Nghiên cứu sấy cá cơm bằng PP hồng ngoại kết hợp sấy lạnh

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Nghiên cứu sấy cá cơm bằng PP hồng ngoại kết hợp sấy lạnh

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của đề tài .1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

3 Đối tượng nghiên cứu và nội dung nghiên cứu của đề tài .2

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài .3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1.TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CÁ CƠM 5

1.1.1 Cá cơm săn (Stolephorus tri): 5

1.1.2 Cá cơm thường (Stolephorus commersonii) 7

1.1.3 Cá cơm trổng 9

1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CÁ CƠM 11

1.2.1 Thành phần hóa học cơ bản của cá cơm thường 11

1.2.2 Thành phần hóa học cơ bản của cá cơm săn 11

1.2.3 Thành phần các axit amin của cá cơm tươi 12

1.3 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY 12

1.3.1 Khái niệm về sấy 13

1.3.2 Đặc điểm quá trình sấy 13

1.3.3 Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu 15

1.3.4 Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy 19

1.3.5 Giới thiệu về phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại .22

1.3.5.1 Khái niệm bức xạ hồng ngoại 22

1.3.5.2 Khái niệm sấy bức xạ hồng ngoại: 23

1.3.5.3 Cơ chế truyền nhiệt trong bức xạ hồng ngoại 23

1.3.5.4 Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại 24

1.3.5.5 Cơ chế sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh để sấy cá cơm săn .26

1.3.6 Những biến đổi của cá trong quá trình sấy khô .31

1.3.6.1 Sự biến đổi về trạng thái và tổ chức của quá trình 31

1.3.6.2 Sự biến đổi về hóa học 33

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 37

2.2 THIẾT BỊ SẤY HỒNG NGOẠI KẾT HỢP SẤY LẠNH 37

2.2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của tủ sấy bức xạ đèn hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh 37

2.2.1.1 Cấu tạo cơ bản 37

2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của tủ sấy kết hợp 38

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .38

2.3.1 Phương pháp sấy khô 38

2.3.2 Sơ đồ bố trí các thí nghiệm .39

2.3.3 Các phương pháp đánh giá 40

2.3.3.1 Xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu bằng phương pháp sấy đến khi khối lượng không đổi .40

2.3.3.2 Xác định độ ẩm của nguyên liệu trong quá trình sấy bằng cân điện tử 40

2.3.3.3 Đánh giá chất lượng cảm quan .41

2.3.3.4 Xác định các thông số liên quan đến quá trình sấy 44

2.3.3.5 Tỷ lệ hút nước trở lại 44

2.3.3.6 Xác định hàm lượng NH3 44

2.3.3.7 Xác định hàm lượng axit béo, Protein và kiểm tra vi sinh vật 45

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .47

3.1 QUY TRÌNH SẤY CÁ CƠM SĂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỒNG NGOẠI KẾT HỢP SẤY LẠNH .47

3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ SẤY ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA CÁ CƠM SĂN 49

3.3 SO SÁNH CHẾ ĐỘ SẤY THÍCH HỢP NHẤT (400C) CỦA PHƯƠNG PHÁP SẤY HỒNG NGOẠI KẾT HỢP SẤY LẠNH VỚI PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG ( PHƠI NẮNG) ĐỐI VỚI SẢN

PHẨM CÁ CƠM SĂN .53

3.4 TỶ LỆ HÚT NƯỚC PHỤC HỒI CỦA SẢN PHẨM 55

3.5 ĐÁNH GIÁ CẢM QUAN SẢN PHẨM .58

3.6 MỘT SỐ CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG HÓA HỌC (PROTEIN, AXIT BÉO) CỦA SẢN PHẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP SÂY ( TOS = 400C) SO VỚI PHƯƠNG PHÁP PHƠI NẮNG .59

3.6.1 So sánh chỉ tiêu protein 59

3.6.2 So sánh chỉ tiêu axít béo .60

3.7 NGHIÊN CỨU CHỈ TIÊU VI SINH CỦA SẢN PHẨM .60

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 61

DANH MUCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Cơ sở đánh giá chất lượng cảm quan bằng phương pháp cho điểm .41

Bảng 2.2:Quy định các cấp độ đối với sản phẩm thực phẩm .42

Bảng 2.3:Bảng điểm cảm quan .42

Bảng 2.4: Bảng điểm đánh giá chất lượng cảm quan của cá cơm săn khô 43

Bảng 3.1: Bảng hàm lượng ẩm cá trước và sau khi luộc 50

Bảng 3.2 Bảng biến đổi ẩm và tốc độ sấy cá theo nhiệt độ sấy 50

Bảng 3.3:Bảng biến đổi ẩm ở nhiệt độ sấy 400C và phơi nắng 53

Bảng 3.4 Khả năng hút nước phục hồi của cá cơm săn khô 57

Bảng 3.7 Tỷ lệ hút nước phục hồi của cá cơm săn sấy khô 58

Bảng 3.8 Điểm đánh giá cảm quan đối với các mẫu sản phẩm cá cơm săn khô 58

DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Đồ thị 3.1: Biến đổi ẩm của cá theo thời gian ở các nhiệt độ sấy khác nhau 51

Đồ thị 3.2: Đường cong tốc độ sấy của cá ở các nhiệt độ sấy khác nhau 51

Đồ thị 3.3 Biến đổi ẩm của cá ở chế độ sấy 400C 54

LỜI NÓI ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Chế biến thủy sản là ngành nghiên cứu và ứng dụng khoa học kỹ thuật và công nghệ để sản xuất ra những mặt hàng thủy sản có giá trị dinh dưỡng cao trong thực phẩm và góp phần tăng tỷ trọng xuất khẩu trong những ngành có giá trị xuất khẩu cao của cả nước Tuy nhiên, công nghệ ché biến của nước ta chủ yếu với những mặt hàng thủy sản đông lạnh và một số sản phẩm đồ hộp mà chưa chú trọng nhiều đến công nghệ chế biến thủy sản khô Đối với ngành này, hiện nay nước ta dang còn rất thô sơ, chưa được chú trọng đầu tư một cách đúng mức, sản xuất sản phẩm thủy sản khô chủ yếu bằng phương pháp rất thủ công, thô sơ

đó là dùng không khí nóng từ các lò than hoặc phơi nắng Phương pháp thủ công truyền thống này phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện thời tiết và môi trường, thời gian làm khô kéo dài, sản xuất không liên tục, sản phẩm chịu tác động của nhiệt

độ cao làm giảm chất lượng, tỷ lệ hao hụt nguyên liệu và phế liệu là lớn đặc biệt

là về mặt vệ sinh an toàn thực phẩm không đạt yêu cầu do nguyên liệu chịu tác động trực tiếp của môi trường làm giảm quá trình sử dụng, giá trị kinh tế và không đạt yêu cầu xuất khẩu Vì vậy, ngành chế biến thủy sản khô cần được ứng dụng những công nghệ mới nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như làm tăng giá trị kinh tế trong việc xuất khẩu thủy sản nói chung của cả nước

Một trong những công nghệ làm khô mới thì phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh là một giải pháp hữu hiệu trong công nghệ sấy

để thay thế phương pháp làm khô thủ công truyền thống vì nó có những ưu điểm vượt trội và đã có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội

 Những ưu điểm của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh so với phương pháp làm khô thủ công truyền thống như sau:

 Tuy nhiệt độ sấy thấp nhưng thời gian sấy ngắn hơn do đo sản phẩm ít bị tổn thất và chất lượng chất lượng được đảm bảo

 Nguyên liệu suốt thời gian làm khô được tránh tiếp xúc với môi trường ngoài do tủ sấy kín Vì vậy đảm bảo về mặt vệ sinh an toàn thực phẩm

 Phương pháp sấy an toàn cho nguồn sản xuất

 Sản xuất sấy đạt yêu cầu chất lượng và vệ sinh hơn đạt tiêu chuẩn xuất khẩu làm tăng giá trị kinh tế

 Với nhưng ưu điểm vượt trội của phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh so với phương pháp làm khô thủ công truyền thống Tôi tiến hành nghiên cứu áp dụng công nghệ này đối với sản phẩm cá cơm săn nhằm khẳng định lại tính ưu việt của công nghệ sấy này Đề tài nghiên cứu của tôi là: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sản phẩm cá cơm săn trong phương pháp sấy hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh” Đề tài của tôi ngoài khẳng định tính

ưu việt của phương pháp sấy còn nghiên cứu chon ra chế độ nhiệt độ sấy thích hợp nhất để sản phẩm có chất lượng tốt nhất về mặt giá trị cảm quan và chất lượng

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng cá cơm săn bằng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh từ đó tìm ra nhiệt độ thích hợp nhất để đảm bảo chất lượng sản phẩm là tốt nhất

Khẳng định tính ưu việt của phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh trong công nghệ chế biến khô so với phương pháp thủ công truyền thống

là phơi khô

3 Đối tượng nghiên cứu và nội dung nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cá cơm săn được đánh bắt tại tỉnh Khánh Hòa

·Nội dung nghiên cứu của đề tài:

 Khảo sát chung về nguyên liệu cá cơm săn

 Thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất cá cơm săn bằng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh, bố trí thí nghiệm sấy ở các chế độ nhiệt độ khác nhau(350 ÷ 500)

 Dùng phương pháp đánh giá cảm quan để chọn ra chế độ nhiệt độ sấy thích hợp nhất

 Phân tích một số chỉ tiêu chất lượng( protein, axit béo, tỷ lệ hút nước phục hồi) của sản phẩm cá cơm săn khô bằng phương pháp sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh so với phương pháp thủ công truyền thống là phơi nắng

 Nghiên cứu chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là dùng các chỉ tiêu về cảm quan, các chỉ tiêu hóa học để đánh giá chất lượng sản phẩm cá cơm săn khô bằng phương pháp hồng ngoại kết hợp sấy lạnh

 Vì đây là đề tài nghiên cứu đầu tiên của tôi sau những lý thuyết đã được học trong bốn năm đại học tại trường Đại học Nha Trang Với những kiến thức tích lũy, cùng sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn Trần Đại Tiến tôi đã hoàn thành

đề tài nghiên cứu của mình tại phòng thí nghiệm ở trường Tuy nhiên, với những kinh nghiệm ít ỏi của sinh viên nên đề tài của tôi còn rất nhiều hạn chế và thiếu sót Do vậy tôi kính mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đề tài của tôi được hoàn chỉnh hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ

NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CÁ CƠM

Cá cơm (Stolephorus) thuộc họ cá Trổng (engraulidae) là họ cá đứng đầu

về sản lượng trong ngành khai thác hiện nay trên thế giới và là đối tượng đánh bắt quan trọng trong nghề cá nổi ven biển phân bố rộng từ Bắc đến Nam ở nước ta.Theo ước tính của Viện nghiên cứu biển Nha Trang trữ lượng cá cơm của nước

ta vào khoảng 50÷60 vạn tấn

Cá cơm thường sống thành từng đàn chủ yếu tập trung ở các vùng ven biển(độ sâu dưới 100m) của biển nhiệt đới và cận nhiệt đới, có một số loài phân

bố rộng vào các cửa sông.Các nơi có sản lượng cá cơm cao là: Quảng Ninh, Cửa

Lò, Bình Định, Quảng Nam, Đà Nẵng, Nha Trang, Phan Rang, Phan Thiết Các loài chiếm ưu thế trong khai thác là: cá cơm than-stolephorus heterolobus Ruppel

ở Phú Quốc, cá cơm trổng( hay cá cơm Ấn Độ)-stolephorus indicusBleeker ở Bình Định, cá cơm đỏ-Stolephorus zollingeri Bleeker và cá cơm săn-Stlephorus tri bleeker ở Nha Trang Ở Việt Nam giống cá cơm có khoảng 140 loài, các loài thường gặp :

1.1.1 Cá cơm săn (Stolephorus tri):

 Bộ

Cá Trích (tên Việt Nam)

Clupeiformes (tên khoa học)

 Họ

Cá Trổng (tên Việt Nam)

Engraulidae (tên khoa học)

 Loài

Cá cơm săn(tên Việt Nam)

Stolephorus tri(tên khoa học)

Spined anchovy (tên tiếng anh)

 Đặc điểm hình thái

Cá cơm thường có thân hình dài thon, hơi dẹp bên, màu trắng đục,dọc hai bên đều có dọc trắng bạc Chúng có xương hàm trên dài, mút sau vượt quá rìa sau của xương nắp mang trước, ở phía sau đỉnh trán rộng, rìa bên cong lồi ra, giữa mút cuối xương hàm trên và rìa sau của xương nắp mang trước phẳng hơn, bên ngoài lồi lên Đầu tương đối to, trên đầu có hai chấm màu xanh lục, mõm nhọn, mắt to, không có màng mắt, miệng rộng hơi xiên răng rất nhỏ Có một vây lưng tương đối to,vây ngực to vừa ở thấp, vây bụng nhỏ, vây hậu môn tách biệt với vây đuôi rộng dạng đuôi én, khởi điểm ở dưới gốc vây lưng Các tia phần trên vây ngực không kéo dài thành sợi, cơ trên phần má kéo dài về phía trước che lấp xương gốc nắp mang Ở gốc vây lưng và vây hậu môn đều có một số chấm nhỏ

Cá cơm thường có chiều dài thân gấp 4,4 - 5,2 lần chiều cao thân, gấp 4,5 lần chiều dài đầu, chiều dài đầu gấp 4-6 lần chiều dài mõm Kích thước thông thường của cá cơm thường là 50-70 mm, lớn nhất là 100 mm

4,2-Đặc điểm phân bố

Trên Thế Giới cá cơm thường chủ yếu ở các nước nhiệt đới như: Indonesia,Malaysia, Thái Lan, Philippin, Trung Quốc, Nam Triều Tiên, Ấn Độ, các nước Đông Phi, biển Ả Rập, Vịnh Aden, Madagasca, Mauritius

Ở Việt Nam cá cơm thường phân bố chủ yếu ở các vùng biển như: Quảng Ninh, Hải Phòng, Thanh Hóa, Thái Bình, Nam Định, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Thừa Thiên Huế, Quãng Nam, Quãng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh

Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Vũng Tàu, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang, Cà Mau và vịnh Thái Lan

Đăc điểm khai thác

Cá cơm săn có mùa vụ khai thác quanh năm, rộ nhất vào tháng 8-10 Dụng

cụ khai thác thường là các loại lưới, vó, xăm, mành

Người ta thường khai thác cá có kích thước từ 40-70 mm

Đặc điểm kinh tế

Cá cơm săn có giá trị kinh tế tương đối lớn

Sản lượng khai thác hàng năm có thể lên đến hàng ngàn tấn, mỗi mẻ có thể đạt khoảng 2-2,5 ngàn tấn

Giá trị sử dụng có thể dùng làm nước mắm, phơi khô, ăn tươi, muối chua và làm bột cá dành cho gia súc…

1.1.2 Cá cơm thường (Stolephorus commersonii)

 Bộ

Cá trích (tên Việt Nam)

Cluperformes (tên khoa học)

 Họ

Cá trổng (tên Việt Nam)

Engraulidae (tên khoa học)

 Giống

Cá cơm (tên Việt Nam)

Stolephorus (tên khoa học)

 Loài

Cá cơm thường (tên Việt Nam)

Stolephorus commersonii (tên khoa học)

Commerson’s anchovy (tên tiếng anh)

 Môi trường sống

Cũng giống như cá cơm săn cá cơm thường là loài sống ở ven biển và cửa sông,vụng,vịnh nước lợ

Đặc điểm sinh học

Cá cơm thường thường kết thành đàn lớn, ở trên các tầng giữa và trên bề mặt, thích ánh sáng đèn Thức ăn chủ yếu là tảo silic và chân mái chèo Copepoda Hằng năm cá thường đẻ vào tháng 2 đến tháng 6 ở gần ven biển và cửa sông

Đặc điểm hình thái

Cá cơm thường có thân hình dài thon, hơi dẹp bên, màu trắng đục,dọc hai bên đều có dọc trắng bạc Chúng có xương hàm trên dài, mút sau vượt quá rìa sau của xương nắp mang trước, ở phía sau đỉnh trán rộng, rìa bên cong lồi ra, giữa mút cuối xương hàm trên và rìa sau của xương nắp mang trước phẳng hơn, bên ngoài lồi lên Đầu tương đối to, trên đầu có hai chấm màu xanh lục, mõm nhọn, mắt to, không có màng mắt, miệng rộng hơi xiên răng rất nhỏ Có một vây lưng tương đối to,vây ngực to vừa ở thấp, vây bụng nhỏ, vây hậu môn tách biệt với vây đuôi rộng dạng đuôi én, khởi điểm ở dưới gốc vây lưng Các tia phần trên vây ngực không kéo dài thành sợi, cơ trên phần má kéo dài về phía trước che lấp xương gốc nắp mang Ở gốc vây lưng và vây hậu môn đều có một số chấm nhỏ

Cá cơm thường có chiều dài thân gấp 4,4-5,2 lần chiều cao thân, gấp 4,5 lần chiều dài đầu, chiều dài đầu gấp 4-6 lần chiều dài mõm Kích thước thông thường của cá cơm thường là 50-70 mm, lớn nhất là 100 mm

4,2-Đặc điểm phân bố

Trên Thế Giới cá cơm thường chủ yếu ở các nước nhiệt đới như: Indonesia,Malaysia, Thái Lan, Philippin, Trung Quốc, Nam Triều Tiên, Ấn Độ, các nước Đông Phi, biển Ả Rập, Vịnh Aden, Madagasca, Mauritius…

Ở Việt Nam cá cơm thường phân bố chủ yếu ở các vùng biển như: Quảng Ninh, Hải Phòng, Thanh Hóa, Thái Bình, Nam Định, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Thừa Thiên Huế, Quãng Nam, Quãng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Vũng Tàu, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang, Cà Mau và vịnh Thái Lan

1.1.3 Cá cơm trổng

 Bộ

Cá trích (tên Việt Nam)

Clupeiformes (tên khoa học)

 Họ

Cá trổng (Tên Việt Nam)

Engraulidae (tên khoa học)

 Giống

Cá cơm (tên Việt Nam)

Stolephorus (tên khoa học)

 Loài

Cá cơm trổng (tên Việt Nam)

Stolephorus indicus (tên khoa học)

Indica’s anchovy (tên tiếng anh)

 Môi trường sống

Cá cơm trổng thường sống ở các vùng biển ven bờ và các cửa sông có độ muối thấp

 Đặc điểm sinh học

Cá cơm trổng thường kết thành đàn lớn, bơi lội ở các tầng giữa và trên mặt của các vùng biển ven bờ hay cửa sông có độ muối thấp,có thể ngược dòng nước thủy triều vào sông ở vùng nước lợ, thích ánh sáng đèn

Cá cơm trổng có thân hình to hơn so với các loại cá cơm khác, thường đẻ trứng vào tháng 2 đến tháng 6, thức ăn chủ yếu là thực vật nổi

Cá cơm trổng có chiều dài thân gấp 4,9-5,3 lần chiều cao thân, gấp 4,0-4,9 lần chiều dài đầu

 Đặc điểm phân bố

Trên Thế Giới cá cơm trổng chủ yếu ở các nước nhiệt đới như: Ấn Độ, Malaysia, Indonesia, Singapo, Thái Lan, Campuchia, Trung Quốc và Nhật Bản,

bờ biển Đông Phi…

Ở Việt Nam cá cơm trổng thường gặp ở vịnh Bắc Bộ, vùng bieent Trung

Bộ và vịnh Thái Lan…

 Đặc điểm khai thác

Cá cơm trổng có mùa vụ khai thác từ tháng 6 đến tháng 8

Dụng cụ khai thác thường là các loại lưới vây, vó, xăm đáy, rùng, mành Người ta thường khai thác cá có chiều dài từ 90 - 100 mm, kích thước dài nhất là 135 mm

 Đặc điểm kinh tế

Cá cơm trổng có sản lượng khai thác ít nhất

Giá trị sử dụng thường dùng để ăn tươi

1.2 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CÁ CƠM

1.2.1 Thành phần hóa học cơ bản của cá cơm thường

1.2.3 Thành phần các axit amin của cá cơm tươi

1.3 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY

Nguyên liệu thủy sản nói chung và nguyên liệu cá cơm nói riêng là loại nguyên liệu chứa nhiều nước và giàu chất dinh dưỡng do vậy rất dể bị hư hỏng trong quá trình chế biến và bảo quản Để kéo dài thời gian bảo quản người dân đã nghĩ ra phương pháp đơn giản là làm khô nguyên liệu nhờ vào ánh sáng mặt trời hoặc sấy nóng bằng không khí nóng từ cũi, lò hơi Hiện nay, khoa học ngày càng phát triển với công nghệ kỹ thuật hiện đại áp dụng vào sản xuất để nâng cao chất lượng sản phẩm, phương pháp sấy bằng tia hồng ngoại kết hợp sấy lạnh là một

công nghệ mới đem lại hiệu quả cao nhất trong các phương pháp sấy hiện nay

Để hiểu được thế nào là sấy bằng tía hồng ngoại kết hợp sấy lạnh trước tiên ta phải biết thế nào là sấy:

1.3.1 Khái niệm về sấy

Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dể dàng Sấy làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết do đó vi khuẩn, nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảm hoạt động các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm

Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nước Như vậy, quá trình sấy khô một vật thể diễn biến như sau:

Vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể Vật thể được cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm

Vận chuyển hơi ẩm đã thoát ra khỏi vật thể vào môi trường

 Tóm lại, trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy, quá trình truyền

ẩm từ trong vật sấy ra ngoài bề mặt sấy, quá trình truyền ẩm từ bề mặt vật sấy ra ngoài môi trường Các quá trình truyền nhiệt truyền chất trên xảy ra đồng thời trên vật sấy, chúng có qua lại lẫn nhau

1.3.2 Đặc điểm quá trình sấy

Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt

độ sấy và tốc độ chuyển động của không khí không quá lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn tốc

độ sấy giảm dần Đối với các trường hợp sấy với điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn nhưng các giai đoan có thể đan xen khó phân biệt hơn

 Giai đoạn làm nóng vật

Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước Trong quá trình sấy

này toàn bộ vật được gia nhiệt Ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi

ẩm còn nhiệt độ của vật thì tăng dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ước Tuy vậy,

sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra không đều ở phần ngoài và phần trong vật Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra nhanh

 Giai đoạn sấy tốc độ không đổi

Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ước Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng không đổi Điều này làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi Trong giai đoạn này biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian là tuyến tính Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do Khi độ ẩm của vật đạt đến trị số tới hạn Uk = Ucbmax thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt Đồng thời cũng là chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm

 Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần

Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong

buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa tốc độ sấy bằng không

1.3.3 Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu

 Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu

Dưới sự ảnh hưởng của các nhân tố lý học như: hấp thụ nhiệt, khuếch tán, bay hơi làm nước trong vật liệu tách ra ngoài, đây là một quá trình rất phức tạp gọi là làm khô Nếu quá trình cung cấp nhiệt ngừng lại mà vẫn muốn duy trì quá trình sấy thì quá trình làm khô vật liệu phải được cung cấp một lượng nhiệt nhất định để vật liệu có nhiệt độ cần thiết

Nhiệt cung cấp cho vật liệu Q được đưa tới bằng ba phương thức: bức xạ, chuyền dẫn và đối lưu Sự cân bằng nhiệt khi làm khô được biểu thị:

Trong đó:

Q – là nhiệt lượng cung cấp cho nguyên liệu

Q1 – là nhiệt lượng làm cho các phần tử hơi nước tách ra khỏi nguyên liệu

Q2 – là nhiệt lượng cung cấp để cắt đứt mối liên kết mỗi giữa nước và protein trong nguyên liêụ

Q3 – là nhiệt lượng để làm khô các tổ chức tế bào

Sau khi sấy khô còn phải tính đến nhiệt lượng làm nóng dụng cụ thiết bị

Q4 và nhiệt lượng hao phí ra môi trường xung quanh Q5

Trong quá trình làm khô nước ở trong vật liệu khuếch tán chuyển dần ra bề mặt nguyên liệu và môi trường xung quanh, làm cho không khí trong môi trường xung quanh ẩm lên, nếu không khí ẩm đó không được phân tán thì cho đến một lúc nào đó quá trình sấy khô sẽ dừng lại

Khi nhiệt lượng cung cấp đủ cho nguyên liệu thì nước sẽ thoát ra khỏi nguyên bằng hai quá trình: khuếch tán ngoại và khuếch tán nội

 Khuyếch tán ngoại

Sự chuyển động của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu vào không khí gọi

là khuếch tán ngoại Lượng nước bay hơi do khuếch tán ngoại thực hiện được

dưới điều kiện: áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu E lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí e, sự chênh lệch áp suất đó là: P = E - e

Lượng nước bay hơi đi W tỉ lệ thuận với P, với bề mặt bay hơi F và thời gian làm khô là:

W – lượng nước bay hơi (kg)

B – hệ số bay hơi nước, nó phụ thuộc vào tốc độ gió, hướng gió và trạng thái

bề mặt nguyên liệu

E – áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu (mmHg)

e – áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí (mmHg)

F – diện tích bay hơi nước (m2)

t -thời gian bay hơi (giờ)

 Khuếch tán nội

Khuếch tán nội là do sự chênh lệch giữa các lớp trong nguyên liệu tạo nên sự chuyển động của hàm ẩm ở trong nguyên liệu từ lớp này đến lớp khác để tạo sự cân bằng ẩm trong bản thân nguyên liệu Động lực của khuếch tán nội là sự chênh lệch về độ ẩm giữa các lớp trong và lớp ngoài, nếu sự chênh lệch độ ẩm càng lớn tức là gradian độ ẩm càng lớn thì tốc độ khuếch tán nội xảy ra càng nhanh Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình:

w – lượng nước khuếch tán ra (kg)

t – thời gian khuếch tán (giờ)

 Mối quan hệ giữa khuếch tán ngoại và khuếch tán nội

Khuếch tán ngoại và khuếch tán nội có mối liên quan mật thiết với nhau, tức là khuếch tán ngoại có được tiến hành thì khuếch tán nội mới được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần

Trong quá trình sấy nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh, nhưng điều này rất ít gặp trong quá trình sấy Thông thường, khuếch tán nội của hơi nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn tốc độ bay hơi trên bề mặt Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ gián đoạn vì thế điều chỉnh khuếch tán nội sao cho phù hợp với khuếch tán ngoại là vấn đề rất quan trọng trong quá trình sấy

Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều, sự chênh lệch độ ẩm lớn, do đó khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại nên tốc độ làm khô tương đối nhanh Nhưng, ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít, tốc độ bay hơi bề mặt nhanh mà tốc độ khuếch tán nội lại chậm tạo thành một màng cứng làm ảnh hưởng rất lớn cho quá trình khuếch tán nội Vì vậy làm ảnh hưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu

Sự dịch chuyển của nước trong quá trình làm khô trước hết là nước tự do, sau đó mới đến nước kết hợp Trong suốt quá trình làm khô, lượng nước tự do luôn giảm xuống Lượng nước trong nguyên liệu dịch chuyển dưới hai hình thức

là thể lỏng và thể hơi do phương thức kết hợp của nước trong nguyên liệu quyết định

Trong quá trình làm khô sự di chuyển ẩm phụ thuộc vào độ chênh lệch ẩm

và chênh lệch nhiệt:

+ Sự phụ thuộc chênh lệch của độ ẩm U đến tốc độ thoát ẩm W’

W’ = - K yoU

Dấu (-) biểu thị độ ẩm di chuyển theo hướng giảm dần

Từ thực nghiệm Lucop chứng minh rằng: Khi nguyên liệu được cung cấp nhiệt thì một phần nước sẽ di động từ chỗ có nhiệt độ cao đến chỗ nhiệt độ thấp, tức là theo hướng di động của dòng nhiệt và rõ hơn khi sấy ở nhiệt độ cao Hiện tượng này xảy ra là do ba nguyên nhân sau:

Cường độ vận động của phần tử thể khí hoặc thể lỏng trong giới hạn có nhiệt độ cao hơn so với ở nơi có nhiệt độ thấp

Khi nhiệt độ tăng thì sức căng bề mặt ngoài của thể lỏng giảm do đó lực của ống tiêm mao cũng giảm tạo nên sự chuyển động của chất lỏng theo hướng nhiệt độ giảm xuống, tức là theo phương của dòng nhiệt

Trong ống tiêm mao chứa thể lỏng thường tồn tại nhiều bọt khí, khi nhiệt

độ tăng bọt khí giản nở đẩy thể lỏng theo hướng dòng nhiệt

+ Sự phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ t đến tốc độ thoát ẩm W”

Sự dịch chuyển ẩm do sự chênh lệch nhiệt độ gây nên gọi là “sự truyền dẫn ẩm phần” Lượng nước di chuyển đó tỷ lệ với sự chênh lệch của nhiệt độ t tức là:

W = W’ + W” = -yo(KU -  t)

Nếu hai sự di chuyển đó ngược chiều nhau thì tốc độ làm khô sẽ bé đi Vì vậy, khi làm khô ở giai đoạn đầu nhiệt độ ở ngoài bề mặt thường cao hơn ở bên trong san một thời gian nhiệt đã xuyên thấu vào trong và nâng cao nhiệt độ trung tâm làm cho độ chênh lệch hơi nước của bề mặt nguyên liệu và môi trường xung quanh nhỏ dẫn đến ảnh hưởng của gradien nồng độ sẽ nhỏ đi

Nói chung, khi sấy sự chuyển động của nước chủ yếu là phụ thuộc vào gradien độ ẩm, sự ảnh hưởng của gradien nhiệt độ rất bé Vì vậy, khi làm khô ở nhiệt độ thấp thì ảnh hưởng của gradien nhiệt độ là không đáng kể, nhưng ở nhiệt

độ cao thì ảnh hưởng rõ rệt hơn.Nhất là khi sấy khô bằng tia hồng ngoại do nhiệt

độ tương đối cao cho nên ảnh hưởng của gradien nồng độ khá rõ rệt, tuy tia hồng ngoại có sức đấm xuyên mạnh nhưng trong thời gian ngắn thì sự chênh lệch về nhiệt độ ở trong và ngoài nguyên liệu tương đối lớn nên trong quá trình sấy, có một phần nước sẽ chuyển động theo hướng của dòng nhiệt, dịch chuyển từ ngoài vào trong vì vậy làm chậm quá trình làm khô Do đó, khi làm khô cần nầng cao nhiệt độ lên một cách hợp lý thì có thể thúc đẩy quá trình làm khô nhanh chóng

1.3.4 Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy

 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí

Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió…,việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm,

dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hủy hoại nguyên liệu Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào nguyên liệu béo hay gầy, kết cấu tổ chức của cơ thịt và đối với các nhân tố khác Đối với nguyên liệu gầy người ta làm khô ở nhiệt độ cao hơn nguyên liệu béo Khi sấy ở những nhiệt độ khác nhau thì nguyên liệu có

những biến đổi khác nhau ví dụ: nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn

600C thì protein bị biến tính, nếu trên 900C thì fructaza bắt đầu caramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao phân tử có chứa N và không chứa N,

có màu và mùi thơm xảy ra mạnh mẽ Nếu nhiệt độ cao hơn nữa thì nguyên liệu

có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của sản phẩm Quá trình làm khô tiến triển, sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị phá vỡ, tốc độ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc độ khuếch tán nội thì chậm lại dẫn đến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng đến quá trình làm khô

 Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí

Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy Vì, tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại, dẫn đến

sự hư hỏng sản phẩm, mặt ngoài sản phẩm sẽ lên mốc gây thối rữa tạo thành lớp dịch nhầy có mùi vị khó chịu Vì vậy, cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất

là giai đoạn đầu của quá trình làm khô

Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh Nếu hướng gió thổi tới nguyên liệu với góc 450 thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm

 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại Các nhà bác học Liên Xô và các nước khác đã chứng minh rằng: độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt đầu xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại

Để cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián đoạn tức

là vừa sấy vừa ủ

Làm khô trong điều tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không khí 50% đến 60% do nước ta khí hậu nhiệt đới thường có độ ẩm cao Do đó, một trong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hành làm lạnh để cho hơi nước ngưng tụ lại Khi hạ thấp nhiệt độ của không khí dưới điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng được hạ thấp Như vậy để làm khô không khí người ta áp dụng phương pháp làm lạnh

 Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu

Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ

Trong những điều kiện giống nhau về chế độ sấy (nhiệt độ, áp suất khí quyển) thì tốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt S và tỷ lệ nghịch với chiều dày nguyên liệu δ



S B dt

dw

Trong đó:

S – diện tích bề mặt bay hơi của nguyên liệu

δ – chiều dày của nguyên liệu

B – hệ số bay hơi đặc trưng cho bề mặt nguyên liệu

 Ảnh hưởng của quá trình ủ ẩm

Quá trình ủ ẩm nhằm mục đích là làm cho tốc độ khuếch tán nội và khuếch tán ngoại phù hợp nhau để làm tăng nhanh quá trình làm khô Trong khi làm khô quá trình ủ ẩm người ta gọi là làm khô gián đoạn

 Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu

Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến thành phần hóa học của nguyên liệu như: nước, lipit, protein, chất khoáng, Vitamin, kết cấu tổ chức cơ thịt chắc hay lỏng lẻo

1.3.5 Giới thiệu về phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại

1.3.5.1 Khái niệm bức xạ hồng ngoại

Tia hồng ngoại là loại ánh sáng đỏ không trông thấy, bức sóng 0,76 ÷ 1000µm, có bản chất là sóng điện từ Tia hồng ngoại truyền đi với vận tốc ánh sáng, không đốt nóng không khí mà nó đi qua, một phần không đáng kể được hấp thụ bởi CO2, hơi nước và một số hạt khác ở trong không khí Nhưng nó bị hấp thụ,phản xạ, hoặc truyền qua bởi vật thể mà nó tác động vào

Tia hồng ngoại truyền theo đường thẳng từ nguồn phát ra nó, nó có thể định hướng vào những đối tượng cụ thể thông qua việc sử dụng các gương phản chiếu Cường độ bức xạ hồng ngoại giảm dần theo khoảng cách từ nguồn phát đến vật được phát Nhiệt độ cũng như các thuộc tính vật lý của nó sẽ quyết định hiệu quả cũng như bước sóng phát ra

Tia hồng ngoại có thể được so sánh với sóng radio, tia sáng nhìn thấy, tia

tử ngoại, tia cực tím và tia X Chúng đều có bản chất là sóng điện từ và truyền đi trong không gian với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng 3.108 m/s, chỉ khác ở bước sóng phát ra

Khi năng lương hồng ngoại tác động đến một đối tượng nào đó thì nó sẽ làm cho các điện tử bị kích thích và dao động, sự dao động này tạo ra nhiệt, và có thể làm nước bốc hơi nhanh Tia bức xạ có thể xuyên qua sương mù, lớp sơn, lớp dầu, cơ thịt, xelluloza, mở, da do đó nó được ứng dụng rất rộng rãi và được nghiên cứu đưa vào công nghệ sấy mới là sấy bằng bức xạ hồng ngoại

1.3.5.2 Khái niệm sấy bức xạ hồng ngoại:

Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm bằng nguồn nhiệt

hồng ngoại Năng lượng các tia hồng ngoại xuyên vào và hấp thụ trong thể tích

vật liệu làm thay đổi trường nhiệt độ

Tia hồng ngoại có bước sóng 0.76 ÷ 340µm phát tia bức xạ mà vật liệu ẩm

có khả năng hấp thụ nhiều, nhưng việc chọn nguồn bức xạ để sấy cần liên hệ đến

đặc tính phổ quang học của vật liệu ẩm và các yêu cầu công nghệ xử lý vật liệu Khi vật liệu quá ẩm thì khả năng phản xạ của các tia có thể mạnh hơn khả

năng hấp thụ thì phải thay đổi khoảng bước sóng cho thích hợp

Nhiệt độ của vật phát xạ có thể tính theo công thức:

λmax =

T

2886

Dựa vào λmax có thể tính được khoảng bước sóng cần thiết dùng để sấy:

Vật phát xạ là thạch anh:λ1 =0,5 λmax; λ2 =4,3 λmax

Vật phát xạ là dây wonfram: λ1 =0,52 λmax; λ2 =4,27 ÷6,2.10-4T

Nếu sử dụng đèn hồng ngoại có công suất 250W thì thấy nhiệt độ sát bóng

có thể đạt 163 ÷ 1650C, khi đó :

λmax = 6 , 6

273 164

Vậy, qua thực nghiệm cho thấy các tia hồng ngoại có bước sóng λ = 3 ÷

12µm thì cho khả năng hấp thụ của vật liệu ẩm là lớn nhất

1.3.5.3 Cơ chế truyền nhiệt trong bức xạ hồng ngoại

Đốt nóng bằng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của

sóng điện từ Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một đối tượng nào đó thì nó có

thể hấp thụ hay phản xạ lại với một bức sóng khác, khi đối tượng hấp thụ bức xạ

thì nó sẽ bị nóng lên

Nhiệt bức xạ hồng ngoại theo dõi thay đổi theo hiệu quả phát bức xạ của nguồn, bước sóng và tính phản xạ của đối tượng, nhờ vào đặc tính này mà người

ta có thể sử dụng nhiệt bức xạ có hiệu quả hơn trong những ứng dụng nhất định Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc vào vật liệu của nguồn nhiệt, về cơ bản thì hiệu quả này là tỷ lệ giữa năng lượng phát xạ và năng lượng hấp thụ, còn có một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến hiệu suất phát xạ Một yếu tố nữa là giá trị phát

xạ của nguồn dựa vào mức độ đen của vật “ vật đen tuyệt đối” có mức phát xạ là 1.0, nếu vật phát xạ là gốm thì có thể đạt trên 0.9

Trong phổ điện từ vùng hồng ngoại được chia thành 3 khoảng bước sóng khác nhau là: sóng ngắn, sóng trung và sóng dài

Sóng ngắn ( gần ) từ 0.72 -2 µm tương ứng với nhiệt độ 7000 -21500F

Sóng trung ( trung bình) từ 2 -4µm tương ứng với nhiệt độ 2150- 8450F Sóng dài (xa) từ 4 -1000 µm tương ứng với nhiệt độ 845-< 320F

Khoảng bước sóng hữu ích cho những ứng dụng của nhiệt bức xạ là từ 1.17- 5.4 µm tương ứng với nhiệt độ 4000- 5000F Ứng với khoảng bước sóng này thì đa số các vật liệu sẽ bị đốt nóng và khô đi vì sự hấp thụ đạt đến cực đại Bước sóng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tức là bước sóng càng dài thì nhiệt độ càng thấp

1.3.5.4 Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại

Vật liệu sấy khô trong công nghiệp thực phẩm thường được cấu tạo chủ yếu bởi các chất hữu cơ và nước, phổ hấp thụ năng lượng bức xạ của nước và các chất hữu cơ là khác nhau

Ở mỗi bước sóng nhất định, chất hữu cơ sẽ trở thành “ vật trong suốt” – không hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mà nước sẽ trở thành “ vật đen” – hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại tối đa Do đó khi chiếu hồng ngoại có bước sóng năm trong khoảng 2.5- 3.5 µm tương ứng với bước sóng mà nước có thể hấp thụ tối đa năng lượng bức xạ Kết quả là các phân từ nước sẽ dao động mạnh tạo ma sát và sinh nhiệt rất lớn

Mặt khác, dưới tác động của năng lượng bức xạ phân tử nước dễ dàng bị phân ly thành các ion H+ và OH- nên làm cho ẩm trong vật liệu sấy thoát ra rất nhanh Lúc này, chiều chuyển động của dòng ẩm trùng với chiều chuyển động của dòng nhiệt ( từ trong vật liệu sấy đi ra ngoài bề mặt ) làm tăng quá trình khuếch tán nội, điều này trái ngược hẳn với các phương pháp gia nhiệt thông thường là dòng nhiệt di chuyển từ bề mặt vật liệu vào trong tâm vật liệu, còn ẩm thì di chuyển từ trong vật liệu ra ngoài bề mặt

Người ta chứng minh được rằng, dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại có tần số tương ứng với tần số dao động riêng của liên kết hóa học, các nhóm chức

có khả năng phản ứng cao như: -OH, -COOH, sẽ tác dụng trực tiếp đến liên kết hóa học tạo ra tình huống cộng hưởng làm đứt các liên kết hóa học Kết quả là luôn tăng nhanh vận tốc phản ứng và quá trình sấy lớp sơn phủ bóng tăng

 Tính ưu việt của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại

Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại là công nghệ mới và có những ưu điểm sau:

 Sản phẩm thu được trong quá trình sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại không

bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng các vitamin được bảo toàn đồng thời sản phẩm lại được bảo đảm về mặt vệ sinh thực phẩm tốt

 Màu sắc, mùi vị, các vitamin được đảm bảo không bị thất thoát trong quá trình bảo quản sản phẩm

 Công nghệ sấy bức xạ gốm hồng ngoại cho phép tiết kiệm cả thời gian lẫn năng lượng Phương pháp này hoàn toàn không gây nguy hiểm và sử dụng hóa chất, chất độc, quán tính diệt thấp

 Công nghệ sấy bức xạ gốm hồng ngoại có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn và tính thiết thực cao, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, sấy các loại hạt, rau quả, hạt giống để bảo quản và gieo trồng Nhất là, trong lĩnh vực chế biến thủy sản công nghệ sấy này được ứng dụng để sấy cá, mực, tôm, các sản phẩm thủy sản có giá trị cao khác Trong y học sử dụng công nghệ này sấy các

đối tượng sinh học quan trọng như enzym, mô động thực vật, máu, protein đảm bảo được tính chất, sản phẩm đạt chất lượng vệ sinh cao

 Gradien nhiệt độ và độ ẩm ở lớp sát bề mặt vật là cùng chiều, do đó tăng cường tốc độ khuếch tán nội dẫn tới tốc độ sấy tăng, tránh được quá nhiệt cục bộ

và làm chai bề mặt sản phẩm trong quá trình sấy

 Bức xạ hồng ngoại là một phương pháp gia nhiệt sạch sẽ, an toàn, vô hại đối với người và môi trường

 Dễ dàng điều khiển theo khu vực hiệu suất sử dụng nhiệt cao

 Chi phí vận hành lắp đặt thấp, không tốn diện tích mặt bằng

 Đặc biệt bức xạ hồng ngoại có khả năng tiêu diệt côn trùng, vi sinh vật có hại ngay cả ở nhiệt độ thấp

 Nhược điểm

Tuy nhiên nhiệt bức xạ hồng ngoại có nhược điểm là khả năng xuyên thấu kém 7-30 mm nên chỉ thích hợp sấy các sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng và ở dạng dời, không thích hợp sấy các sản phẩm có chiều dầy lớn hơn 50mm

Sản phẩm sấy dễ bị nứt và cong vênh, vì vậy các vật liệu như men sứ không thích hợp với kiểu sấy này

1.3.5.5 Cơ chế sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh để sấy cá cơm săn

Cơ sở khoa học của sấy bức xạ bằng đèn hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh

 Sấy bức xạ hồng ngoại

 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại

Tia hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được, có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ (0,75m)

Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ Tia hồng ngoại do các vật nung nóng phát ra

Trong ánh sáng măt trời, có khoảng 50% năng lượng của chùm sáng thuộc về tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại là tia nhiệt có bước sóng từ 0,76 ÷ 450 m

Tia hồng ngoại là sóng nhiệt bức xạ, khi nguyên liệu bị chiếu thì quang tốc năng lượng bức xạ của tia hồng ngoại sẽ chuyển thành nhiệt năng rất nhanh chóng và làm cho nước bốc hơi nhanh

Tia bức xạ có thể xuyên qua sương mù, lớp sơn, lớp dầu, thớ thit, xenlluloza

Vì vậy nó được dùng rộng rãi trong công nghiệp sấy khô

 Cơ chế sấy bằng bức xạ hồng ngoại

Dx: tia xuyên qua

Khi các vật liệu bị chiếu xạ có sự tăng nhiệt độ là kết quả của sự hấp thụ bức xạ của vật chất và sự cải biến năng lượng thành tia dưới dạng lượng tử Khi

dó năng lượng tia được phân tử vật chất hấp thụ sẽ chuyển hoá đồng thời thành năng lượng một số dạng chuyển động của vật chất Nhưng chủ yếu là chuyển từ quang năng thành nhiệt năng

Trong vật thể tương đối đồng nhất, có chiều dày thích hợp được chiếu xạ, nếu vật liệu có tính hấp thụ bức xạ đèn hồng ngoại tốt thì bên trong vật liệu có thể tạo ra nhiệt độ tương đối cao so với bề mặt điều đó dẫn đến xuất hiện gradien nhiệt độ lớn Các gradien nhiệt độ này gây ra quá trình chuyển khối trong các vật thể xuất hiện sự khuếch tán làm tăng nhanh quá trình loại ẩm ra khỏi vật liệu Phương pháp sấy vật liệu ẩm dựa trên việc nguyên cứu động lực học, quá trình vận chuyển và loại ẩm, việc xác định cuờng độ bức xạ cần thiết để tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình sấy khi thấy rõ bản chất và đặt tính phổ của vật liệu, vận tốc sấy cho trước, sự phân bố của các hồng ngoại

Ax

Cơ chế sấy bằng bức xạ hồng ngoại trước đây người ta cho rằng đó là quá trình truyền nhiệt thuần túy xảy ra mà không có sự biến đổi gì về phuơng diện lý hoá tượng như quá trình chuyển khối và truyền nhiệt của ẩm khi sấy các vật liệu

ẩm Nhưng sau này nhiều công trình nguyên cứu, người ta chứng minh được rằng, ngoài các quá trình lý hoá thuần túy cải biến năng lượng tia thành nhiệt năng ra có thể phát sinh các phản ứng hoá học bên trong lớp vật liệu đối với trường hợp sấy khô khô các lớp sơn phủ bóng bề mặt vật liệu

Như vậy nguyên liệu có khả năng hấp thụ lớn thì sấy bức xạ càng thích hợp Các nguyên liệu có hệ số xuyên qua bé dẫn đến làm quăng bề mặt và làm quá nhiệt bề mặt Để tránh hiện tượng trên thì nguyên liệu sấy phải có độ dày thích hợp

Qua thực nghiệm cho thấy đối với một số thực phẩm và một số vật liệu khác, thì khả năng hấp thụ lớn nhất lớn nhất ở bước sóng tia hồng ngoại là:

= 0,77 ÷ 340 m

 Cơ chế truyền nhiệt và chuyển khối trong sấy bức xạ

Nhiệt lượng cung cấp cho vật sấy nóng lên và làm ẩm bốc hơi được lấy từ năng luợng của các tia bức xạ Vì vậy cường độ và đặc tính của quá trình truyền nhiệt và chuyển khối trong sấy bức xạ, được xác định bởi quang phổ bức xạ của vật phát ra bức xạ và khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật liệu sấy Trong sấy bức xạ người ta, dùng vật phát ra năng lượng bức xạ liên tục và cường độ cao thuộc vùng quang phổ hồng ngoại với bước sóng  = 0,76 ÷ 450 m Bước sóng lớn nhất là max và cường độ quang phổ bức xạE  phụ thuộc vào nhiệt độ của vật phát năng lượng bức xạ

Theo các định luật của Planck và Vin có quan hệ như sau:

Trong đó:

1: độ đen C1 = 3,74.10-16 (W.m2)

C1, C2: các hằng số Planck C2 = 1,44.10-2( m.oK)

max: Bước sóng ứng với cường độ bức xạ cao nhất

Cường độ bức xạ được xác định theo định luật sau:

Rút ngắn được thời gian sấy, so với sấy bằng hơi nóng Do đó phần nào đảm

bảo được chất lượng sản phẩm, tao tác thuận tiện, dừng quá trình sấy một cách dễ

dàng

Sấy khô bằng tai hồng ngoại phần lớn năng lượng bức xạ chuyển thành nhiệt

năng cần thiết làm cho bốc hơi nước, cường độ nhiệt lưu của nhiệt năng đó lớn

hơn đối lưu tới 30 lần

Gradien nhiệt độ và độ ẩm ở lớp sát bề mặt vật là cùng chiều, do đó tăng tốc

độ khuếch tán nội dẫn tới tốc độ sấy tăng

Bức xạ hồng ngoại là phương pháp gia nhiệt sạch, an toàn, vô hại đối với

người và môi trường

Dễ dàng điều khiển theo khu vực, hiệu suất sử dụng cao, chi phí vận hành lắp

đặt thấp, không tốn diện tích mặt bằng

Đối với bức xạ hồng ngoại là có khả năng tiệu diệt côn trùng, vi sinh vật có

hại ngay ở nhiệt độ thấp…