Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại ở điều kiện tối ưu với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu mẻ

TỔNG QUAN

Nguyên liệu mít

1.1.1 Tên gọi và tên khoa học

Mít thuộc loại dâu tằm với tên khoa học của mít là: Artocarpus intrgrifolia

1.1.2 Nguồn gốc phân bố, sinh trưởng và phát triển

Mít là một loại thực vật ăn quả phổ biến ở Đông Nam Á và Brasil, có nguồn gốc từ Ấn Độ và Bangladesh Loài cây này đã được trồng rộng rãi tại nhiều quốc gia nhiệt đới như Malaysia, Sri Lanka, Indonesia, Brazil, Madagascar, Thái Lan và Việt Nam Mít cũng xuất hiện ở Đông Châu Phi, đặc biệt là Uganda và Tanzania Quả mít được coi là trái cây quốc gia của Bangladesh và được xếp vào một trong ba loại trái cây tốt nhất ở Tamil Nadu, Ấn Độ, cùng với xoài và chuối.

Việt Nam trồng mít trên khắp cả nước, từ Bắc vào Nam, bao gồm cả vùng ven biển, đồng bằng và miền núi Tại miền Nam, các tỉnh như Đồng Nai, Bình Dương, Vĩnh Long và Đồng Tháp là những nơi trồng nhiều loại mít như mít tố nữ, mít nghệ, mít dừa, mít thái, mít dai và mít mật.

Mít là một loại trái cây phổ biến ở Việt Nam, được trồng rộng rãi trên khắp cả nước Có hai giống mít chính là mít dai, với thịt rắn chắc, và mít mật, có thịt mềm nhão và nhiều nước Bên cạnh đó, còn nhiều giống mít mới được nhân giống và phát triển tại Việt Nam.

 Diện tích và sản lƣợng

Mít là loại cây ăn trái dễ trồng và không kén đất, dẫn đến sự gia tăng diện tích trồng mít với nhiều giống ngon như mít Thái siêu sớm, mít vàng cam và mít nghệ Sản lượng mít tăng nhanh qua từng năm, tùy thuộc vào giống cây được trồng.

Trên 1ha đất trồng mít, người nông dân có thể trồng khoảng 200 cây Sau 2 đến 4 năm, mỗi cây sẽ cho thu hoạch từ 70 đến 100 trái mỗi năm, tùy thuộc vào giống Với trọng lượng mỗi quả từ 15 đến 20 kg, tổng sản lượng từ 1ha mít có thể đạt từ 210 đến 400 tấn quả/năm Nếu giá bán trên thị trường là 2.000 đồng/kg, người trồng mít sẽ có thu nhập đáng kể từ vụ mùa này.

Theo thống kê năm 2014, huyện Cai Lậy có gần 1.000 ha trồng mít, với tỷ lệ cho trái hơn 70%, chủ yếu tập trung tại các xã Cẩm Sơn, Thanh Hòa, Long Khánh và Hội Xuân Huyện Cái Bè cũng trồng 200 ha mít ở các xã Đông Hòa Hiệp, Hòa Khánh, Hậu Thành, Mỹ Đức Tây, Mỹ Đức Đông, Hòa Hưng và An Thái Trung Nhờ diện tích trồng mít ngày càng mở rộng và các giống mít mới, năng suất thu hoạch đã tăng lên nhanh chóng, đạt hơn 40 tấn/ha, với sản lượng thu hoạch hàng năm dao động từ 30.000 đến 40.000 tấn.

Diện tích trồng mít còn được mở rộng tại các tỉnh Bình Dương, Đồng Nai, Bình Phước, các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long, cao nguyên Đắc Lắc

1.1.3 Thành phần hóa học, hóa lý

Mít là loại quả giàu đường và năng lượng, với hàm lượng protein từ 0,6 đến 1,5%, glucid từ 11 đến 14% (chủ yếu là đường đơn như fructose và glucose dễ hấp thụ) Ngoài ra, mít còn chứa 1 đến 2% muối khoáng, bao gồm 18mg canxi, 25mg sắt, 0,14mg caroten, 4mg vitamin C, 0,04mg vitamin B2 cùng các khoáng chất khác như sắt, canxi và phosphor.

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong 100g thịt mít tươi [1], [2]

Thành phần Nước Protein Glucid Tro

Bảng 1.2 Thành phần Vitamin trong cơm mít tươi [8]

Thành phần Khối lƣợng Thành phần Khối lƣợng

Vitamin A (IU) 175,0 ÷ 540,0 Vitamin C (mg) 7,0 ÷ 10,0 Vitamin B1 (mg) 0,03 ÷ 0,09 Folate, total (mcg) 14

Vitamin B2 (mg) 0,05 ÷ 0,4 Folate, food (mcg) 14

Vitamin B12 (mg) 24 Folate, DFE (mcg) 14

Bảng 1.3 Thành phần chất khoáng có trong thịt mít tươi [8]

Thành phần Giá trị Thành phần Giá trị

Mít còn là loại quả có độ ẩm cao, có chứa lượng nước dưới dạng liên kết hóa lý Nước trong mít được liên kết dưới các dạng:

- Liên kết cơ học : chủ yếu là nước tự do trong mít và dễ dàng bị tách ra trong quá trình sấy

Liên kết cơ lý là hiện tượng hấp thụ giữa lượng ẩm và hơi ẩm trong mít, được gọi là ẩm liên kết Để tách ẩm này ra khỏi vật liệu sấy, cần cung cấp một năng lượng cao.

Liên kết hóa học là một yếu tố quan trọng trong quá trình sấy, bao gồm các dạng như liên kết hidro, liên kết tương tác giữa các điện tử và liên kết ion Việc tách lượng ẩm gắn kết này khỏi vật liệu sấy là rất khó khăn Nếu thực hiện tách bỏ, dinh dưỡng trong vật liệu sẽ bị biến đổi theo chiều hướng giảm nhanh chóng, dẫn đến việc phá vỡ cấu trúc và tính chất của vật liệu sấy.

Ngoài ra, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt và khối lƣợng riêng [1], [2], [3]

Bảng 1.4 Thông số hóa lý của mít

Tính chất hóa lý Thông số Độ ẩm (W) 76,08 %

Nhiệt dung riêng (Cck) 1,3 (kJ/kg.K)

Mít là nguồn thực phẩm giàu phytonutrient như lignans, isoflavones và saponins, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe, bao gồm khả năng chống ung thư, giảm huyết áp, hỗ trợ điều trị viêm loét dạ dày và làm chậm quá trình lão hóa tế bào, đồng thời cải thiện sức sống cho làn da Ngoài ra, mít còn cung cấp vitamin C và chất chống oxy hóa, giúp tăng cường hệ miễn dịch và chức năng của các tế bào bạch cầu Mít cũng chứa nhiều vitamin A, rất quan trọng cho việc duy trì thị lực tốt.

Mít là một nguồn giàu kali, giúp điều hòa huyết áp, giảm nguy cơ đột quỵ và bệnh tim mạch Kali đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng điện giải trong cơ thể.

Mít là một loại trái cây giàu chất xơ, giúp giảm táo bón và hỗ trợ tiêu hóa hiệu quả Chất xơ trong mít còn có khả năng loại bỏ các hóa chất gây ung thư trong ruột Ngoài ra, mít chứa các loại đường tự nhiên như sucrose và fructose, cung cấp năng lượng cho cơ thể và dễ tiêu hóa Mặc dù có hàm lượng năng lượng cao, mít không chứa chất béo bão hòa hay cholesterol, làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho sức khỏe.

Mít còn chứa nhiều khoáng chất khác nhƣ mangan, sắt, vitamin B6, niacin, axit folic cần thiết cho việc duy trì hoạt động của cơ thể

Múi mít giàu magiê, một dưỡng chất thiết yếu cho việc hấp thụ canxi, giúp tăng cường sức khỏe xương và ngăn ngừa các rối loạn liên quan đến xương như viêm khớp mãn tính Ngoài ra, mít còn chứa sắt, hỗ trợ ngăn ngừa thiếu máu và cải thiện tuần hoàn máu trong cơ thể.

Khoáng chất đồng trong quả mít rất quan trọng cho quá trình trao đổi chất ở tuyến giáp, đặc biệt trong việc sản xuất và hấp thụ hormone Nghiên cứu cho thấy, việc thường xuyên ăn mít có thể giúp tuyến giáp khỏe mạnh hơn so với những người không tiêu thụ loại trái cây này Hơn nữa, mít cũng chứa nhiều vi khoáng chất có lợi cho sức khỏe của tuyến giáp.

Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng mít (100g thịt mít tươi) [9]

Dinh dƣỡng Giá trị Dinh dƣỡng Giá trị

Năng lƣợng (kcal) 95,0 Vitamin E (mg) 0,34

Hạt mít không chỉ có giá trị dinh dưỡng mà còn được sử dụng như một nguồn thực phẩm thiết yếu trong những ngày giáp hạt Người dân thường phơi khô hạt mít để làm lương thực dự trữ, giúp chống đói hiệu quả Thành phần dinh dưỡng phong phú trong hạt mít góp phần cung cấp năng lượng cho cơ thể.

Bảng 1.6 Thành phần dinh dƣỡng trong hạt mít

Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan về sấy hồng ngoại

Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại đã được nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước khẳng định là hiệu quả, sử dụng năng lượng từ tia bức xạ để làm nóng vật liệu sấy đến nhiệt độ cần thiết cho quá trình bay hơi ẩm Nhiệt lượng này được cung cấp từ các tia bức xạ, giúp vật liệu sấy dần nóng lên và làm ẩm bốc hơi Đặc tính của quá trình truyền nhiệt và truyền khối trong sấy bức xạ phụ thuộc vào quang phổ bức xạ của vật phát ra và khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật liệu sấy.

Trong hệ thống sấy bức xạ, vật liệu sấy hấp thụ nhiệt từ nguồn bức xạ, giúp ẩm dịch chuyển từ bên trong ra bề mặt và khuếch tán ra môi trường Quá trình này được thực hiện thông qua việc chiếu tia hồng ngoại lên sản phẩm, với nguồn phát là các đèn đặc biệt có bộ phận phản xạ để định hướng tia Tuy nhiên, phương pháp này có thể gây quá nhiệt bề mặt, do đó không phù hợp cho các vật liệu dày Sấy bằng bức xạ mang lại chất lượng tốt, có khả năng diệt trùng, rút ngắn thời gian sấy và thiết bị có cấu tạo đơn giản.

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước

Một số nghiên cứu ở Việt Nam dùng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại để sấy

15 các sản phẩm nông sản nhƣ lúa, trái cây đã cho kết quả khá tốt nhƣ:

Sử dụng bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy bánh tráng đã được nghiên cứu bởi Lê Văn Hoàng từ ĐHBK Đà Nẵng vào năm 2010 Nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sấy so với các phương pháp truyền thống khác.

Sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh là phương pháp hiệu quả để sấy mực ống khô lột da, cho chất lượng mực khô tốt hơn so với sấy bức xạ kết hợp đối lưu Nghiên cứu của Trần Đại Tiến tại ĐH Nha Trang (2011) chỉ ra rằng chế độ sấy tối ưu bao gồm nhiệt độ 35°C, vận tốc gió 2m/s và khoảng cách bức xạ 40cm.

Nghiên cứu của Ngô Đăng Nghĩa tại ĐH Nha Trang (2007) cho thấy thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh hiệu quả trong việc sấy mực ống lột da xuất khẩu Thời gian sấy đạt từ 10 đến 12 giờ, sản phẩm có màu sắc trắng trong, khô đều và phẳng, gần như không bị nấm mốc Hàm lượng NH3 sau khi sấy chỉ tăng lên không đáng kể so với trước khi sấy.

Nghiên cứu về quá trình sấy khô nguyên liệu nông sản có độ ẩm cao bằng bức xạ hồng ngoại đã chỉ ra chế độ sấy tối ưu cho thóc và lạc, với vận tốc băng tải 7mm/s, khoảng cách bức xạ 45cm và thời gian ủ ẩm 3 phút Ngoài ra, ứng dụng công nghệ gốm bức xạ hồng ngoại giải tần hẹp kết hợp với không khí nhiệt độ thấp để sấy cá cơm xuất khẩu cho thấy chế độ tối ưu với nhiệt độ không khí trong buồng sấy là 45°C và vận tốc gió 1,2m/s, tạo ra sản phẩm có màu sắc đẹp, thân thẳng và khô đều.

Nghiên cứu của Lê Như Chính tại ĐH Nha Trang (2013) đã chỉ ra rằng quy trình sấy thịt cá sấu tẩm gia vị bằng bơm nhiệt máy nén kết hợp với bức xạ hồng ngoại không chỉ rút ngắn thời gian sấy mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm vượt trội so với các phương pháp sấy truyền thống khác.

Nghiên cứu của Nguyễn Tấn Dũng, Phạm Ngọc Cảnh và Nguyễn Thanh Phương tại ĐHSPKT TPHCM vào năm 2012 đã chế tạo thành công hệ thống sấy hồng ngoại năng suất nhỏ phục vụ chế biến thực phẩm Kết quả cho thấy thời gian sấy được rút ngắn đáng kể, đồng thời chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu.

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Theo Theo Jones, phương pháp sấy bằng bức xạ không chỉ rút ngắn thời gian sấy mà còn tiết kiệm năng lượng Bức xạ truyền trực tiếp vào nguyên liệu, giúp giảm thiểu việc làm nóng không khí và do đó giảm chi phí nhiệt trong quá trình sấy.

Navaii [59] nhận định rằng phương pháp sấy bằng bức xạ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tốc độ truyền nhiệt cao, khả năng điều chỉnh nguồn nhiệt và nhiệt độ cho bề mặt nguyên liệu sấy một cách dễ dàng, cùng với thời gian sấy nhanh chóng.

Paakomen [55] nhận thấy sấy bằng bức xạ hồng ngoại cải thiện đƣợc chất lƣợng sản phẩm các loại rau quả và đặc biệt là các loại thảo dƣợc

Zbinciski [56] đã nghiên cứu và phát triển phương pháp kết hợp sấy đối lưu và bức xạ, mang lại sản phẩm chất lượng cao và nâng cao hiệu quả hoạt động của thiết bị.

Nghiên cứu của Yamada và Wada chỉ ra rằng việc sấy cá thu bằng tia hồng ngoại với khoảng cách 200mm từ tấm bức xạ đến bề mặt cá giúp giảm chi phí nhiệt và ngăn ngừa ô nhiễm do dầu chảy ra từ cá Hơn nữa, nhiệt độ của cơ thịt cá trong quá trình sấy không vượt quá 35°C, đảm bảo chất lượng sản phẩm rất tốt.

Matsuura [58] đã chỉ ra rằng thời gian sấy bằng bức xạ ngắn hơn gấp đôi so với phương pháp sấy đối lưu bằng không khí nóng đối với các sản phẩm cá đã được luộc hoặc chần Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm chi phí sản xuất từ 30% đến 50%.

Nghiên cứu của Adisak Nathakaranakule và cộng sự (2010) cho thấy việc kết hợp bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy nhãn giúp tăng tốc độ sấy, giảm thời gian sấy so với các phương pháp truyền thống Sản phẩm nhãn sau khi sấy có cấu trúc xốp hơn, ít co ngót, tỷ lệ bù nước cao, độ cứng và độ dẻo dai thấp hơn Đặc biệt, màu sắc của nhãn khô trở nên đỏ và sẫm hơn, mang lại chất lượng vượt trội cho sản phẩm.

H Umesh Hebbar cùng với cộng sự (2004) nghiên sấy kết hợp hồng ngoại với máy sấy không khí nóng cho sấy cà rốt và khoai tây Kết quả sấy kết hợp hồng ngoại và không khí nóng của cà rốt và khoai tây với thời gian sấy giảm 48%, bên cạnh đó tiêu thụ năng lƣợng ít hơn 63% so với sấy không khí nóng

D.G Praveen Kumar cùng cộng sự (2005) nghiên cứu sấy hành tây lát mỏng (2mm) kết hợp hồng ngoại và không khí nóng Kết quả sấy kết hợp hồng ngoại với

17 không khí nóng rút ngắn thời gian sấy và cho chất lƣợng lát hành tây tốt hơn so với sấy hồng ngoại và không khí nóng

1.2.3 Thảo luận và đề xuất mô hình sấy

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ SẤY HỒNG NGOẠI

Sấy vật liệu ẩm

Sấy là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu ẩm bằng phương pháp nhiệt tại một nhiệt độ và áp suất xác định, nhằm mục đích sau:

 Giảm khối lƣợng, giảm công chuyên trở và chi phí vận chuyển

 Giảm độ ẩm, giảm hoạt độ của nước trong vật liệu ẩm, làm tăng khả năng bảo quản

 Làm thay đổi các đặc tính lưu biến của vật liệu ẩm về độ cứng, độ đàn hồi, độ dẻo, độ dai, …, làm tăng độ bền cho sản phẩm

 Làm thay đổi giá trị cảm quan, tiện lợi trong việc sử dụng, v.v

Sấy là một quá trình công nghệ phức tạp với nhiều phương pháp khác nhau Dựa trên dấu hiệu về năng lượng, có hai phương pháp sấy chính được áp dụng.

- Loại bỏ ẩm nước ra khỏi vật liệu, không làm thay đổi trạng thái liên kết: vẫn ở dạng lỏng

- Loại bỏ ẩm khi thay đổi trạng thái liên kết: lỏng biến thành hơi

Loại thứ nhất được thực hiện qua các phương pháp cơ học như ép, ly tâm và lọc Trong khi đó, loại thứ hai liên quan đến việc sử dụng nhiệt để hâm nóng vật liệu ẩm, giúp bốc hơi nước trên bề mặt và làm sôi lỏng, từ đó nước sẽ dần thoát ra ngoài.

Các phương pháp sấy vật liệu ẩm

Dựa vào trạng thái của tác nhân sấy và cách tạo động lực cho quá trình di chuyển ẩm, phương pháp sấy được chia thành hai loại: sấy nóng và sấy lạnh.

Trong phương pháp sấy nóng, nhiệt được cung cấp để tạo ra độ chênh lệch thế sấy giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy Hệ thống sấy nóng thường được phân loại dựa trên phương pháp cung cấp nhiệt, trong đó có hệ thống sấy đối lưu.

Trong hệ thống sấy đối lưu, vật liệu được làm khô bằng cách nhận nhiệt từ một nguồn nhiệt độ cao, thường là không khí nóng hoặc khói lò Đây là loại hệ thống sấy phổ biến nhất, và trong đó, có nhiều loại khác nhau được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động và cấu trúc thiết kế.

 Hệ thống sấy thùng quay

 Hệ thống sấy khí động b Hệ thống sấy tiếp xúc

Vật liệu sấy hấp thụ nhiệt từ bề mặt nóng, tạo ra độ chênh lệch áp suất cần thiết trong hệ thống sấy tiếp xúc Điều này được thực hiện bằng cách tăng áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy so với áp suất hơi nước trong tác nhân sấy Các hệ thống sấy phổ biến bao gồm hệ thống sấy lô và hệ thống sấy tang Ngoài ra, hệ thống sấy bức xạ cũng là một phương pháp quan trọng trong quá trình này.

VLS hấp thụ nhiệt từ nguồn bức xạ, giúp ẩm dịch chuyển từ bên trong vật liệu sấy ra bề mặt, sau đó khuếch tán vào tác nhân sấy Trong hệ thống sấy bức xạ, sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa vật liệu và tác nhân sấy được tạo ra thông qua việc đốt nóng vật liệu sấy Các hệ thống sấy khác cũng có những phương pháp riêng để đạt được hiệu quả sấy tối ưu.

Trong hệ thống sấy nóng, ngoài các phương pháp sấy truyền thống, còn có hệ thống sấy sử dụng dòng điện cao tần và hệ thống sấy dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật liệu.

Nhận xét ưu, nhược điểm của phương pháp sấy nóng: Ưu điểm:

 Phương pháp sấy nóng phổ biến và hệ thống sấy đa dạng, áp dụng cho nhiều loại vật liệu sấy

 Dải nhiệt độ nóng rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại vật liệu sấy

 Nguồn nhiệt cung cấp phong phú

 Chi phí đầu tƣ thiết bị không cao

 Không thích hợp cho một số loại vật liệu có đặc tính nhạy cảm với nhiệt độ

 Chất lƣợng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi

 Chi phí năng lƣợng cao

Trong hệ thống sấy lạnh, nhiệt độ của vật liệu sấy (VLS) có thể cao hơn hoặc thấp hơn 0°C Sấy lạnh mang lại chất lượng sản phẩm tốt nhất, nhưng hệ thống phức tạp, yêu cầu vốn đầu tư lớn và chi phí năng lượng cao cho mỗi đơn vị sản phẩm Do đó, sấy lạnh thường chỉ được áp dụng khi VLS không chịu được nhiệt độ cao và có yêu cầu khắt khe về chất lượng sản phẩm như màu sắc và hương vị Hệ thống sấy lạnh có thể được phân loại theo nhiều dạng, trong đó có hệ thống lạnh ở nhiệt độ trên 0°C.

Trong hệ thống HTS, không khí thường được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc hấp phụ, sau đó được điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu công nghệ trước khi đi qua VLS Khi áp suất hơi nước trong TNS thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt vật phẩm, ẩm từ bề mặt VLS sẽ bay hơi vào TNS, dẫn đến sự dịch chuyển ẩm từ bên trong vật ra bề mặt Quy luật dịch chuyển ẩm trong các HTS lạnh ở nhiệt độ t > 0 tương tự như trong các HTS đối lưu, với sự khác biệt chủ yếu nằm ở cách giảm áp suất hơi nước trong TNS.

Trong hệ thống thăng hoa (HTS), nước dưới điểm ba thể (T < 273K, p < 610Pa) nhận nhiệt lượng qua dẫn nhiệt và bức xạ, khiến nước chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi và đi vào trạng thái không gian (TNS) Để thực hiện quá trình này, cần làm lạnh vật liệu lỏng (VLS) xuống dưới 0°C trong kho lạnh, sau đó đưa VLS ẩm ở dạng rắn vào bình thăng hoa Tại đây, VLS được đốt nóng trong khi tạo chân không xung quanh bằng bơm hút chân không Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả trong việc chuyển đổi trạng thái mà không cần qua giai đoạn lỏng.

- Phương pháp sấy này gần như bảo toàn được chất lượng sản phẩm bao gồm màu sắc, mùi vị và thành phần hóa học

- Chi phí đầu tƣ ban đầu lớn nhƣ phải dùng bơm chân không và máy lạnh để cấp đông sản phẩm trước khi đưa vào sấy

Hệ thống sấy thường có thiết kế cồng kềnh, vận hành phức tạp và tốn kém trong việc bảo trì Sấy thăng hoa là phương pháp hiệu quả để xử lý các sản phẩm có giá trị kinh tế cao hoặc những sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ Ngoài ra, hệ thống sấy chân không cũng là một lựa chọn phổ biến trong ngành công nghiệp này.

Nếu nhiệt độ của VLS nhỏ hơn 273K nhưng áp suất xung quanh lớn hơn 610Pa, khi nhận nhiệt lượng, các phân tử nước ở thể rắn sẽ chuyển thành thể lỏng, sau đó mới chuyển thành thể hơi, dễ dàng đi vào TNS.

Do tính phức tạp và chi phí cao, hệ thống sấy chân không và sấy thăng hoa thường chỉ được áp dụng cho những sản phẩm quý hiếm không chịu được nhiệt độ cao Vì vậy, những phương pháp sấy này là chuyên dụng và không phổ biến Một giải pháp thay thế hiệu quả là sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Tác nhân sấy thông thường là không khí, được khử ẩm qua phương pháp làm lạnh hoặc hấp phụ, sau đó được đốt nóng đến nhiệt độ yêu cầu và đi qua vật liệu sấy Khi phân áp suất ph trong tác nhân sấy nhỏ hơn phân áp suất hơi nước pbm trên bề mặt vật liệu, ẩm từ bề mặt sẽ bay hơi vào tác nhân sấy, giúp dịch chuyển ẩm trong lòng vật liệu ra bề mặt Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả trong việc loại bỏ độ ẩm.

- Năng suất hút ẩm khá lớn

- Khả năng giữ chất lƣợng, hàm lƣợng chất dinh dƣỡng của sản phẩm tốt (phụ thuộc vào nhiệt độ sấy)

Nhược điểm của việc tạo ra Ph trong tác nhân sấy bé là việc sử dụng máy hút ẩm hấp phụ kết hợp với máy lạnh để hạ nhiệt độ tác nhân sấy Phương pháp này gặp phải một số hạn chế đáng kể.

- Chi phí đầu tƣ ban đầu lớn do phải sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh

- Chất hút ẩm phải thay thế theo định kỳ

- Điện năng tiêu thụ lớn do cần cho chạy máy lạnh để tách ẩm và điện trở để hoàn nguyên chất hấp phụ

- Lắp đặt, vận hành phức tạp

Trong môi trường có bụi, việc dừng máy thường xuyên để vệ sinh chất hấp phụ không chỉ gây khó khăn mà còn tốn kém và giảm hiệu quả Giải pháp sử dụng bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp có thể giúp cải thiện tình hình này.

Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại

2.3.1 Đặc điểm bức xạ hồng ngoại

2.3.1.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại

Tia hồng ngoại là loại ánh sáng đỏ không trông thấy, có bản chất là sóng điện từ, với bước sóng điện từ dao động từ (0,76 ÷ 1000) μm

Bức xạ hồng ngoại là nguồn năng lượng hiệu quả trong kỹ thuật sấy các vật liệu mỏng như bánh tráng và các loại củ cắt lát Tuy nhiên, sự phân bố không đều của đèn có thể gây cong vênh cho vật liệu Để đảm bảo vật liệu được chiếu đều, cần bố trí khoảng cách hợp lý giữa các nguồn đèn Việc chọn khoảng cách chiếu tối ưu từ nguồn đến vật liệu và vật liệu thích hợp làm tường ngăn cho máy sấy hồng ngoại cũng rất quan trọng để tăng hiệu suất chiếu và tiết kiệm nhiên liệu Tất cả những yếu tố này đều ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy.

2.3.1.2 Đặc điểm và tính chất của tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại di chuyển theo đường thẳng từ nguồn phát, với tốc độ ánh sáng, và không làm nóng không khí mà nó đi qua.

Khi một vật phát ra bức xạ hồng ngoại, một lượng nhỏ tia hồng ngoại sẽ bị hấp thụ bởi CO2, hơi nước và một số hạt khác trong không khí.

Cường độ bức xạ hồng ngoại giảm theo khoảng cách từ nguồn phát đến vật thể, trong khi nhiệt độ và các thuộc tính vật lý của vật thể cũng ảnh hưởng đến hiệu quả và bước sóng phát ra.

Khi năng lượng hồng ngoại tác động lên các đối tượng, nó kích thích và làm cho các điện tử dao động Sự dao động này sinh ra nhiệt, dẫn đến việc nước bốc hơi nhanh chóng.

2.3.1.3 Các nguồn phát ra tia hồng ngoại

Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 0 K đều phát ra tia hồng ngoại

2.3.1.4 Ứng dụng của tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại phát ra năng lượng nhiệt, cho phép bay hơi nước trong thực phẩm, đồng thời được ứng dụng trong y tế để điều trị các bệnh xương khớp Trong lĩnh vực truyền thông, tia hồng ngoại hỗ trợ việc truyền tải thông tin giữa các thiết bị như máy tính và điện thoại Ngoài ra, nó còn được sử dụng để đo nhiệt độ từ xa trong các ứng dụng đo lường.

2.3.2 Sấy bằng bức xạ hồng ngoại

Sấy bức xạ hồng ngoại là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ độ ẩm trong thực phẩm, sử dụng tia hồng ngoại làm nguồn năng lượng chính để làm bay hơi nước Phương pháp này giúp bảo quản chất lượng và hương vị của thực phẩm trong quá trình sấy.

2.3.3 Cơ chế sấy khô vật liệu ẩm bằng bức xạ hồng ngoại

Năng lượng từ bóng đèn hồng ngoại có khả năng làm bay hơi nước trong các vật liệu ẩm, giúp chúng khô nhanh chóng Bài viết này sẽ khám phá cơ chế làm khô của bức xạ hồng ngoại khi tác động lên các loại vật liệu ẩm, từ đó giải thích tại sao phương pháp này lại hiệu quả trong việc loại bỏ độ ẩm.

Hầu hết các vật liệu ẩm được cấu tạo từ nước và hợp chất hữu cơ, và dưới cùng một điều kiện, chúng hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại ở các bước sóng khác nhau Điều này cho phép chúng ta điều chỉnh năng lượng bức xạ về bước sóng tối ưu, giúp nước trong vật liệu ẩm bay hơi hiệu quả hơn Khi cung cấp điện cho bóng đèn hồng ngoại, đèn phát sáng và tạo ra tia hồng ngoại chiếu vào vật liệu ẩm trong phòng sấy, từ đó tối ưu hóa quá trình sấy.

Khi đèn hồng ngoại chiếu tới vật liệu ẩm, nội năng của nước trong đó tăng nhanh, dẫn đến ma sát giữa các phân tử nước gia tăng và nhiệt độ nước gần đạt đến điểm sôi, từ đó nước bắt đầu bốc hơi ra môi trường Các hợp chất hữu cơ trong vật liệu ẩm, giống như các vật trong suốt, hấp thụ bức xạ hồng ngoại không đáng kể, nên nếu chúng là thực phẩm thì không bị ảnh hưởng bởi bức xạ này Việc điều chỉnh năng lượng bức xạ hồng ngoại đến bước sóng mà nước tự do trong vật liệu ẩm hấp thụ tối đa là khả thi, nhờ vào mối quan hệ giữa bước sóng và nhiệt độ của bóng đèn hồng ngoại.

Theo định luật Vien, chúng ta có thể điều khiển nhiệt độ bóng đèn để thu được bước sóng phù hợp, nằm trong khoảng (2,5 ÷ 3,5) μm, nơi nước hấp thụ cực đại Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm khô vật liệu ẩm nhờ vào tính chất nhiệt của tia hồng ngoại Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình sấy là bước sóng của tia hồng ngoại và nhiệt độ mà nó phát ra Sự kết hợp này không chỉ tăng tốc độ sấy mà còn giảm đáng kể thời gian sấy, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình này.

2.3.4 Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại

Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại sử dụng năng lượng từ các tia bức xạ để làm nóng vật liệu, giúp bay hơi ẩm hiệu quả Nhiệt lượng cung cấp cho vật liệu sấy làm cho chúng nóng dần lên, từ đó ẩm bốc hơi Cường độ và đặc tính của quá trình truyền nhiệt và khối trong sấy bức xạ phụ thuộc vào quang phổ bức xạ của vật phát ra và khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật liệu sấy.

Trong hệ thống sấy bức xạ, vật liệu sấy hấp thụ nhiệt từ nguồn bức xạ, khiến độ ẩm di chuyển từ bên trong ra bề mặt và khuếch tán ra môi trường Quá trình này được thực hiện bằng cách chiếu tia hồng ngoại lên sản phẩm, với nguồn phát là các đèn đặc biệt có bộ phận phản xạ để định hướng tia vào vật liệu Tuy nhiên, phương pháp này có thể gây quá nhiệt, làm cho bề mặt nóng nhanh hơn bên trong, do đó không phù hợp cho các vật liệu dày Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại diễn ra qua ba giai đoạn khác nhau.

Giai đoạn làm nóng vật bắt đầu khi đưa vật vào buồng sấy và tiếp xúc với môi trường sấy, kết thúc khi nhiệt độ môi trường đạt mức nhiệt độ kế ướt Trong quá trình này, toàn bộ vật được gia nhiệt, dẫn đến sự giảm độ ẩm của vật, mặc dù mức độ giảm còn thấp.

Giai đoạn sấy tốc độ không đổi bắt đầu khi kết thúc giai đoạn gia nhiệt, tại thời điểm này, nhiệt độ môi trường sấy đạt đến nhiệt độ kế ướt Trong giai đoạn này, ẩm trong vật liệu sẽ tiếp tục hóa hơi, chủ yếu là nước tự do bên trong vật di chuyển ra lớp vật liệu sát bề mặt.

Các biến đổi của sản phẩm trong quá trình sấy

Trong quá trình sấy vật liệu ẩm, nhiều biến đổi vật lý và cấu trúc cơ học xảy ra, dẫn đến những biến đổi bất lợi có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

Trong quá trình sấy, một lượng nước lớn từ nguyên liệu được giải phóng ra môi trường bên ngoài, dẫn đến sự thay đổi trong cấu trúc tế bào và hình dạng của vật liệu, bao gồm hiện tượng biến dạng, co rút và biến đổi độ xốp.

Thay đổi nồng độ chất khô: tăng lên

Phản ứng thủy phân và hồ hóa glucid

Các phản ứng tạo melanoidin, caramel

Phản ứng oxy hóa và polyme hóa các hợp chất polyphenol

Phân hủy vitamin và biến đổi chất màu, các hợp chất có hoạt chất sinh học

Biến đổi màu sắc của sản phẩm là một yếu tố quan trọng, khi màu trở nên sẫm hơn do sự mất Mg trong phân tử clorofil, dẫn đến sự chuyển hóa thành pheophitin trong điều kiện nóng, ẩm và môi trường acid Để duy trì màu xanh tự nhiên, cần kiểm soát tốt quá trình chuyển hóa Mg, đặc biệt trong môi trường kiềm nhẹ Chọn chế độ sấy thích hợp không chỉ giúp cố định màu sắc mà còn tạo ra hình dạng đẹp, làm cho sản phẩm trở nên sáng và bóng hơn, đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng.

Mùi hương có thể bị tổn thất do sự bay hơi của các chất theo độ ẩm và nhiệt độ, đặc biệt là các hợp chất thơm trong thực phẩm có nguồn gốc sinh học.

Vị: do độ ẩm giảm nên nồng độ chất vị tăng lên, cường độ vị tăng

Khi sấy carotenoit bị biến đổi, nhiệt độ sấy càng cao và thời gian sấy càng dài thì sắc tố này càng biến đổi mạnh

Trong quá trình sấy và xử lý bằng SO2, antioxian có thể bị biến đổi và sẫm màu Rau quả thường chuyển sang màu đen hoặc nâu do phản ứng giữa đường khử và axit amin, hoặc do sự khử nước của đường dưới tác động của nhiệt độ, dẫn đến hiện tượng oxy hóa hoặc trùng ngưng của pirocatexin.

2.4.3 Biến đổi sinh học và hóa sinh

Khi sấy ở nhiệt độ cao, quá trình tách nước diễn ra, dẫn đến việc giảm hoạt độ nước và làm mất môi trường sống của vi sinh vật Đồng thời, protein bị biến tính, gây bất hoạt trung tâm hoạt động của enzyme.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng ngoại

Giống nguyên liệu Độ chín của nguyên liệu: phụ thuộc vào thời điểm thu hoạch

Hàm lượng nước trong nguyên liệu: Thực phẩm ít nước thì thời gian sấy ngắn hơn thực phẩm chứa nhiều nước

Hình dạng nguyên liệu: Thực phẩm có bề dày mỏng thì sấy sẽ nhanh hơn

Các mối liên kết trong vật liệu bao gồm:

- Liên kết hóa học: Thể hiện dưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử

Lượng ẩm trong liên kết hóa học có tỷ lệ nhất định và khi vật liệu bị tách ẩm liên kết hóa học, tính chất của nó sẽ thay đổi Thông thường, ở nhiệt độ từ 120 đến 150 độ C, quá trình sấy không thể tách được ẩm liên kết hóa học.

Liên kết hóa lý bao gồm liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu, trong đó lượng ẩm không tuân theo tỷ lệ cố định Trong quá trình sấy, thường chỉ có một phần ẩm hấp phụ được tách ra.

Liên kết cơ lý bao gồm các dạng như liên kết cấu trúc, liên kết mao quản và liên kết thấm ướt Những liên kết này có kích thước nhỏ, do đó dễ dàng tách ra khi cần thiết.

Quá trình sấy liên quan đến việc loại bỏ ẩm cơ lý, ẩm thẩm thấu và một phần ẩm hấp phụ đa phân tử Ẩm còn lại trong vật liệu sau khi sấy được gọi là ẩm tự do.

2.5.2 Yếu tố tác nhân sấy

Nhiệt độ sấy ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả của quá trình sấy Mặc dù nhiệt độ cao giúp tăng tốc độ sấy, nhưng cần lưu ý rằng rau quả có khả năng chịu nhiệt kém, do đó không nên sử dụng nhiệt độ quá cao để bảo đảm chất lượng sản phẩm.

Trong môi trường ẩm nếu nhiệt độ cao hơn 70 0 C thì protein bị biến tính, trên 90 0 C

Khi nhiệt độ đạt 40 độ C, fructose bắt đầu bị oxy hóa, dẫn đến các phản ứng tạo melanoidin và polyme hóa các hợp chất cao phân tử Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, rau quả có nguy cơ bị cháy Vì vậy, chế độ sấy ôn hòa với nhiệt độ không quá cao thường được áp dụng để bảo vệ chất lượng sản phẩm.

Thời gian sấy, vận tốc của tác nhân sấy

Tốc độ tăng nhiệt của tác nhân sấy và vật liệu sấy ảnh hưởng lớn đến hiệu suất sấy Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh, quá trình bốc hơi sẽ diễn ra nhanh hơn so với khả năng di chuyển của ẩm từ bên trong ra bề mặt, dẫn đến việc rau quả bị rắn lại và cản trở thoát ẩm Ngược lại, nếu tốc độ tăng nhiệt chậm, cường độ thoát ẩm sẽ yếu, làm giảm hiệu suất và năng suất sấy.

Vận tốc lưu thông của không khí trong thiết bị sấy dòng khí có thể diễn ra theo hai hướng: song song hoặc ngược chiều với chuyển động của sản phẩm ẩm Ngoài ra, không khí cũng có thể lưu thông theo chiều thẳng góc hoặc trên bề mặt của sản phẩm sấy đứng yên.

2.5.3 Yếu tố thiết bị sấy

Thiết bị đóng vai trò quan trọng trong quá trình sấy, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Các yếu tố như cấu hình và năng suất của thiết bị là những yếu tố chính quyết định hiệu quả của quá trình này.

Quy trình công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại cần nghiên cứu

Nguyên liệu Đóng gói, Bảo quản

Xử lý, tách vỏ, hạt

Xếp khuôn, đặt vào buồng sấy

Cơm mít (sản phẩm mít)

Nghiên cứu chế độ công nghệ sấy

Hình 2.5 Quy trình công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại

Mít sau khi thu mua đƣợc phân loại để phù hợp với độ chín của từng trái Mít

Khi chọn mít chín có gai, cần đảm bảo quả to, thơm, không bị dập hay hư hỏng, và khi ấn tay nhẹ sẽ thấy mềm mà không có vết thâm đen Nguyên liệu phải đáp ứng các tiêu chí chất lượng như lượng thuốc trừ sâu và hàm lượng kim loại trong giới hạn cho phép Thông thường, mít được thu hoạch khi còn già và để ở nhiệt độ thường trong 2 đến 3 ngày để tự chín, giúp tránh hư hỏng và có thể điều chỉnh độ chín theo nhu cầu Cần tránh để mít chín trên cây vì sẽ thu hút côn trùng gây hư hỏng nguyên liệu.

Sau khi nguyên liệu đạt độ chín thích hợp, cần rửa sạch cặn bẩn bên ngoài bằng nước Tiếp theo, cắt đôi quả mít để lấy phần cơm, đồng thời gọt bỏ lõi, hạt và vỏ mít Quá trình này cần thực hiện nhanh chóng để bảo toàn các thành phần của nguyên liệu Cuối cùng, sau khi thu được cơm mít, ta có bán thành phẩm sẵn sàng cho quá trình sấy.

Sau khi thu nhận cơm mít, cần xếp vào khay và đặt vào buồng sấy Độ dày của lớp nguyên liệu sấy ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy; lớp nguyên liệu mỏng giúp sấy nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ giảm năng suất Ngược lại, lớp nguyên liệu dày làm giảm lưu thông không khí, gây đổ mồ hôi do ẩm Do đó, nên xếp lớp rau quả với khối lượng phù hợp trên các thiết bị sấy để đạt hiệu quả tối ưu.

Sau khi sản phẩm được xếp vào khuôn, tiến hành sấy theo chế độ công nghệ đã nghiên cứu Sau khi sấy xong, cần phân loại để loại bỏ những sản phẩm không đạt chất lượng do cháy hoặc chưa đạt độ ẩm yêu cầu Các sản phẩm khô đạt tiêu chuẩn sẽ được đổ vào khay hoặc chậu lớn để điều hòa độ ẩm Cuối cùng, sản phẩm phải được làm nguội hoàn toàn trước khi đóng gói để tránh hiện tượng đổ mồ hôi.

Tùy thuộc vào từng loại sản phẩm, thời gian bảo quản và đối tượng sử dụng, quy cách đóng gói sẽ khác nhau Bên cạnh đó, điều kiện vận chuyển và bảo quản cũng đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn bao bì phù hợp.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY