Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật nhiệt: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm sấy nấm linh chi bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

LƯƠNG THỊ THU HUYỀN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, KHẢO NGHIỆM SẤY NẤM LINH CHI BẰNG MÁY SẤY BƠM NHIỆT KẾT

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Lê Quang Huy, PGS.TS Nguyễn Thế Bảo

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 Chủ tịch: TS Trần Văn Hưng

2 Thư ký: TS Võ Kiến Quốc 3 Phản biện 1: TS Hà Anh Tùng 4 Phản biện 2: TS Lê Minh Nhựt 5 Ủy viên: TS Lê Quang Huy

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LƯƠNG THỊ THU HUYỀN MSHV: 2170770 Ngày, tháng, năm sinh: 23/09/1997 Nơi sinh: Tây Ninh

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm sấy nấm linh chi bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm (Research, design, manufacture, and test reishi mushroom drying with a heat pump dryer combined with ultrasonic waves)

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu tổng quan về nấm linh chi

- Phân tích các kết quả nghiên cứu về sấy trên thế giới và ở Việt Nam có hỗ trợ sóng siêu âm

- Thiết kế, chế tạo thiết bị sấy nấm linh chi theo nguyên lý sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm

- Thực nghiệm sấy nấm linh chi bằng máy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm - Kết luận và kiến nghị

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/09/2023 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 18/12/2023

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: T.S Lê Quang Huy, PGS TS Nguyễn Thế Bảo Tp HCM, ngày tháng năm 202

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

(Họ tên và chữ ký)

ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

Ban giám hiệu trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM vì đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất với hệ thống thư viện hiện đại, đa dạng các loại sách, tài liệu thuận lợi cho việc tìm kiếm, nghiên cứu thông tin

Tiếp theo em xin dành lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Thế Bảo và T.S Lê Quang Huy đã tận tình hướng dẫn và luôn tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn

thành luận văn “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm sấy nấm linh chi bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm”

Chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ Nhiệt Lạnh thuộc Khoa Cơ Khí trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-TP.HCM Cám ơn thầy cô đã truyền đạt những kiến thức rất quý báu và luôn tạo điều kiện tốt nhất để em có thể nghiên cứu và thực hiện đề tài

Cuối cùng em xin dành lời cám ơn chân tình đến Ban giám hiệu, quý thầy cô, và đồng nghiệp khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng đã luôn động viên tinh thần cũng như hỗ trợ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm đề tài cũng như những hạn chế về kiến thức, trong luận văn chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía Thầy cô để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tp HCM, ngày tháng năm 202

Lương Thị Thu Huyền

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm sấy nấm linh chi bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm” được thực hiện tại trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-TP.HCM và lắp đặt tại công ty TNHH Cơ Điện Lạnh Thanh Quang, địa chỉ: 114/93A Tô Ngọc Vân, P.15, Q Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh thời gian từ tháng 1 đến tháng 3 năm 2023

1 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu đặc tính hóa lý của nấm linh chi, máy sấy bơm nhiệt, sóng siêu âm Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm sấy nấm linh chi theo nguyên lý sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm với năng suất 0,5 – 1 kg/mẻ

Khảo nghiệm, đánh giá, xác định chế độ sấy thích hợp

2 Kết quả nghiên cứu

Kết quả lý thuyết

- Nghiên cứu tổng quan về dược liệu nấm linh chi, tổng quan về các phương pháp làm khô, tổng quan về sóng siêu âm và cơ chế hỗ trợ sấy của sóng siêu âm Đánh

giá, phân tích từ đó đề xuất thiết bị sấy phù hợp cho nấm linh chi

- Tính toán, thiết kế máy sấy nấm linh chi theo nguyên lý bơm nhiệt kết hợp

sóng siêu âm với năng suất G = 0,5 ÷ 1 kg/mẻ

Kết quả thực nghiệm

- Trên cơ sở nghiệm giải tích gần đúng của bài toán khuếch tán ẩm 1 chiều trong nửa tấm phẳng có chiều dày 2L Bằng các thực nghiệm đơn yếu tố chúng tôi đã xây dựng được hàm quan hệ của hệ số khuếch tán ẩm nấm Linh Chi công suất siêu âm Deff = f (P), (m2/s) và tỉ lệ gián đoạn phát sóng siêu âm Deff = f (A), (m2/s) như sau:

D = -0,0001P +0,035P+3,276;R =0,9964

Hàm điều kiện: t = 50oC; 0 ≤ P ≤ 150W

iv

D = -2,9085A +1,9586A+5,5418;R =0,9856 Hàm điều kiện: t = 50oC; 0 ≤ A ≤ 0,8

Bằng phương pháp thực nghiệm đa yếu tố trên máy sấy cho chúng tôi thiết kế, chế tạo đã đã xây dựng được hàm hồi quy biểu diễn quan hệ giữa chỉ tiêu đầu ra và thông số đầu vào như sau:

+ Ar = 19,0812 – 0,3985.t – 0,070625.P + 0,0027.t2 + 0,000916667.t.P + 0.0000944444.P2

Hàm điều kiện: 45 ≤ t ≤ 55; 60 ≤ P ≤ 120; 0,2 ≤ A ≤ 0,6 (R2 = 0,9516) + dE = 206,187 – 7,00175.t – 0,124167.P – 49,9938.A + 0,0718.t2 + 0.000902778.P2 + 73,625.A2

Hàm điều kiện: 45 ≤ t ≤ 55; 60 ≤ P ≤ 120; 0,2 ≤ A ≤ 0,6 (R2 = 0,9847) + %PA = -333,654 + 16,7157.T + 0,323173.P – 0,168985.T2 – 0,00145791.P2 Hàm điều kiện: 45 ≤ t ≤ 55; 60 ≤ P ≤ 120; 0,2 ≤ A ≤ 0,6 (R2 = 0,9698) Đã xác định được chế độ sấy thích hợp như sau:

- Các thông số thích hợp: + Nhiệt độ TNS T = 49,9oC

+ Công suất sóng siêu âm P = 103,6W + Tỷ lệ gián đoạn A = 0,33

- Các chỉ tiêu tối ưu:

+ Chi phí điện năng riêng Ar = 4,35 kWh/kg + Hàm lượng %PA = 97,5 %

+ Sự thay đổi màu sắc dE = 23,93

ABSTRACT

The project "Research, design, manufacture, and test drying Ganoderma mushrooms using a heat pump dryer combined with ultrasonic waves" was carried out at Polytechnic University - National University - Ho Chi Minh City and installed at the company Thanh Quang Refrigeration Electrical Engineering Limited, address: 114/93A To Ngoc Van, Ward 15, Go Vap District, City Ho Chi Minh from January to March 2023

Test, evaluate, and determine the appropriate drying mode

2 Research results

Theoretical results

- Overview of research on Ganoderma medicinal herb, overview of drying methods, overview of ultrasonic waves, and drying support mechanism of ultrasonic waves Evaluate and analyze and then recommend suitable drying equipment for Ganoderma mushrooms

- Calculate and design a Ganoderma dryer based on the principle of heat pump combined with ultrasonic waves with productivity G = 0.5 ÷ 1 kg/batch

Experimental results

- Based on the approximate analytical solution of the problem of 1- dimensional moisture diffusion in a half-flat plate with a thickness of 2L Using single-factor experiments, we have built a relationship function between the moisture diffusion

+ Ar = 19,0812 – 0,3985.t – 0,070625.P + 0,0027.t2 + 0,000916667.t.P + 0.0000944444.P2

Condition function: 45 ≤ t ≤ 55; 60 ≤ P ≤ 120; 0,2 ≤ A ≤ 0,6 (R2 = 0,9516) + dE = 206,187 – 7,00175.t – 0,124167.P – 49,9938.A + 0,0718.t2 + 0.000902778.P2 + 73,625.A2

Condition function: 45 ≤ t ≤ 55; 60 ≤ P ≤ 120; 0,2 ≤ A ≤ 0,6 (R2 = 0,9847) + %PA = -333,654 + 16,7157.T + 0,323173.P – 0,168985.T2 – 0,00145791.P2

Condition function: 45 ≤ t ≤ 55; 60 ≤ P ≤ 120; 0,2 ≤ A ≤ 0,6 (R2 = 0,9698) The appropriate drying mode has been determined as follows:

k= 2,3617exp(-0,601 );R = 0,9977

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS TS Nguyễn Thế Bảo và T.S Lê Quang Huy

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung công việc ghi trong luận văn này

Tp HCM, ngày tháng năm 202

Lương Thị Thu Huyền

viii

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ iii

LỜI CAM ĐOAN vii

1.1 Tổng quan về nấm linh chi 3

1.1.1 Nguồn gốc, đặc điểm sinh học và phân bố 3

1.1.3 Khai thác, thu hái và bảo quản 10

1.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của nấm linh chi 12

1.1.5 Tình hình nghiên cứu sấy nấm linh chi ở Việt Nam và thế giới 13

1.1.5.1 Các công trình nghiên cứu ngoài nước về sấy nấm linh chi 13

1.1.5.2 Các công trình nghiên cứu trong nước về sấy nấm linh chi 14

1.2 Sấy bơm nhiệt 15

1.2.1 Tổng quan về sấy bơm nhiệt 15

1.2.2 Ứng dụng sấy bơm nhiệt 18

1.3 Tổng quan về sóng siêu âm và sấy với sự hỗ trợ của sóng siêu âm 19

1.3.1 Tổng quan về sóng siêu âm 19

1.3.2 Ứng dụng sóng siêu âm hỗ trợ quá trình sấy 21

1.3.2.1 Cơ chế hỗ trợ sấy của sóng siêu âm 21

1.3.2.2 Tình hình nghiên cứu thiết kế thiết bị phát sóng siêu âm hỗ trợ sấy 24

1.3.2.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng sấy với hỗ trợ của sóng siêu âm

25

1.4 Phân tích lựa chọn phương pháp sấy nấm linh chi 27

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Nội dung nghiên cứu 30

2.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 30

2.2.1 Phương pháp kế thừa 30

2.2.2 Phương pháp giải tích toán học 31

2.2.3 Phương pháp tính toán thiết kế 31

2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 31

2.3.1 Phương pháp chế tạo máy sấy 31

2.3.2 Phương pháp thực nghiệm xác định chế độ sấy 31

2.2.3.1 Xác định các thông số nghiên cứu 32

2.2.3.2 Phương pháp thu thập và xử lí số liệu 38

2.2.3.3 Phương pháp tối ưu hóa 39

2.3.3 Phương pháp đo đạc thực nghiệm 39

2.3.3.1 Dụng cụ đo đạc 39

2.3.3.2 Phương pháp đo đạc 41

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY 42

3.1 Tính toán thiết kế máy sấy bơm nhiệt kết hợp với sóng siêu âm 42

3.1.1 Các số liệu thiết kế ban đầu 42

3.1.2 Cơ sở tính toán thiết kế 43

3.1.3 Kết quả thiết kế chế tạo 43

3.2 Thực nghiệm đánh giá khả năng làm việc của máy sấy 45

3.2.1 Thực nghiệm sấy không tải 45

3.2.2 Thực nghiệm sấy có tải 46

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

4.1 Mô tả quy trình thực nghiệm 49

4.1.1 Vật liệu thực nghiệm 49

4.1.2 Lập kế hoạch thực hiện theo mô hình bài toán hộp đen 49

x

4.2 Kết quả thực nghiệm 50

4.2.1 Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố 50

4.2.1.1 Ảnh hưởng công suất sóng siêu âm 50

4.2.1.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ gián đoạn 55

4.2.2 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố 63

4.2.2.1 Phát biểu bài toán hộp đen 63

4.2.2.2 Xác định vùng nghiên cứu 63

4.2.2.3 Kế hoạch thực nghiệm 64

4.2.2.4 Phân tích kết quả thực nghiệm 66

4.2.2.5 Thực nghiệm xây dựng đường cong sấy ở chế độ thích hợp 72

4.3 Kết luận chương 4 75

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

5.1 Kết luận 77

5.2 Kiến nghị 77

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 1 TÍNH TOÁN CHI TIẾT THẾT KẾ MÁY SẤY 95

PHỤ LỤC 2 SƠ ĐỒ NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN, HOẠT ĐỘNG VÀ BẢO VỆ CỦA MÁY SẤY 118

PHỤ LỤC 3 SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 120

PHỤ LỤC 4 KẾT QUẢ HÀM LƯỢNG POLYSACCHARIDE 141

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 167

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Thể quả nấm linh chi (loài Ganoderma lucidum) 3

Hình 1.2 Thu hoạch nấm linh chi 11

Hình 1.3 Phơi khô nấm bằng ánh nắng mặt trời 11

Hình 1.4 Ứng dụng năng lượng mặt trời vào sấy nấm 11

Hình 1.5 Động lực quá trình sấy 15

Hình 1.6 Đồ thị I - d biểu diễn quá trình sấy 16

Hình 1.7 Dãy tần số của sóng siêu âm 19

Hình 1.8 Sóng siêu âm a) Sóng dọc; b) Sóng ngang Nguồn: Olymbus 20

Hình 1.9 Sóng Lamb Nguồn: Aleksander Kural -2013 20

Hình 1.10 Hiệu ứng xâm thực cơ học của công nghệ siêu âm 23

Hình 1.11 Cấu trúc cơ bản của bộ phận siêu âm hỗ trợ sấy 25

Hình 1.12 Bộ phận phát sóng siêu âm hỗ trợ sấy 25

Hình 1.13 Sơ đồ thiết bị sấy đối lưu kết hợp với sóng siêu âm 26

Hình 1.14 Sơ đồ thiết bị sấy đối lưu kết hợp với sóng siêu âm đĩa tròn 26

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy bơm nhiệt 28

Hình 2.1 Lưu đồ xác định hệ số khuếch tán ẩm 35

Hình 2.2 Mô hình bài toán hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu 38

Hình 2.3 Đồng hồ đo nhiệt độ DS – 1 40

Hình 2.4 Đồng hồ đo điện năng PZEM 40

Hình 2.5 Đồng hồ đo tốc độ gió Lutron AM-4203 40

Hình 2.6 Đồng hồ đo nhiệt độ – độ ẩm hãng Conotec Fox-300A 40

Hình 2.7 Cân điện tử 40

Hình 2.8 Cân sấy ẩm hồng ngoại 40

Hình 2.9 Loadcell cảm biến khối lượng 41

Hình 3.1 Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết 98

Hình 3.2 Sơ đồ cân bằng nhiệt 100

Hình 3.3 Đồ thị I-d quá trình sấy thực 105

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý bơm nhiệt 108

Hình 3.5 Đồ thị lgp-h và T-s của chu trình 108

Hình 3.6 Máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm 44

Hình 3.7 Biểu đồ so sánh chế độ sấy bơm nhiệt và bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm 47

xii

Hình 3.8 So sánh hàm lượng Polysaccharide ở ba chế độ sấy 48

Hình 4.1 Mô hình bài toán hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu 50

Hình 4.2 Đồ thị đường cong sấy ở các mức công suất (UP) siêu âm khác nhau tại nhiệt độ TNS 50oC 51

Hình 4.3 Ảnh hưởng UP đến thời gian sấy 52

Hình 4.4 Ảnh hưởng của UP đến sự thay đổi màu sắc của vật liệu sấy 53

Hình 4.5 Ảnh hưởng của UP đến phần trăm hàm lượng polysaccharide 54

Hình 4.6 Ảnh hưởng công suất sóng siêu âm đến hệ số khuếch tán ẩm Deff 54

Hình 4.7 Đường cong sấy ở các tỉ lệ gián đoạn khác nhau 57

Hình 4.8 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn âm đến thời gian sấy 57

Hình 4.9 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn đến chi phí điện năng riêng 58

Hình 4.10 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn đến sự thay đổi màu sắc của vật liệu sấy 59

Hình 4.11 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn đến phần trăm hàm lượng polysaccharide 60

Hình 4.12 Ảnh chụp SEM vật liệu sấy 60

Hình 4.13 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn đến hệ số khuếch tán ẩm Deff 61

Hình 4.14 Mô hình bài toán hộp đen mô tả quá trình nghiên cứu 63

Hình 4.15 Ảnh hưởng các hệ số hồi quy đến hàm chi phí điện năng riêng Ar 68

Hình 4.16 Ảnh hưởng t, P đến hàm chi phí điện năng riêng Ar 68

Hình 4.17 Ảnh hưởng t, A đến hàm chi phí điện năng riêng Ar 68

Hình 4.18 Ảnh hưởng P, A đến đến hàm chi phí điện năng riêng Ar 68

Hình 4.19 Ảnh hưởng các hệ số hồi quy đến hàm thay đổi màu sắc dE 69

Hình 4.20 Ảnh hưởng t, P đến hàm thay đổi màu sắc dE 69

Hình 4.21 Ảnh hưởng t, A đến hàm thay đổi màu sắc dE 69

Hình 4.22 Ảnh hưởng P, A đến thay đổi màu sắc dE 69

Hình 4.23 Ảnh hưởng các hệ số hồi quy đến hàm hàm lượng %PA 70

Hình 4.24 Ảnh hưởng t, P đến hàm hàm lượng %PA 70

Hình 4.25 Ảnh hưởng t, A đến hàm hàm lượng %PA 71

Hình 4.26 Ảnh hưởng P, A đến hàm hàm lượng %PA 71

Hình 4.27 Đường cong sấy 74

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần các chiết chất hoạt tính ở nấm linh chi 7

Bảng 3.1 Bảng thông số các điểm nút trong quá trình sấy lý thuyết 99

Bảng 3.2 Hệ số dẫn nhiệt và độ dày của vật liệu cách nhiệt 102

Bảng 3.3 Thông số các điểm nút trong quá trình sấy thực 106

Bảng 3.4 Thông số tại các điểm nút 108

Bảng 4.1 Ảnh hưởng công suất sóng siêu âm đến thời gian sấy 51

Bảng 4.2 Ảnh hưởng công suất sóng siêu âm đến chi phí điện năng 51

Bảng 4.3 Ảnh hưởng công suất sóng siêu âm đến màu sắc 52

Bảng 4.4 Ảnh hưởng công suất sóng siêu âm đến thời gian sấy 53

Bảng 4.5 Ảnh hưởng công suất sóng siêu âm đến hệ số khuếch tán ẩm 54

Bảng 4.6 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn đến thời gian sấy 56

Bảng 4.7 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn đến chi phí điện năng 58

Bảng 4.8 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn đến hàm lượng polysaccharides 58

Bảng 4.9 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn hàm lượng polysaccharides 59

Bảng 4.10 Ảnh hưởng tỉ lệ gián đoạn đến hệ số khuếch tán ẩm 61

Bảng 4.11 Ma trận thực nghiệm 64

Bảng 4.12 Ma trận thực nghiệm và kết quả thực nghiệm 65

Bảng 4.13 Kết quả phân tích phương sai ANOVA lần 1 cho Ar, %PA và dE 66

Bảng 4.14 Kết quả phân tích phương sai ANOVA lần 2 cho Ar, %PA và dE 67

Bảng 4.15 Thông số quá trình sấy thực nghiệm ở chế độ tối ưu 73

Bảng 4.16 Bảng thông số đầu ra ở chế độ tối ưu 73

xiv

DANH MỤC CÁC KÍ TỰ

mk Khối lượng chất khô có trong nấm kg

%PA Phần trăm hàm lượng polysaccharides %

pv phân áp suất của hơi nước trong lòng vật N/m2

pbm phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật N/m2ph phân áp suất của hơi nước trong môi trường xung

quanh

N/m2

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Các chữ viết tắt Ý nghĩa

VLS Vật liệu sấy TBBH Thiết bị bay hơi TBNT Thiết bị ngưng tụ

TL Tiết lưu

UW Ultrawave (sóng siêu âm)

UP Ultrawave power (công suất siêu âm) HP Heat pump (bơm nhiệt)

Nấm linh chi, còn được gọi là "thần dược" hay "nấm bất tử", là một loại nấm có từ lâu đời trong y học truyền thống Đông Á, đặc biệt là Trung Quốc và Nhật Bản Nó chứa các hoạt chất sinh học quý giá, bao gồm polysaccharides, triterpenoids, peptit, và các chất chống oxy hóa khác Các thành phần này đã được chứng minh có khả năng tăng cường hệ miễn dịch, chống vi khuẩn, chống ung thư, điều chỉnh huyết áp, giảm cholesterol và ngăn ngừa lão hóa

Sóng siêu âm là một sóng cơ ngày nay được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực Đặc biệt trong lĩnh vực sấy đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học chứng minh tính hiệu quả của sóng siêu âm trong sấy kết hợp với một số sản phẩm …

Ở Việt Nam hiện nay các công trình nghiên cứu về sấy có sự hỗ trợ của sóng siêu âm còn nhiều hạn chế Vì vậy để duy trì thành phần dinh dưỡng, hoạt chất và nâng cao giá trị của nấm linh chi tôi thực hiện nghiên cứu đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm sấy nấm linh chi bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm" Với các mục tiêu sau:

Nghiên cứu thiết kế chế tạo, thiết bị sấy nấm linh chi bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm

Khảo nghiệm xác định chế độ sấy thích hợp cho thiết bị sấy nấm linh chi kết hợp sóng siêu âm ở Việt Nam

2 Mục đích

Làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo và kỹ thuật sấy khi kết hợp sấy bơm nhiệt với sóng siêu âm dùng cho sấy dược liệu, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm sấy và rút ngắn thời gian sấy

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nấm linh chi tươi được trồng tại trại nấm Đông Thành,

Thị xã Tân Uyên, tỉnh Bình Dương, Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ, công suất, tỉ lệ phát sóng siêu âm trong quá trình sấy trên thiết bị sấy 0,5 ÷ 1 kg/mẻ

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Việc áp dụng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm cho quá trình sấy nấm linh chi không chỉ giúp tăng cường hiệu suất sấy, giảm thời gian và tiết kiệm năng lượng mà còn giữ nguyên các hoạt chất quý giá như polysaccharides, triterpenoids và các chất chống oxi hóa khác Điều này đồng nghĩa với việc sản phẩm sấy nấm linh chi cuối cùng sẽ có chất lượng cao, độ ẩm thấp và khả năng bảo quản lâu dài

Ngoài ra, đề tài này còn đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp nông nghiệp và y học, đặc biệt là trong lĩnh vực chế biến thực phẩm chức năng Công nghệ sấy nấm linh chi bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng siêu âm không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các sản phẩm nấm linh chi chất lượng cao, mà còn mang lại tiềm năng kinh tế và thương mại lớn.

Tổng quan 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nấm linh chi

Trong phần này chúng tôi sẽ trình bày các vấn đề xung quanh các nghiên cứu về nấm linh chi

1.1.1 Nguồn gốc, đặc điểm sinh học và phân bố 1.1.1.1 Nguồn gốc

Nấm linh chi hay còn được gọi là linh chi thảo, nấm trường thọ, nấm lim, thuốc thần tiên

Tên khoa học Ganoderma lucidum, thuộc họ Nấm gỗ Ganodermataceae

Nấm linh chi là một dược liệu mà con người từ xa xưa đã biết dùng làm thuốc

Theo tác giả Lý Thời Trân của bộ “Bản thảo cương mục” đã giới thiệu vị linh chi có 6 loại mang màu sắc và tên khác nhau: Thanh chi (linh chi màu xanh), hồng

chi (màu hồng) còn gọi xích chi, đơn chi, hoàng chi (còn gọi là kim chi) màu vàng, bạch chi (còn gọi là ngọc chi) màu trắng, hắc chi (còn gọi là huyền chi) màu đen, tử chi – linh chi màu tím [1]

Hình 1.1 Thể quả nấm linh chi (loài Ganoderma lucidum)

Nguồn: BS Trần Văn Năm, “Công dụng của nấm linh chi” Internet:

chi.html, 27/11/2017

https://www.vienydhdt.gov.vn/tin-tuc/thong-tin-vien/cong-dung-cua-nam-linh-Nấm linh chi có thể mọc thành cụm hoặc đơn lẻ Phần thịt của thể quả nấm có màu nâu, mềm xốp nhưng hóa gỗ theo thời gian Thể quả của nấm gồm có hai phần, mũ nấm và cuống nấm (phần phiến đối diện với cuống nấm) Trên mũ nấm có hai vách, bào tử hình thành phía bên trong giữa hai vách Đây là đặc điểm giúp phân biệt

nấm linh chi với các loài khác Mũ nấm ban đầu có hình chùy, khi trưởng thành có hình bán nguyệt, hình quạt hoặc hình thận, kích thước thay đổi nhiều (dài 3-30 cm, rộng 2-25 cm, dày 0,5-2 cm) [2]

Vỏ ngoài linh chi khá cứng, nên việc nảy mầm rất khó khăn

Nấm linh chi đa dạng cả về hình dáng, kích thước, tùy điều kiện sống ở mỗi môi trường Dựa vào nguồn gốc và đặc điểm màu sắc có thể chia dược liệu thành các

nhóm sau:

❖ Phân theo nguồn gốc, vạn niên nhung (nấm linh chi) gồm 4 loại chính:

Nấm linh chi Việt Nam: Sinh trưởng và phát triển trên lãnh thổ Việt Nam

Trong tự nhiên, dược liệu đa phần có màu nâu sẫm tới đen hoặc đen xám

Nấm linh chi Hàn Quốc: Dược liệu được đánh giá cao về chất lượng, hình

dáng nấm tròn, đường kính các tai nấm trung bình từ 15 – 30cm, khi sờ vào thấy cứng Mặt trên nấm có màu đỏ nấm linh chi ngả sang nâu, mặt dưới mang màu vàng chanh, ruột màu vàng nhạt

Nấm linh chi Nhật Bản: Tai nấm màu đỏ hơi ngả sang tím, bề mặt bóng loáng,

mặt dưới mang màu vàng chanh đặc trưng Khi chạm vào nấm thấy dày và cứng hơn nấm linh chi Việt Nam

Nấm linh chi Trung Quốc: Dáng nấm to, đường kính tai nấm dao động từ 15

– 30cm, có màu đỏ nhạt hoặc vàng nghệ, ruột nấm màu nâu nhạt khi sờ vào thấy cứng

❖ Theo màu sắc, có thể chia nấm thành 6 loại dưới đây:

Tổng quan 5

Xích chi (đỏ): Mang màu đỏ sẫm tự nhiên, là loại nấm được đánh giá cao về chất

lượng với tính bình, vị đắng, không độc

Thanh chi (xanh): Tai nấm có màu xanh, không độc, tính bình, vị chua nhẹ Vị thuốc

đem lại hiệu quả trong tăng cường thị lực, bổ gan, thanh nhiệt giải độc…

Hoàng chi (vàng): Có màu vàng nhạt hoặc đậm tùy thuộc vào tuổi nấm Dược liệu

có vị ngọt, tính bình, cho hiệu quả cao trong tỳ khí, bổ phổi, điều hòa cơ thể

Bạch chi (trắng): Nấm có màu trắng đặc trưng, hàm lượng dược tính ổn định, tính

bình, vị cay, không độc Vị thuốc đem lại hiệu quả cao trong điều tiết cơ thể, an thần, bổ phổi, thông mũi, chữa bệnh ho…

Hắc chi (đen): Là loại nấm ít xuất hiện trên thị trường, có tính bình, vị mặn, không

độc, cho tác dụng cao trong trị bí tiểu, tăng cường lưu thông máu, hỗ trợ ngăn ngừa ung thư…

Tử chi (tím đỏ): Bề mặt nấm có màu tím sậm, mang tính bình, vị ngọt, không độc

Dược liệu thường được sử dụng trong điều trị bệnh xương khớp, tăng cường gân cốt, làm đẹp, dưỡng da

1.1.1.3 Phân bố

Linh chi thường thấy mọc hoang dại ở các vùng cao lạnh ở một số tỉnh của Trung Quốc (Tứ Xuyên, Quảng Đông, Quảng Tây,…) Gần đây, trên cơ sở những giống cây hoang dại người ta đã tổ chức trồng theo qui mô công nghiệp để đáp ứng nhu cầu dùng trong nước và xuất khẩu Ngoài Trung Quốc, Nhật Bản cũng đã tiến hành trồng nhưng khí hậu không thuận lợi như Trung Quốc [1]

Ở Việt Nam, nấm linh chi thường được nuôi trồng bằng mạt cưa gỗ cao su và một số thành phần phế phẩm từ nông nghiệp Phương pháp trồng phổ biến là dùng túi nhựa Quá trình nuôi ủ nấm được thực hiện trên các kệ và dây treo Ngoài việc tránh các nguồn bệnh còn tăng được diện tích nuôi trồng Hiện nay, nước ta đã có nhiều cơ sở trồng nấm linh chi để phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu

1.1.2 Thành phần hóa học và công dụng 1.1.2.1 Thành phần hóa học

Nấm linh chi không chứa nhiều chất dinh dưỡng tạo năng lượng nhưng lại có các dược chất quý ít có ở các loài nấm ăn khác Nhiều công trình nghiên cứu đã định danh được các hoạt chất và xác định tác dụng dược lý của chúng trong thể quả, khuẩn ty, bào tử và dịch nuôi cấy của nấm

Theo Wasser (2010), trong các thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng, Nấm linh chi được cho là có nhiều tác dụng dược lý quý giá Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng cần có những nghiên cứu chi tiết hơn, chính xác hơn về những tác dụng dược lý này trên cơ thể người Cho đến gần đây, Nấm linh chi được dùng như thuốc hỗ trợ điều trị bệnh bạch cầu, ung thư biểu mô, viêm gan, và tiểu đường (type II) [3]

Theo Wachtel-Galor và cộng tác viên (2011), loại nấm này có thành phần hoạt chất sinh học khá đa dạng, chứa vitamin, khoáng chất, có tất cả acid amin thiết yếu (đặc biệt giàu leucine và lysine) Hàm lượng chất béo thấp và tỉ lệ acid béo không no cao là một trong những tính chất quan trọng tạo nên giá trị cho nấm linh chi [4]

Không như nhiều loài nấm khác có hàm lượng nước đến 90%, nấm linh chi tươi chỉ chứa khoảng 75% nước Thành phần chủ yếu của G lucidum là chất xơ, carbohydrate, chất béo và protein, trong đó tỉ lệ xơ thô là trên 50% khối lượng khô [3], [5] Các nghiên cứu cho thấy thể quả, khuẩn ty và bào tử của nấm có chứa khoảng 400 hoạt chất sinh học khác nhau, chủ yếu là các polysaccharide, triterpenoid, nucleotide, acid béo, sterol, steroid, protein/peptide, các nguyên tố vi lượng

Trong nghiên cứu của Mizuno (1995), chiết xuất G lucidum chứa các kim loại như kali, magnesi, calci, natri, sắt, kẽm, mangan, đồng, selenium và germanium; trong đó kali, magnesi, calci là những thành phần kim loại chính, và germanium đứng thứ 5 trong số các kim loại có hàm lượng cao nhất (489 µg/g) Các chất khoáng này tham gia vào nhiều quá trình sinh hóa quan trọng trong cơ thể Đặc biệt, germanium hữu cơ có khả năng làm tăng khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu, từ đó giúp chữa được nhiều bệnh đồng thời duy trì sức khỏe [6] Nguyên tố này cũng có nhiều tác dụng dược lý khác, trong đó quan trọng là các khả năng: giải tỏa stress, chống oxy

Tổng quan 7 hóa, chống khối u, điều hòa lượng cholesterol trong máu, giải độc, chữa bệnh bạch cầu, ngăn chặn sự phát triển của ung thư hay tác hại của chất phóng xạ, kích thích các interferon(1) chống lại các virus kể cả HIV, kích thích hệ miễn dịch sản sinh các tế bào tiêu diệt tự nhiên (tế bào NK - natural killer cells) và đại thực bào [7], [8]

Polysaccharide và triterpenoid được xem là những hoạt chất quan trọng nhất trong Linh chi [3], [9] Các thực nghiệm trên người và động vật đã chứng minh khả năng của chúng trong việc phục hồi sức khỏe, ngăn ngừa và chữa trị bệnh, nâng cao sức đề kháng, Hàm lượng của các hoạt chất sinh học trong các giống Nấm linh chi được trồng nhân tạo có thể tương tự hoặc cũng có thể rất khác so với giống tự nhiên Có nhiều yếu tố dẫn đến sự khác nhau về tính chất và hàm lượng của thành phần hóa học trong các sản phẩm từ G lucidum như nguồn gốc, chủng nấm, điều kiện nuôi trồng, phương pháp tách chiết [4]

Dựa vào nhiều kết quả nghiên cứu, Wachtel-Galor et al (2011) nhận định rằng trong G lucidum còn có các hợp chất khác được xem là có tác dụng dược lý như một số protein và lectin Các protein có hoạt tính sinh học đã được phát hiện bao gồm: Ling Zhi-8; G lucidum peptide có hoạt tính bảo vệ gan và chống oxy hóa; ganodermin có tác dụng kháng nấm từ thể quả G lucidum Một số lectin được tách chiết từ thể quả và khuẩn ty của Linh chi có khả năng làm đông tụ hồng cầu hoặc tăng cường chức năng miễn dịch Các thành phần khác gồm enzyme như metalloprotease làm chậm quá trình đông máu; tác nhân ức chế α-glucosidase rất đặc hiệu từ thể quả của Linh chi, [4]

Thành phần các hoạt tính của nấm linh chi được thể hiện trong bảng 1.1 [10]

Bảng 1.1 Thành phần các chiết chất hoạt tính ở nấm linh chi

Polysaccharides b-D-glucan

Ganoderan A, B, C D-6

Chống ung thư, tăng tính miễn dịch Hạ đường huyết

Tăng tổng hợp protein, tăng chuyển hóa acid nucletic

Steroid Ganodosteron Lanosporeric acid A Lonosteron

Ganodermadiol

Ganosporelacton A, B Lucidon A

Lucidol

Ức chế sinh tổng hợp cholesterol

Ức chế giải phóng Histamin

Hạ huyết áp, ức chế ACE Chống khối u

Theo y học cổ truyền, nấm linh chi có vị nhạt, tính ấm, có tác dụng tư bổ cường tráng, bổ can chí, an thần, tăng trí nhớ

Nấm linh chi có vị đắng hoặc ngọt, tính ấm, không độc [11] Cho đến nay, Linh chi đã được nghiên cứu và sử dụng ở rất nhiều nước trên thế giới Linh chi (G lucidum) có các công dụng đáng lưu ý sau:

+ Chữa trị ung thư:

Tổng quan 9 Nhiều nghiên cứu in vitro (2) và in vivo (3) đã chứng minh Linh chi có khả năng ức chế phát triển của tế bào khối u (Boh, 2013; Wachtel-Galor et al., 2011) Một số ít nghiên cứu lâm sàng chứng minh vai trò của Linh chi trong chữa trị một số bệnh ung thư Ví dụ như, phép trị liệu ung thư tuyến tiền liệt sử dụng hỗn hợp các thảo dược chứa Linh chi làm giảm rõ rệt lượng kháng nguyên đặc hiệu trong tuyến tiền liệt [12]

Mặt khác, trong chữa trị ung thư, Linh chi được sử dụng để phòng ngừa nhiễm trùng cơ hội, chống lại tác dụng phụ của các liệu pháp giảm đau, ngăn ngừa bệnh tái phát, tăng cường sự phục hồi sức khỏe sau phẫu thuật [3]

+ Điều biến miễn dịch:

Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng kích thích hệ miễn dịch của G lucidum Trong các liệu pháp bằng thảo dược hiện nay ở phương Tây, Linh chi chủ yếu được dùng như thuốc bổ, đặc biệt là như chất điều biến miễn dịch Linh chi được dùng để tăng cường chức năng miễn dịch và đề phòng nhiễm trùng cơ hội trong các phác đồ điều trị cho bệnh nhân nhiễm HIV [13] Nhờ khả năng điều biến miễn dịch và ức chế sự sản sinh histamine, Nấm linh chi cũng có thể được dùng như tác nhân chống viêm trong điều trị hen suyễn và dị ứng Linh chi cũng được dùng trong điều trị viêm khớp, viêm phế quản dị ứng, [3], [14]

+ Tăng khả năng cung cấp oxy cho tim, não:

Vì germanium trong Linh chi có thể tăng cường khả năng cung cấp oxy cho tế bào, Linh chi được dùng để: giải tỏa sự căng thẳng; chữa đau đầu, chóng mặt, buồn nôn, mất ngủ; giảm tình trạng thiếu oxy do động mạch vành bị tắc nghẽn; giúp cơ thể chịu được tình trạng huyết áp thấp [3]

+ Hỗ trợ chức năng tim mạch và hệ tuần hoàn:

Các nghiên cứu chứng minh Linh chi có các tác động tích cực đến hệ tuần hoàn và chức năng tim mạch: giảm cholesterol thừa trong máu, chống tình trạng mỡ máu cao, làm giãn mạch vành và tăng cường sự lưu thông máu, chống xơ vữa động mạch, tăng tần số và biên độ co tim, có tác dụng nhất định trong điều trị bệnh tim, điều hòa huyết áp, giảm lượng đường trong máu, chống sự kết tụ của tiểu cầu, [3]

+ Kháng khuẩn và kháng virus:

Gần đây, nhiều nghiên cứu chứng minh G lucidum có chứa các thành phần kháng khuẩn có khả năng ức chế một số loại vi khuẩn Các thành phần dược tính quan trọng (polysaccharide và triterpenoid) trong Linh chi có khả năng ức chế sự nhân bản của HIV, virus viêm gan siêu vi B, virus Herpes, … [3]

Theo một số nghiên cứu, khả năng tăng cường hệ miễn dịch của nấm linh chi cũng đóng vai trò trong hoạt tính kháng khuẩn và kháng virus Dù cơ chế vẫn chưa được xác định, Linh chi mở ra một khả năng mới trong sử dụng Linh chi kèm theo các liệu pháp nhằm giảm tác hại của các loại thuốc kháng khuẩn, kháng virus

+ Chống oxy hóa: Khả năng chống oxy hóa in vitro Các hoạt chất trong Linh chi giúp cơ thể tiêu diệt các gốc tự do, chống oxy hóa, từ đó ngăn ngừa ung thư và các bệnh mãn tính khác [3],[4]

+ Các công dụng khác:

Theo y học cổ truyền Việt Nam và Trung Quốc cũng như y học hiện đại, bên cạnh các công dụng đáng lưu ý nêu trên, Nấm linh chi còn được sử dụng để: Tăng cường trí nhớ và chức năng hô hấp; chống lão hóa, làm tăng tuổi thọ; an thần; giảm đau; chống xơ hóa, bảo vệ gan, chữa trị viêm gan mãn tính; giải độc, ngăn tác hại của chất phóng xạ; hạ đường huyết; cải thiện chuyển hóa dinh dưỡng; hỗ trợ chữa trị tiểu đường type II; điều trị ho do cảm cúm, ho có đờm, chứng giảm bạch cầu, cơn đau thắt ngực; có tác dụng nhất định đến suy nhược thần kinh, suy nhược tim, đau lá lách, đau dạ dày, đau thận, đau nửa đầu, đau mật,… [3], [13], [14]

1.1.3 Khai thác, thu hái và bảo quản

Người ta thu hoạch nấm, phơi sấy khô rồi sử dụng bào chế các dạng bột, thuốc hay đông khô,… [7]

Theo khảo sát, nấm linh chi chủ yếu được phơi sấy theo phương pháp phơi nắng truyền thống Phương pháp này tuy đơn giản, ít tốn kém, nhưng phụ thuộc vào thời tiết làm thời gian phơi sấy dài nên làm giảm chất lượng, hàm lượng chất dinh dưỡng có trong sản phẩm và giảm sản lượng sấy trong năm

Tổng quan 11

Hình 1.2 Thu hoạch nấm linh chi

Nguồn:

Hình 1.3 Phơi khô nấm bằng ánh nắng mặt trời

Nguồn:

Ngoài ra, phương pháp phơi sấy này còn yêu cầu không gian phơi rộng và không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm do các tác động của mưa, bụi bẩn, côn trùng Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp phơi nắng truyền thống

Hiện nay có rất nhiều phương pháp sấy mới như dùng lò sấy cấp nhiệt từ nhiên liệu hóa thạch (than, củi…), điện năng Tuy nhiên các phương pháp này gây ảnh hưởng tới môi trường (do khí CO thải ra trong quá trình sấy), chất lượng sản phẩm sau sấy (do khói, mụi than, khí CO bám vào) và chi phí nhiên liệu, điện năng cao

Hình 1.4 Ứng dụng năng lượng mặt trời vào sấy nấm

Sử dụng phương pháp sấy ứng dụng công nghệ năng lượng mặt trời vào quá trình sấy nấm linh chi đem lại rất nhiều ưu điểm so với các phương pháp sấy thủ công khác hiện nay

Nấm linh chi là thực vật lâu năm, sẽ hóa gỗ theo thời gian Vì vậy không nên thu hái khi cây đã già cỗi, không còn dưỡng chất Bộ phận sử dụng làm thuốc là quả thể của nấm nhưng khi thu hoạch người ta thường ngắt cả cuống nấm để bảo toàn dược chất trước khi sơ chế

Nấm sau khi thu hoạch sẽ được rửa sạch, loại bỏ bụi bẩn, đất cát, chân nấm rồi đưa vào bào chế Phương pháp bào chế dược liệu đơn giản nhất là sấy hoặc phơi khô theo quy trình sau:

Phơi khô: Nấm được cắt thành nhiều lát mỏng với kích thước khoảng 2 – 3cm Đôi khi người ta cũng sẽ phơi cả quả thể nấm dưới nắng cho đến khi khô hoàn toàn

Sấy khô: Sử dụng nhiệt nóng của lửa, lò nung, hoặc sấy lạnh bằng hệ thống máy móc chuyên dụng trong các nhà máy sản xuất dược liệu

Ngoài ra, dược liệu này còn được bào chế thành cao, viên nang, bột, nước, nấm linh chi linh chi,… nhằm đáp ứng nhu cầu, mục đích sử dụng của thị trường

1.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của nấm linh chi

Theo Dược điển Việt Nam V (2017), thổ quả hóa gỗ đã phơi hay sấy khô cùa Linh chi [Ganoderma ỉucidum (Leyss ex Fr.) Karst.], họ Nấm lìm (Ganodermataceac) Thể quả dạng hình thận, hình tròn hay hình quạt, hóa gỗ, cứng, đường kính 5 cm đến 18 cm, dày 1 cm đến 2 cm Mặt trên màu nâu vàng đến nâu đỏ, bóng loáng như đánh vecni, có những vòng đồng tâm và nêp nhãn tỏa ra, mép mỏng, nhẵn, hơi lượn sóng Mặt dưới màu vàng nâu đến nâu nhạt với các lỗ nhò li ti Phán trong xốp, màu trắng đến nâu nhạt Cuống hình trụ, đính lệch, cỏ khi phân nhánh, đài 6 cm đến 10 cm, đường kính 1 cm đến 3,5 cm, màu nâu đỏ đên nâu đen Mùi thơm nhẹ, vị đắng [15]

Độ ẩm của nấm không vượt quá 17% Tro toàn phần không quá 12% Tro không tan trong axid không quá 0,5% Chiết chất trong dược liệu không ít hơn 3% tính theo dược liệu khô kiệ, dùng ethanol 95% làm dung môi [15]

Tổng quan 13 Chất lượng dinh dưỡng: hàm lượng dược chất polysacharide bên trong nấm Chất lượng cảm quan: màu sắc, mùi vị đặc trưng của nấm và thẩm mỹ bề mặt nấm giảm thiểu cong vênh

1.1.5 Tình hình nghiên cứu sấy nấm linh chi ở Việt Nam và thế giới 1.1.5.1 Các công trình nghiên cứu ngoài nước về sấy nấm linh chi

Quá trình làm khô nấm linh chi là một quá trình kỹ thuật quan trọng, nó quyết định đến chất lượng dinh dưỡng và cảm quan của nấm linh chi Ngày nay, trên thế giới thường áp dụng các phương pháp làm khô phổ biến như: phơi nắng, sấy đối lưu sử dụng không khí nóng Trong đó phương pháp sấy đối lưu không khí nóng được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong các cơ sở nuôi trồng và sản xuất nấm linh chi

Wei Cui và cộng tác viên đã thực nghiệm sấy nấm linh chi theo phương pháp sấy đối lưu không khí nóng, sấy chân không và sấy chân không kết hợp vi sóng Kết quả cho thấy phương pháp tốt nhất cả về thời gian sấy và chất lượng sản phẩm sấy là sấy chân không kết hợp vi sóng Sản phẩm sấy vẫn giữ được màu sắc mùi vị của nấm [16]

Christina và Arun đã thực nghiệm sấy nấm linh chi bằng phương pháp sấy đối lưu không khí nóng tuần hoàn Kết quả cho thấy sấy ở nhiệt độ 600C là tốt nhất và đảm bảo được cấu trúc bề mặt nấm đồng thời bảo toàn được hàm lượng dược chất cao nhất [17]

Theo Siew Kian Chin và cộng tác viên đã nghiên cứu các axit ganoderic và polysaccharide là những thành phần dược phẩm quan trọng trong nấm linh chi mang lại lợi ích cho sức khỏe con người như tác dụng chống viêm, thể hiện các hoạt động điều hòa miễn dịch và chống ung thư mạnh mẽ Tuy nhiên, chúng không bền nhiệt và dễ bị phân hủy trong quá trình sấy khô Sấy đông lạnh có thể bảo quản hầu hết các hoạt chất dược phẩm bền nhiệt trong quá trình sấy khô Tuy nhiên, phương pháp này tốn nhiều chi phí và cần thời gian sấy lâu, điều này gián tiếp làm tăng chi phí vận hành của quy trình sản xuất thuốc Do đó, một phương pháp sấy khô khả thi có thể giữ lại lượng hoạt chất tương đối cao trong nấm linh chi và với chi phí vận hành thấp nhất được xác định Bốn phương pháp làm khô khác nhau đã được nghiên cứu để làm

khô nấm linh chi, cụ thể là làm khô không khí nóng đối lưu, làm khô chân không, làm khô bằng đông lạnh và làm khô bằng bơm nhiệt Kết quả cho thấy nấm linh chi sấy bơm nhiệt giữ được hầu hết các hoạt chất với tổng thời gian sấy ngắn nhất so với các phương pháp sấy khác Nó có thể giữ lại 94% axit ganoderic thô và 88,5% polysaccharide hòa tan trong nước Mặc dù nấm linh chi sấy khô chân không có thể giảm thiểu sự mất mát của các hoạt chất này nhưng cần thời gian sấy khô lâu hơn để đạt được độ ẩm cân bằng Mặt khác, sấy khô nấm linh chi bằng không khí nóng đối lưu cho thấy các thành phần hoạt chất bị mất đi đáng kể trong quá trình sấy khô Nó chỉ có thể giữ lại 72% axit ganoderic thô và 82% polysaccharide hòa tan trong nước [18]

Hayati và cộng tác viên đã nghiên cứu thực nghiệm sấy nấm linh chi bằng phương pháp phơi nắng, sấy đối lưu và sấy đối lưu không khí nóng tuần hoàn Kết quả cho thấy sấy đối lưu không khí nóng tuần hoàn ở nhiệt độ 50oC và vận tốc TNS 1,65m/s cho kết quả hàm lượng polysaccharide cao nhất [19]

Prasetyo và cộng tác viên đã thực hiện sấy nấm linh chi bằng đối lưu không khí nóng tuần hoàn tại mức nhiệt độ sấy từ 40 – 70oC và vận tốc TNS từ 1,0 – 1,8 m/s Kết quả cho thấy sấy ở nhiệt độ 50oC và vận tốc TNS ở mức 1,3 m/s là phù hợp nhất để duy trì hàm lượng polysaccharide [20]

1.1.5.2 Các công trình nghiên cứu trong nước về sấy nấm linh chi

Nguyễn Hay và cộng tác viên (Trường Đại học Nông âm TP HCM) đã thực nghiệm sấy nấm linh chi dựa trên phương pháp là phơi nắng, sấy bằng không khí nóng và sấy bơm nhiệt Kết quả cho thấy sấy bơm nhiệt đạt được thời gian sấy ngắn hơn đáng kể và nấm linh chi sau khi sấy vẫn giữ được màu sắc, mùi vị đặc trưng của nấm

Theo Phạm Văn Kiên (2020) đã nghiên cứu kỹ thuật sấy nấm linh chi tại Việt Nam bằng máy sấy bơm nhiệt kết hợp sóng radio để giảm thời gian sấy tiết kiệm năng lượng [21]

Tổng quan 15 Hiện nay trên thị trường có xuất hiện rất nhiều các thiết bị sấy nấm linh chi ứng dụng phương pháp sấy đối lưu bằng không khí nóng, vật liệu sấy được bố trí trên các khay, nhiệt độ sấy có thể điều chỉnh theo yêu cầu

1.2 Sấy bơm nhiệt

1.2.1 Tổng quan về sấy bơm nhiệt

Quá trình sấy là quá trình tách ẩm, chủ yếu là nước và hơi nước ra khỏi vật liệu sấy để thải vào môi trường Theo Trần Văn Phú (2010), động lực của quá trình tách ẩm đó hay còn gọi là động lực sấy chính là độ chênh phân áp suất riêng phần của hơi nước giữa các phần của VLS và giữa bề mặt của nó với môi trường

Do đó để tạo ra động lực sấy ta có thể thực hiện theo các cơ chế sau:

- Thứ nhất là tăng phân áp suất hơi nước pv nhờ cung cấp năng lượng cho các phần tử nước trong vật liệu còn giữ nguyên phân áp suất ph

- Thứ hai ngược lại giảm phân áp suất ph bằng cách giảm lượng nước trong môi trường xung quanh và giữ nguyên phân áp suất pv

- Thứ ba kết hợp cả hai bằng cách vừa tăng phân áp suất hơi nước pv trong vậtđồng thời giảm phân áp suất hơi nước ph

Như vậy ta thấy cơ chế thứ 3 có động lực sấy lớn nhất Hay nói cách khác với cùng một nhiệt độ sấy thì phương pháp sấy nóng có động lực sấy nhỏ hơn sấy lạnh, điều này sẽ rõ hơn ở ví dụ dưới đây

Hình 1.6 Đồ thị I - d biểu diễn quá trình sấy

Xét 2 cơ chế sấy nóng và sấy lạnh (sấy bơm nhiệt) với TNS là không khí ở một nhiệt độ sấy 45oC Trạng thái TNS được thể hiện trên đồ thị I -d (hình 1.12), ta thấy:

- Cơ chế sấy nóng: TNS từ trạng thái O (φo = 60%, t = 35oC, phO) được đốt nóng đến trạng thái A (φA = 45%, tA = 45 oC, phO = phA) Ta thấy động lực sấy ∆n ≈ (pv - phA) chỉ tạo ra phân áp suất hơi nước pv trong VLS tăng lên do vật bị đốt nóng còn phân áp suất hơi nước ph thì không thay đổi phO = phA

- Cơ chế sấy lạnh: TNS từ trạng thái O (φo = 60%, to = 35oC, phO) được làm lạnh và sau đó được gia nhiệt đến trạng thái C (φC = 25%, tC = 45 oC, phC) Động lực sấy ∆l

 pv - phO được tạo ra, do đồng thời tăng phân áp suất hơi nước pv bởi VLS được đốt nóng và giảm phân áp suất hơi nước trong TNS ph bởi quá trình làm lạnh tách ẩm 

d = d1 - d2 (phC < phO)

Tổng quan 17 Qua khảo sát hai cơ chế sấy nóng và sấy lạnh nêu trên ta thấy ở cùng một nhiệt độ sấy thì phương pháp sấy lạnh có động lực sấy lớn hơn và khả năng nhận ẩm nhiều hơn do độ ẩm tương đối nhỏ hơn

Ngoài ra, xét TNS từ trạng thái O’ có t = 35 oC, φo’ > φo (60%), nếu đốt nóng đến trạng thái A’ có tA’ = 45 oC thì ta có φA’ > φA (45%), và nếu được làm lạnh thì TNS ở trạng thái C sẽ không thay đổi phụ thuộc vào năng suất dàn lạnh Nói cách khác, trong sấy nóng, khi độ ẩm tương đối của không khí cao sẽ dẫn đến khả năng nhận ẩm của TNS giảm do độ ẩm tương đối tăng Vì vậy, khi độ ẩm tương đối của không khí cao thì cơ chế sấy lạnh càng hiệu quả

Sấy bơm nhiệt là phương pháp mà ở đây TNS được xử lý qua hệ thống bơm nhiệt TNS là không khí trước hết được đưa qua thiết bị bay hơi để tách ẩm bằng cách làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương sau đó tiếp tục qua thiết bị ngưng tụ gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy Do đó trong thiết bị sấy bơm nhiệt động lực sấy được tạo ra bằng cách giảm phân áp suất trong TNS và đồng thời tăng áp suất riêng phần của hơi nước bên trong vật liệu sấy

Hiệu suất năng lượng cao hơn cùng với sự thu hồi nhiệt được cải thiện dẫn đến tiêu thụ năng lượng ít hơn cho mỗi đơn vị ẩm bay hơi (do tận dụng được năng lượng tại thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi)

1.2.2 Ứng dụng sấy bơm nhiệt

Việt Nam là nước có khí hậu nóng ẩm, vi sinh vật và nấm mốc phát triển rất nhanh làm hư hỏng, giảm chất lượng sản phẩm Vì vậy, việc ứng dụng bơm nhiệt vào các hệ thống sấy chắc chắn sẽ mang lại ý nghĩa kinh tế to lớn Hiện nay, sấy bơm nhiệt được các nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu:

- Theo Võ Mạnh Duy và Lê Chí Hiệp (2011) đã ứng dụng hệ thống sấy bơm nhiệt để sấy cà rốt, các tác giả đã kết luận rằng với điều kiện vận tốc TNS 2,5 m/s thì hiệu suất tách ẩm cao, màu sắc, mùi vị, thành phần chất dinh dưỡng, hình dạng sản phẩm sấy tốt hơn so với các phương pháp sấy thông thường [22]

- Bên cạnh đó theo kết quả nghiên cứu của Lê Anh Đức và Nguyễn Hữu Hòa (2014), trong ba phương pháp sấy, sấy đối lưu cưỡng bức, sấy chân không, sấy bơm nhiệt áp dụng để sấy nấm đông cô thì phương pháp sấy bơm nhiệt tại nhiệt độ 45ºC là phù hợp nhất cho nông sản này

- Kế tiếp đó, Lê Anh Đức và Võ Thành Nhơn (2016) đã nghiên cứu thực nghiệm sấy mật ong và phấn hoa bằng thiết bị sấy đa năng mật ong - phấn hoa theo nguyên lý sấy bơm nhiệt, năng suất sấy mật ong 50 kg/mẻ và năng suất sấy phấn hoa 20 kg/mẻ Kết quả trung bình của 10 mẻ sấy mật ong và 10 mẻ sấy phấn hoa đã cho thấy tùy theo ẩm độ ban đầu của vật liệu sấy mà thời gian sấy mật ong từ 35 - 55 phút, thời gian sấy phấn hoa 3h20 - 3h50 phút để vật liệu sấy đạt ẩm độ yêu cầu Tốc độ sấy trung bình cho sấy mật ong 6,6 %/h, sấy phấn hoa 6,03 %/h Thời gian sấy cần thiết cho sấy mật ong và phấn hoa theo ẩm độ ban đầu của vật liệu sấy đã được xác định

- Nguyễn Hay và Lê Quang Huy (2017) đã nghiên cứu ứng dụng hệ thống sấy bơm nhiệt để sấy phấn hoa Việt Nam Các tác giả đã cho biết, chế độ sấy phù hợp nhất cho phấn hoa là 40,7 ºC; vận tốc TNS là 1,42 m/s

- Nguyễn Văn Toản và Nguyễn Văn Huế (2017) đã tiến hành xác định ảnh hưởng của chế độ sấy bằng phương pháp sấy bơm nhiệt đến chất lượng sản phẩm tinh bột nghệ nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao từ củ nghệ tươi Kết quả nghiên cứu cho thấy với chế độ sấy ở nhiệt độ 55oC trong thời gian 10 giờ cho sản phẩm tinh bột nghệ có chất lượng cao nhất, tương ứng với hàm lượng curcumin 1,02%, độ ẩm 8,46% cùng với các chỉ tiêu cảm quan là tốt nhất

Hình 1.7 Dãy tần số của sóng siêu âm

Giống như ánh sáng, sóng siêu âm bị phản xạ từ các bề mặt, bị khúc xạ khi chúng đi qua lớp biên giữa hai chất, và bị nhiễu xạ ở các cạnh và xung quanh vật cản Tán xạ do bề mặt gồ ghề hoặc các hạt làm giảm năng lượng của sóng siêu âm

- Phân loại theo phương thức dịch chuyển của các hạt, sóng siêu âm được phân thành 4 loại: sóng dọc (longitudinal waves), sóng ngang (shear), sóng bề mặt (Rayleigh), sóng Lamb [23]

+ Sóng dọc là sóng mà phương dao động của các phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng Sóng dọc xuất hiện trong các môi trường chịu biến dạng về thể tích, do đó nó truyền được trong môi trường rắn cũng như trong môi trường lỏng và khí Vận tốc của sóng siêu âm dọc là khoảng 1500 m/s trong nước và 330 m/s trong không khí

+ Sóng ngang là sóng mà phương dao động của nó vuông góc với phương truyền sóng Sóng ngang xuất hiện trong các môi trường có tính đàn hồi về hình dạng Tính chất này chỉ có ở vật rắn

Hình 1.8 Sóng siêu âm a) Sóng dọc; b) Sóng ngang Nguồn: Olymbus

+ Sóng bề mặt: sóng bề mặt lan truyền dọc theo bề mặt vật rắn, đường chuyển động theo hình ellip của hạt và lan truyền trên bề mặt vật liệu Tốc độ của chúng xấp xỉ 90% tốc độ truyền sóng ngang, và độ xuyên sâu của chúng vào vật liệu bằng xấp xỉ một bước sóng

+ Sóng Lamb: Sóng Lamb được lan truyền trong các tấm (composite hoặc kim loại) có độ dày bằng vài bước sóng Đặc tính lan truyền của sóng Lamb phụ thuộc vào mật độ, đặc tính đàn hồi và cấu trúc của vật liệu cũng như độ dày của mẫu vật liệu và tần số Tính chất của chúng giống như tính chất của quá trình truyền sóng điện từ qua các ống dẫn sóng

Hình 1.9 Sóng Lamb Nguồn: Aleksander Kural -2013

- Phân loại theo tần số:

Tổng quan 21 + Sóng siêu âm cường độ thấp: sóng siêu âm có tần số cao hơn 100kHz (hoặc cường độ nhỏ hơn 1W/cm2) thường ứng dụng được sử dụng trong thẩm mỹ, đo lường, y học chẩn đoán (siêu âm) và xác định thành phần thực phẩm

+ Sóng siêu âm cường độ cao: tần số thấp từ 18kHz 100kHz (cường độ lớn hơn 1W/cm2), dãy tần số thường được sử dụng 20kHz  40kHz được sử dụng rộng

rãi trong nhiều lĩnh vực

Xét theo ứng dụng của siêu âm, ta có hai nhóm siêu âm chính, bao gồm:

Siêu âm công suất thấp, tần số cao: một số ví dụ về ứng dụng này bao gồm máy đo siêu âm, siêu âm trong chẩn đoán hình ảnh y học, máy dò siêu âm,… Mục đích chung của những ứng dụng này là sử dụng siêu âm làm phương tiện thăm dò, tìm kiếm và cung cấp thông tin [24]

Siêu âm công suất cao, tần số thấp: siêu âm được sử dụng để thay đổi vĩnh viễn các đặc tính vật lý, hóa học hay sinh học của vật liệu hay hệ thống mà siêu âm được áp dụng Nhiều ứng dụng của siêu âm công suất cao bao gồm hàn kim loại và polyme, gia công và tạo hình kim loại trong chất rắn và chất lỏng, làm sạch, nhũ hóa và phân tán, khử khí, khử bọt, kết tụ hạt, sấy, khử nước và tăng cường các phản ứng hóa học Trong y học, các ứng dụng khác của siêu âm công suất cao đang phát triển nhanh chóng trong đó năng lượng siêu âm cường độ cao được sử dụng để phẫu thuật không xâm lấn, tán sỏi và nhiều liệu pháp khác [24]

1.3.2 Ứng dụng sóng siêu âm hỗ trợ quá trình sấy 1.3.2.1 Cơ chế hỗ trợ sấy của sóng siêu âm

Trong lĩnh vực sấy, tác động liên quan đến tiêu tốn năng lượng tiêu thụ, chi phí chế biến hoặc sự giảm chất lượng trong quá trình sấy có thể được khắc phục bằng cách kết hợp các công nghệ mới với kỹ thuật sấy truyền thống Trong đó, việc sử dụng siêu âm công suất cao ra đời như một giải pháp thay thế So với các công nghệ mới nổi khác được áp dụng trong quá trình sấy như bức xạ hồng ngoại, vi sóng, sóng RF, sóng siêu âm có hiệu ứng nhiệt yếu Đặc tính này tạo điều kiện thuận lợi cho việc sấy các vật liệu nhạy cảm với nhiệt, trong đó cần kiểm soát quá trình chính xác để tránh làm nóng quá mức, cũng như trong các quá trình sấy ở nhiệt độ thấp

Siêu âm, giống như bất kỳ sóng âm nào, có thể truyền qua bất kỳ chất nào có đặc tính đàn hồi, như chất rắn, chất lỏng, chất bán rắn hoặc chất khí Nguồn âm thanh tạo ra sự rung động của các hạt, sau đó truyền đến các hạt liền kề Bằng cách này, các hạt trải qua các chu kỳ co và giãn lặp đi lặp lại (tần số ≥ 20 kHz) Sự co và giãn này là một ứng suất cơ học theo chu kỳ gây ra một loạt các hiện tượng phụ thuộc phần lớn vào bản chất của hệ thống cũng như năng lượng sẵn có [24]

Sóng siêu âm lan truyền ở một biên độ nào đó trong bất kỳ vật liệu nào có tính chất đàn hồi Khi các hạt phân tử hay nguyên tử của vật liệu đàn hồi bị dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng của chúng bởi các lực tác dụng, ứng suất bên trong sẽ kích hoạt để khôi phục các hạt về vị trí ban đầu của chúng Do các lực tương tác giữa các hạt liền kề, sự dịch chuyển tại một điểm gây ra sự dịch chuyển tại các điểm lân cận…, do đó dẫn đến lan truyền một sóng ứng suất nén Sự dịch chuyển thực sự của vật chất xảy ra trong sóng siêu âm là vô cùng nhỏ Biên độ, chế độ dao động và vận tốc của sóng khác nhau do sự thay đổi tính chất đàn hồi trong chất rắn, chất lỏng và chất khí do sự khác biệt lớn về khoảng cách trung bình giữa các hạt trong các dạng vật chất này Những khác biệt này ảnh hưởng đến lực hút giữa các hạt và tính chất đàn hồi cũng như tính chất của vật liệu [25]

Sóng siêu âm công suất cao và cường độ cao có khả năng tạo ra những thay đổi trong môi trường lan truyền và sóng siêu âm được vật liệu hấp thụ, dẫn đến các hiệu ứng nhiệt, cơ học và hóa lý Việc sử dụng siêu âm trong công nghệ gây ra một số hiện tượng như xâm thực tạo lỗ (cavitation) và các hiệu ứng đi kèm với hiện tượng xâm thực (vi dòng, vi phun), “hiệu ứng bọt biển” và sự hấp thụ năng lượng âm thanh

Hiệu ứng bọt biển: dựa trên sự nén và giãn nở liên quan đến sự truyền sóng âm

qua vật liệu rắn Điều này gây ra ứng suất cơ học và dẫn đến các vết nứt nhỏ, và các rãnh nhỏ được tạo ra trong cấu trúc

Tổng quan 23

Hình 1.10 Hiệu ứng xâm thực cơ học của công nghệ siêu âm

Hiệu ứng xâm thực (hiệu ứng tạo lổ) có liên quan đến sự lan truyền của sóng

âm trong chất lỏng cũng như chất rắn có chứa ẩm Hiện tượng xâm thực là sự hình thành, phát triển và nổ tung của các bọt khí, nguyên nhân là do áp suất chất lỏng giảm cục bộ trong quá trình siêu âm Điều này làm phá vỡ các tế bào và tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ nước và cũng tạo ra vi tia, sóng xung kích (tạo ra áp suất rất cao lên tới 50–100 MPa và nhiệt độ lên tới 55000C) và ứng suất cắt trong môi trường chất lỏng Sự phá hủy thành tế bào và màng tế bào dẫn đến vô hiệu hóa các vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn và nấm men Các vi tia tăng cường truyền nhiệt và truyền khối Sự xuất hiện của hiện tượng xâm thực có liên quan đến nhiều yếu tố và đặc tính của sản phẩm (độ nhớt, sức căng bề mặt), đặc tính của sóng siêu âm (cường độ sóng siêu âm, tần số) và điều kiện môi trường (nhiệt độ, áp suất)

Hiệu ứng hóa học: Các lỗ nhỏ trong môi trường được hình thành dưới tác

dụng của siêu âm trong pha giãn nở chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian rất ngắn Quá trình giảm và tăng áp suất tại mỗi điểm diễn ra trong một nửa chu kỳ dao động Trong pha nén, các bóng bóng bị vỡ ra với một áp suất lớn, lúc này các phân tử trong môi trường chuyển động với một tốc độ lớn, quá trình va chạm và ma sát xảy

ra, kết quả là các phân tử có thể bị kích thích hay ion hóa