TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM THƯC TẬP KĨ THUẬT THỰC PHẨM (NS113) PHÚC TRÌNH TRUYỀN KHỐI Sinh viên Võ Ngọc Trân MSSV B1900904 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS Trần[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM THƯC TẬP KĨ THUẬT THỰC PHẨM (NS113) PHÚC TRÌNH TRUYỀN KHỐI Sinh viên: Võ Ngọc Trân GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: MSSV: B1900904 TS Trần Chí Nhân Cần Thơ, tháng 04 năm 2022 BÀI XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ THẤM HƠI NƯỚC QUA MÀNG BAO BÌ Mục đích thí nghiệm Khảo sát thấm nước qua loại màng bao bì PVC theo thay đổi độ ẩm môi trường Phương tiện thí nghiệm 2.1 Dụng cụ - Nhiệt kế - Đĩa petri - Cân - Thước kẹp - Dây thun 2.2 Nguyên liệu hóa chất - Màng PE - Silicagel - Keo dán Tiến hành thí nghiệm Hạt silicagel sau sấy khô lấy lượng xác định cho vào đĩa petri, sau đậy lại màng bao bì thí nghiệm (PE) dĩa bao màng (PE) không chứa silicagel ( dĩa đối chứng) Để xét thấm nước qua diện tích giới hạn đĩa petri, màng bao bì cần cố định thật chặt dây thun dán keo làm dấu Trước đặt vào bình kín, đĩa chứa hạt silicagel (mẫu) cân xác, sau đặt tồn mẫu vào bình có độ ẩm tương đối khác Tiến hành cân lại mẫu theo ngày để theo dõi thay đổi khối lượng mẫu xác định tốc độ thấm nước qua màng bao bì Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ thấm nước qua màng bao bì Báo cáo kết 4.1 Trả lời câu hỏi - Độ thấm nước qua màng gì? Độ thấm nước qua màng tốc độ truyền nước qua màng - Nêu yếu tố ảnh hưởng đến thấm nước qua màng? Những yếu tố ảnh hưởng đến thấm nước qua màng: độ dày màng, loại màng, độ ẩm môi trường, khối lượng loại nguyên liệu bên trong, nhiệt độ 4.2 Kết thí nghiệm Sử dụng màng PE có: - Nhiệt độ thí nghiệm: 30°C - Ps: 31,8 mmHg - Chiều dày màng δ: 8.10-4 cm - Diện tích màng A: 0,00738 m2 - Độ ẩm khơng khí bên ngồi(RH1): 100% - Độ ẩm khơng khí bên (RH2): 0% Bảng 1: Sự thay đổi khối lượng bên hai dĩa petri theo ngày bảo quản môi trường 100% ẩm Ngày Dĩa (g) Dĩa đối chứng (g) 50 52,6 53,5 55,2 56,9 59,4 Bảng 2: Khối lượng nước tăng thêm theo ngày bảo quản môi trường 100% ẩm Ngày Khối lượng (g) 0 2,6 3,5 5,2 6,9 9,4 Xác định độ thấm nước qua màng công thức sau: - Tốc độ thấm nước (g nước/ngày.m2) v= - Tốc độ thấm nước theo áp suất (g nước/ngày.m2.mmHg) vp= - m t.A v v = P (RH −RH ) ΔP s Độ thấm nước (g/m2.ngay.mmHg.cm) B= v vp = P RH −RH δ δ s( 2) Bảng 3: Xác định độ thấm qua màng Ngày m (g) 2,6 3,5 5,2 6,9 9,4 v vp (g nước/ngày.m ) (g nước/ngày.m2.mmHg) 0 352,3 11,09 237,1 7,46 234,9 7,39 233,7 7,35 212,3 6,68 B (g/m ngay.mmHg.cm) 13850 9325 9238 9188 8350 Câu hỏi thảo luận - Nhiệt độ có ảnh hưởng đến thấm nước qua màng khơng, giải thích? Nhiệt độ có ảnh hưởng đến tinh thấm nước qua màng Vì độ ẩm mơi trường dẫn đến ảnh hưởng thấm nước qua màng nhiệt độ ảnh hưởng áp suất bão hòa nước - Nếu đường kính đĩa petri nhỏ hơn, hệ số thấm nước có thay đổi khơng? Áp suất nước độ ẩm mơi trường giảm Vì hệ số thẩm nước có thay đổi đường kính đĩa petri nhỏ - Lượng silicagel có ảnh hưởng đến kết thí nghiệm khơng, giải thích? Nếu lượng silicagel nhỏ lượng thẩm nước qua mảng lượng silicagel nhiều thẩm nước qua màng lớn nên lượng silicagel có ảnh hưởng đến kết thí nghiệm - Đề nghị loại màng thích hợp cho bảo quản sản phẩm sấy? Vì màng PVC có thấp nước cao màng PE, PP, PA nên mảng PVC thích hợp cho bảo quản sản phẩm sấy BÀI MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH SẤY THỰC PHẨM Mục đích thí nghiệm Theo dõi diễn biến ẩm q trình sấy thực phẩm Sử dụng mơ hình hóa để tính thơng số mơ hình biểu diễn nhằm biểu diễn trình sấy thực tế Sử dụng kỹ thuật so sánh kết lý thuyết thực nghiệm để áp dụng trình khác Phương tiện thí nghiệm 2.1 Dụng cụ - Hệ thống sấy thực phẩm (hình 2.1) - Cân - Tủ sấy hay thiết bị đo độ ẩm - Dụng cụ thí nghiệm thơng thường 2.2 Ngun liệu - Xồi Tiến hành thí nghiệm 3.1 Sơ đồ thí nghiệm Sơ đồ hệ thống thí nghiệm tiến hành hình 2.1 (1) Buồng sấy (2) Quạt (3) Hệ thống gia nhiệt điều khiển nhiệt độ máy tính (4) Thực phẩm (5) Cân điện tử kết nối với máy tính (6) Cảm biến nhiệt độ (7) Cảm biến độ ẩm khơng khí (8) Cảm biến tốc độ gió (9) Analog kết nối cảm biến với máy tính điều khiển nhiệt độ (10)Máy tính thu nhận liệu 3.2 Tiến hành thí nghiệm Chuẩn bị mẫu trước sấy: Xoài cắt thành khối cân khối lượng (gram) - Tiến hành phân tích độ ẩm ban đầu mẫu nguyên liệu - Cho mẫu vật biết trước hàm ẩm lên bàn cân (5) phòng sấy - Bật cầu dao điều khiển hệ thống - Mở máy tính, mở chương trình Matlab - Điều chỉnh vận tốc khơng khí khỏi máy sấy (bằng tay) - Tại dấu nhắc chương trình đánh saythucpham Enter Các thông số cần cài đặt cho hệ thống sấy: - Nhiệt độ khơng khí cần sấy: điều chỉnh nhiệt độ cần thiết 65°C - Khoảng cách lần ghi: phút - Số liệu muốn ghi: Tùy thuộc vào loại sản phẩm khối lượng mẫu - Ấn Enter để bắt đầu ghi liệu trình sấy - Kết thúc trình cách ấn Ctrl-C (copy) lưu liệu dạng Excel (XLS) hay Mat để sử dụng tính tốn Báo cáo kết 4.1 Dữ liệu tác nhân sấy Dữ liệu thu nhận từ thí nghiệm: dùng để tính tốn q trình sấy - Nhiệt độ sấy (°C): T = 65°C - Vận tốc khơng khí (m/s): V = 1,5 m/s 4.2 Dữ liệu vật liệu sấy - Độ ẩm ban đầu vật liệu (% khô) : M0 = 75,67% - Độ ẩm cân vật liệu (% khô): Me = 20% Bảng 1: Sự thay đổi khối lượng mẫu theo thời gian Thời gian sấy ( phút) 80 200 380 1090 1260 1410 1620 2430 Khối lượng vật liệu (g) 161,7 139,6 111,9 89,5 68,2 67,1 66,9 66,2 65 Biểu đồ thể thay đổi khối lượng mẫu theo thời gian 180 160 Khối lượng vật liệu (g) 140 120 f(x) = − 0.036442832898646 x + 127.196754961281 R² = 0.682324960826565 100 80 60 40 20 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Thời gian sấy ( phút) Bảng 2: Sự thay đổi nhiệt độ mẫu theo thời gian Thời gian sấy (phút) Nhiệt độ tâm mẫu (°C) Nhiệt độ khơng khí sấy (°C) 80 200 380 1090 1260 1410 1620 2430 39 46 48 59 59 59 59 59 59 60 60 60 60 60 60 60 60 60 Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ mẫu theo thời gian 70 59 f(x) = 0.00993109844971512 x + 46.0020206704651 R² = 0.664585561434061 48 46 Nhiệt độ tâm mẫu (°C) 60 50 59 59 59 59 1400 1600 39 40 30 20 10 0 200 400 600 800 1000 Thời gian sấy (phút) 1200 1800 4.3 Kết tính tốn q trình sấy Đối với phương trình Lewis: K hệ số góc a phương trình y = - ax Bảng 2: Tổng hợp số liệu theo mơ hình Lewis: Thời gian (s) Độ ẩm Mt ( Căn khô) 4800 12000 22800 65400 75600 84600 97200 145800 0,7567 0,68 0,638 0,578 0,496 0,482 0,478 0,467 0,459 MR = M ( t )−M e M 0−M e 0,862 0,786 0,679 0,532 0,507 0,499 0,48 0,465 Biểu đồ thể q trình tính toán theo Lewis 1.2 MR 0.8 f(x) = − 3.48842334116711E-06 x + 0.842535193553458 R² = 0.786908648896139 0.6 0.4 0.2 0 20000 40000 60000 80000 Thời gian (s) Dựa vào đồ thị ta có : KLewis = 0,000003 100000 120000 140000 160000 Đối với phương trình Page: n hệ số góc a – ln(K) =b phương trình y=ax+b Bảng 3: Tổng hợp số liệu theo mơ hình Page: Thời gian (s) 4800 12000 22800 65400 75600 84600 97200 145800 ln(MR = M ( t )−M e ) M 0−M e ln(-ln(MR = M ( t )−M e )) M 0−M e -1,9072 -1,4238 -0,949 -0,4603 -0,3868 -0,3636 -0,3097 -0,2669 -0,1485 -0,2408 -0,3871 -0,6311 -0,6792 -0,6951 -0,734 -0,7657 Biểu đồ thể q trình tính tốn theo Page 0 f(x) = 1.09746171865816E-05 20000 40000 x − 60000 80000 1.45551935488471 R² = 0.746045335129641 100000 120000 140000 160000 ln(-ln(MR) -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 Thời gian (s) Dựa vào đồ thị ta có: Kpage = 0,233; n = 0,00001 Nhận xét Sự đốn theo phương trình Lewis Page cho kết nhỏ thực tế kết sai lệch với thực tế R1 = 0,7869 R2 = 0.746 ta dựa vào đồ thị biểu diễn tương quan theo thực tế theo phương trình Lewis Page, ta hệ số góc a > Kết luận chung: Có thể áp dụng hai phương trình Lewis Page vào đốn q trình sấy tốt thực tế Trong quá trình sấy, việc phỏng đoán thời gian sấy và thay đổi độ ẩm của vật liệu quá trình sấy là hai vấn đề được quan tâm để có thể kiểm soát và điểu khiển quá trình Đây là quá trình rất phức tạp kết hợp cả ba quá trình truyền: Truyền moment, truyền nhiệt và truyền vật chất Các đặc tính của thực phẩm và tính chất của môi trường sấy cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thoát ẩm 10 BÀI HIỆN TƯỢNG THẨM THẤU Mục đích thí nghiệm Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình thẩm thấu nồng độ dung dịch thẩm thấu, loại nguyên liệu, kích thước nguyên liệu Quan sát biến đổi thực phẩm trình ngâm đường Mục đích thí nghiệm 2.1 Dụng cụ thí nghiệm - Chiết quang kế - Dụng cụ ngâm mẫu (thể tích lít) - Cân - Dao, thớt 2.2 Nguyên liệu - Đường sucrose (đường tinh luyện – RE) - Xồi Tiến hành thí nghiệm - Pha dung dịch đường có nồng độ phù hợp cho thí nghiệm, sau kiểm tra lại độ xác Brix kế Chú ý pha mức nồng độ có chênh lệch đáng kể (thí dụ mức nồng độ đường 30% nồng độ bão hịa) để nhận thấy rõ khác biệt tốc độ truyền khối ảnh hưởng nồng độ dịch ngâm - Cắt xồi thành khối sau đem cân - Phân tích độ ẩm, độ Brix ban đầu nguyên liệu - Cho mẫu vào dung dịch đường với tỷ lệ kg mẫu / lít dung dịch Gài nén bề mặt dụng cụ ngâm nhằm đảm bảo mẫu ngâm ngập hoàn toàn dung dịch đường Báo cáo kết 4.1 Các thông số ban đầu - Độ Brix mẫu: 13,53% - Độ ẩm mẫu : 86,65% - Khối lượng mẫu ban đầu: m0=50g; m1=49g; m2=47,9g; m3=49,9g - Khối lượng dung dịch đường: mđường = 1000g - Độ Brix dung dịch đường ban đầu: 48,5% 11 4.2 Kết thí nghiệm Bảng 1: Sự thay đổi khối lượng độ Brix mẫu xoài Mẫu KL (g) 50 49,4 48,6 50 Dung dịch 1000 đường Sự thay đổi khối lượng độ Brix theo thời gian ngâm (phút) 1440 2880 4320 5760 Brix KL Brix KL Brix KL Brix KL Brix (%) (g) (%) (g) (%) (g) (%) (g) (%) 47,7 46,6 45 44 46,8 44,6 43,3 42 13,6 26,4 31,2 37,8 40,8 44,9 43 42,5 41,5 46,8 43,7 43 41,5 48,5 46 44 43 42 4.3 Tính tốn kết Ở 1440 phút: - Khối lượng ẩm đi/g nguyên liệu tươi (WLt): ( W o −W t ) +( St −So ) WLt (0) = W0 WLt (1) = = ( W o −W t ) +( St −So ) W0 ( 50−47,7 ) +( ( 47,7 x 0,264 )−( 50 x 0,136 )) = 0,162 50 = ( 49,4−46,8 )+( ( 46,8 x 0,264 ) −( 49,4 x 0,136 ) ) = 49,4 = ( 48,6−44,9 ) +( ( 44,9 x 0,264 )−( 48,6 x 0,136 )) = 48,6 0,167 WLt (2)= ( W o −W t ) +( St −So ) W0 0,184 WLt (3) = WLt = - ( W o −W t ) +( St −So ) W0 = ( 50−46,8 ) +( ( 46,8 x 0,264 )−( 50 x 0,136 ) ) = 0,175 50 0,162+ 0,167+0,184 +0,175 = 0,172 Tốc độ ẩm (g/g.phút): WLt ( W o −W t ) +( St −So ) ,172 = x 1/t = 1440 = 1,194.10-4 W0 t - Sự gia tăng chất tan/100g nguyên liệu ( SGt) SGt (0) = ( St −So ) ( ( 47,7 x 0,264 )−( 50 x 0,136 ) ) = = 0,115 Wo 50 SGt (1) = ( St −So ) ( ( 46,8 x 0,264 ) −( 49,4 x 0,136 ) ) = = 0,114 Wo 49,4 12 SGt (2) = ( St −So ) ( ( 44,9 x 0,264 ) −( 48,6 x 0,136 )) = = 0,108 Wo 48,6 SGt (3) = ( St −So ) ( ( 46,8 x 0,264 ) −( 50 x 0,136 ) ) = = 0,111 Wo 50 SG t = 0,115+0,114+ 0,108+0,111 = 0,112 Các thời gian cịn lại tính tốn tương tự, thu kết tổng hợp bảng sau: Bảng 2: Tốc độ ngấm đường mẫu xoài theo thời gian ngâm nồng độ đường Thời gian ngâm ( phút) Độ giảm khối lượng Độ giảm ẩm WL Độ tăng chất tan SG 0 0 1440 2,95 0,172 0,111 2880 5,025 0,246 0,148 4320 6,05 0,318 0,196 5760 7,25 0,359 0,212 4.4 Vẽ biểu đồ: Biểu đồ thể biến đổi khối lượng theo thời gian ngâm f(x) = 0.00122222222222222 x + 0.735 R² = 0.950388120148498 Độ giảm khối lượng 0 1000 2000 3000 4000 Thời gian ngâm ( phút) 13 5000 6000 7000 Biểu đồ thể biến đổi độ ẩm theo thời gian ngâm 0.4 f(x) = 0.00006 x + 0.0462 R² = 0.929633872976339 0.35 Độ giảm ẩm WL 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Thời gian ngâm ( phút) Biểu đồ thể biến chất tan theo thời gian ngâm 0.25 f(x) = 3.53472222222222E-05 x + 0.0316 R² = 0.905649626667412 Độ tăng chất tan SG 0.2 0.15 0.1 0.05 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Thời gian ngâm ( phút) 4.5 Trả lời câu hỏi Câu 1: Lý ngâm mẫu dung dịch đường với tỷ lệ 1kg : lít dung dịch? Để tránh lượng nước nguyên liệu thoát làm ảnh hưởng đến nồng độ ban đầu dung dịch thời gian ngâm nguyên liệu phải tương đối lâu Nồng độ dung dịch không bị giảm nhiều so với nồng độ ban đầu sử dụng lượng dung dịch lớn nhiều so với lượng nguyên liệu cho vào Câu 2: Xác định khối lượng mẫu trước sau thời gian ngâm có ý nghĩa gì? 14 Có thể so sánh tốc độ thẩm thấu ngâm mẫu dung dịch đường khoảng thời gian xác định khối lượng mẫu trước sau thời gian ngăm để tính tốn thay đổi khối lượng độ ẩm, màu theo thời gian Thông qua tốc độ ngấm đường vào nguyên liệu nên xác định tốc độ truyền khối thực phẩm Câu 3: Giải thích lý biến đổi khối lượng, nước đường? Trong biến đổi này, biến đổi chính, biến đổi phụ thuộc, biến đổi có xảy đồng thời khơng? Khối lượng giảm, lượng nước giảm, lượng đường tăng lên ngâm xoài vào dung dịch nước đường Là kết trình thăm thẩu Đường di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp (Từ dung dịch đường vào nguyên liệu.), đồng thời nước di chuyển từ nơi có nồng độ tháp đến nơi có nồng độ cao (Từ nguyên liệu môi trường.) đề nồng độ chất tan dung dịch thẩm thấu nguyên liệu Kết lượng nước nguyên liệu giảm, lượng đường nguyên liệu tăng khối lượng nguyên liệu giảm lượng đường thẩm thấu vào nhỏ lượng nước ra, đường có phân tử lượng lớn Trong biến đổi thị biến đổi khối lượng, hình dạng phụ thuộc biến đổi lượng nước, nồng độ đường Các biến đổi xảy đồng thời trình thẩm thấu Tiền đề cho biến đổi khối lượng nguyên liệu biến đổi khối lượng nước đường Câu 4: Biến đổi hình dạng sản phẩm trình thí nghiệm? Lý do? Mẫu xồi bị teo nhỏ từ từ ngâm dung dịch ưu trương suốt q trình thí nghiệm Ngun nhân nồng độ đường mẫu xồi thấp mơi trường, hình dạng sản phẩm bị teo nhỏ lại nước di chuyển từ mẫu môi trường dẫn đến tượng nước (Co nguyên sinh) Câu 5: Ảnh hưởng thay đổi kích thước thay đổi nồng độ đường ngâm đến tốc độ truyền khối? Tốc độ truyền khối chậm lại, kích thước nhỏ mỏng tốc độ truyền khối nhanh kích thước ngun liệu dày lớn Tốc độ truyền khối nhỏ nồng độ đường thấp Tốc độ truyền khỏi lớn nồng độ đường cao chênh lệch áp suất thẩm thấu cảng lớn Câu 6: Trong trường hợp mẫu có đường kính chiều dài thay đổi, tốc độ truyền khối điều kiện ngâm có khác khơng? Tại sao? Trong trường hợp mẫu có đường kính chiều dài thay đổi tốc độ truyền khối điều kiện ngâm có khác Vì khuếch tán theo phương vng góc (Xun tâm) 15 BÀI CHƯNG CẤT (Lý thuyết) Mục đích thí nghiệm Quan sát nhận xét trình chưng cất gián đoạn đơn giản Tính tốn q trình chưng cất gián đoạn đơn giản so sánh với kết thực tế thu Cơ sở lý thuyết Chưng cất phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng hỗn hợp khí - lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất cấu tử khác nhau) Quá trình chưng cất thực nhiều phương pháp khác nhau: Chưng cất đơn giản: Thường sử dụng để tách hỗn hợp gồm có cấu tử có độ bay khác Phương pháp thường dùng để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất Chưng nước trực tiếp: Dùng để tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay hơi, thường ứng dụng trường hợp chất tách không tan vào nước Chưng chân không: Dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử, trường hợp cấu tử hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hay trường hợp cấu tử có nhiệt độ sơi q cao 16 Chưng cất hồn lưu: Đây phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hồ tan phần hịa tan hồn tồn vào (Paul Singh and Helman, 1993) giản Trong thí nghiệm này, sinh viên quan sát q trình chưng cất gián đoạn đơn Quá trình chưng cất đơn giản gián đoạn tính tốn theo hình 5.1 Gọi: L1: số gmol dung dịch lỏng ban đầu cho vào hệ thống x1: phần mol chất dễ bay L1 L2: số gmol dung dịch lỏng lại hệ thống sau trình chưng cất x2: phần mol chất dễ bay L2 Ở thời điểm t lượng dung dịch lỏng hệ thống L gmol phân mol cấu tử dễ bay tương ứng x 17 Phương tiện thí nghiệm 3.1 Dụng cụ thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm trình bày hình 5.2 18 Dụng cụ thí nghiệm gồm có: - Bộ chưng luyện: bình cầu, ống sinh hàn, ống đong, dây nhựa dẫn nước sản phẩm, van điều chỉnh, bếp điện điều chỉnh nhiệt độ, - Chiết quang kế - Cồn kế - Dụng cụ thủy tinh: Bình định mức, ống đong, phễu thủy tinh, cốc thủy tinh, pipet - Đồng hồ 3.2 Nguyên liệu, hóa chất - Gạo - Ethanol - Nước cất Tiến hành thí nghiệm 4.1 Chuẩn bị mẫu 19 ... thấm nước qua màng bao bì Báo cáo kết 4 .1 Trả lời câu hỏi - Độ thấm nước qua màng gì? Độ thấm nước qua màng tốc độ truyền nước qua màng - Nêu yếu tố ảnh hưởng đến thấm nước qua màng? Những yếu... độ ẩm tương đối khác Tiến hành cân lại mẫu theo ngày để theo dõi thay đổi khối lượng mẫu xác định tốc độ thấm nước qua màng bao bì Hình 1. 1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ thấm nước qua màng. ..BÀI XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ THẤM HƠI NƯỚC QUA MÀNG BAO BÌ Mục đích thí nghiệm Khảo sát thấm nước qua loại màng bao bì PVC theo thay đổi độ ẩm môi trường Phương tiện thí nghiệm 2 .1 Dụng cụ -