(Đồ án hcmute) nghiên cứu công nghệ sấy cà rốt bằng bức xạ hồng ngoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CÀ RỐT BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: NGUYỄN THỊ MINH TRANG MSSV: 12116086 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2016-11116071 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CÀ RỐT BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: NGUYỄN THỊ MINH TRANG MSSV: 11116071 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 07/2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2016-11116071 NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CÀ RỐT BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: NGUYỄN THỊ MINH TRANG MSSV: 11116071 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 07/2016 i an an an an an an an an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp x1 x2 x3 Smin -1.24 0.314 1.030 1.516 Trong Smin khoảng cách ngắn đạt được, gía trị x1, x2, x3 nghiệm tối ưu cần tìm tốn tối ưu hóa đa mục tiêu opt opt opt Từ giá trị với x1 , x2 , x3 ta thực phép tốn chuyển biến mã hóa thành biến thực Z1, Z2, Z3 công thức (**): xj = zj −z0j ∆zj ;j=1÷k (**) Từ ta tính được: Z1 = 53.8 (oC) Z1, Z2, Z3 ; Z2 = 7.314 (h) ; Z3 = 6.03 (kW/m2) giá trị tối ưu cần tìm để tối ưu hóa q trình cơng nghệ Bảng 3.24 Gía trị hàm mục tiêu tối ưu Độ ẩm (%) 5.098 Tổn thất hàm lượng β- 8.603 carotene (%) Chi phí lượng (KWh/kg) 2.893  Thảo luận Từ kết phân tích, thí nghiệm tiến hành phương pháp xử lý số liệu, thấy yếu tố cơng nghệ có ảnh hưởng lẫn định lớn đến chất lượng sản phẩm hiệu kinh tế - Đối với độ ẩm: thời gian sấy dài, nhiệt độ cao độ ẩm sản phẩm đạt thấp, đạt yêu cầu để bảo quản - Đối với chi phí lượng: nhiệt độ cao, cường độ xạ hồng ngoại cao thời gian dài điều kiện tốt để q trình sấy có chi phí lượng thấp 59 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp Chế độ sấy hồng ngoại tối ưu: Sau giải tốn tối ưu đa mục tiêu tìm được: x1opt= -1.24 (Z1opt= 53.8 oC ),x2opt= 0.314 (Z2opt= 7.314 h ), x3opt=1.03 (Z3opt= 6.03 kW/m2 ) tương ứng có chi phí lượng cho 1kg sản phẩm cà rốt sấy y1= 2.893 kW/kg; độ ẩm sản phẩm cà rốt sấy y2= 5.098 %; độ tổn thất hàm lượng β-carotene y3= 8.603 % Trong thực nghiệm tiến hành sấy cà rốt xạ hồng ngoại thông số công nghệ tối ưu (Z1opt, Z2opt, Z3opt) xác định được: chi phí lượng cho 1kg cà rốt sấy hồng ngoại y1EX= 2.814 kW/kg; độ ẩm sản phẩm cà rốt y2EX= 5.264 %; độ tổn thất hàm lượng β-carotene y3EX= 8.732 % Kết cho thấy, thông số công nghệ sấy hồng ngoại tối ưu ảnh hưởng đến chi phí lượng, độ ẩm, độ tổn thất β-carotene sản phẩm cà rốt sấy hồn tồn phù hợp với thực nghiệm Vì thế, kết triển khai ứng dụng việc sản xuất bảo quản cho tiêu dùng Nếu sấy nhiệt độ cao 53.8oC, cường độ xạ cao 6.03 kW/m2 thời gian dài 7.314 làm ảnh hưởng đến thành phần dinh dưỡng, hóa học khác cà rốt, đặc biệt thành phần quan trọng; thời gian sấy kéo dài làm tăng chi phí lượng Nếu sấy cà rốt thời gian 7.314 với nhiệt độ thấp 53.8 oC, cường độ xạ thấp 6.03 kW/m2 giúp giảm tổn thất lại không đạt độ ẩm cần thiết nước nguyên liệu chưa thể bay hết, làm ảnh hưởng đến khả bảo quản làm giảm chất lượng sản phẩm Kết rút từ nghiên cứu bước đầu giúp cho việc xác định chế độ công nghệ sấy cà rốt xạ hồng ngoại tối ưu nhằm tạo sản phẩm có chất lượng cao, tiết kiệm chi phí lượng, góp phần giảm giá thành sản phẩm 3.6 Xây dựng quy trình cơng nghệ sấy cà rốt hồng ngoại tối ưu 60 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp Từ thơng số tối ưu tìm được, quy trình sấy cà rốt xạ hồng ngoại đưa hình 3.1: Cà rốt Xử lý Vỏ, cát,… Cắt lát Định lượng Xếp khay Sấy Nhiệt độ môi trường sấy: Z1= 53.8(oC) Thời gian sấy:Z2= 7.314(h) Cường độ xạ hồng ngoại: Z3= 6.03 (kW/m2) Bao gói Bao bì PP,PE Cà rốt Hình 3.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sấy cà rốt xạ hồng ngoại tối ưu  Thuyết minh quy cơng nghệ - Xử lý ngun liệu: mục đích loại bỏ tạp chất Cà rốt mua rửa cặn bã bên nước, sau tiến hành cắt bỏ phần lá, gọt vỏ Phần củ gọt vỏ rửa lại nước Quá trình thực nhanh để tránh làm thành phần dinh dưỡng hoàn tan nước nguyên liệu 61 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp - Cắt lát: với mục đích chuẩn bị cho q trình sấy Cà rốt cắt thành khoanh độ dày hình dạng, kích thước - Định lượng xếp khay: với mục đích diện tích bề mặt tiếp xúc nguyên liệu với tác nhân sấy Các khoanh cà rốt xếp khay Nếu định lượng vào khay khác dẫn đến độ bay khác nhau, thời gian sấy khô mẫu lâu Do đó, khay chứa 200g lượng khoanh cà rốt - Sấy: làm khô nguyên liệu, đạt độ ẩm mong muốn, kéo dài thời gian bảo quản; tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm Mẫu định lượng vào khay đem sấy Máy sấy hồng ngoại DNS-P-P-C-01 vận hành, cài đặt thông số với nhiệt độ môi trường sấy Z1= 53.8(oC); thời gian Z2= 7.314 (h); cường độ xạ Z3= 6.03 (kW/m2) - Bao gói: kéo dài thời gian bảo quản cà rốt sấy, dễ vận chuyển Bao bì PP, PE sử dụng Sản phẩm sau sấy đem đóng gói chân khơng Tùy theo u cầu bảo quản lâu hay ngắn mà chọn bao bì hai lớp PE hay PP Bao bì sản phẩm mít sấy phải kín hồn tồn, có màu sẫm tối nhằm tránh ánh sáng tiếp xúc với sản phẩm ảnh hưởng tới thay đổi màu sản phẩm Sản phẩm phải bảo quản nơi khô ráo, tránh tiếp xúc với chất oxy hóa để hạn chế biến tính sản phẩm kéo dài thời gian bảo quản 62 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp 3.7 Thành phần hoá học cà rốt sấy chế độ sấy tối ưu Sau tiến hành thực nghiệm sấy cà rốt theo sơ đồ quy trình cơng nghệ với chế độ tối ưu hình 3.1, ta thu sản phẩm cà rốt sấy Thành phần hóa học tiêu vi sinh sản phẩm cà rốt sấy phân tích Trung Tâm Sắc Ký Hải Đăng, kết trình bày bảng 3.25 bảng 3.26 Hình 3.2 Bảng 3.25 Sản phẩm cà rốt sấy Các tiêu hóa lý sản phẩm cà rốt sấy Chỉ tiêu Đơn vị pH _ 4.76 Đường tổng g/100g 3.72 Protein tổng g/100g 0.71 Lipid tổng g/100g 0.12 Độ tro % 1.56 Độ ẩm % 5.74 β-carotene μg/100g 7379 Giá trị Nhận xét: sản phẩm cà rốt sấy có độ ẩm 5.74%, đạt yêu cầu nhỏ 6% Sản phẩm bảo quản điều kiện thường Hàm lượng β-carotene lại sản phẩm sấy đạt 7379 (μg/100g) cao, không chênh lệch nhiều so với hàm lượng β-carotene cà rốt tươi 8765 (μg/100g) Cà rốt sấy chế độ tối ưu mục tiêu đặt 63 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.26 Chỉ tiêu vi sinh mẫu cà rốt sau sấy Tên Đơn vị Kết E.Coli CFU/g Không phát CFU/g 2,9.104 Tổng vi sinh vật hiếu khí Nhận xét: Các tiêu vi sinh vật kiểm tra E Coli tổng số vi sinh vật hiếu khí mức cho phép ( tổng số vi sinh vật hiếu khí sản phẩm dạng khơ < 5.104 CFU/g) Sản phẩm cà rốt sấy nên rút chân không, chứa túi nhựa zipper chất liệu PE, bảo quản nơi thoáng mát, tránh tiếp xúc trực tiếp ánh sáng mặt trời 3.9 Kết khảo sát khả hoàn nguyên cà rốt sấy chế độ tối ưu Hình 3.3 Cà rốt sau hoàn nguyên 64 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.27 Nhiệt độ hoàn nguyên (oC) 40 45 50 55 60 Kết thí nghiệm hồn ngun cà rốt sấy khơ Thời gian hoàn nguyên (phút) Khối lượng sau hoàn nguyên G1(g) Khả hút nước trở lại mẫu (IR) 5.63 15.47 10 6.24 19.05 15 8.21 30.64 6.05 17.94 10 7.18 24.58 15 8.96 35.05 8.85 34.41 10 9.36 37.41 15 10.23 42.52 8.14 30.23 10 8.93 34.88 15 11.26 48.58 9.23 36.64 10 10.13 41.94 15 11.18 48.11 Kết bảng 3.27 cho thấy hoàn nguyên nhiệt độ thấp giá trị IR thấp, khả hút nước cà rốt sau sấy thấp Khi tăng nhiệt độ hoàn nguyên từ 40oC đến 60oC thời gian hoàn nguyên tăng từ đến 15 phút, khả hoàn nguyên cà rốt sấy khô (IR) tăng lên gấp đôi so với giá trị IR ban đầu Ở nhiệt độ 55oC thời gian 15 phút giá trị IR lớn (IR = 48.58), đồng thời nhiệt độ 55oC carotenoids bị biến tính Vì vậy, 65 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp nhiệt độ 55oC thời gian 15 phút chọn để hoàn nguyên cà rốt sấy cho thí nghiệm 60 48.58 KHả hút nước trở lại mẫu (IR0 50 42.52 40 35.05 41.94 37.41 34.41 30.64 48.11 34.88 36.64 30.23 30 5ph 24.58 20 19.05 15.47 10ph 17.94 15ph 10 40 45 50 55 Nhiệt độ hoàn nguyên (oC) Đồ thị 3.1 Kết hoàn nguyên cà rốt sấy khô 66 an 60 GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu công nghệ sấy cà rốt xạ hồng ngoại rút số kết luận sau: Khả hút nước trở lại cà rốt sau sấy cao nhiệt độ cao Nhiệt độ 55oC thời gian 15 phút chọn để hồn ngun cà rốt sấy cho thí nghiệm Nhiệt độ môi trường sấy 53.8(oC); cường độ xạ hồng ngoại 6.03 (kW/m2), thời gian sấy 7.314 thông số công nghệ sấy tối ưu cần tìm Ở chế độ này, chi phí lượng thấp nhất, hàm lượng β-carotene bị tổn thất cà rốt sấy có độ ẩm thấp Sản phẩm cà rốt sấy xạ hồng ngoại có giá trị cảm quan tốt Sản phẩm giữ màu cà rốt tươi, vị có vị thơm đặc trưng cà rốt Quá trình sấy giúp độ ẩm sản phẩm giảm đáng kể, tăng bảo quản sản phẩm Thời gian phương pháp sấy hồng ngoại nhanh so với phương pháp sấy khác chế độ Phương pháp sấy hồng ngoại không tạo sản phẩm có chất lượng tốt mà cịn rút ngắn thời gian sản xuất, chi phí lượng, tăng hiệu suất kinh tế Tuy nhiên phương pháp sấy hồng ngoại có nhược điểm như: khả đâm xuyên nên sản phẩm cong vênh Bóng đèn lắp phía máy nên xạ chiếu xuống bề mặt phía sản phẩm nhanh khơ bề mặt phía dưới, làm cho nước bay khơng đồng đều, để khắc phục nhược điểm trình sấy cần phải tiến hành thay đổi vị trí vật liệu sấy nhiều lần Kiến nghị Nghiên cứu công nghệ sấy cà rốt xạ hồng ngoại quan tâm yếu tố nhiệt độ, thời gian, cường độ xạ hồng ngoại ảnh hưởng đến chi phí lượng, độ ẩm hàm lượng β-carotene bị tổn thất q trình sấy khơ Bên cạnh đó, thơng số cơng nghệ khoảng cách bóng đèn, khoảng cách vật liệu sấy nguồn xạ ảnh hưởng khơng Ngồi ra, cà rốt có thành phần khác giàu dinh dưỡng khơng Vì vậy, nghiên cứu cần khảo sát thêm tiêu khác để 67 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp trình sản xuất bảo quản cà rốt sấy tốt Nguyên liệu dùng làm nghiên cứu cần có chung nguồn gốc chất lượng cao để đảm bảo tính xác giá trị dinh dưỡng hóa lý Nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại đối tượng khác để mở rộng phạm vi ứng dụng Bến cạnh đó, cần nghiên cứu kỹ truyền nhiệt tách ẩm xảy trình sấy, làm sở tính tốn thiết kế hệ thống sấy xạ hồng ngoại đại 68 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Afzal T M., Abe T 1999 Some fundamental attributes of far infrared radiation dryingg of potato Drying Technology 137-155 [2] Broadlent A.D., Thérien N., Zhao Y 1998 Comparison of the Thermal Fixation of Reactive Dyes on Cotton using infrared Radiation or Hot Air 1781 - 1785 [3] Bùi Minh Trí 2011 Xác suất thống kê quy hoạch thực nghiệm NXB Bách Khoa Hà Nội [4] D R Heldman, Daryl B Lund 1992 Handbook of Food Engineering, Marcel Dekker New York - Basel - Hong Kong 1992, 3550 p [5] David Harvey 2000 Modern Analytical Chemistry, Depauw University, United States of America [6] Dostie M., Seguin J., Maure D., Ton- That., Chatigny R 1989 Preliminary measurements on the drying of thick porous materials by combination of intermittent infrared and continuous convection heating 513 - 519 [7] Douglas A S, Donald M W, Holler F J 1994 Analytical Chemistry, Saunders College Publishing, United States of America, p 156-172 [8] Dzung N.T et al 2012b Optimization The Freeze Drying Process of Penaeus Monodon to Determine The Technological Mode, International Journal of Chemical Engineering and Application, Vol.3, No.3, June 2012, p.187-194 [9] Dzung N.T, 2012a Optimization the Freezing Process of Penaeus Monodon To Determine Technological Mode of Freezing for Using in the Freeze Drying, Canadian Journal on Chemical Engineering & Technology, Vol 3, No 3, April 2012, ISSN: 1923-1652, p.45-53 [10] Figura LO, et al.2007 Food Physics: Physical properties Measurement and 69 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp Application, Germany, 554 [11] Gebhart B 1992 Heat Conduction and Mass Diffusion (1st ed.), McGraw -Hill, New York, p.78-98 [12] Geogre Britton and Frederick Khachik 2009 Carotenoids in food Birkhouser Basel, volume 5, pages 45-46 [13] GS, TSKH Nguyễn Bin 2008 Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1: 393-395 [14] Hoàng Văn Chước 1997 Kỹ thuật sấy NXB Khoa học kỹ thuật 270 - 275 [15] Holman J 1986 Heat Transfer (1st ed.), McGraw - Hill, New York, p 167- 197 [16] Kathy J, et al Selenium, lycopene, -tocorephol, -carotene, retinol, and subsequent bladder cancer Cancer Res 1989; 49: 6144:6148 [17] Kohn RR Effect of Antioxidants on Life- Span of C57ML Mice.J Gerontology 1971; 26: 378-380 [18] Le Person S., Puiggali J R., Baron M., Roques M 1998 Near infrared drying of pharmaceutical thin films: experimental analysis of internal mass transport Chemical Engineering and Processing 257-263 [19] Lê Văn Hoàng Using infrared radiation in drying technology [Luận văn thạc sĩ] Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng [20] Murray R Spiegel 1997 Các công thức bảng tốn học cao cấp (người dịch: Ngơ Ánh Tuyết), NXB Giáo dục, 184 Tr [21] Ngô Đăng Nghĩa 2007 Một số kết nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh để sấy mực ống lột da xuất Viện nghiên cứu hải sản TP.HCM [22] Nguyen Tan Dzung et al 2014 Optimization the freezing process of Royal jelly for using in the freezing drying Wulfenia Journal (Australia), Vol 21, No.1; Jan 70 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp 2014 ,P303-313 [23] Nguyen Tan Dzung et al., 2011 Multi-Objective Optimization of Concentrated Vacuum Process to Determine The Technological Mode of The Marmalade Gac Production Canadian Journal on Chemical Engineering & Technology 162 - 170 [24] Nguyen Tan Dzung 2015 Optimization the infrared radiation drying process of jackfruit product to determine the optimal technological mode Jokull Journal (Iceland), Vol 65, No 10; Oct 2015, pp 38-50 [25] Nguyễn Tấn Dũng 2010 Tối ưu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ưu tổ hợp S, ứng dụng xác lập chế độ cơng nghệ sấy thăng hoa tơm bạc, Tạp chí phát triển khoa học công nghệ, ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh [26] Nguyễn Tấn Dũng 2013 Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại phục vụ cho chế biến thực phẩm, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh [27] Nguyễn Tấn Dũng cộng 2010 Tối ưu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ưu tổ hợp S ứng dụng xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa cho thủy sản nhóm giáp xác đại diện tơm sú Tạp chí phát triển KH&CN, tập 13, số K3 – 2010 [28] Nguyễn Tấn Dũng, Phạm Ngọc Cảnh, Nguyễn Thanh Phương 2012 Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại suất nhỏ phục vụ cho chế biến thực phẩm, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh [29] Phạm Văn Bơn 2004 Q trình thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG Tp.HCM, 371 Tr [30] Phan Anh Tuấn, Huỳnh Thanh Tâm 2009 Ứng dụng phương pháp sấy hồng ngoại để sấy ớt [Luận văn tốt nghiệp] Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM [31] Phan Ngọc Duyên, Đặng Ngọc Diễm Châu 2010 Sấy nhãn tia hồng ngoại [Luận văn tốt nghiệp] Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM [32] Sandu C 1986 Infrared Radiative Drying in Food Engineering A Process Analysis; 71 an GVHD: TS Nguyễn Tấn Dũng Khóa luận tốt nghiệp Biotechnology Progress 2: 109-119 [33] Stavros Yanniotis, Solving Problems in Food Engineering [34] Trịnh Văn Dũng 2008 Ứng dụng tin học cơng nghệ hóa học Thực phẩm Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh 226 [35] Xianquan, et al 2005 Stability of Lycopene During Food Processing and Storage Volume 8, pages 413-422 72 an S an K L 0 ... cơng nghệ sấy cà rốt xạ hồng ngoại - Nghiên cứu tổn thất dinh dưỡng cà rốt trình sấy hồng ngoại tối ưu hóa quy trình cơng nghệ làm sở khoa học cho việc xác lập chế độ công nghệ sấy cà rốt xạ hồng. .. Nghiên cứu sấy cà rốt xạ hồng ngoại thông qua việc xác lập chế độ sấy tối ưu Nội dung nghiên cứu - Tổng quan cà rốt đối tượng công nghệ sấy hồng ngoại - Khả hút nước trở lại sản phẩm cà rốt sấy. .. 1.3 Công nghệ sấy xạ hồng ngoại 1.3.1 Khái niệm sấy xạ hồng ngoại 1.3.2 Cơ chế sấy khô vật liệu ẩm xạ hồng ngoại 1.3.3 Cơ sở khoa học công nghệ sấy xạ hồng ngoại