Mô hình động học sấy puree xoài (Mangifera indica L.) bằng kỹ thuật sấy hồng ngoại

11 JJ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TÁT THÀNH KHOA KỸ THUẬT THỤC PHẨM VÀ MƠI TRƯỜNG NGUYEN TAT THANH KHĨA LUẬN TĨT NGHIỆP MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC SẤY PUREE XỒI (Mangifera indica L.) BẰNG KỸ THUẬT SẤY HỒNG NGOẠI HƯỲNH THỊ TÓ NA Tp.HCM, tháng 10 năm 2021 * TÓM TẮT Mơ hình động học sấy quan trọng q trình làm khơ thực phẩm Mơ hình chọn dựa dừ liệu thực nghiệm đê mô tả trình âm Từ cung cấp nhùng thơng số động học hồ trợ q trình mơ phỏng, thiết kế, tính tốn hệ thống sấy Trong nghiên cứu này, mục tiêu đề tài hướng đến xác định mơ hình động học sấy puree xồi kỳ thuật sấy hồng ngoại Từ mơ hình này, đặc điểm q trình ấm khỏi puree xồi tác dụng hồng ngoại phân tích, đồng thời thơng số động học đặc trưng trình xác định Nội dung nghiên cứu gồm phần chính: Đánh giá khả ẩm khỏi puree xồi sấy kỳ thuật say hồng ngoại Xác định mơ hình động học sấy puree xồi kỳ thuật sấy hồng ngoại Xác định thông số đặc tả trình sấy Ket đề tài cho thấy nhiệt độ xạ hồng ngoại cao thi q trình ấm diễn với tốc độ nhanh độ ấm cân thấp Đường cong sấy nhiệt độ 65, 70, 75 80 °C xuất giai đoạn gồm sấy tăng tốc sấy giảm tốc Tốc độ thoát ấm diễn nhanh dẫn đến giai đoạn sấy đắng tốc khơng xuất Mơ hình lý tưởng để mơ tả đặc tính ẩm khỏi puree xồi xác định mơ hình Weibull Khả khuếch tán độ ấm hiệu dụng có giá trị từ 5.088x 10' 10 đến 1.259xl0’9 m2/s tăng nhiệt độ sấy từ 65 đến 80 °C Năng lượng hoạt hóa Ea puree xoài sấy hồng ngoại tương đối cao 59.46 kJ/mol đoi với q trình ẩm so với số nguyên cứu khác Điều cho thấy việc tính tốn giá trị Ea bị tác động trực tiếp từ cấu trúc, đặc tính, thành phần cấu tạo, giống loại vật liệu sấy vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP iv LỜI CẢM ƠN V TÓM TẮT vi ABSTRACT vii MỤC LỤC viii DANH MỤC CHŨ VIẾT TẮT xi DANH MỤC HÌNH xii DANH MỤC BẢNG xiii MỞ ĐẰU Chương TÓNG QUAN VỀ NGHIÊN cứu 1.1 TĨNG QUAN VỀ XỒI 1.1.1 Nguồn gốc 1.1.2 Đặc điểm 1.1.3 Thành phần hóa học 1.1.4 Giá trị sinh học xoài 1.1.5 Những nghiên cứu nước ngun liệu xồi 1.2 TĨNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY RAU TRÁI 10 1.3 ĐỘNG HỌC SẤY LỚP MỎNG 12 1.3.1 Yeu tố ảnh hưởng đến trình sấy 13 1.3.2 Các mơ hình sấy lớp mỏng 14 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cúu 22 2.1 NGUYÊN LIỆU 22 2.2 DỤNG CỤ - THIẾT BỊ - HÓA CHẤT 22 viii 2.2.1 Dụng cụ 22 2.2.2 Thiết bị sấy hồng ngoại 23 2.2.3 Thiết bị phân tích 24 2.3 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIẾM NGHIÊN cứu 25 2.3.1 Thời gian nghiên cứu 25 2.3.2 Địa điếm nghiên cứu 25 2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 25 2.4.1 Sơ đồ nghiên cứu 25 2.4.2 Bố trí thí nghiệm 26 2.5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 27 2.5.1 Xác định tốc độ sấy 27 2.5.2 Xác định ẩm theo phương pháp AO AC 945.21 28 2.5.3 Xác định hàm âm, tỉ lệ âm 28 2.6 MƠ HÌNH TỐN HỌC Dự BÁO sụ THỐT ẤM 29 2.7 HỆ SĨ KHUẾCH TÁN ÁM HIỆU DỤNG (ký hiệu Deff) 30 2.8 NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA 30 2.9 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SÓ LIỆU 31 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 KHẢ NĂNG THOÁT ẤM KHỎI PUREE XOÀI KHI SẤY HỒNG NGOẠI 32 3.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA Q TRÌNH SẨY HỊNG NGOẠI ĐẾN ĐỘNG HỌC SẤY PUREE XOÀI 34 3.2.1 Mơ hình động học đặc tả q trình ẩm kỳ thuật sấy hồng ngoại 34 3.2.2 Ước lượng hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng 36 3.2.3 Năng lượng hoạt hóa q trình thoát ẩm 37 IX KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 X DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Xồi qua giai đoạn ủ chín 22 Hình 2.2 Thiết bị sấy hồng ngoại 23 Hình 2.2 Máy đo ẩm 24 Hình 2.3 Cân điện tử 24 Hình 2.4 Sơ đồ nghiên cứu động học sấy khả ẩm khỏi puree xồi q trình sấy hồng ngoại 25 Hình 2.5 Sơ đồ nghiên cứu khả ẩm khỏi puree xồi sấy hồng ngoại 26 Hình 2.6 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng trình sấy hồng ngoại đến động học sấy puree xoài 27 Hình 3.1 Đường cong sấy (a) đường cong tốc độ sấy (b) 32 Hình 3.2 Sự thay đổi Deff theo nhiệt độ trình sấy hồng ngoại 38 xii DANH MỤC BANG Bảng 2.1 Một số mơ hình tốn học để dự đốn 29 Bảng 3.1 Phân tích hồi quy phi tuyến mơ hình toán học sấy hồng ngoại 34 Bảng 3.2 Các giá trị hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng nhũng điều kiện sấy hồng ngoại 36 xiii MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Động học sấy đóng vai trị cần thiết việc cải thiện chất lượng sản phẩm , tối ưu hóa quy trình đong thời hữu ích để phân tích khối lượng q trình truyền nhiệt q trình sấy Do đó, việc sử dụng mơ hình tốn học ước lượng động học sấy, đặc tính sấy xác định thơng số đặc tả q trình sấy sấy nơng sản thực phẩm trở nên cần thiết Nhiều mơ hình tốn học đề xuất để mơ tả q trình sấy, số mơ hình sấy lớp mỏng sử dụng rộng rãi Xoài (Mangifera indica L.) biết đến loại trái có hương thơm vị chua đặc trưng giàu giá trị dinh dưỡng xoài chứa nhiều hợp chất sinh học Cũng loại rau trái khác, xồi có thời gian bảo quản ngắn hàm lượng ẩm cao Trong kỳ thuật bảo quản thực phẩm, trình sấy phương pháp đại trà dùng đe lưu trừ tạo sản phâm sấy Nhờ vào việc tách ẩm làm giảm khối lượng the tích sản phàm, nên giúp giảm chi phí đóng gói q trình vận chuyển, sấy hồng ngoại mang lại nhiều điểm vượt trội so với sấy khơ khơng khí nóng thơng thường So với phương pháp sấy thơng thường thơng, phương pháp sấy hồng ngoại có ưu điểm vượt trội gia nhiệt đồng bộ, tiết kiệm lượng, thời gian sấy ngắn, dễ dàng kiềm soát nhiệt độ nguyên liệu, cải thiện chất lượng sản phẩm chi phí sản xuất thấp Tuy nhiên, có chưa có nghiên cứu cơng bố mơ hình động học sấy puree xồi kỳ thuật sấy hồng ngoại Do đó, mục tiêu nghiên cứu khảo sát đặc tính sấy puree xồi kỳ thuật sấy hồng ngoại từ xác định đường cong sấy, mơ hình tốn học dự báo ẩm, hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng, ước lượng lượng hoạt hóa nguyên liệu đe đánh giá khả thoát ấm điều kiện sấy khác Nhằm đánh giá hiệu sấy kỳ thuật sấy hồng ngoại nguyên liệu có hàm lượng đường cao khó tách ẩm chọn thông số điều kiện sấy phù hợp đe tối ưu thời gian giá trị sản phàm sau đạt chất lượng tốt Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu khảo sát động học sấy puree xoài (Mangifera indỉca L.) kỳ thuật sấy hồng ngoại nhằm xác định mơ hình phù hợp đe mơ tả động học sấy từ dừ liệu thực nghiệm, xác định thơng số đặc tả q trình sấy puree xồi hồng ngoại nhằm hướng tới cung cấp giá trị thực nghiệm giúp việc thiết kế, tối ưu trình sấy sản xuất bột trái Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu gồm phần chính: Phần Đánh giá khả thoát ấm khỏi puree xoài sấy kỹ thuật sấy hồng ngoại Phần Mơ hình động học sấy puree xồi kỹ thuật sấy hồng ngoại Phần Xác định thông số đặc tả trình sấy Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu xoài (Mangifera indica L.) kỳ thuật sấy hồng ngoại Phạm vi nghiên cứu mơ hình động học ấm vật liệu trình sấy Chương TÓNG QUAN VỀ NGHIÊN cửu 1.1 TÓNG QUAN VỀ XỒI 1.1.1 Nguồn gốc Xồi (Mangifera indica L) chủ yếu trồng Châu Á, Nam Trung Mỹ Châu Phi, trồng khí hậu nhiệt đới cận nhiệt đới (Mwaurah et al., 2020) Mặc dù Àn Độ có sản lượng trái cao xoài vần trồng 100 quốc gia, bao gồm Pakistan, Trung Quốc, Philippines, Thái Lan, Nigeria, Israel, Ý, Tây Ban Nha, Mexico Brazil (Fowomola, 2010; Galán Saúco, 2002; Lauricella et al., 2017) Tại Việt Nam, xoài trồng tỉnh Đồng Sông Cửu Long Ngồi cịn trồng Bà Rịa Vũng Tàu, Khánh Hịa, 1.1.2 Đặc điểm Tên khoa học xồi Mangifera indica L thuộc giới Pỉantae, Sapindales, họ Anacardiaceae (Đào lộn hột), chi Mangifera L., loài M Indica (Parvez, n.d.) Xồi có độ mọng nước, vị ngọt, mùi hương hấp dần, màu sắc noi bật giá trị dinh dưỡng dồi nên cho “vua loại trái cây” (Ribeiro & Schieber, 2010) Mặc dù có 69 lồi khác thuộc chi Mangifera, M indica loài phổ biến (Mukherjee, 1972) Cây xồi có kích thước trung bình đến lớn (cao 10-40 m), thường xanh, có tán trịn đối xứng, từ thấp đến rậm rạp, thắng đứng thoáng, vỏ thường có màu xám đen từ nâu đến đen, bề ngồi nứt nứt không thấy rõ, bong mảng khơng đều, dày (hình 2.1 a) Cây tạo thành rề vịi dài khơng phân nhánh (lên đến 6-8 m cao hơn) cộng với dày đặc rề phụ Hệ thong rề cùa xoài 18 năm tuổi đạt độ sâu 1.2 m với độ lan xa tới 7.5 m (Bojappa & Singh, 1974) Các xếp xen kẽ đơn giản, dài 15 - 45 em Cuống có chiều dài thay đổi từ đến 12 cm, ln ln phình gốc Lá có nhiều hình dáng hình mác, hình thn dài, hình trứng hình thn trịn (L B Singh, 1960) (hình 2.1b) Kích thước hoa đực hoa lưỡng tính khác nhau, đường kính từ đến mm Chúng khơng có cuống có mùi Các hạt phấn hoa có hình dạng thay đổi, mơ hình phù hợp để mơ tả đặc tính ẩm puree xồi suốt q trình sấy hồng ngoại 3.2.2 ước lượng giá trị khuếch tán ẩm hiệu dụng Quá trình khuếch tán hành vi đặc trưng vật liệu sấy, tốc độ truyền nước bên vật liệu kiểm sốt cách khuếch tán bề mặt bên ngồi Khi đó, nồng độ nước bề mặt bên vật liệu trở nên cân gần với giá trị cân Tốc độ sấy tăng nồng độ cân nước bề mặt nguyên liệu nhiệt độ cao Các giá trị hệ số khuếch tán ấm hiệu dụng (Deff) ước lượng từ dừ liệu thực nghiệm dựa lời giải phương trình (2.8) trình bày bảng 3.2 Bàng 3.2 Các giá trị hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng điều kiện sấy hồng ngoại Phương pháp sấy Sấy hồng ngoại Điều kiện sấy Deff (m2/s) R2 65°c 5.088X10’10 0.9796 70 °C 8.731x10’'° 0.9787 75 °C 1.137xl0’9 0.9849 80 °C 1.259xl0’9 0.9875 Kết bảng 3.2 cho thấy giá trị Deff dao động từ 5.088x10’10 đến 1.259x10’ nr/s thay đổi nhiệt độ sấy từ 65 °C đến 80 °C Các giá trị Deff thu từ nghiên cứu nằm phạm vi chung 10’12 - 10’8 m2/s sấy nguyên liệu thực pham (Zogzas et al., 1996) Ket cho thấy sấy nhiệt độ cao cho giá trị Deff lớn Hệ số khuếch tán khơng cố định suốt q trình sấy phụ thuộc vào độ ẩm, nhiệt độ cấu trúc nguyên liệu Khi mẫu sấy nhiệt độ cao hơn, lượng nhiệt tăng lên làm tăng tính hoạt động phân tử nước làm cho khả khuếch tán độ ấm cao (Ghodake et al., 2006) Một số báo cáo khác cho kết tương tự tăng nhiệt độ sấy hệ số khuếch tán ấm cao: sấy hồng ngoại việt quất nhiệt độ 60-90 °C thu giá trị Deff từ 2.24xlO’10 đến 16.4xlO’10 m2/s (Shi et al., 2008); lát cà rốt (Daucus carrota L.) nhiệt độ 50-80°C thu giá trị Defftừ 7.295 xlO’11 đến 1.501x10'° m2/s (Togrul, 2006); bà dưa hấu (Daucus carrota L.) sấy tầng sôi nhiệt độ 50-70 °C thu giá trị Deff 36 từ 0.880x10’* đến 3.541xl0’8 m2/s (Oberoi & Sogi, 2015) Điều tốc độ khuếch tán hiệu tốc độ sấy tỷ lệ thuận với nhiệt độ khơng khí sấy tăng, độ ẩm cùa mẫu dề bay tốc độ sấy tăng lên (Demiray et al., 2017) Ngoài sấy rau trái dạng kích thước khác sè cho hệ số khuếch tán khác Khi sấy hồng ngoại khoảng nhiệt độ gần giống nhau, xoài dạng puree cho Deff cao cấu trúc tế bào thịt bị phá vỡ nên nhiệt dễ vào tách ấm nhanh Trên nguyên liệu xoài sấy dạng lát khơng khí nóng nhiệt độ 50-80°C có giá trị Deff từ 1.74x10’*° đến 3.15x10’*° m2/s cho xoài song giá trị Deff từ 2.30x10’*° đến 3.28 xl0’*° m2/s cho xồi nửa chín (Corzo, Bracho, & Alvarez, 2008); sấy lát xồi có hồ trợ vi sóng có giá trị Deff 1.45xl0’ọ đến 2.13x10’° m2/s công suất từ 300 đến 600 w (Abano, 2016) Trên ngun liệu xồi có hình dạng phương pháp sấy thực khác sè cho Deff khác 3.2.3 Năng lượng hoạt hóa q trình ấm Năng lượng hoạt hóa thước đo độ nhạy nhiệt độ Deff lượng cần thiết đế bắt đầu khuếch tán độ ẩm puree xồi Năng lượng hoạt hóa Ea q trình ẩm theo hình 3.2 cho thấy hệ số lượng hoạt hóa nghiên cứu sấy hồng ngoại puree xồi 59.46 kJ/mol q trình ấm Giá trị thấp giá trị Ea 67.29 kJ/mol cùa nho khơng hạt sấy phản lực khơng khí nhiệt độ từ 50-65 °C (Xiao et al., 2010) Các giá trị lượng hoạt hóa nằm phạm vi chung từ 12.7-110 kJ/mol nguyên liệu thực pham (Zogzas et al., 1996) 37 1.50E-09 3.OOE-IO 0.34 0.34 O.OOE+OO 0.35 0.35 0.36 0.36 1/RT (KJ/mol) Hình 3.2 Sự biến đối cùa Deff theo nhiệt độ trình sấy hồng ngoại Cũng có nhiều nghiên cứu khác báo cáo lượng hoạt hóa trái rau quả, 90% giá trị lượng hoạt hóa khảo sát nghiên cứu trước nằm khoảng 14.42 - 43.26 kJ/mol 8% giá trị nằm khoảng 78.93 - 130.61 kJ/mol phần lớn giá trị Ea sấy trái rau nằm khoảng 21.6 - 39.03 kJ/mol (Onwude et al., 2016b) Cho thấy puree xồi có Ea cao nguyên liệu nghiên cứu khác: lát táo {yar Golab) sấy lớp mỏng 40-80°C có giá trị Ea từ 22.66 - 30.92 kJ/mol (Meisami-asl et al., 2010); sấy lát hong {Diospyros kaki L.) khơng khí nóng nhiệt độ 50, 60 70 °C có giá trị Ea từ 30.64 - 43.26 kJ/mol (ỉ Doymaz, 2012); lát cam {Thompson Cv.) sấy đối lưu nhiệt độ 40, 50, 60, 70 80 °C có giá trị Ea từ 16.47 - 40.90 kJ/mol (Raíiee et al., 2010); lát xoài {Mangifera indica L.) sấy đối lưu 60, 70, 80 °C cho giá trị Ea 37.99 kJ/mol (Akoy, 2014) Từ kết cho thấy giá trị lượng hoạt hóa vật liệu sấy khơng giống nhau, việc xác định giá trị Ea bị ảnh hưởng trực tiếp từ đặc tính, thành phần cấu tạo, cấu trúc, giống loại của vật liệu sấy Điều cho thấy giá trị Ea puree xoài lại cao so với số vật liệu khác nên việc tách độ ẩm khởi puree xoài cần thời gian nhiệt độ sấy mức độ cao 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sấy hồng ngoại kỳ thuật sấy quan tâm công nghệ chế biến sản xuất thực phẩm công nghệ sấy tiết kiệm lượng mà hiệu Trong nghiên cứu này, sấy hồng ngoại quy mô phịng thí nghiệm áp dụng để đánh giá q trình sấy hồng ngoại ảnh hưởng đến động học sấy puree xồi Những kết luận sau tìm từ nghiên cứu: (i) Quá trinh sấy với động lực ẩm nhanh khơng xuất giai đoạn sấy đẳng tốc đường cong tốc độ sấy (ii) Mơ hình phù hợp mơ tả đặc tính ấm khỏi xoài say hồng ngoại xác định mơ hình Weibull (iii)Khả khuếch tán độ ấm hiệu xác định có giá trị từ 5.088x10’10 đến 1.259x10’9 m2/s tăng nhiệt độ sấy từ 65 đến 80 °C (iv) Năng lượng hoạt hóa Ea puree xoài sấy hồng ngoại tương đối cao 59.46 kJ/mol đoi với q trình ẩm khỏi purre xồi Điều có the liên quan đến cấu trúc, đặc tính, thành phần cấu tạo, giống loại của vật liệu sấy Kiến nghị Đe hoàn thiện nghiên cứu, so hướng có the trien khai tương lai như: - Ket họp sấy hồng ngoại phương pháp sấy khác đe tối ưu trình, tiết kiệm lượng sấy tạo giá trị dinh dường cho sản phàm - Nghiên cứu ảnh hưởng động học sấy đến việc ẩm cùa puree xồi kích thước độ dày khác - Ket họp thêm chất phụ gia khảo sát trình động học sấy cho dịng sản phẩm có chất lượng 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Abano, E E (2016) Kinetics and quality of microwave-assisted drying of mango (Mangifera indica) International Journal ofFood Science, 2016 Aghbashlo, M., & Samimi-Akhijahani, H (2008) Influence of drying conditions on the effective moisture diffusivity, energy of activation and energy consumption during the thinlayer drying of berberis fruit (Berberidaceae) Energy Conversion and Management, 49(\ữ), 2865-2871 Ajila, c M., Rao, L J., & Rao, u p (2010) Characterization of bioactive compounds from raw and ripe Mangifera indica L peel extracts Food and Chemical Toxicology, 48(\2), 3406-3411 Akoy, E o M (2014) Experimental characterization and modeling of thin-layer drying of mango slices International Food Research Journal, 21(5), 1911-1917 Akpinar, E K (2006a) Determination of suitable thin layer drying curve model for some vegetables and fruits Journal ofFood Engineering, 73(1), 75-84 Akpinar, E K (2006b) Mathematical modelling of thin layer drying process under open sun of some aromatic plants Journal of Food Engineering, 77(4), 864-870 https://doi.org/! 0.1016/j.jfoodeng.2005.08.014 Akpinar, E K., & Bicer, Y (2005) Modelling of the drying of eggplants in thin-layers International Journal of Food Science