
Hiện nay, có nhiều loại máy sấy bắp từ dạng vĩ ngang đến dạng tháp, tuy nhiên, hầu hết sử dụng nguồn nguyên liệu như than đá và củi khô, gây ô nhiễm môi trường Sản phẩm sau khi sấy thường không đạt độ đồng đều cao và cần được đảo nhiều lần trong quá trình sấy.
3.1.4 Công nghệ đang sử dụng sấy Lúa
Phân tích đặc tính của sản phẩm nông nghiệp tiềm năng lựa chọn, đề xuất loại sản phẩm phù hợp ứng dụng công nghệ sấy NLMT
Nhóm nông sản tiềm năng gồm có: nấm, lúa, bắp, cá lóc, cá sặc
3.2.1 Đánh giá và phân tích các tác động của sấy đến đặc tính của nấm Linh Chi
Bảng 3.1: Thành phần hoá học tổng quát của nấm Linh Chi
Ngoài ra còn các thành phần khác như: K, Zn, Ca, Mn, Na, Khoáng thiết yếu, nhiều vitamin, amino acid, enzyme và hợp chất alkaloid
❖ Các tác động khi sấy Nấm Linh Chi
Nếu nhiệt độ sấy nấm quá cao, nấm sẽ không khô đều, dẫn đến tình trạng bên ngoài khô nhưng bên trong vẫn ướt Hiện tượng này sẽ làm giảm thời gian bảo quản nấm.
- Nấm bị sấy quá khô sẽ dẫn đến nứt, gãy quả thể
- Nấm quá ẩm thì dễ bị nhiễm mốc, độ ẩm yêu cầu sau khi sấy đạt 5%
- Nếu sấy với nhiệt độ quá cao làm biến đổi các hoạt chất quý cần bảo toàn, nhiệt độ sấy tối ưu là dưới 60 0 C
Công nghệ sấy bằng năng lượng mặt trời không chỉ đáp ứng yêu cầu về nhiệt độ và chất lượng sản phẩm sau sấy mà còn giúp giảm điện năng tiêu thụ trong quá trình sấy, đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn cao.
❖ Kết luận: Lựa chọn Nấm Linh Chi là đối tượng ứng dụng máy sấy NLMT
3.2.2 Đánh giá và phân tích các tác động của sấy đến đặc tính của Cá lóc, cá sặc a) Biến đổi vật lý
Trong quá trình sấy cá, hiện tượng co thể tích và giảm khối lượng do mất nước xảy ra, dẫn đến biến đổi nhiệt độ giữa bề mặt ngoài và bên trong nguyên liệu Sấy ở nhiệt độ cao có thể gây biến dạng, tăng độ giòn, và thậm chí làm cá bị nứt nẻ Nhiệt độ quá cao còn có thể gây nóng chảy và tụ tập các chất hòa tan trên bề mặt, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Điều này làm tắc nghẽn mao quản thoát nước và gây ra sự đóng rắn trên bề mặt, cản trở quá trình thoát ẩm bên trong thịt cá.
Trong quá trình làm khô, hiện tượng khuếch tán ẩm diễn ra khi ẩm từ lớp ngoài di chuyển vào trong vật liệu sấy, nhờ vào nhiệt khuếch tán và sự co dãn của không khí trong các mao quản Nhiệt độ di chuyển từ bề mặt nóng bên ngoài vào sâu trong thịt cá, kèm theo ẩm, làm cản trở quá trình làm khô Khi nước bốc hơi từ bề mặt cá, ẩm bên trong sẽ di chuyển ra để bù đắp cho lượng ẩm đã bay hơi Nếu không có quá trình này, bề mặt cá sẽ nóng quá và bị phủ bởi lớp vỏ cứng, ngăn cản sự thoát nước, dẫn đến sản phẩm khô không đều và bị nứt Bên cạnh khuếch tán ẩm, quá trình làm khô còn liên quan đến hiện tượng chuyển pha từ lỏng sang hơi của ẩm ở bề mặt và bên trong.
Tốc độ phản ứng hóa học có thể tăng lên khi nhiệt độ cá tăng, ảnh hưởng đến các phản ứng như oxi hóa, phản ứng Maillard và phân hủy protein Ngược lại, sự giảm hàm lượng nước có thể làm chậm tốc độ của một số phản ứng thủy phân.
Trong giai đoạn đầu làm khô, nhiệt độ cá tăng chậm, hàm ẩm chưa giảm nhiều, tạo điều kiện cho các enzyme hoạt động, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng cá Sang giai đoạn sau, nhiệt độ cao và độ ẩm giảm dần làm giảm hoạt động của enzyme, tuy nhiên một số enzyme vẫn hoạt động, dẫn đến biến màu sản phẩm hoặc thủy phân lipid Biến đổi sinh học cũng xảy ra, khiến tế bào sống chuyển thành tế bào chết do nhiệt độ làm biến tính chất nguyên sinh và sự mất nước.
Cá khô có độ tiêu hoá thấp hơn và lượng calo cao hơn do hàm lượng ẩm giảm Vì vậy, chỉ cần một lượng nhỏ cá khô vẫn cung cấp đủ calo Đây là một ưu điểm nổi bật của sản phẩm khô, đặc biệt là cá khô.
Màu sắc: Cá được làm khô thường có màu thẫm, nâu do phản ứng caramel, phản ứng maillard
Sau quá trình làm khô, một số mùi tự nhiên của cá có thể bị mất do phân hủy ở nhiệt độ cao, tuy nhiên, cũng có một số hợp chất thơm mới hình thành Cần lưu ý đến mùi ôi khét do oxi hóa chất béo, vì chúng có thể làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm một cách đáng kể.
Vị: Do độ ẩm giảm đi nên nồng độ các chất vị tăng lên, cường độ vị tăng lên nhất là vị ngọt và vị mặn
Sản phẩm thường có sự thay đổi về tính đàn hồi, độ dai và độ giòn, đồng thời có thể biến đổi hình dạng trong quá trình sản xuất Một số sản phẩm có hiện tượng co rút khi làm khô, gây ra sự co không đều, dẫn đến tình trạng cong méo và nứt nẻ, từ đó ảnh hưởng đến hình dáng cuối cùng của sản phẩm.
Một mẻ sấy của bà con thường chỉ đạt khoảng vài tấn, yêu cầu chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm cao, màu sắc sản phẩm đẹp và giá trị sản phẩm cao Dựa vào các đánh giá về ảnh hưởng của nhiệt độ chế biến đến chất lượng cảm quan và giá trị dinh dưỡng, phương pháp sấy năng lượng mặt trời với nhiệt độ thấp (45 – 55 độ C) được xem là phù hợp và đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm cho sản phẩm cá.
Lựa chọn Cá lóc, cá sặc là đối tượng ứng dụng máy sấy NLMT
3.2.3 Đánh giá và phân tích các tác động của sấy đến đặc tính của bắp
Vì tại Tp.HCM bắp sẽ được sử dụng theo 2 hướng: sử dụng tươi và làm giống
Sấy hạt bắp chủ yếu được áp dụng trong việc bảo quản hạt giống, do đó bài viết này tập trung vào ảnh hưởng của quá trình sấy đến khả năng nảy mầm của hạt giống Một yếu tố quan trọng là tác động của nhiệt độ sấy tới tỷ lệ nảy mầm, điều này cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng hạt giống sau khi sấy.
Nhiệt độ sấy vượt quá 43°C có thể làm giảm hoặc mất sức nảy mầm của hạt giống Tuy nhiên, sấy vẫn được coi là phương pháp tốt hơn so với phơi nắng Do đó, các công ty sản xuất giống uy tín luôn lựa chọn sấy hạt để đảm bảo chất lượng, tránh rủi ro từ thời tiết bất thường.
Dựa vào tác động của mức độ nảy mầm của hạt bắp và các yêu cầu sấy, các phương pháp sấy nhiệt độ thấp là phù hợp cho hạt bắp giống Tuy nhiên, khối lượng sấy trung bình từ 30 – 50 tấn mỗi mẻ và thời gian sấy thường ngắn (dưới 20 giờ) là thách thức Mặc dù sấy bằng năng lượng mặt trời đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm, nhưng vấn đề này chưa được chú trọng khi sấy bắp giống.
Dựa vào các đánh giá phía trên, bắp sẽ không được chọn để ứng dụng máy sấy NLMT
3.2.4 Đánh giá và phân tích các tác động của sấy đến đặc tính của lúa
Mục đích của việc làm khô lúa đến độ ẩm phù hợp (13,5 – 14%) là giảm độ ẩm và khối lượng hạt, từ đó hạn chế sự phát triển của côn trùng, nấm mốc và giảm các hoạt động sinh lý – sinh hóa gây suy giảm chất lượng lúa trong quá trình lưu thông, tồn trữ và tiêu thụ Ngoài ra, việc này còn giúp hạt lúa trở nên rắn chắc hơn, tăng khả năng chống chịu dưới tác động cơ khí, giảm thiểu tình trạng gãy vỡ hạt trong quá trình xay xát.
Việc làm khô lúa chậm trễ đến độ ẩm bảo quản (9 – 13%) sau thu hoạch, hoặc lúa bị tái ẩm do thời tiết, mưa hoặc ngập nước, có thể gây biến màu hạt lúa, giảm mùi hương tự nhiên và thay đổi các tính chất hóa lý, dẫn đến giảm chất lượng gạo và tỷ lệ thu hồi gạo trắng, gạo nguyên trong xay xát Đặc biệt, mùi thơm đặc trưng của những giống lúa thơm sẽ bị suy giảm nghiêm trọng nếu kỹ thuật làm khô không đạt yêu cầu Để đảm bảo chất lượng hạt gạo, lúa cần được làm khô đến độ ẩm phù hợp trong vòng 24 giờ sau thu hoạch, với yêu cầu độ ẩm khác nhau tùy theo mục đích và thời hạn sử dụng.
Bảng 3.2: Độ ẩm của lúa sau khi sấy Độ ẩm (%) Mục đích/thời gian bảo quản
9 - 13 Bảo quản 8 – 12 tháng Độ ẩm (%) Mục đích/thời gian bảo quản
14 Độ thu hồi gạo trong xay xát cao nhất
14 - 18 Bảo quản tạm thời 2 – 3 tuần
> 18 Hư hỏng hạt rất nhanh
Lúa ướt từ 33% ẩm độ giảm xuống 20 – 22% ẩm độ có thể giảm nhanh trong vòng 3 đến 5 phút nên có thể dùng nhiệt độ đến 120 0 C để sấy
Nghiên cứu quy trình sấy khoa học đảm bảo chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm
3.4.1 Quy trình sấy nấm Linh Chi
Sấy nấm Linh Chi là công đoạn quan trọng trong sản xuất và bảo quản, vì nấm mới thu hoạch có độ ẩm từ 60 – 80%, quá cao để bảo quản lâu dài Độ ẩm này tạo điều kiện cho vi sinh vật và enzyme phát triển nhanh chóng, gây hư hại và tiêu hao chất dinh dưỡng Quá trình tách ẩm giúp làm chậm sự phát triển của vi sinh vật và enzyme, đồng thời giảm tốc độ phân hủy, từ đó bảo quản nấm Linh Chi hiệu quả trong thời gian dài.
Trước đây, nấm Linh Chi sấy khô chủ yếu được phơi nắng tự nhiên, tuy đơn giản và tiết kiệm, nhưng thời gian phơi kéo dài và tiêu tốn điện năng cho quạt hoặc đèn halogen Phương pháp này, mặc dù giúp nấm khô nhanh hơn, lại làm biến màu, giảm mùi hương tự nhiên và thay đổi các tính chất hóa lý, dẫn đến giảm chất lượng và hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm.
Sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời trong quá trình sấy nấm Linh Chi mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với phương pháp thủ công Phương pháp này không chỉ thân thiện với môi trường, giảm thiểu khí CO2 phát thải mà còn tiết kiệm chi phí điện năng, nâng cao hiệu suất sấy và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Nấm ăn và nấm dược liệu chứa nhiều chất dinh dưỡng, với protein chiếm từ 25-40%, cùng các acid amin, vitamin, khoáng chất và hoạt chất sinh học Một kilogram nấm tươi có khoảng 0,6-0,9 kg nước, do đó nấm rất dễ bị phân hủy bởi vi khuẩn và nấm mốc Vì lý do này, từ khi thu hoạch cho đến khi bảo quản, sơ chế và tiêu thụ, cần tuân thủ quy trình nghiêm ngặt Trong quá trình phơi và sấy, cần đảm bảo nấm giữ được hương vị đặc trưng, màu sắc tự nhiên và độ ẩm tối ưu khoảng 10%.
Nấm được phơi và sấy khô đạt tiêu chuẩn 12%, hoàn toàn không chứa nấm mốc, vi khuẩn và chất độc tố Để đảm bảo chất lượng nấm sau khi phơi sấy, việc bảo quản đúng cách là rất quan trọng, giúp ngăn ngừa hư hỏng do vi khuẩn, nấm mốc, động vật và côn trùng Thời gian bảo quản lý tưởng từ 12 đến 24 tháng, nấm vẫn giữ được chất lượng tốt cho nhu cầu tiêu dùng nội địa và xuất khẩu Quy trình phơi sấy nấm được thực hiện cẩn thận để đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu.
Hình 3.1: Quy trình phơi sấy nấm linh chi
Hái nấm tươi cần chú ý đến độ tuổi của nấm, tránh để nấm phát tán bào tử và không hái ngay sau khi tưới nước; thời gian ngừng tưới ít nhất 4 giờ trước khi hái để nấm không bị dập nát Dụng cụ hái nấm, như dao và kéo, phải được vệ sinh sạch sẽ, ưu tiên sử dụng inox Nếu nấm bị bẩn do rơi hoặc dính đất, cát, cần rửa sạch và để ráo nước Thời gian từ khi thu hái đến chế biến không được kéo dài quá lâu.
24 giờ to hay nhỏ hoặc để nguyên cây nấm Thông thường nấm linh chi có thể thái lát mỏng hoặc để nguyên cây
Để sấy khô nấm linh chi, có thể thái lát mỏng hoặc để nguyên cây Trong thời tiết nắng gió mạnh, trải nấm thành lớp mỏng trên vật liệu thông thoáng như lưới hoặc tre, đặt cách mặt đất ít nhất 15 cm và phơi trong khoảng 3 ngày Nếu trời mưa, sử dụng quạt gió mạnh thổi vào nấm tươi trong 5 đến 6 ngày Nếu dùng máy sấy, nhiệt độ trong 2-3 giờ đầu nên duy trì ở 40-45°C, sau đó tăng lên 45-50°C trong 2-3 giờ tiếp theo, và cuối cùng tăng lên 50-55°C cho đến khi nấm gần khô, sau đó tăng nhiệt độ tối đa lên 55-60°C Thời gian từ khi hái nấm tươi đến khi hoàn tất quá trình sấy khô không vượt quá 72 giờ.
Để bảo quản nấm đã sấy khô, hãy cho nấm vào túi nilon hai lớp, buộc chặt từng lớp túi và thao tác nhẹ nhàng để tránh làm nấm vụn nát Sau khi sấy, để nấm ra ngoài 5 - 10 phút trước khi cho vào bao để nấm hút ẩm trở lại, đảm bảo độ ẩm từ 10 - 12% nhằm giữ nguyên hình dáng nấm Đối với việc bảo quản lâu dài, hãy xếp nấm ở nơi sạch sẽ, khô ráo, có thể lót một lớp vôi cục dưới nền để chống hút ẩm và mốc Sử dụng máy hút ẩm trong kho và đốt bột lưu huỳnh khoảng 3 tháng một lần để ngăn ngừa mốc, mối, mọt và động vật gây hại Nên thường xuyên kiểm tra các bao đựng nấm khô, nếu thấy nấm hút ẩm cần sấy lại ngay, và kiểm tra độ ẩm trong nấm, nếu dưới 12% thì phải sấy lại ngay lập tức.
Đối với việc đóng gói nấm khô, kích thước túi sẽ được điều chỉnh theo yêu cầu của khách hàng, với trọng lượng khác nhau Để đảm bảo chất lượng, túi cần được đóng kín hoàn toàn Khi sử dụng không hết, miệng túi nilon cần được buộc thật chặt để giữ độ tươi ngon của sản phẩm.
Các bước trong quy trình phơi sấy nấm Linh Chi cần đảm bảo đạt được các thông số:
- Thời gian phơi sấy: 72 giờ/mẻ
- Tỷ lệ thành phẩm: 90 kg nấm tươi còn 30kg nấm khô thành phẩm
Hình 3.2: Quy trình phơi sấy lúa a) Thuyết minh quy trình công nghệ:
Sau khi gặt hái, lúa chín được phân loại và cho vào buồng chứa Tiếp theo, lúa được sấy ở nhiệt độ từ 40 đến 42 độ C trong 24 giờ cho mỗi mẻ.
Sản phẩm sau khi sấy khô được cho vào bao để bảo quản cũng như vận chuyển đi phân phối b) Phương pháp sấy: Đốt nhiên liệu củi trấu, than…
- Chi phí đầu tư thiết bị thấp (cải tạo)
- Đốt bằng nhiên liệu củi trấu, than…
- Hiệu suất năng lượng thấp, tốn chi phí nhiên liệu
- Khó kiểm soát và khó đồng đều chất lượng sản phẩm; tốn chi phí nhân công
- Vệ sinh an toàn thực phẩm kém
- Phát thải khí CO c) Các thông số cần đảm bảo đạt được:
- Thời gian sấy: 24 giờ/mẻ d) Đề xuất:
Nhiệt độ lý tưởng cho quy trình sấy lúa là từ 40 - 42 độ C, cho thấy rằng yêu cầu nhiệt độ này rất phù hợp với phương pháp sấy bằng năng lượng mặt trời.
Hình 3.3: Quy trình phơi sấy bắp
❖ Thuyết minh quy trình công nghệ
Vật liệu sấy là hạt bắp đã được rửa sạch và tách khỏi cùi, sau đó được đưa vào buồng chứa và chuyển vào thùng sấy qua hệ thống gầu tải Khi vào thùng sấy, hạt bắp có độ ẩm 35% và chuyển động cùng chiều với tác nhân sấy.
Tác nhân sấy được sử dụng là khói lò từ nhiên liệu đốt là than, sau khi được đốt cháy và hòa trộn với không khí bên ngoài để đạt nhiệt độ tối ưu cho quá trình sấy Dòng tác nhân sấy được tăng cường nhờ quạt đẩy ở đầu thiết bị và quạt hút ở cuối thiết bị.
Trên hệ thống ống dẫn khói và không khí vào buồng hòa trộn, các van được sử dụng để điều chỉnh lưu lượng dòng chảy Để kiểm soát nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thùng sấy, nhiệt kế được đặt sau buồng hòa trộn Nếu nhiệt độ quá cao, van tháo khói sẽ được mở để giảm lượng khói vào buồng hòa trộn, trong khi nếu nhiệt độ chưa đủ, van dẫn không khí từ môi trường sẽ được khóa lại.
Thùng sấy là một thiết bị hình trụ nghiêng 1,5 độ, được hỗ trợ bởi hệ thống con lăn Quá trình quay của thùng được điều khiển bởi động cơ thông qua hộp giảm tốc và bánh răng Bên trong thùng, các cánh nâng giúp đảo trộn và nâng vật liệu sấy, tăng diện tích tiếp xúc giữa vật liệu và tác nhân sấy, từ đó cải thiện hiệu quả truyền nhiệt và đảm bảo quá trình sấy diễn ra triệt để.
Phân tích, đánh giá và lựa chọn phương pháp sấy phù hợp
3.5.1 Giới thiệu về công nghệ sấy
Trong các ngành công nghiệp, việc tách nước khỏi vật liệu để làm khô là rất quan trọng Tùy thuộc vào tính chất và độ ẩm của vật liệu, cũng như yêu cầu về mức độ khô, có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp cơ học, hóa lý và nhiệt.
Phương pháp nhiệt là phương pháp phổ biến nhất trong quá trình sấy, nơi nước được bốc hơi khỏi vật liệu Quá trình sấy này được chia thành hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo.
Sấy tự nhiên là phương pháp sử dụng năng lượng mặt trời để làm bay hơi độ ẩm trong vật liệu, tuy nhiên, phương pháp này phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và khí hậu Do đó, trong quá trình sản xuất, việc sấy nhân tạo là cần thiết để đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm.
Quá trình sấy nhằm giảm hàm lượng ẩm trong vật liệu, từ đó tăng hàm lượng chất khô và nâng cao tính bền vững trong bảo quản nông sản, thực phẩm và các vật liệu khác Ngoài ra, sấy còn giúp giảm chi phí vận chuyển Đối tượng và phương pháp cung cấp nhiệt trong quá trình sấy rất đa dạng, cho phép lựa chọn thiết bị và phương án tối ưu để đạt hiệu quả sấy cao nhất.
Quá trình sấy dựa trên nguyên tắc cung cấp nhiệt năng để chuyển đổi nước trong vật liệu thành hơi Đây là một quá trình không ổn định, với độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian.
3.5.2 Các phương pháp sấy a) Phương pháp sấy nóng:
Khi vật liệu sấy được đốt nóng, phân áp suất của hơi nước trong vật liệu (pv) tăng lên, tạo ra độ chênh lệch với phân áp suất hơi nước trong môi trường xung quanh (ph) Nếu ph không đổi, sự gia tăng này sẽ thúc đẩy quá trình sấy, là nguyên tắc hoạt động của các thiết bị sấy bức xạ, trong đó không khí xung quanh chỉ có nhiệm vụ mang ẩm thải ra ngoài Ngược lại, trong các thiết bị sấy đối lưu như sấy buồng hay sấy hầm, môi trường xung quanh đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy Phương pháp sấy lạnh cũng là một kỹ thuật đáng chú ý trong lĩnh vực này.
Khi vật liệu sấy không được đốt nóng, quá trình sấy vẫn có thể diễn ra nếu chúng ta giảm áp suất hơi nước ph của môi trường xung quanh, tạo ra động lực (pv - ph) Đây là nguyên lý cơ bản của các phương pháp sấy như sấy đẳng nhiệt, sấy chân không và sấy thăng hoa Để duy trì động lực sấy, cần có một môi chất mang ẩm từ bề mặt vật liệu sấy ra môi trường, được gọi là tác nhân sấy Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò, và trong các thiết bị sấy đối lưu, nó còn có nhiệm vụ làm nóng vật liệu sấy Trạng thái, nhiệt độ và tốc độ của tác nhân sấy đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả của quá trình sấy.
3.5.3 Phân loại các hệ thống sấy
Hệ thống sấy có thể được chia thành hai loại chính: sấy nóng và sấy lạnh Hệ thống sấy nóng bao gồm thiết bị sấy, bộ đốt nóng tác nhân sấy, quạt và các thiết bị phụ khác Trong khi đó, hệ thống sấy lạnh bao gồm thiết bị sấy, máy lạnh và máy hút chân không.
Các hệ thống sấy nóng phổ biến có thể phân theo phương pháp đốt nóng vật liệu sấy: Hệ thống sấy đối lưu, hệ thống sấy tiếp xúc
Hệ thống sấy tiếp xúc là phương pháp sấy mà trong đó vật liệu nhận nhiệt từ một bề mặt nóng thông qua dẫn nhiệt Hệ thống này được chia thành hai loại chính.
Hệ thống sấy lô là công nghệ chuyên dụng để sấy các vật liệu dạng tấm phẳng như giấy và vải Trong hệ thống này, các lô sấy hình trụ được đốt nóng bằng hơi nước bảo hòa, giúp cuộn giấy hoặc vải ướt qua các lô và nhận nhiệt từ bề mặt Quá trình này tách ẩm ra khỏi vật liệu, cho phép hơi ẩm bay vào không khí xung quanh Để tối ưu hóa trao đổi nhiệt - ẩm, có thể sử dụng quạt hút hoặc quạt thổi Cuối cùng, bột đã sấy khô sẽ được tách ra khỏi tang.
❖ Hệ thống sấy đối lưu: Đây là hệ thống sấy phổ biến nhất, được phân loại theo cấu tạo
Hệ thống sấy buồng chủ yếu bao gồm buồng sấy và các thiết bị truyền tải để đỡ vật liệu Nếu buồng sấy có dung lượng nhỏ và sử dụng khay sấy, nó được gọi là tủ sấy; ngược lại, nếu dung lượng lớn với xe goòng, nó được gọi là hệ thống sấy buồng kiểu xe goòng Thiết bị truyền tải trong hệ thống này rất đa dạng, ví dụ như các rào tre dùng để treo thuốc trong sấy sơ chế thuốc lá Hệ thống sấy buồng hoạt động theo chu kỳ từng mẻ, dẫn đến năng suất sấy không cao, nhưng có khả năng sấy nhiều loại vật liệu khác nhau, từ nông sản dạng cục, hạt đến các vật liệu dạng thanh, tấm như gỗ và thuốc lá.
Hệ thống sấy hầm là một thiết bị sấy dài, nơi vật liệu được đưa vào từ đầu này và ra từ đầu kia, khác với hệ thống sấy buồng Thiết bị truyền tải trong hệ thống này thường sử dụng xe goòng hoặc băng tải, cho phép hoạt động bán liên tục hoặc liên tục Nhờ vào khả năng sấy nhiều dạng vật liệu khác nhau và năng suất cao hơn so với hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm trở thành lựa chọn hiệu quả cho các quy trình sấy công nghiệp.
Hệ thống sấy tháp là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại vật liệu như thóc, ngô và lúa, hoạt động liên tục hoặc bán liên tục Trong hệ thống này, tháp sấy chứa các kênh dẫn và kênh thải xen kẽ, cho phép vật liệu sấy di chuyển từ trên xuống Quá trình trao đổi nhiệt ẩm diễn ra khi tác nhân sấy từ kênh dẫn đi qua vật liệu, sau đó được thải ra môi trường qua kênh thải.
Hệ thống sấy thùng quay là thiết bị chuyên dụng dùng để sấy các vật liệu dạng cục và hạt Thiết bị này có hình trụ tròn được đặt nghiêng một góc nhất định Trong thùng sấy, có thể lắp đặt các cánh xáo trộn nhằm tối ưu hóa quá trình sấy Khi thùng quay, vật liệu không chỉ di chuyển từ đầu này sang đầu kia mà còn được đảo trộn, giúp tăng cường quá trình trao đổi nhiệt ẩm với dòng tác nhân sấy.
Hệ thống sấy tầng sôi là một thiết bị chuyên dụng để sấy hạt, hoạt động trong một buồng sấy nơi vật liệu nằm trên ghi có đục lỗ Tác nhân sấy với nhiệt độ và tốc độ thích hợp đi xuyên qua ghi, tạo ra chuyển động bập bùng cho vật liệu, tương tự như bọt nước sôi, nhằm thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm hiệu quả Hệ thống này cho phép hạt khô nhẹ hơn nằm phía trên và được thu hồi liên tục Ngoài ra, còn có các hệ thống sấy lạnh, mang lại những phương pháp sấy khác nhau cho vật liệu.
