nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa sữa chua

Tiêu đầu ra chúng tôi lựa chọn là chi phí năng lượng, độ ẩm, tỷ lệ sống sót của vi sinh vật có lợi, độ cứng sản phẩm Sau đó, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình hoá quá tình sấy thăng h

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY

THĂNG HOA SỮA CHUA

GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: VÕ PHẠM THANH HUYỀN

S K L 0 1 1 6 9 3

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2023 - 19116095

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY

THĂNG HOA SỮA CHUA

GVHD: PGS TS NGUYỄN TẤN DŨNG

SVTH: VÕ PHẠM THANH HUYỀN MSSV: 19116095

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 08/2023

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất cả quý thầy cô giảng dạy tại khoa Đào tạo chất lượng cao nói chung và tất cả các quý thầy cô đang làm việc tại Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm nói riêng trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kinh nghiệm, kỹ năng và kiến thức vô cùng quý báu bởi sự tận tân, tận tình từ tất cả các thầy cô về ngành Công nghệ thực phẩm

Đặc biệt, chúng tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Nguyễn Tấn Dũng - Giảng viên Bộ môn Công nghệ Thực phẩm và đồng thời là Trưởng Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Thầy đã truyền đạt cho chúng tôi biết bao lời dạy, kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm vô giá với tâm huyết và lòng nhiệt thành của một nhà giáo Điều này đã hỗ trợ rất nhiều cho chúng tôi trong việc hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình

Mặc dù đã cố gắng tiếp thu vốn kiến thức nhưng chuyên môn nhưng vẫn còn thiếu sót và bất cập Văn phong và vốn từ của khóa luận tốt nghiệp còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót và thiếu sót Vì vậy, chúng tôi xin chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu của cô nhằm nâng cao tính toàn diện và chỉnh chu của khóa luận tốt nghiệp

Trân trọng cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung của khóa luận tốt nghiệp là do bản thân tự tìm hiểu, tham khảo các tài liệu để hoàn thành Tôi sẽ chịu toàn bộ trách nhiệm nếu có phát hiện sao chép từ tiểu luận khác hay nhờ người khác thực hiện giúp

TP Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 08 năm 2023

Sinh viên thực hiện

Võ Phạm Thanh Huyền

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu đề tài 1

4 Nội dung nghiên cứu 1

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 2

7 Bố cục bài báo 2

CHƯƠNG 1 4

TỔNG QUAN 4

1.1 Sấy thăng hoa 4

1.1.1 Cơ sở khoa học của sấy thăng hoa 4

1.1.1.1.Các quá trình chuyển pha của nước 4

1.1.1.2.Quan hệ giữa thông số nhiệt độ và áp suất môi trường trong quá trình sấy thăng hoa 6

1.1.1.3.Giai đoạn làm lạnh đông 7

1.1.1.4.Giai đoạn thăng hoa (sấy sơ cấp) 8

1.1.1.5.Giai đoạn sấy chân không (sấy thứ cấp) 9

1.1.2 Công nghệ và thiết bị sấy thăng hoa 11

1.1.3 Hệ thống sấy thăng hoa 11

1.1.3.1.Buồng sấy thăng hoa 12

1.1.3.2.Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 13

1.1.3.3.Bơm chân không 15

1.1.3.4.Hệ thống tự động điều khiển 16

1.1.4 Lý do chọn công nghệ sấy thăng hoa 16

1.1.5 Ứng dụng của sấy thăng hoa 17

1.2 Nguyên liệu sấy thăng hoa 19

1.2.1 Sữa chua 19

1.2.2 Thành phần hóa học của sữa chua 20

1.2.3 Lợi ích sữa chua đối với sức khỏe 21

1.2.4 Giá trị kinh tế của sữa chua 22

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 23

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về sữa chua sấy thăng hoa 24

CHƯƠNG 2 26

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Nguyên liệu nghiên cứu 26

2.1.1 Chuẩn bị sữa chua 26

2.1.2 Xử lý lạnh đông nguyên liệu 27

2.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu 27

2.2.1 Dụng cụ nghiên cứu 27

2.2.2 Thiết bị nghiên cứu 28

2.3 Phương pháp nghiên cứu 32

2.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 32

2.3.2 Các phương pháp xác định các hàm mục tiêu 34

2.3.2.1.Xác định chi phí năng lượng (y1) 34

2.3.2.2.Xác định độ ẩm (y2) 34

2.3.2.3.Xác định tỷ lệ sống sót của vi sinh vật có lợi (y3) 35

2.3.2.4.Xác định độ cứng của sữa chua sấy thăng hoa (y4) 36

2.3.3 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 38

2.3.4 Phương pháp xác định và giải bài toán tối ưu một mục tiêu và đa mục tiêu trong quá trình sấy thăng hoa sữa chua 43

2.3.4.1.Xây dựng bài toán tối ưu đơn mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa sữa chua 432.3.4.2.Xây dựng bài toán tối ưu đa mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa sữa chua 442.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 46

CHƯƠNG 3 47

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 47

3.1 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu ban đầu 47

3.2 Xây dựng bảng yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu sản xuất sữa chua sấy thăng hoa 48

3.2.1 Nhiệt độ sấy thăng hoa 48

3.2.2 Áp suất sấy thăng hoa 49

3.2.3 Thời gian sấy thăng hoa 49

3.3 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ đến hàm mục tiêu 50

3.4 Xây dựng các mô hình toán mô tả cho quá trình sấy thăng hoa 52

3.4.1 Xây dựng và giải mô hình toán mô tả chi phí năng lượng cho quá trình 52

3.4.2 Xây dựng và giải mô hình toán mô tả độ ẩm sản phẩm 55

3.4.3 Xây dựng và giải mô hình toán mô tả tỷ lệ sống sót của vi sinh vật của vi sinh vật có lợi cho quá trình 58

3.4.4 Xây dựng và giải mô hình toán mô tả độ cứng của sản phẩm 61

3.5.Giải bài toán tối ưu hóa để xác định chế độ công nghệ cho quy trình sấy thăng hóa sữa chua 64

3.5.1 Giải bài toán tối ưu một mục tiêu 65

3.5.2 Xây dựng và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu của quá trình sấy thăng hoa sữa chua 66

3.6 Kết quả thực nghiệm, kiểm chứng và bàn luận 69

3.7 Bàn luận và đánh giá chất lượng sản phẩm 70

3.7.1 Chi phí năng lượng 70

3.7.2 Độ ẩm sản phẩm 71

3.7.3 Tỷ lệ sống sót của vi sinh vật có lợi 72

3.7.4 Độ cứng sản phẩm 72

3.7.5 Đánh giá chất lượng sản phẩm 73

3.8 Xây dựng quy trình công nghệ sữa chua sấy thăng hoa 75

3.8.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 75

3.8.2 Thuyết minh quy trình 75

3.9 Định mức nguyên liệu và giá thành sản phẩm 76

3.10 Triển vọng và thương mại sản phẩm 77

PHỤ LỤC 88

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Giản đồ biến đổi của pha nước 5

Hình 1 2 Quan hệ giữa nhiệt độ với áp suất thăng hoa của nước đá 7

Hình 1 3 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa 8

Hình 1 4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa DS-12 12

Hình 1 5 Buồng sấy thăng hoa 13

Hình 1 6 Thiết bị ngưng tụ đóng băng 14

Hình 1 7 Mặt cắt A-A của bơm hút chân không 15

Hình 1 8 Sơ đồ hệ thống tự động điều khiển 16

Hình 1 9 Dược phẩm sấy thăng hoa 18

Hình 1 10 Kem và thảo mộc sấy thăng hoa 19

Hình 2 1 Sữa chua Vinamilk có đường 26

Hình 2 2 a)Khay inox và b) khuôn silicon 27

Hình 2 3 Hệ thống sấy thăng hoa DS-12 28

Hình 2 4 Màn hình hiển thị cài đặt chế độ sấy hệ thống sấy thăng hoa DS-12 29

Hình 2 5 Tủ lạnh đông Arctiko 30

Hình 2 6 Tủ sấy đối lưu cưỡng bức Memmert 30

Hình 2 7 Tủ cấy vô trùng Esco 31

Hình 2 8 Cân phân tích 4 số 31

Hình 2 9 Cân Precisa 2 số 31

Hình 2 10 Cân đo ẩm hồng ngoại 32

Hình 2 11 CT3 Texture Analyzer 32

Hình 2 12 Sơ đồ logic tiếp cận hệ thống sản xuất sữa chua sấy thăng hoa 33

Hình 2 13 Đối tượng công nghệ sấy thăng hoa sữa chua 39

Hình 2 14 Không gian hàm mục tiêu của bài toán tối ưu hai mục tiêu 46

Hình 3 1 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm theo nhiệt độ môi trường sấy 48

Hình 3 2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm theo áp suất môi trường sấy 49

Hình 3 3 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm theo thời gian sấy 50

Hình 3 4 Buồng sấy sữa chua ở chế độ tối ưu 69

Hình 3 5 Sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa ở chế độ tối ưu 70Hình 3 6 Sơ đồ quy trình công nghệ sấy thăng hoa sữa chua 75

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Quan hệ giữa nhiệt độ với áp suất thăng hoa của nước đá 6

Bảng 2 1 Thành phần dinh dưỡng sữa chua Vinamilk có đường 26

Bảng 2 2 Thông số cài đặt đo cấu trúc sữa chua sấy thăng hoa 37

Bảng 2 3 Các mức yếu tố ảnh hưởng 40

Bảng 2 4 Ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2 40

Bảng 3 1 Thành phần hóa học của nguyên liệu ban đầu trên 100ml 47

Bảng 3 2 Các mức yếu tố ảnh hưởng 50

Bảng 3 3 Số liệu thực nghiệm của các hàm mục tiêu 51

Bảng 3 4 Kết quả thực nghiệm xác định chi phí năng lượng 52

Bảng 3 5 Hệ số bj và bjk của hàm chi phí năng lượng 54

Bảng 3 6 Xác định phương sai hệ số tj của phương trình xác định chi phí năng lượng 54

Bảng 3 7 Giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với phương trình xác định chi phí năng lượng 54

Bảng 3 8 Kết quả thực nghiệm xác định độ ẩm 55

Bảng 3 9 Hệ số bj và bjk với phương trình xác định độ ẩm của sản phẩm 57

Bảng 3 10 Xác định phương sai hệ số tj với phương trình xác định độ ẩm của sản phẩm 57

Bảng 3 11 Giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với phương trình xác định độ ẩm của sản phẩm 57

Bảng 3 12 Kết quả thực nghiệm xác định tỷ lệ sống sót của vi sinh vật có lợi 58

Bảng 3 13 Hệ số quy bj và bjk với phương trình xác định tỷ lệ sống sót của vi sinh vật có lợi 59

Bảng 3 14 Xác định phương sai hệ số tj với phương trình xác định tỷ lệ sống sót của vi sinh vật có lợi 60

Bảng 3 15 Giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với phương trình xác định tỷ lệ sống sót của vi sinh vật có lợi 60

Bảng 3 16 Kết quả thực nghiệm xác định độ cứng 61

Bảng 3 17 Hệ số bj và bjk với phương trình xác định độ cứng của sản phẩm 63

Bảng 3 18 Xác định phương sai hệ số tj với phương trình xác định độ cứng của sản

phẩm 63

Bảng 3 19 Giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với phương trình xác định độ cứng 64

Bảng 3 20 Các giá trị tối ưu của từng hàm mục tiêu 65

Bảng 3 21 Nghiệm Paréto tối ưu và giá trị hiệu quả Paréto tối ưu 68

Bảng 3 22 Kết quả kiểm chứng thực nghiệm 69

Bảng 3 23 Thành phần dinh dưỡng của sữa chua trước và sau khi sấy thăng hoa ở chế độ tối ưu 73

MRS: de Man, Rogosa và Sharpe, một môi trường nuôi cấy vi sinh vật PTHQ: Phương trình hồi quy

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TPA: Texture profile analysis, Phân tích cấu trúc VSV: Vi sinh vật

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Với đề tài “Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa sữa chua”, đầu tiên, chúng tôi lựa đánh giá thành phần dinh dưỡng của nguyên liệu Sau đó, xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa cũng như ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bao gồm nhiệt độ, áp suất và thời gian sấy Tiêu đầu ra chúng tôi lựa chọn là chi phí năng lượng, độ ẩm, tỷ lệ sống sót của vi sinh vật có lợi, độ cứng sản phẩm

Sau đó, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình hoá quá tình sấy thăng hoa sữa chua bằng phương mô hình thực nghiệm và thực hiện tối ưu hóa với ba yếu tố đầu vào và bốn hàm mục tiêu đã nói trên Cuối cùng, thiết lập chế độ sấy thăng hoa tối ưu cho sản phẩm sữa chua truyền thống phù hợp với các yêu cầu về kỹ thuật và thực tế và hoàn thiện một quy trình công nghệ để tạo ra sản phẩm sữa chua sấy bằng phương pháp sấy thăng hoa có chất lượng tốt, mang lại hiệu quả về kinh tế và có khả năng ứng dụng sản xuất

Nghiên cứu đã đưa ra chế độ sấy thăng hoa sữa chua là ở nhiệt độ 37.24 °C, áp suất 0.038 mmHg và thời gian sấy là 35.18 giờ Sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa sản xuất bằng chế độ sấy nói trên có một số chỉ tiêu chất lượng như độ ẩm 4.00 %, độ cứng 19.11 N, khả năng bảo tồn vi sinh vật có lợi tính theo vi khuẩn lactic là 72.28 % nhưng chỉ tiêu tốn năng lượng điện là 19.37 kWh/kg

Kết quả của nghiên cứu cho thấy sản phẩm sữa chua thu được từ điều kiện sấy thăng hoa tối ưu có độ ẩm thấp, như vậy sản phẩm có thể bảo quản được trong thời gian dài Bên cạnh đó, tỷ lệ vi khuẩn lactic sống cao Do vậy, quy trình sản xuất sữa chua sấy ở điều kiện sấy tối ưu có tính khả thi cao để ứng dụng vào sản xuất dòng sản phẩm chất lượng tốt với chi phí phù hợp nhằm đa dạng hóa và gia tăng giá trị kinh tế của các sản phẩm sữa chua

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài

Sữa chua là một trong những sản phẩm lên men từ sữa có giá trị dinh dưỡng cao vì nó có nhiều thành phầm vitamin, khoáng chất,…đặc biệt trong đó có số lượng lớn vi sinh vật có lợi cho đường ruột được gọi là probiotic Sữa chua là thực phẩm mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe cho người sử dụng tuy nhiên cũng như các sản phẩm sữa lên men khác, sữa chua có hạn sử dụng ngắn khoảng 3-4 ngày ở 16-22oC nhưng để kéo dài hạn sử dụng lên 1-2 năm thì cần phải sử dụng sữa chua ở dạng sấy khô nhưng những phương pháp sấy khô thông thường ở nhiệt độ cao sẽ tiêu diệt chủng vi sinh vật có lợi trong sản phẩm Do đó, phương pháp sấy thăng hoa là phương pháp khả thi được áp dụng phổ biến nhất để bảo quản sữa chua Phương pháp này được thực hiện ở nhiệt độ âm và áp suất chân không từ đó probiotic trong sữa chua sẽ được bảo toàn nguyên vẹn không bị tỗn thất và mang lại giá trị kinh tế cao Đề tài này tâp trung nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa sữa chua phục vụ cho người tiêu dùng và xuất khẩu

2 Mục tiêu

Đề tài này giúp xây dựng quy trình công nghệ sấy thăng hoa sữa chua tạo ra sản phẩm tiện lợi có chất lượng cao phục vụ cho người tiêu dùng và xuất khẩu

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu đề tài

− Đề tài tập trung nghiên cứu, xây dựng quy trình công nghệ sấy thăng hoa sữa chua phục vụ cho người tiêu dùng và xuất khẩu

− Đề tài được thực hiện trên hệ thống DS-12 do thầy PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng nghiên cứu và chế tạo năm 2022

4 Nội dung nghiên cứu

− Tổng quan về cơ sở lý thuyết sấy thăng hoa − Tổng quan về nguyên liệu sữa chua

− Phương pháp nghiên cứu và tiếp cận − Xác định thành phần hóa học và dinh dưỡng của nguyên liệu sữa chua − Mô hình hóa quá trình sấy thăng hoa sản phẩm sữa chua bằng mô hình thực

nghiệm − Tối ưu hóa quy trình công nghệ sấy thăng hoa sữa chua − Triển vọng và khả năng thương mại hóa sản phẩm

5 Phương pháp nghiên cứu

− Phân tích và tổng hợp tài liệu tham khảo − Phương pháp thực nghiệm, quy hoạch thực nghiệm, tiếp cận phương pháp,

phương pháp quy hoạch thực nghiệm − Phương pháp mô hình hóa để mô tả quá trình công nghệ − Phương pháp tối ưu hóa tìm kiếm chế độ công nghệ tối ưu − Có sửa dụng các công trình toán học và công nghệ thông tin để tính toán tối

ưu hóa quá trình

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

❖ Ý nghĩa khoa học Đề tài này đã nghiên cứu, xây dựng mô hình toán mô tả cho đối tựng công nghệ sấy thăng hoa sản phẩm sữa chua Bên cạnh đó, đề tài cũng đã tối ưu hóa, tìm kiếm các thông số công nghệ tối ưu trên cơ sở đó thiết lập quy trình công nghệ

❖ Ý nghĩa thực tiễn Từ kết quả tối ưu hóa đã xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm sữa chua sấy thăng hoa ứng dụng vào thực tiễn sản xuất để làm ra các sản phẩm có chất lượng tốt, giá trình kinh tế cao

7 Bố cục bài báo

Khóa luận tốt nghiệp này được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả và bàn luận

Ngoài ra còn có các mục: Lời mở đầu, danh mục hình, danh mục bảng, danh mục từ viết tắt, kết luận – kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN 1.1 Sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa ( hay sấy đông khô) là quá trình khử nước bên trong vật liệu sấy bằng cách làm đông lạnh sản phẩm sau đó thăng hoa băng thành hơi giúp bảo vệ nguyên liệu không bị mất các thành phần quan trọng và chống lại các phản ứng hóa học liên quan đến việc rút hoặc làm bay hơi nước ở dạng lỏng [1] Đây là phương pháp thường được sử dụng trong các sản phẩm như thực phẩm, dược phẩm và các loại men vi sinh Quá trình này được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thấp, trong điều kiện dưới điểm ba thể O (0.0098oC, 4.58mmHg hoặc 0.006 atm) như hình 1.1 Có thể nói chính xác là nhiệt độ vật liệu sấy thấp hơn nhiệt độ kết tinh của nước bên trong vật liệu sấy; áp suất buồng sấy thấp hơn 4,58mmHg (Hammami, 1997) Kết quả là sản phẩm cuối cùng sau khi sấy thăng hoa có chất lượng rất tốt như nguyên liệu ban đầu Phương pháp này giúp cho đạm thành phẩm không bị biến tính, phục hồi được chất lượng ban đầu; glucid không bị thủy phân; lipid không bị oxy hóa; các sắc tố, mùi và vị tự nhiên của chúng ta không bị phá hủy; hợp chất có hoạt tính sinh học và enzyme không bị mất hoạt tính Nói cách khác, giá trị dinh dưỡng, giá trị dược phẩm và giá trị mỹ phẩm của sản phẩm gần như không đổi Đây là điểm mạnh của sấy đông khô mà không phải phương pháp sấy nào cũng có thể tạo ra sản phẩm như chúng [2]

1.1.1 Cơ sở khoa học của sấy thăng hoa 1.1.1.1 Các quá trình chuyển pha của nước

Hình 1.1 phân tích, mô tả quá trình chuyển pha của nước giữa lỏng – rắn – hơi

Trong quá trình sấy vật liệu ẩm, hiện tượng chuyển trạng thái M - G xảy ra trong nước, ở điều kiện áp suất PM không đổi và nhiệt độ của nó tăng từ TM lên TG Ở trạng thái M, nước tồn tại ở thể lỏng, còn ở trạng thái G, nó trải qua quá trình biến đổi một phần

Hình 1 1 Giản đồ biến đổi của pha nước.

Khi áp suất PM giảm xuống dưới 760 mmHg, quá trình xảy ra dọc theo đường M - L Hiện tượng này thường được quan sát thấy trong quá trình sấy chân không Ở điều kiện đẳng áp PM, khi toả nhiệt làm nhiệt độ của nước giảm từ TM đến TN = TR = TH (xem hình 1.1) thì quá trình chuyển nước từ pha này sang pha khác diễn ra theo con đường M – N Tại điểm M, nước tồn tại ở thể lỏng, còn tại điểm N nước ở thể rắn hay còn gọi là nước đá Hiện tượng này thường được quan sát thấy trong quá trình lạnh đông

Trong điều kiện áp suất không đổi PR nhỏ hơn áp suất PO 4.58mmHg, nước tồn tại ở trạng thái rắn tại điểm R và có nhiệt độ TH = TR Trong giản đồ hình 1.1, ứng với mỗi giá trị nhiệt độ cụ thể của nước đá, TH tương ứng sẽ có một giá trị áp suất thăng hoa PH tại điểm H và ngược lại Do đó, nếu nước đá được đặt trong môi trường điều áp với áp suất PR, trong đó PH < PR < 4.58mmHg, thì nhiệt độ thăng hoa của nước đá sẽ là Tth = TF > TH Do đó, băng chưa thể trải qua quá trình thăng hoa ngay lập tức tại điểm R mà thay vào đó phải trải qua một giai đoạn truyền nhiệt dọc ( đoạn RF) để tăng nhiệt độ TR = TH lên đến nhiệt độ TF (tương ứng với PR = PF), lúc đó nước đá mới bắt đầu thăng hoa Diễn biến của quá trình đi theo đường R – Q và cần một lượng nhiệt cấp vào Q = Gndcnd(TF – TH), trong đó Gnd, cnd là khối lượng

và nhiệt dung riêng của nước đá, do đó tiêu tốn năng lượng và thời gian để nâng nhiệt trước khi thăng hoa

Nếu đặt nước đá trong môi trường có áp suất là PD, với PD  PD< 4,58 mmHg, tương ứng sẽ có nhiệt độ thăng hoa của nước đá là TD  TH, khi đó nước đá sẽ thăng hoa ngay tại điểm H (điểm thăng hoa thực tế là E) và động lực của quá trình thăng hoa chính là T = TH – TD vì thế mà rút ngắn thời gian thăng hoa và nếu có nhiệt cấp vào nó sẽ làm tăng động lực thăng hoa nước đá Các hiện tượng này thường xảy ra trong quá trình sấy thăng hoa [3]

1.1.1.2 Quan hệ giữa thông số nhiệt độ và áp suất môi trường trong quá

trình sấy thăng hoa

Như Peng (1994) đã nêu, để băng có thể thăng hoa, nó phải được tiếp xúc với môi trường có áp suất và nhiệt độ dưới điểm ba của O (4.58 mmHg; 0.0098oC) Sự chuyển đổi từ thể rắn sang thể khí trong trường hợp nước phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản: áp suất và nhiệt độ Mỗi giá trị áp suất cụ thể thì tồn tại một giá trị nhiệt độ thăng hoa tương ứng, (bảng 1.1)

Bảng 1 1 Quan hệ giữa nhiệt độ với áp suất thăng hoa của nước đá

Tth, oC 0.0098 -1.7 -5.1 -9.8 -17.5 -26.6 -39.3 -45.5 -57.6 -66.7

Pth, mmHg 4.58 4.00 3.00 2.00 1.00 0.40 0.10 0.05 0.01 0.001

Hình 1.2 mô tả mối tương quan giữa áp suất và nhiệt độ thăng hoa của nước đá, như minh họa trong Bảng 1.1 Thời gian thăng hoa của nước đá phụ thuộc vào việc lựa chọn áp suất thích hợp cho môi trường sấy thăng hoa Thời gian thăng hoa sẽ kéo dài nếu áp suất môi trường sấy thăng hoa diễn ra không phù hợp [3]

Ngoài ra, hình 1.2 cho thấy, quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất thăng hoa của nước đá rất phức tạp, nó là quan hệ phi tuyến Do đó, quá trình thăng hoa rất khó để được tự động điều khiển

Hình 1 2 Quan hệ giữa nhiệt độ với áp suất thăng hoa của nước đá

1.1.1.3 Giai đoạn làm lạnh đông

Nguyên liệu sau khi chuẩn bị được làm lạnh đông từ nhiệt của sản phẩm thực phẩm từ nhiệt độ phòng xuống từ khoảng (20÷25)oC xuống khoảng (-35÷30)oC Ở nhiệt độ cụ thể này, hàm lượng nước trong sản phẩm thực phẩm đạt đến trạng thái gần như đóng băng hoàn toàn Điều quan trọng là mỗi loại thực phẩm có nhiệt độ đóng băng riêng Tuy nhiên, phải đảm bảo rằng nước bên trong sản phẩm đạt đến điểm kết tinh hoàn toàn 100%

Cụ thể, trong giai đoạn cấp đông, nước đạt độ kết tinh hoàn toàn ở khoảng 22 ÷ -20)oC Hình 1.3 mô tả rõ ràng điều này, trong đó nhiệt độ của thực phẩm sấy khô (đường (3)) Trong suốt giai đoạn này, áp suất hầu như không đổi ở cả buồng sấy thăng hoa (đường (6)) và buồng làm lạnh sản phẩm, tương đương với áp suất khí quyển, có một sự dịch chuyển nhỏ, được coi là không đáng kể, khi áp suất giảm, nhiệt độ không khí nguội đi (thể tích buồng sấy thăng hoa vẫn kín và không thay đổi) Trong giai đoạn này, một lượng rất ít ẩm được giải phóng, chủ yếu thông qua sự bay hơi và thăng hoa của nước trên bề mặt thực phẩm Quá trình thoát ẩm được thúc đẩy bởi sự khác biệt về áp suất riêng phần của hơi nước giữa môi trường sấy thăng hoa và lớp không khí tiếp giáp với bề mặt thực phẩm Ngoài ra, sự chênh lệch nhiệt độ thực phẩm lạnh đông với nhiệt độ môi trường lạnh đông cũng là nguyên nhân làm bay hơi ẩm để có xu hướng đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt [3]

(-Hình 1.3 dưới đây là đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa sử dụng nguồn sử dụng nguồn bức xạ từ các tấm kim loại với nhiệt độ lạnh đông (-35 ÷ -30)oC, với:

1 - Nhiệt độ tấm gia nhiệt 2 - Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa 3 - Nhiệt độ thực phẩm sấy

4 - Nhiệt độ ở lối ra buồng thăng hoa 5 - Độ ẩm của thực phẩm sấy

6 - Áp suất trong buồng sấy thăng hoa

Hình 1 3 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa

1.1.1.4 Giai đoạn thăng hoa (sấy sơ cấp)

Khi giai đoạn đóng băng kết thúc, bơm chân không được kích hoạt, làm cho áp suất trong buồng sấy giảm nhanh chóng Điều này tạo ra một môi trường chân không, với áp suất gần như không đổi ở Pm = (0.001 ÷ 1) mmHg, như được chỉ ra trong đường (6) Do sự khác biệt đáng kể về áp suất riêng phần giữa hơi nước trong sản phẩm (Pn) và hơi nước trong môi trường sấy khô (Pnm), cùng với nhiệt bức xạ phát ra từ các tấm kim loại để nung nóng, nên có sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể giữa môi trường sấy và sản phẩm Do đó, nước trong sản phẩm đông lạnh trong giai

đoạn này bắt đầu trải qua quá trình thăng hoa mạnh mẽ, dẫn đến hàm lượng ẩm giảm nhanh chóng và gần như tuyến tính (như thể hiện trong đường (5)) Vì thế, giai đoạn sấy thăng hoa có thể xem là giai đoạn sấy đẳng tốc, trong giai đoạn này, nhiệt ẩn thăng hoa được hình thành từ phần nhiệt bức xạ mà sản phẩm nhận được; Vì vậy, nhiệt độ của sản phẩm được sấy tương đối ổn định, như được chỉ ra trong đường (3) Tuy nhiên, cần lưu ý rằng có sự gia tăng tối thiểu về nhiệt độ của sản phẩm sấy khô, mặc dù với tốc độ chậm Càng về cuối giai đoạn này, nhiệt độ của sản phẩm sấy tăng dần từ (-30 ÷ -25)oC đến 0.0098oC (cụ thể là Tkt, là nhiệt độ kết tinh của hơi ẩm bên trong sản phẩm) Điều này biểu thị sự kết thúc của giai đoạn thăng hoa

Trong suốt quá trình thăng hoa, nhiệt độ tương đối ổn định ở lối ra của buồng thăng hoa, như được chỉ ra trong đường (4) của hình 1.3 Kết quả là, không có sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình thăng hoa tại bình ngưng tự đóng băng

Trong suốt quá trình thăng hoa, sự chênh lệch về nhiệt độ môi trường xung quanh giữa các tấm và tấm gia nhiệt, như được mô tả trong đường (1) và (2) của hình 1.3 Khi sử dụng công nghệ này, điều quan trọng là phải duy trì nhiệt độ tấm gia nhiệt trong khoảng (0 ÷ 45)oC, trong khi nhiệt độ môi trường sấy phải phù hợp với thông số kỹ thuật của công nghệ, nằm trong khoảng (0 ÷ 40)oC

Kết thúc giai đoạn này độ ẩm của sản phẩm phải đạt yêu cầu thì mới đảm bảo chất lượng Khi kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa và không có sự xảy ra của giai đoạn sấy tiếp theo [3]

1.1.1.5 Giai đoạn sấy chân không (sấy thứ cấp)

Cuối giai đoạn thăng hoa, nhiệt độ của thực phẩm khử nước đạt giá trị Tkt (oC) Trong suốt quá trình này, áp suất của môi trường sấy chân không không đổi, dao động trong khoảng (0.001 ÷ 1) mmHg Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là áp suất riêng phần của độ ẩm tồn tại trong sản phẩm lớn hơn 4.58 mmHg, trùng với áp suất của điểm ba Vì vậy, ẩm trong sản phẩm trở về trạng thái lỏng

Để duy trì áp suất của môi trường sấy thì cần sử dụng áp suất chân không (0.001 ÷ 1) mmHg Áp suất này được duy trì nhờ bơm chân không, trong khi sản phẩm sấy tiếp tục được gia nhiệt thông qua bức xạ nhiệt Kết quả là độ ẩm bên trong sản phẩm trải qua sự thay đổi pha liên tục từ lỏng sang hơi, trước khi bay hơi và khuếch tán vào môi trường sấy và cuối cùng ngưng tụ thành băng trong thiết bị ngưng tụ Do đó, giai đoạn trong đó độ ẩm còn lại bay hơi được gọi là giai đoạn sấy chân không ở nhiệt độ thấp Sự chệnh lệch về áp suất riêng phần của hơi nước và nhiệt độ giữa sản phẩm và môi trường sấy chính là động lực đằng sau quá trình khuếch tán-bay hơi này

Việc đạt được mức độ ẩm thích hợp hoặc khi nhiệt độ giữa các tấm gia nhiệt bức xạ thẳng hàng với nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ sản phẩm, như mô tả trong hình 1.3, các đường (1), (2) và (3) sẽ cắt nhau tại một vị trí cụ thể Chính tại thời điểm này, trạng thái cân bằng đạt được, trong đó nhiệt và độ ẩm được cân bằng Độ ẩm có trong sản phẩm không thể bay hơi nữa và độ ẩm của sản phẩm ổn định ở độ ẩm cân bằng, như được biểu thị bằng đường (5)

Khác với quy trình của các máy sấy khác quá trình truyền ẩm trong sấy thăng hoa hoạt động ở áp suất khí quyển (P = 760 mmHg = 1at) Trong quá trình thăng hoa, các phân tử nước không tiếp xúc với nhau do không có môi trường chân không, làm triệt tiêu trường lực đàn hồi của không khí Thay vào đó, các phân tử nước tương tác thông qua lực đẩy, ngăn cản mọi va chạm Nguyên tắc này được hỗ trợ bởi lý thuyết của Plank R về chuyển động của hạt trong môi trường chân không Kết quả là, sấy thăng hoa mang lại một lợi thế đáng kể trong việc bảo quản chất lượng sinh học của sản phẩm sấy

Một ưu điểm nữa là là việc không có oxy trong chân không sẽ ngăn chặn quá trình oxy hóa các sản phẩm sấy Mặt khác, nhược điểm chính của hệ thống sấy thăng hoa là chi phí quá cao cho mỗi kg sản phẩm, cũng như thiết lập phức tạp đòi hỏi phải sử dụng đồng thời bơm chân không và máy điều hòa không khí Do đó, việc vận hành hệ thống này rất phức tạp và đòi hỏi người lao động có trình độ cao [3]

1.1.2 Công nghệ và thiết bị sấy thăng hoa

Một thiết bị sấy thăng hoa cơ bản được lắp đặt và chọn lựa phụ thuộc vào tính chất sản phẩm sấy và gồm nhưng bộ phận điển hình như: bơm chân không, buồng sấy, bình ngưng và nguồn nhiệt [4]

Ở quy mô công nghiệp, sữa và các sản phẩm từ sữa khác được đông lạnh trong khay thông qua trao đổi nhiệt với chất làm lạnh hoặc bằng cách tiếp xúc với bề mặt được làm mát [5] Bước đầu tiên sản phẩm được làm lạnh đông trong quy trình sấy thăng hoa Trong quá trình sấy thăng hoa sữa chua, nghiên cứu của Radaeva và cộng sự cho thấy rằng đông lạnh ở -25 °C là hiệu quả nhất trong việc bảo quản các vi sinh vật có lợi, trái ngược với -15 và -40 °C [6]

Để làm khô mẫu đúng cách, nó phải được đặt trong không gian kín chân không được gọi là buồng sấy Khu vực này được theo dõi cả nhiệt độ và áp suất, cho phép kiểm soát chính xác Tùy thuộc vào máy sấy thăng hoa cụ thể được sử dụng, có nhiều kiểu buồng sấy khác nhau, khác nhau dựa trên loại khay được sử dụng và nguồn nhiệt được sử dụng [7]

Bằng cách sử dụng kỹ thuật sấy chân không sau khi thăng hoa hoàn toàn, sản phẩm sẽ duy trì chất lượng tương đương với sấy khô truyền thống Ngoài ra, phương pháp này cho phép giảm chi phí vận hành do tốc độ sấy tăng tốc [8]

Trong phần lớn các máy sấy thăng hoa thương mại, thiết bị ngưng tụ hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -55 đến -105 °C Những máy sấy này có công suất có thể thay đổi từ 20 đến 10.000 kg [6]

1.1.3 Hệ thống sấy thăng hoa

Hệ thống sấy thăng hoa được sử dụng trong nghiên cứu này được gia nhiệt bằng bức xạ có bước sóng ngắn, có các thông số kỹ thuật cải tiến và hoàn thiện hơn so với phiên bản trước: Nhiệt độ môi trường sấy điều khiển được từ -45oC đến 80oC; Áp suất môi trường sấy có thể giảm xuống 0.001 mmHg; Nhiệt độ môi trường lạnh đông đạt đến -45oC; Nhiệt độ môi trường hóa đá đạt đến -45oC thời gian sấy phụ thuộc vào loại nguyên liệu cần sấy mà thời gian sấy có thể kéo dài từ

24h đến 72h mà bơm chân không vẫn hoạt động bình thường; giá thành chỉ bằng 1/3 so với hệ thống sấy thăng hoa nhập ngoại cùng công suất, so với trước đây, 1 kg chi phí năng lượng của sản phẩm tăng 10-25% [9].Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng giám sát quá trình sấy thông qua Internet of Things, nghĩa là quá trình tự động điều khiển và kiểm soát quá trình sấy thông qua kết nối Internet Sơ đồ nguyên lý hệ thống được biểu diễn như sau

Hình 1 4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa DS-12

1-Máy nén cấp 2; 2- Bình tách dầu; 3- Thiết bị ngưng tụ; 4- Bình chứa cao áp; 5- Phin lọc; 6- Mắt gas; 7- Van điện từ; 8- Van tiết lưu 1; 9- Bình tách

lỏng; 10- Máy nén cấp 1; 12- Thiết bị hóa đá; 13- Bơm hút chân không; 14- Buồng thăng hoa; 15- Tấm gia nhiệt và đặt vật liệu sấy; 16- Đường xả

nước ngưng; P k - Áp kế cao áp; P o - Áp kế thấp áp; P TG - Áp kế trung gian;

P CK - Áp kế chân không

1.1.3.1 Buồng sấy thăng hoa

Buồng sấy thăng hoa hay còn được gọi là bình thăng hoa Nếu hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đông thì buồng sấy thăng hoa cũng chính là buồng lạnh đông thực phẩm sấy Buồng sấy thăng hoa đóng một vai trò quan trọng trong toàn bộ hệ thống sấy Nó đóng vai trò là nơi chứa cho các sản phẩm đã sấy khô, là giai đoạn cấp đông

cho sản phẩm trong hệ thống tự cấp đông, và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy thăng hoa Bản thân buồng có thể có dạng khối, nằm ngang hoặc thẳng đứng Sau khi nguyên liệu đã được làm đông lạnh, nó sẽ được chuyển vào buồng sấy thăng hoa để tiếp tục xử lý Trong quá trình sấy, buồng sấy cần phải đảm bảo kín để có thể kiểm soát được nhiệt độ cũng nhưu áp suất của quá trình

Hình 1 5 Buồng sấy thăng hoa

Buồng sấy thăng hoa thường có 3 loại như sau: Buồng sấy kết hợp hệ thống cấp đông riêng: Trước quá trình sấy, nguyên liệu được đông lạnh bằng thiết bị cấp đông riêng Sau khi quá trình đóng băng hoàn tất, vật liệu được chuyển vào buồng sấy nơi quá trình sấy bắt đầu

Buồng sấy trang bị hệ thống cấp đông tự động: Quá trình đóng băng vật liệu đều bắt đầu và kết thúc trong buồng này

Buồng liên tục: Trước khi vật liệu tiến hành cấp đông được tạo thành các hạt có kích thước nhỏ làm diện tích tiếp xúc tăng Sau đó được đưa vào buồng sấy bằng các băng tải hoặc vít tải [3]

1.1.3.2 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng

Thiết bị hóa đá hay thiết bị ngưng tụ đóng băng Có tác dụng là hút hơi nước thoát ra khỏi do sự thăng hoa của nước đá bên trong sản phẩm và bảo vệ máy bơm

chân không hoạt động bình thường Đồng thời, nó còn giữ cho cường độ bay hơi của quá trình sấy và nhiệt độ thiết bị luôn tăng ổn định nguyên nhân vì nhiệt độ của thiết bị này thường ở trạng thái ổn định Hơi nước sau khi thăng hoa sẽ bị tích tụ trong bình ngưng, sau đó bị loại bỏ khi quá trình sấy kết thúc, sau khi lấy sản phẩm

ra

Hình 1 6 Thiết bị ngưng tụ đóng băng

Bình ngưng có thể được phân thành hai loại riêng biệt Thiết bị ngưng tụ không có bộ phận cào nạo tuyết: có thể được phân loại thành hai loại chính Đầu tiên là dạng ống chùm bao gồm các ống trao đổi nhiệt được sắp xếp theo hình chùm song song, cho phép chuyển động của chất làm lạnh bên trong Những ống này thường giữ ẩm ở bên ngoài và dang xoắn được thiết kế với các ống trao đổi nhiệt dạng xoắn, với số lượng vòng xoắn thay đổi tùy theo công suất của hệ thống sấy, thông thường là từ 2 đến 4

Thiết bị ngưng tụ có bộ phận cào nạo tuyết: ở thiết bị ngưng tụ, khi nước ngưng và bám lên bề mặt dàn lạnh của thiết bị ngưng tụ, thì được bộ phận cào – nạo và rơi xuống không gian bên dưới, giúp tăng khả năng truyền nhiệt, tuy nhiên điều này mang lại một nhược điểm là phải tốn thêm chi phí năng lượng để cung cấp cho bộ phận này và quá trình gia công, sửa chửa thiết bị này là vô cùng phức tạp [3]

1.1.3.3 Bơm chân không

Buồng sấy và buồng hóa đá được kết hợp với nhau tạo thành một hệ thống chân không có tác dụng loại bỏ không khí và các loại khí không ngưng tụ khác rò rỉ vào buồng sấy từ môi trường khí quyển, đẩy không khí và các loại khí không ngưng tụ khác thoát ra từ vật liệu trong buồng sấy, giữ buồng sấy và thiết bị ngưng tụ hơi (bẫy lạnh) ở áp suất thấp để đáp ứng yêu cầu thăng hoa và giải hấp Mặc dù trong quá trình sấy khô, hơi nước từ quá trình thăng hoa và giải hấp chủ yếu được loại bỏ bằng thiết bị ngưng tụ hơi nước; tuy nhiên vẫn còn một ít hơi vào bơm chân không Vì vậy, một số biện pháp (chẳng hạn như "dằn khí") nên được ứng dụng giải quyết các vấn đề của bơm chân không Ở giai đoạn đầu của quá trình sấy khô, cần có tốc độ bơm lớn; nhưng ở giai đoạn giữa và cuối, tốc độ bơm giảm đáng kể [10]

Hình 1 7 Mặt cắt A-A của bơm hút chân không

Về độ chân không của môi trường sấy có hai yêu cầu cơ bản sau đây: Áp suất chân không của môi trường sấy phải nhỏ hơn áp suất điểm ba (Po = 4.58 mmHg) tức là áp suất môi trường sấy nhỏ hơn 4.58 mmHg, xem hình 1.1 Nhưng để rút ngắn thời gian sấy, rút ngắn thời gian thăng hoa thì phải tăng cường độ bay hơi và trong khoảng (0.001 ÷ 1.0) mmHg cho thấy cường độ bay hơi lớn nhất Thời gian hút khí trong môi trường sấy từ áp suất khí quyển đến áp suất chân không (0.001 ÷ 1.0) mmHg phải đủ nhỏ Đây là yếu tố quan trọng trong công nghệ sấy thăng hoa, bởi vì nó duy trì cho nhiệt độ sản phẩm không bị dao động tăng lên trong thời gian hình

thành môi trường chân không, thông thường thời gian này phải nằm trong khoảng từ 30 giây đến 2.5 phút [3]

1.1.3.4 Hệ thống tự động điều khiển

Hệ thống điều khiển tự động bao gồm một tập hợp các thành phần tự động hóa Các thành phần này bao gồm thiết bị điều khiển, đối tượng điều khiển, tín hiệu điều khiển và hành động phối hợp Mục đích của chúng là thực hiện một quy trình công nghệ cụ thể dựa trên một chương trình logic đã được lập trình sẵn Chương trình này được thiết kế để hoạt động mà không cần sự can thiệp đáng kể của con người, trong khi vẫn đạt được kết quả mong muốn Hệ thống đo lường và điều khiển tự động có thể được mô tả bằng sơ đồ khối tổng quát như sau:

Hình 1 8 Sơ đồ hệ thống tự động điều khiển

Ngoài các thiết bị chính đã đề cập trước đó, hệ thống sấy thăng hoa bắt buộc phải bao gồm một hệ thống làm mát dành riêng cho thiết bị ngưng tụ, liên quan đến quá trình đóng băng, cũng như hệ thống làm lạnh để đóng băng thực phẩm đã khử nước (nếu hệ thống thăng hoa được trang bị tự đông lạnh) khả năng, nó phải được đóng băng hoàn toàn) Đôi khi, hai hệ thống này được kết hợp thành một, tùy thuộc vào thiết kế sản xuất Do đó, hệ thống sấy thăng hoa là một hệ thống cực kỳ đầy tính thử thach và phức tạp trong thiết kế và sản xuất [3]

1.1.4 Lý do chọn công nghệ sấy thăng hoa

Sấy hăng hoa là một quá trình khử nước đặc biệt phù hợp với việc bảo quản các sản phẩm sinh học So với các quy trình sấy khô khác, sấy thăng hoa được coi là một một trong những kỹ thuật tốt nhất để sản xuất sản phẩm khử nước chất lượng cao Quá trình chuyển trực tiếp nước từ thể rắn sang thể hơi (thăng hoa), không qua

pha lỏng, giúp bảo toàn hầu hết các đặc tính của nguyên liệu thô ban đầu như bề ngoài, hình dạng, mùi vị, màu sắc và hương vị

Quá trình ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp làm cho quá trình đông khô trở thành một cách hiệu quả để giữ màu, mùi, hương vị và các hợp chất nhạy cảm với nhiệt của thực phẩm, đồng thời loại bỏ hiện tượng cứng bề mặt của thực phẩm và thời hạn sử dụng lâu hơn 12 tháng khi được đóng gói đúng cách [11]

Các phân tử, chịu trách nhiệm về hương vị thực phẩm, thường có độ bay hơi tương đối cao đối với nước và trọng lượng phân tử thấp (dưới 300 g mol-1 ) Nhờ có công nghệ sấy thăng hoa mà các hợp chất thơm dễ bay hơi được giữ lại trong ma trận thực phẩm và không bị cuốn theo hơi nước Do đó, có thể giữ được mùi thơm từ 80–100% [7]

Kết cấu của thực phẩm đông khô được duy trì tốt; co ngót ít và không bị cứng Cấu trúc xốp mở cho phép bù nước nhanh chóng và đầy đủ, nó có thể được tiêu thụ trực tiếp hoặc sau khi bù nước [7]

Trái cây và rau quả là nguồn cung cấp vitamin và tiền vitamin chính, với hoạt tính chống ung thư đã được báo cáo, nhưng rất không ổn định và dễ bị oxy hóa Sấy thăng hoa ở nhiệt độ gia nhiệt thấp và trong khí trơ giúp bảo quản tốt nhất các chất dinh dưỡng so với các quy trình khác Chiết xuất enzyme hoạt tính cao từ trái cây cũng thu được bằng quá trình đông khô [12]

Phản ứng Maillard và whey protein có thể được ngăn chặn nhờ quá trình sấy thăng hoa Ngoài ra, các chất dễ bay hơi và các hợp chất thơm được giữ lại tốt hơn sau quá trình sấy thăng hoa so với khi sấy khô hoặc sấy phun thông thường [6]

1.1.5 Ứng dụng của sấy thăng hoa

Trong lĩnh vực công nghệ mô và y học tái tạo, sấy thăng hoa gần đây đã được sử dụng như một phương pháp thích hợp để chế tạo các cấu trúc xốp 3D Phương pháp này tương thích sinh học hơn so với các phương pháp khác để chế tạo các tổ chức “khung” ( scaffold) làm giá đỡ cho tế bào phát triển, tạo thành các bộ phận như mong muốn [13]