Kết hợp phơi sấy để tiết kiệm năng lượng, nghiên cứu công nghệ sấy và thiết bị sấy phù hợp với từng loại nguyên liệu để đạt được chất lượng cao nhất.Cũng như các loại khác, sắn là một tr
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SẤY
Giới thiệu chung
Hình 1.1: Cấu tạo củ sắn
Củ sắn hay khoai mì là một loại nông sản dường như rất phổ biến ở Việt Nam, chúng dễ sống, dễ trồng và rất ít công chăm sóc nhưng mang
Khoai mì là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ Có cấu tạo: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn So với các loại củ khác thì vỏ củ sắn là loại vỏ dễ phân biệt và dễ tách nhất. a Vỏ gỗ
Chiếm 0,5 – 3% khối lượng củ Gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột Vỏ gỗ là lớp ngoài cùng, sần sùi, màu nâu thẫm, chứa các sắc tố đặc trưng Có tác dụng giữ cho củ rất bền, không bị tác động cơ học bên ngoài. b Vỏ cùi
Dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8 – 20% trọng lượng củ Gồm các tế bào được cấu tạo bởi cellulose và tinh bột (5 – 8%) Giữa các lớp vỏ là mạng lưới ống dẫn nhựa củ, trong mủ có nhiều tanin, enzyme và các sắc tố. c Thịt khoai mì (ruột củ)
Là thành phần chiếm chủ yếu của củ, bao gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinh chất Hàm lượng tinh bột trong ruột củ phân bố không đều Kích thước hạt tinh bột koảng 15 – 80mm Củ sắn càng để già thì càng có nhiều xơ. d Lõi khoai mì
Thường nằm ở trung tâm dọc theo thân củ, nối từ thân đến đuôi củ Lõi chiếm từ 0,3 –1% khối lượng củ Thành phần cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicelluloses.
Tính chất hóa học
Thành phần tỉ lệ trong củ khoai mì tươi có:
Chất protein, béo, xơ, tro trong 100g được tương ứng là 0,8-2,5g, 0,2-0,3g, 1,1-1,7g, 0,6-0,9g
Chất muối khoáng và vitamin trong 100g củ là 18,8-22,5mg Ca, 22,5- 25,4mg P, 0,02mg B1, 0,02mg B2, 0,5mg PP.
Trong củ sắn, hàm lượng các axit amin không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh.
Cũng như phần lớn các loại hạt và củ, thành phần chính của củ khoai mì là tinh bột Ngoài ra, trong khoai mì còn có các chất: đạm, muối khoáng, lipit, xơ và một số vitamin B1, B2.
Tinh bột là thành phần quan trọng của củ sắn, nó quyết định giá trị sử dụng của chúng. Hạt tinh bột hình trống, đường kính khoảng 35 mircomet.
Tinh bột gồm hai thành phần:
Tỉ lệ Amylopectin: Amylo trong tinh bột khoai mì cao (80:20) nên gel tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thoái hóa thấp.
Hàm lượng tinh bột tập trung nhiều nhất ở phần sát vỏ bao, càng đi sâu vào lớp thịt sát lõi lượng tinh bột lại ít đi.
Tinh bột có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ, có một số hạt trũng, có màu rất trắng Nên trong quá trình sản xuất nên loại bỏ vỏ để không tạo màu tối cho tinh bột.
Tinh bột khoai mỡ cú kớch thước từ 5 đến 40àm với những hạt lớn 25-35àm, hạt nhỏ 5-15àm và nhiều hỡnh dạnh, chủ yếu là hỡnh trũn, bề mặt nhẵn, một bờn mặt cú chổ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa Dưới ánh sáng phân cực, các liên kết ngang với mật độ từ trung bình tới dày đặc có thể thấy rõ Các nghiên cứu siêu cấu trúc bằng tia
X cho thấy tinh bột khoai mì có cấu trúc tinh thể dạng A và hỗn hợp A, B.
Khi hạt tinh bột khoai mì bị vỡ, có thể quan sát được các rãnh tạo cấu trúc xốp của hạt Các rãnh vô định hình kéo dài từ bề mặt tới tâm của hạt tạo thành các lỗ xốp Chính các lỗ xốp này giúp nước thâm nhập vào giúp trương nở tinh bột, phá vỡ các liên kết hidro giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho tác dụng phân hủy của enzyme Tinh bột khoai mì có cấu trúc hạt tương đối xốp, liên kết giữa các phân tử trong cấu trúc tinh thể yếu, vì vậy nó dễ bị phân hũy bởi các tác nhân như acid và enzyme hơn so với các loại tinh bột khác như bắp, gạo.
Tinh bột khoai mì có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình tương đối cao, 215.00g/mol so với 30.500, 130.000, 224.500 và 276.000 tương ứng ở amylose của bắp, tinh bột lúa mì, tinh bột khoai tây và tinh bột sáp Hàm lượng amylose nằm trong khoảng 8-28%, nhưng nói chung đa số các giống khoai mì có tỷ lệ amylose 16- 18% Tinh bột khoai mì có những tính chất tương tự các loại tinh bột chứa nhiều amylosepectin như độ nhớt cao, xu hướng thoái hóa thấp và độ bền gel cao Hàm lượng amylosepectin và amylose trong tinh bột khoai mì liên quan tới độ dính của củ nấu chính và nhiều tính chất trong các ứng dụng công nghiệp.
Nhiệt độ hồ hóa tinh bột khoai mì trong khoảng 58.5-700C so với 56-660C ở khoai tây và 62-720C ở tinh bột bắp Việc tạo ra các dẫn xuất của tinh bột nhờ liên kết ngang hay việc thêm các chất có hoạt tính bề mặt có thể thay đổi nhiệt độ hồ hóa Nhiệt độ hồ hóa cũng ảnh hưởng đến chất lượng nấu của tinh bột, nhiệt độ hồ hóa thấp thường làm chất lượng nấu thấp do tin bột dễ bị phá vỡ. Độ nhớt là tính chất quan trọng giúp tinh bột có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp vãi, giấy Tinh bột khoai mì có độ nhớt rất cao Độ nhớt cao thể hiện ở lực liên kết yếu giữa các phân tử tinh bột trong cấu trúc hạt
Xử lý hóa học, vật lý (gia nhiệt, xữ lý bằng áp suất hơi, thêm các chất hóa học, thay đổi pH của môi trường) cũng như sự có mặt của các chất như protein, chất béo, chất có hoạt tính bề mặt đều có ảnh hưởng đến tinh bột khoai mì. Độ nở và độ hòa tan của tinh bột cũng là tính chất quan trọng và cũng rất khác nhau giữa các dạng tinh bột Tính chất này của tinh bột khoai mì phụ thuộc rất nhiều vào giống khoai mì, điều kiện môi trường sống, thời điểm thu hoạch nhưng lại không liên quan đến kích thước hạt hay trọng lượng phân tử tinh bột.
Cấu trúc gel của tinh bột khoai mì có độ bền cao hơn so với nhiều loại ngủ cốc khác nên được ứng dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt với những sản phẩm phải bảo quản trong thời gian dài.
1.2.2 Đường Đường trong củ mì chủ yếu là glucose và một ít maltose, saccarose Củ mì càng già thì hàm lượng đường càng giảm Trong chế biến, đường hoà tan trong nước được thải ra trong nước dịch.
Hàm lượng của thành phần protein có trong củ rất thấp nên cũng ít ảnh hưởng đến quy trình công nghệ Tỉ lệ khoảng: 1 – 1,2% Từ ngoài vào trong hàm lượng đạm tăng lên một ít.
Lượng ẩm trong củ mì tươi rất cao, chiếm khoảng 70% khối lượng toàn củ Lượng ẩm cao khiến cho việc bảo quản củ tươi rất khó khăn Vì vậy ta phải đề ra chế độ bảo vệ củ hợp lý tuỳ từng điều kiện cụ thể.
1.2.5 Độc tố trong củ sắn
Ngoài những chất dinh dưỡng trên, trong loại nông sản này còn có độc tố Chất độc có trong cây khoai mì ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ Đó chính là HCN Trong củ khoai mì, HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin gồm hai glucozit Linamarin và Lotaustralin.
Trong khoai mì, các chất polyphenol và hệ enzyme polyphenoloxydaza có ảnh hưởng nhiều tới chất lượng trong bảo quản và chế biến.
Polyphenoloxydaza xúc tác quá trình oxy hoá polyphenol tạo thành octoquinon sau đó trùng hợp các chất không có bản chất phenol như acid amin để hình thành sản phẩm có màu Trong nhóm polyphenoloxydaza có những enzyme oxy hoá các monophenol mà điển hình là tirozinnaza xúc tác sự oxy hoá acid amin tirozin tạo nên quinon tương ứng Sau một số chuyển hoá các quinon này sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanin Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt khoai mì có màu đen mà thường gọi là khoai mì chảy nhựa Vì enzyme tập trung trong mủ ở vỏ cùi cho nên các vết đen cũng xuất hiện trong thịt củ bắt đầu từ lớp ngoại vi.
Khi khoai mì đã chảy nhựa thì lúc mài xát khó mà phá vỡ tế bào để giải phóng tinh bột do đó hiệu suất lấy tinh bột thấp, mặt khác tinh bột không trắng.
Ngoài tirozinaza các enzyme oxy hoá khử cũng hoạt động mạnh làm tổn thất chất khô của củ.
Hàm lượng tannin trong khoai mì ít nhưng sản phẩm oxy hoá tannin là chất flobafen có màu sẫm đen khó tẩy Khi chế biến, tannin còn có tác dụng với Fe tạo thành sắt tannat cũng có màu xám đen Cả hai chất này đều ảnh huởng đến màu sắc của tinh bột nếu như trong chế biến không tách dịch bào nhanh và triệt để.
Ứng dụng của sắn
Khoai mì có giá trị dinh dưỡng cao như khoai tây, khoai môn, khoai lang… Tuy hàm lượng protein thấp nhưng nó chứa nhiều cacbonhydrate là nguồn cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể Nó còn là một nguồn tốt để cung cấp Kali và chất xơ Khoai mì giúp duy trì quá trình cân bằng hàm lượng nước trong máu.
Chất xơ giúp ngừa táo bón, có khuynh hướng thấp hơn hàm lượng Cholesterol trong máu, ngăn ngừa những bệnh về tim mạch Vì củ sắn chứa ít protein và chất béo nên khi dùng khoai mì trong khẩu phần ăn nên bổ sung thêm các loại thực phẩm giàu protein và lipid để khẩu phần được cân đối.
Khoai mì được dùng để sản xuất tinh bột Tinh bột củ sắn chiếm số lượng lớn và giá thành rẻ nên được dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm như: sử dụng trong sản xuất các chất tạo ngọt hoặc làm tác nhân kết dính cho sản phẩm bánh kẹo, sử dụng tinh bột trong sản xuất bánh biscuit ngọt, biscuit không ngọt, cream sandwich với hàm lượng khoảng 5 – 10% để giúp bánh mềm và không dính, trong sản xuất bánh mì, tinh bột được dùng như là một cơ chất cho nấm men sử dụng trong quá trình lên men và tham gia vào phản ứng tạo màu nâu đặc trưng của sản phẩm khi nướng.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ SẤY
Tổng quan về công nghệ
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trong quá trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phẩm.
Tách nước ra khỏi vật liệu rắn hay dung dịch là một quy trình kĩ thuật rất phổ biến và rất quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngành hóa chất và công nghiệp thực phẩm
Giảm chi phí chuyên chở và đồng thời nó cũng làm tang giá trị cảm quan cho sản phẩm.
Ngăn cản vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn phát triển.
Loại bỏ phần nước tự do trong sản phẩm, làm giảm hoạt độ của nước, chậm bớt các quá trình sinh học giúp cho bảo quản thực phẩm được lâu hơn.
Là công đoạn sơ chế cho các bước chế biến tiếp theo.
2.1.3 Các phương pháp tách ẩm
Tùy theo tính chất và độ ẩm, tùy theo yêu cầu và mức độ làm khô của vật liệu mà người ta tiến hành các phương pháp tách ẩm ra khỏi vật liệu theo các cách sau:
Phương pháp cơ học: Dùng máy ép, máy lọc, máy li tâm,… để tách nước Dùng khi không cần tách triệt để mà chỉ tách sơ bộ một lượng nước ra khỏi vật liệu. Phương pháp hóa lý: Dùng một hóa chất có tính hút nước cao để tách ẩm ra khỏi vật liệu như CaCl2 khan, H2SO4 đậm đặc,… Phương pháp này đắt và phức tạp nên dung chủ yếu để hút ẩm trong một hỗn hợp khí để bảo quản máy và thiết bị. Phương pháp nhiệt: Dùng nhiệt năng làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu, được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp và trong đời sống.
2.1.4.Phân loại phương pháp sấy
Quá trình sấy bao gồm 2 phương thức:
Sấy tự nhiên: là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, …để làm bay hơi nước Phương pháp này đơn giản, không tốn năng lượng, rẻ tiền tuy nhiên không điều chỉnh được tốc độ sấy theo yêu cầu kỹ thuật nên năng suất thấp, phụ thuộc vào thời tiết, cần diện tích bề mặt lớn, điều kiện vệ sinh kém, …Do đó phương pháp này được áp dụng cho sản xuất quy mô lẻ, hộ gia đình.
Sấy nhân tạo: là phương pháp sấy được sử dụng các nguồn năng lượng do còn người tạo ra, thường được tiến hành trong các thiết bị sấy, cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm.
Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia ra làm các dạng:
Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí nóng, khói lò, … (gọi là tác nhân sấy).
Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc với nhiệt độ sấy mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn. Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương thức sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn điện phát ra truyền cho vật liệu sấy.
Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu.
Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ rất thấp nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi trừ trạng thái rắn thành hơi mà không qua trạng thái lỏng.
2.1.5 Nguyên lý của quá trình sấy
Quá trình sấy là một quá trình chuyển khối có sự tham gia của pha rắn rất phức tạp vì nó bao gồm cả quá trình khuếch tán bên trong và cả bên ngoài vật liệu rắn đồng thời với quá trình truyền nhiệt Đây là một quá trình nối tiếp nghĩa là quá trình chuyển lượng nước trong vật liệu từ pha lỏng sang pha hơi sau đó tách pha hơi ra khỏi vật liệu ban đầu Động lực của quá trình là sự chênh lệch độ ẩm ở trong lòng vật liệu và bên trên bề mặt vật liệu Quá trình khuếch tán chuyển pha này chỉ xảy ra khi áp suất hơi trên bề mặt vật liệu lớn hơn áp suất hơi riêng phần của hơi nước trong môi trường không khí xung quanh Vận tốc của toàn bộ quá trình được quy định bởi giai đoạn nào là chậm nhất Ngoài ra tùy theo phương pháp sấy mà nhiệt độ là yếu tố thúc đẩy hoặc cản trở quá trình di chuyển ẩm từ trong vật liệu sấy ra ngoài bền mặt vật liệu sấy. Trong quá trình sấy thì môi trường không khí xung quanh có ảnh hưởng rất lớn và trực tiếp đến tốc độ sấy Do vậy cần nghiên cứu tính chất là thông số cơ bản của quá trình sấy.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy:
Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy
2.1.6 Các loại tác nhân sấy
Tác nhân sấy là những chất dùng để chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy Trong quá trình sấy, môi trường buồng sấy luôn được bổ sung ẩm thoát ra từ vật liệu sấy Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối trong buồng sấy được tang lên đến một lúc nào đó sẽ đạt được sự cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường trong buồng sấy, quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ dừng lại.
Vì vậy nhiệm vụ của tác nhân sấy:
Gia nhiệt cho vật liệu sấy.
Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật liệu vào môi trường.
Bảo vệ vật liệu sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt.
Tùy theo phương pháp sấy mà các tác nhân sấy có thể thực hiện một hay nhiều các nhiệm vụ trên Các loại tác nhân sấy:
Không khí ẩm: là loại tác nhân sấy thông dụng nhất, có thể dùng cho hầu hết các loại sản phẩm Dùng không khí ẩm sẽ có nhiều ưu điểm: không khí có sẵn trong tự nhiên, không độc, không làm sản phẩm sau khi sấy ô nhiễm và thay đổi mùi vị Tuy nhiên, dùng không khí ẩm làm tác nhân sấy cần trang bị thêm bộ gia nhiệt không khí (caloripher điện, khí –hơi hay khí – khói), nhiệt độ sấy không quá cao Thường nhỏ hơn 5000C vì nếu nhiệt độ cao quá thiết bị trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng thép hợp kim hay gốm sứ với chi phí đắt.
Khói lò: Sử dụng khói lò làm môi chất sấy có ưu điểm là không cần dung calorife, phạm vi nhiệt độ rộng nhưng dung khói là có nhược điểm là có thể gây ô nhiễm sản phẩm do bụi và các chất có hại như CO2 và SO2.
Hơi quá nhiệt: Hơi quá nhiệt dung làm môi chất sấy trong trường hợp nhiệt độ cao và sản phẩm dễ cháy, nổ.
Hỗn hợp không khí và hơi nước: Tác nhân sấy này chỉ dùng khi độ ẩm tương đối cao.
2.1.7 Ưu điểm và nhược điểm của quá trình sấy a) Ưu điểm:
Hàm lượng nước còn lại trong sản phẩm còn rất ít.
Không làm thay đổi các tố chất tự nhiên của sản phẩm.
Bảo quản thực phẩm sấy khô lâu. Ứng dụng rộng rãi, rẻ tiền. Áp dụng cho nhiều vật liệu sấy, dải nhiệt độ nóng rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại vật liệu sấy Nguồn nhiệt phong phú và chi phí cho thiết bị không cao. b) Nhược điểm:
Yêu cầu kĩ thuật chế tạo máy, công nghệ sấy khắt khe.
Kĩ thuật đóng gói phải đảm bảo môi trường đóng gói có độ ẩm thấp (
