Báo cáo thí nghiệm quá trình và thiết bị trong công nghệ thực phẩm bài 2 thí nghiệm lạnh Đông thực phẩm

Giai đoạn đầu của quá trình sấy là sự mất hơi nước và độ ẩm trên bề mặt vật liệu một cách nhanh chóng do nhiệt độ tăng cao đột ngột.. Mục đích thí nghiệm Trong bài báo cáo này, tiến hàn

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC THỰC PHẨM

Năm học: 2024 – 2025 GVHD: ThS Hồ Thị Thu Trang SVTH: Nhóm 4

Thành phố Thủ Đức, tháng 11 năm 2024

Trang 2

DANH SÁCH NHÓM VIẾT BÁO CÁO MÔN HỌC

HỌC KỲ I NĂM HỌC 2024 - 2025

1 Mã lớp học phần: PPEF412650_24_1_03CLC

2 Giảng viên hướng dẫn: ThS Hồ Thị Thu Trang

3 Danh sách thành viên nhóm 4:

STT Họ và tên sinh viên Mã số sinh viên Tỷ lệ % tham gia

Ghi chú:

– Tỷ lệ % = 100%: mức độ phần trăm của từng sinh viên tham gia được đánh giá bởi nhóm trưởng và thống nhất giữa các thành viên trong nhóm

– Trưởng nhóm: Nguyễn Ngọc Trinh SDT: 0797 463 762

Nhận xét của giảng viên:

TP HCM, ngày tháng năm 2024

Giảng viên chấm điểm

Trang 3

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm đã tổ chức môn Thí nghiệm Quá trình và Thiết bị trong Công nghệ Thực phẩm Môn học này đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng em áp dụng kiến thức lý thuyết đã học trên lớp vào thực tế, qua đó làm nền tảng cho việc phát triển bản thân về chuyên ngành mình học và là cơ sở để hoàn thành bài báo cáo này

Bên cạnh đó, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô ThS Hồ Thị Thu Trang, người đã trực tiếp giảng dạy và truyền đạt những kiến thức bổ ích và gắn liền với thực tiễn Cô đã tận tình hướng dẫn nhóm chúng em nói riêng và lớp 03CLC nói chung cách học tập, vận dụng và tiếp thu để nắm vững nền tảng kiến thức cần thiết, giúp chúng em hoàn thành bài báo cáo một cách tốt nhất và đúng thời hạn yêu cầu

Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn hạn chế và khả năng tiếp thu vẫn còn nhiều giới hạn, nhóm chúng em khó tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện Chúng

em rất mong nhận được sự đánh giá và góp ý từ cô để có thể rút kinh nghiệm, hoàn thiện hơn cho môn học này

Cuối cùng, nhóm xin kính chúc cô dồi dào sức khỏe và luôn tràn đầy nhiệt huyết

để tiếp tục sự nghiệp giảng dạy, đào tạo nên những thế hệ sinh viên xuất sắc trong tương lai

Thành phố Thủ Đức, ngày 13 tháng 11 năm 2024

Tác giả Nhóm 4 _ 03CLC

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan rằng bài báo cáo thí nghiệm này là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện của chính nhóm chúng em Mọi thông tin, số liệu và nội dung trong báo cáo đều trung thực và chính xác theo các bước tiến hành thí nghiệm, không sao chép hay sử dụng tài liệu của người khác mà không có trích dẫn rõ ràng Nhóm đã tuân thủ đúng các quy trình thí nghiệm theo yêu cầu của môn học và ghi nhận đầy đủ các kết quả, hiện tượng quan sát được trong quá trình thí nghiệm Chúng

em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về độ chính xác và tính trung thực của các dữ liệu được trình và phù hợp với dữ liệu thô đã nộp

Rất mong nhận được sự đánh giá, góp ý từ giảng viên để nhóm có thể rút kinh nghiệm và hoàn thiện hơn trong những báo cáo sau này

Thành phố Thủ Đức, ngày 13 tháng 11 năm 2024

Tác giả Nhóm 4 _ 03CLC

Trang 5

iv

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

- Bài 1: 1.1.1 – 1.1.3.2, phương pháp sấy đối lưu, sấy hồng ngoại

Trang 6

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

DANH MỤC HÌNH viii

DANH MỤC BẢNG x

Bài 1: THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM 1

1.1 Tổng quan 1

1.1.1 Tổng quan về khoai môn 1

1.1.2 Tổng quan về vật liệu sấy 2

1.1.3 Tổng quan về quá trình và phương pháp sấy 3

1.1.4 Các biến đổi 8

1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng 9

1.2 Mục đích thí nghiệm 10

1.3 Dụng cụ, thiết bị và phương pháp nghiên cứu 10

1.3.1 Dụng cụ 10

1.3.2 Thiết bị 10

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu 10

1.4 Quy trình tiến hành thí nghiệm 14

1.4.1 Sơ đồ quy trình 14

1.4.2 Thuyết minh quy trình 14

1.5 Kết quả và bàn luận 15

1.5.1 Độ ẩm của vật liệu sấy 15

1.5.2 Đường cong sấy 16

1.5.3 Đường cong tốc độ sấy 24

1.5.4 Màu sắc của vật liệu 27

1.5.5 So sánh các phương pháp sấy 31

1.6 Kết luận 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

Bài 2: THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM 34

2.1 Tổng quan về quá trình lạnh đông 34

2.1.1 Định nghĩa 34

2.1.2 Mục đích 34

Trang 7

vi

2.1.3 Phân loại các phương pháp lạnh đông 34

2.1.4 Các biến đổi trong quá trình lạnh đông 37

2.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lạnh đông 38

2.3.1 Dụng cụ 41

2.3.2 Thiết bị 41

2.5.1 Kết quả 46

2.5.2 Bàn luận 48

2.6 Kết luận 51

Bài 3: THÍ NGHIỆM TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG 53

3.2 Tổng quan về thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 53

3.2.1 Giới thiệu 53

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 54

3.2.3 Ứng dụng 54

3.2.4 Phân loại 55

3.3.1 Dụng cụ 56

3.3.2 Thiết bị 57

3.5.1 Kết quả 61

3.5.2 Bàn luận 69

3.6 Kết luận 74

Trang 8

Bài 4: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CAM SẤY DẠNG LÁT MỎNG 76

4.1 Lý do chọn đề tài 76

4.2 Tổng quan về sản phẩm 77

4.2.1 Giới thiệu 77

4.2.2 Khả năng công nghiệp hóa 78

4.2.3 Một số sản phẩm trên thị trường 79

4.3 Tổng quan về nguyên liệu 80

4.3.1 Nguồn nguyên liệu 80

4.3.1 Sản lượng 82

4.4 Quy trình sản xuất 83

4.5.1 Kết quả 84

4.5.2 Bàn luận 85

4.6 Kết luận và mở rộng 86

PHỤ LỤC 1

Trang 9

viii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Khoai môn trắng 1

Hình 1 2 Khoai môn sáp vàng 1

Hình 1 3 Khoai môn tím 2

Hình 1 4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị sấy đối lưu dạng tủ 4

Hình 1 5 Thiết bị sấy đối lưu dạng tủ 5

Hình 1 6 Tủ sấy hồng ngoại 6

Hình 1 7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy lạnh 7

Hình 1 8 Đường cong sấy W=f(τ) 12

Hình 1 9 Đường cong tốc độ sấy u = f(W) 13

Hình 1 10 Sơ đồ quy trình tiến hành thí nghiệm sấy vật liệu ẩm 14

Hình 1 11 Đồ thị đường cong sấy đối lưu khoai môn 16

Hình 1 12 Đồ thị đường cong sấy đối lưu khoai môn tại giai đoạn 1 16

Hình 1 15 Biểu đồ đường cong sấy hồng ngoại khoai môn 19

Hình 1 16 Đồ thị đường cong sấy hồng ngoại khoai môn tại giai đoạn 1 19

Hình 1 19 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn 21

Hình 1 20 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn tại giai đoạn 1 22

Hình 1 23 Đường cong tốc độ sấy theo phương pháp sấy đối lưu 24

Hình 1 24 Đường cong tốc độ sấy theo phương pháp sấy hồng ngoại 25

Hình 1 25 Đường cong tốc độ sấy theo phương pháp sấy lạnh 26

Hình 1 26 Màu sắc của khoai môn sau khi sấy đối lưu 27

Hình 1 27 Màu sắc của khoai môn sau khi sấy hồng ngoại 28

Hình 1 28 Màu sắc của khoai môn sau khi sấy lạnh 29

Hình 2 1 Quá trình lạnh đông thực phẩm 42

Hình 2 2 Sơ đồ quy trình tiến hành thí nghiệm lạnh đông thực phẩm 44

Hình 2 3 Cảm biến nhiệt được gắn vào khối khoai môn 45

Trang 10

Hình 2 4 Giai đoạn quá lạnh của quá trình lạnh đông chậm mẫu khoai môn 46

Hình 2 5 Đồ thị động học của quá trình lạnh đông chậm mẫu khoai môn 46

Hình 2 6 Đồ thị động học của quá trình lạnh đông nhanh mẫu khoai môn 47

Hình 3 1 Cấu tạo trao đổi nhiệt ống lồng ống 53

Hình 3 2 Hệ thống truyền nhiệt ống lồng ống Hệ thống truyền nhiệt ống lồng ống xuôi dòng và ngược dòng 56

Hình 3 3 Hệ thống truyền nhiệt ống lồng ống chéo nhau 56

Hình 3 4 Máy đo nhiệt độ và độ ẩm không khí 57

Hình 3 5 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống xuôi dòng 57

Hình 3 6 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng 58

Hình 3 7 Sự biến thiên nhiệt độ của hai dòng lưu chất theo diện tích trao đổi nhiệt với trường hợp xuôi dòng 59

Hình 3 8 Sự biến thiên nhiệt độ của hai dòng lưu chất theo diện tích trao đổi nhiệt với trường hợp ngược dòng 60

Hình 4 1 Cam vang Úc 76

Hình 4 2 Sản phẩm cam sấy dạng lát mỏng 77

Hình 4 3 Cam cắt lát sấy khô (Công ty Goodprice Việt Nam) 79

Hình 4 4 Cam cắt lát sấy khô (Nông sản sạch Bảo Hạnh – BH Spices) 79

Hình 4 5 Cam sấy khô TaphaCo 80

Hình 4 6 Cam Navel Úc 81

Hình 4 7 Sản lượng trái cây họ cam quýt trên thế giới theo từng loại năm 2013 – 2014 82

Hình 4 8 Sơ đồ quy trình sản xuất cam sấy khô 83

Hình 4 9 Cam vàng trước khi sấy 84

Hình 4 10 Cam vàng sau khi sấy đối lưu 85

Hình 4 11 Sản phẩm cam lát sấy khô 85

Trang 11

x

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Độ ẩm vật liệu sấy biến thiên theo thời gian 𝜏𝑗 12

Bảng 1 2 Xác định độ ẩm ban đầu (W0) của vật liệu sấy 15

Bảng 1 3 Kết quả đo màu của sản phẩm sau khi sấy đối lưu 27

Bảng 1 4 Kết quả đo màu của sản phẩm sau khi sấy hồng ngoại 28

Bảng 1 5 Kết quả đo màu của sản phẩm sau khi sấy lạnh 30

Bảng 1 6 So sánh kết quả giữa các phương pháp sấy 31

Bảng 2 1 Giá trị L, a, b sau quá trình lạnh đông chậm mẫu khoai môn 47

Bảng 2 2 Giá trị L, a, b sau quá trình lạnh đông nhanh mẫu khoai môn 48

Bảng 3 1 Các thông số của thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng 61

Bảng 3 2 Số liệu thực nghiệm thu được của thiết bị ống lồng ống xuôi dòng 62

Bảng 3 3 Vận tốc dòng lưu chất nóng và lạnh của thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống xuôi dòng 63

Bảng 3 4 Kết quả nhiệt lượng trao đổi và nhiệt lượng tổn thất của thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống xuôi dòng 64

Bảng 3 5 Kết quả độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit của thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống xuôi dòng 64

Bảng 3 6 Kết quả hệ số truyền nhiệt của thiết bị ống lồng ống xuôi dòng 65

Bảng 3 7 Các thông số của thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng 65

Bảng 3 8 Số liệu thực nghiệm thu được của thiết bị ống lồng ống ngược dòng 66

Bảng 3 9 Vận tốc dòng lưu chất nóng và lạnh của thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống 67

Bảng 3 10 Kết quả nhiệt lượng trao đổi và nhiệt lượng tổn thất của thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng 68

Bảng 3 11 Kết quả độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit của thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ngược dòng 68

Bảng 3 12 Kết quả hệ số truyền nhiệt của thiết bị ống lồng ống ngược dòng 69

Trang 12

Bài 1: THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM

1.1 Tổng quan

1.1.1 Tổng quan về khoai môn

Khoai môn là một loại cây củ nhiệt đới chứa khoảng 70 - 80% là tinh bột thuộc họ Arum (Aracea), chi Colocasia và có tên khoa học là Colocasia esculenta Chúng còn có một số tên gọi khác như dasheen, eddoe, cocoyam hay tannia Hiện nay ở Việt Nam, một số loại khoai môn được tiêu thụ rộng rãi đó là khoai môn trắng, khoai môn sáp vàng

và khoai môn tím Do kích thước hạt tinh bột nhỏ (0.25 – 0.5m) nên khoai môn rất dễ tiêu hóa Vì vậy, chúng được sử dụng để chế biến rất nhiều loại thực phẩm khác nhau (Kaushal et al., 2015) Loại cây này thuộc cây thân thảo, được trồng rộng rãi ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới Thông thường thời gian tăng trưởng của cây là từ 5 - 12 tháng

và chiều cao của chúng có thể đạt 1 - 2m Trung bình một củ khoai môn có khối lượng khoảng 1 – 2 kg và chiều dài củ dao động từ 10 - 15cm (DR et al., 2018)

Hình 1 1 Khoai môn trắng

Hình 1 2 Khoai môn sáp vàng

Trang 13

Hình 1 3 Khoai môn tím

Củ khoai môn tương đối ít protein (1.5%) và chất béo (0.2%), điều này tương tự như nhiều loại cây trồng củ khác Nó chứa lượng tinh bột cao (70 - 80 g/100g khoai môn khô), chất xơ (0.8%) và tro (1.2%) Khoai môn cũng là một nguồn cung cấp thiamine, riboflavin, sắt, phốt pho, kẽm và là nguồn cung cấp vitamin B6, vitamin C, niacin, kali, đồng và mangan rất tốt Khoai môn cũng chứa độ ẩm cao nên cần được bảo quản trong môi trường thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp Tinh bột khoai môn có kích thước nhỏ

và không gây dị ứng, đồng thời cũng không chứa gluten nên có thể sử dụng cho người

bị dị ứng gluten Theo một số nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, tinh bột khoai môn rất tốt cho những người mắc bệnh viêm loét dạ dày tá tràng, bệnh nhân mắc bệnh về tuyến tụy, các vẫn đề về gan mãn tính Hàm lượng đường chủ yếu trong khoai môn là sucrose nhưng bên cạnh đó cũng có sự hiện diện của fructose, maltose, glucose và raffinose với một lượng nhỏ; acid hữu có nhiều trong nguyên liệu là acid malic (60%), acid citric (25%), acid oxalic (15%) Củ khoai môn rất giàu tinh bột và củ chứa anthocyanin, cyanidin 3 -glucoside Cùng với flavonoid, anthocyanin liên quan được cho là cải thiện lưu thông máu bằng cách giảm độ mỏng manh của mao mạch để cải thiện thị lực, hoạt động như chất chống oxy hóa mạnh và chất chống viêm, ức chế sự phát triển của tế bào ung thư ở người (DR et al., 2018)

Khoai môn được sử dụng như một loại thực phẩm chủ yếu hoặc thực phẩm tự cung

tự cấp bởi hàng triệu người ở các nước đang phát triển ở Châu Á, Châu Phi và Trung

Mỹ Khoai môn có nhiều tầm quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực, trong việc kiếm ngoại tệ và cũng là một phương tiện để phát triển nông thôn (Temesgen & Retta, 2015)

1.1.2 Tổng quan về vật liệu sấy

Có nhiều cách để phân loại vật liệu ẩm nhưng cách phổ biến đó là dựa vào tính chất vật lý của vật thể Theo cách này ta có thể chia vật liệu ẩm thành 3 dạng: vật liệu

Trang 14

xốp mao dẫn, vật liệu keo và vật liệu keo xốp mao dẫn Trong thực tế, việc phân chia vật liệu ẩm là rất khó bởi các vật liệu sấy rất đa dạng nên phương pháp phân loại này chỉ mang ý nghĩa tương đối

- Vật liệu xốp mao dẫn: là liên kết mao dẫn giữa ẩm và vật liệu nên được gọi là vật

xốp mao dẫn Loại vật liệu này có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt mà không phụ thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng Ví dụ: than củi, cát Lực mao dẫn lớn hơn nhiều so với trọng lượng ẩm của vật Nếu trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì vật liệu này được gọi là vật liệu xốp Những vật liệu xốp mao dẫn sau khi sấy có đặc điểm là trở nên giòn và dễ bị vỡ vụn

- Vật liệu keo: do có cấu trúc hạt nên vật liệu keo có tính dẻo Ẩm trong loại vật

liệu này liên kết ở dạng hấp thụ và thẩm thấu Ví dụ: tinh bôt, đất sét Các vật liệu keo sau sấy vẫn giữ được độ dẻo nhưng bị co ngót khá nhiều

- Vật liệu keo xốp mao dẫn: đây là loại vật liệu được coi là phổ biến trong tự nhiên,

chúng tồn tại các loại liên kết có trong vật liệu xốp mao dẫn và vật liệu keo Ví dụ: các loại hạt, ngũ cốc Về cấu trúc các vật liệu này thuộc xốp mao dẫn nhưng về bản chất lại là các vật liệu keo vì thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, các mao quản trương lên khi hút ẩm và co lại khi sấy khô (Chước, 2006)

1.1.3 Tổng quan về quá trình và phương pháp sấy

1.1.3.1 Tổng quan về quá trình sấy

Sấy là quá trình tách ẩm, chủ yếu là nước và hơi nước, khỏi vật liệu sấy để thải vào môi trường Tùy vào phương pháp sấy mà ẩm và hơi nước trong vật liệu sẽ nhận được năng lượng theo cách nào đó để tách khỏi vật liệu sấy, đồng thời dịch chuyển từ trong lòng vật thể ra bề mặt và từ bề mặt ra ngoài môi trường xung quanh

Động lực quá trình sấy được duy trì nhờ môi chất mang ẩm thoát ra từ bề mặt vật liệu sấy thải vào môi trường Môi chất có vai trò nhận ẩm để mang chúng từ vật liệu ra ngoài gọi là tác nhân sấy Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặc có thể là chất lỏng như dầu mỏ, macarin Trong đó, khói lò và không khí là tác nhân sấy phổ biến nhất (Phú, 2008)

Nước trong vật liệu tách ra theo nguyên tắc bốc hơi (evaporation) hoặc thăng hoa (sublimation) Trong quá trình sấy, nguyên liệu thường ở dạng rắn, lỏng hoặc huyền phù, đồng thời sản phẩm thu được luôn ở trạng thái rắn hoặc dạng bột (Mẫn, 2011)

Trang 15

1.1.3.2 Tổng quan về phương pháp sấy

Sấy đối lưu

Sấy đối lưu là phương pháp sử dụng gần như phổ biến để sấy vật liệu với tác nhân sấy là khí nóng đóng vai trò vừa truyền nhiệt vừa đuổi ẩm làm vật liệu sấy đạt được độ

ẩm mong muốn (Vượng, 2006) Đối với phương pháp sấy này việc gia nhiệt cho vật liệu

ẩm thực hiện bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu (tự nhiên hay cưỡng bức) và môi chất sấy làm nhiệm vụ cấp nhiệt (Chước, 2006)

Các thiết bị sử dụng theo phương pháp sấy đối lưu được biết hiện nay là thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy phun (Chước, 2006)

Cấu tạo thiết bị sấy đối lưu:

- Buồng sấy làm bằng inox, có hoặc không có lớp sơn phủ tĩnh điện, giúp chống

gỉ, dễ vệ sinh sau khi sử dụng

- Hệ thống quạt gió: gồm 2 quạt được lắp đặt 2 bên thành trong của máy giúp luồng khí nóng luôn được điều hòa trong buồng

- Cửa hút gió: được đặt phía sau của máy giúp đưa gió vào buồng nhiệt và chia sang 2 bên hệ thống quạt

- Hộp điều khiển và các thiết bị điện được đặt phía trên cùng của máy làm cho thiết

bị trở nên nhỏ gọn, ít tốn diện tích

Hình 1 4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị sấy đối lưu dạng tủ

Nguyên tắc cấu tạo của thiết bị sấy đối lưu có cấu tạo khác nhau theo tính chất, kết cấu, hình dạng và kích thước của vật liệu ẩm (Vượng, 2006) Ở bài này thiết bị được lựa chọn để sấy theo phương pháp đối lưu là thiết bị sấy buồng dạng tủ sấy

Trang 16

Sấy đối lưu hoạt động dựa trên nguyên lý tuần hoàn không khí nóng Khi dòng điện chạy qua, các thanh nhiệt bắt đầu tạo luồng không khí có nhiệt độ cao khoảng 30 - 150°C Hệ thống quạt đối lưu trong buồng sấy sẽ thổi tất cả khí nóng một cách tuần hoàn Giai đoạn đầu của quá trình sấy là sự mất hơi nước và độ ẩm trên bề mặt vật liệu một cách nhanh chóng do nhiệt độ tăng cao đột ngột Tiếp đến là do sự chênh lệch ẩm tại bề mặt vật liệu và tâm, dẫn đến hiện tượng khuếch tán nội và ngoại làm cho sự bốc hơi nước và ẩm từ tâm vật liệu lên bề mặt và thoát ra ngoài môi trường không khí trong buồng sấy Quá tình được lặp lại cho đến khi sản phẩm có khối lượng không đổi hoặc đạt được độ ẩm mong muốn (Phú, 2008)

Hình 1 5 Thiết bị sấy đối lưu dạng tủ

- Luồng không khí nóng phải được đảm bảo là luôn được tuần hoàn, nếu không hiệu suất sấy sẽ không cao

- Không sử dụng được cho các loại vật liệu cần thu hồi các hợp chất bay hơi như tinh dầu

Trang 17

Sấy hồng ngoại

Sấy hồng ngoại là hệ thống sấy sử dụng nguồn nhiệt bức xạ mà ở đây là tia hồng ngoại Năng lượng từ tia hồng ngoại được nguyên liệu hấp thụ và nhiệt độ của chúng tăng lên Nguyên liệu được cấp nhiệt theo hiện tượng bức xạ và sự thải ẩm của nguyên liệu ra môi trường theo nguyên tắc đối lưu, bước sóng hồng ngoại sử dụng cho phương pháp này nằm trong khoảng 0.8𝜇m – 0.8 mm (Dũng, 2013)

Cấu tạo:

- Thân đèn: làm từ vật liệu trong suốt như thủy tinh, nhựa trong suốt, cho phép ánh sáng hồng ngoại chiếu trực tiếp lên bề mặt vật liệu sấy

- Bóng đèn: thường sử dụng là bóng đèn hồng ngoại có công suất thấp khoảng 150

- 500W/h, bước sóng nằm trong khoảng 0.8𝜇m – 0.8mm (Dũng, 2013) cho phép chiếu sáng liên tục trong quá trình sấy và được gắn vào thân đèn

- Chân đế: giúp giữ cố định hệ thống đèn hồng ngoại bao gồm thân đèn và bóng đèn

- Dây cáp: nối nguồn điện với đèn

- Mạch điện: tất cả các linh kiện điều khiển điện tử, giúp điều chỉnh công suất chiếu sáng và nhiệt độ của đèn

Hình 1 6 Tủ sấy hồng ngoại

Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt được cung cấp cho nguyên liệu, năng lượng bức

xạ từ tia hồng ngoại phát ra từ đèn làm các phân tử nước trong nguyên liệu dao động và thắng lực liên kết hydro giữa chúng, các phân tử nước thoát lên bề mặt vật liệu và tách

ra khỏi vật liệu vào môi trường sấy Trong thiết bị sẽ có bộ phận quạt gió giúp đẩy không khí ẩm ra ngoài môi trường Bóng đèn bố trí trong thiết bị với dây tóc đèn làm bằng vonfram liên tục phát tia hồng ngoại có công suất 150 - 500 W/h, nhiệt độ từ 30 - 1500°C

Trang 18

Ưu điểm:

- Cường độ bay hơi ẩm lớn, có thể gấp vài lần so với sấy đối lưu

- Thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, ít chiếm diện tích

- Thời gian sấy nhanh, hiệu suất sấy cao

Nhược điểm:

- Sản phẩm sấy dễ nứt và cong vênh do sự tiếp xúc nhiệt không đều

- Cần xếp vật liệu sấy sao cho mọi diện tích của vật liệu phải tiếp xúc trực tiếp với nguồn bức xạ hồng ngoại

Sấy lạnh

Sấy lạnh hay còn gọi là sấy bơm nhiệt, đây là phương pháp sấy khô thực phẩm bằng cách sử dụng không khí khô với độ ẩm từ 10 - 30% và nhiệt độ thấp từ 35 - 60°C Quá trình này giúp giữ nguyên màu sắc, hương vị và chất dinh dưỡng của thực phẩm Sấy lạnh hoạt động bằng cách tuần hoàn không khí khô qua buồng sấy để tách ẩm khỏi sản phẩm Phương pháp này tiết kiệm năng lượng hơn so với sấy nóng và ít làm biến dạng thực phẩm

Cấu tạo của thiết bị sấy lạnh bao gồm: thiết bị bay hơi, máy nén, quạt gió, thiết bị ngưng tụ (calorifer), van tiết lưu

Hình 1 7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy lạnh

Nguyên lý hoạt động: Quá trình sấy tiến hành ở áp suất khí quyển, tác nhân sấy là

Trang 19

nhiệt độ của chúng xuống dưới điểm đọng sương Hơi nước trong không khí bị ngưng

tụ tách ra làm cho không khí có độ chứa hơi giảm về 0, áp suất suất riêng phần hơi nước trong không khí giảm về 0, nhưng không thể bằng không Không khí này được dẫn qua thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh (bơm nhiệt) để đốt nóng, nhiệt độ không khí tăng lên

và lớn nhất bằng nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh ở thiết bị ngưng tụ Sau đó, chúng được dẫn vào buồng sấy chứa sản phẩm, dưới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên bề mặt sản phẩm với áp suất riêng của hơi nước trong không khí (tác nhân sấy), hơi nước ở sản phẩm tự bay bốc hơi và làm khô Do nhiệt độ môi trường sấy thấp, cao nhất khoảng 35 - 45°C, nên chất lượng sản phẩm ít bị ảnh hưởng, có chất lượng tốt, mang lại giá trị kinh tế cao (Nguyễn và Cộng sự, 2018)

Ưu điểm:

- Quy trình tuần hoàn nhiệt, không cần phải làm nóng không khí nhiều lần

- Nhiệt độ sấy thấp giúp gia tăng tuổi thọ thiết bị

- Các loại thực phẩm được sấy ở nhiệt độ thấp nên giữ được độ tươi và dinh dưỡng

- Quy trình sấy khép kín, không bị ảnh hưởng bởi các tác nhân bên ngoài nên máy

sẽ ít bị hư hỏng khi sử dụng

Nhược điểm:

- Chi phí thiết bị cao

- Thiết bị chỉ phù hợp với những sản phẩm sấy khô ở nhiệt độ thấp như: rau củ quả, đông trùng hạ thảo…

- Tốn nhiều năng lượng và thời gian sấy

- Các tính chất vật lý như: hình dạng, kích thước, khối lượng, tỷ trọng, độ giòn…

sẽ thay đổi tùy thuộc vào bản chất nguyên liệu và các thông số công nghệ của quá trình sấy

Trang 20

Tính chất hóa học

Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng hóa học cũng tăng theo Trong suốt quá trình sấy sẽ xảy ra nhiều phản ứng hóa học khác nhau trong nguyên liệu Những phản ứng hóa học này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của thực phẩm Một số phản ứng có thể

kể đến như: phản ứng oxy hóa, phản ứng Maillard… Ngoài ra, trong quá trình sấy còn làm giảm độ ẩm của thực phẩm

Tính chất hóa lý

Ẩm trong nguyên liệu sẽ khuếch tán chuyển từ lỏng thành hơi Từ đó, giảm độ ẩm của sản phẩm

Tính chất sinh học

Độ ẩm trong thực phẩm giảm làm giảm hoạt độ nước, ức chế hoạt động của một

số loại vi sinh vật Ngoài ra, nhiệt độ tăng sẽ tiêu diệt một phần vi sinh vật từ đó kéo dài thời gian bảo quản

Tính chất hóa sinh

Trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, nhiệt độ chưa tăng cao, các phản ứng trong enzyme tiếp tục diễn ra mạnh mẽ Khi nhiệt độ tăng cao, các enzyme bị vô hoạt và các phản ứng hóa sinh sẽ dừng lại (Lê và Cộng Sự, 2011)

1.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng

1.1.5.1 Các yếu tố liên quan đến điều kiện sấy

- Nhiệt độ tác nhân sấy: Khi tăng nhiệt độ của tác nhân sấy thì tốc độ sấy sẽ tăng

theo do tốc độ truyền nhiệt gia tăng Từ đó, làm giảm độ ẩm tương đối của vật liệu Tuy nhiên, nhiệt độ sấy quá cao cũng gây biến đổi một số tính chất của vật liệu như: vật lý, hóa học… Một số biến đổi có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng thực phẩm

- Áp lực: Áp lực của buồng sấy ảnh hưởng đến trạng thái của nước trong vật liệu

sấy Áp suất hơi của không khí giảm thì quá trình sấy diễn ra nhanh hơn và ngược lại

- Thời gian sấy: Thời gian sấy cũng ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm

1.1.5.2 Các yếu tố liên quan đến nguyên liệu

- Diện tích bề mặt nguyên liệu: Diện tích bề mặt lớn thì thời gian sấy ngắn hơn do

khoảng cách giữa các phân tử nước bên trong nguyên liệu khuếch tán ra bề mặt ngắn hơn Ngoài ra, diện tích bề mặt lớn nên khả năng bốc hơi nhanh và sự khuếch tán ẩm từ trong vật liệu ra bề mặt tăng

Trang 21

- Thành phần hóa học của vật liệu: Một số cấu tử như đường, tinh bột, protein,

muối… có khả năng tương tác với các phân tử nước Từ đó, làm giảm tốc độ khuếch tán của các phân tử nước từ tâm nguyên liệu ra bề mặt, làm chậm quá trình sấy

- Cấu trúc vật liệu: Các nguyên liệu trong ngành công nghệ thực phẩm có cấu tạo

từ những đơn vị là tế bào động vật hoặc thực vật Khi đó, phần ẩm nằm bên ngoài tế bào

sẽ rất dễ tách trong quá trình sấy và phần ẩm nằm bên trong tế bào sẽ rất khó tách Khi cấu trúc tế bào bị phá hủy, việc tách nước trong nội bào sẽ dễ dàng hơn Tuy nhiên, sự phá hủy này sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm sau khi sấy (Lê và Cộng Sự, 2011)

1.2 Mục đích thí nghiệm

Trong bài báo cáo này, tiến hành thực hiện khảo sát quá trình sấy khoai môn bằng thực nghiệm nhằm mục đích: xây dựng đường cong sấy; xây dựng đường cong tốc độ sấy; xác định các thông số của quá trình sấy như: tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ

ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc và giảm tốc

Xác định được tính chất keo hay xốp của vật liệu

Xác định ưu, nhược điểm của từng phương pháp sấy, từ đó lựa chọn phương pháp sấy phù hợp với từng loại vật liệu

1.3 Dụng cụ, thiết bị và phương pháp nghiên cứu

1.3.1 Dụng cụ

1.3.2 Thiết bị

- Thiết bị đo màu

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu

1.3.3.1 Xác định độ ẩm của vật liệu sấy

Nguyên tắc của phương pháp trọng lượng xác định độ ẩm dựa trên độ giảm khối lượng của mẫu khi được làm nóng trong tủ sấy trong một khoảng thời gian đủ dài Trong

Trang 22

Phương pháp thực hiện:

trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng rồi cân chính xác khối lượng của đĩa và đánh số thứ tự

- Cho khoảng 5g mẫu vật liệu đã được băm nhuyễn lên đĩa, trải đều bột rồi cân chính xác

- Lấy đĩa ra khỏi tủ sấy và để nguội trong bình hút ẩm, sau đó lấy ra cân

- Thực hiện lại thí nghiệm sau 1h cho đến khi khối lượng mẫu không đổi

- Tính độ ẩm theo phần trăm khối lượng

1.3.3.2 Xây dựng đường cong sấy

Xác định độ ẩm của vật liệu sấy biên thiên theo thời gian sấy

Trang 23

Bảng 1 1 Độ ẩm vật liệu sấy biến thiên theo thời gian 𝜏𝑗

Hình 1 8 Đường cong sấy W=f(τ)

Giải thích đường cong sấy:

- Giai đoạn 1: đun nóng vật liệu sấy và làm bay hơi nước bề mặt, giai đoạn này đường cong sấy ở dạng phi tuyến

- Giai đoạn 2: quá trình bay hơi nước do quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại xảy ra đồng thời, giai đoạn này là sấy đẳng tốc, đường cong sấy ở dạng tuyến tính

- Giai đoạn 3: quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khi đạt độ ẩm cân bằng, quá trình này đường cong sấy ở dạng ohi tuyến rất phức tạp

1.3.3.3 Xây dựng đường cong tốc độ sấy

Từ phương trình đường cong sấy, lấy đaho hàm hai vế rồi nhân tử cho G và nhân mẫu cho F sẽ nhận được:

Trang 24

Sau khi có số liệu thực nghiệm, tiến hành vẽ đường cong tốc độ sấy và so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm

Hình 1 9 Đường cong tốc độ sấy u = f(W) 1.3.3.4 So sánh màu sắc vật liệu

Mục đích: so sánh sự thay đổi màu sắc của vật liệu sấy trước và sau khi sấy Từ

đó, lựa chọn phương pháp sấy hợp lý cho từng loại vật liệu sấy

Phương pháp đo màu lab còn được gọi là phương pháp đo màu cielab Đây là cách

đo màu bằng không gian màu lab Không gian này được chia thành độ sáng (L*) và hai thành phần màu (a* biểu thị giá trị đỏ và xanh lá, b* biểu thị giá trị xanh dương và vàng) Trong đó:

- Kênh L (Lightness): Biểu diễn độ sáng của màu sắc, giá trị dao động từ 0 (đen tuyệt đối) đến 100 (trắng tuyệt đối) Kênh này chỉ chứa các thông tin về độ sáng mà không có giá trị màu nào thực sự

- Kênh a (Green-Red axis): Kênh a biểu diễn màu sắc từ xanh lá cây đến đỏ Giá trị âm thể hiện màu xanh lá cây, giá trị dương thể hiện màu đỏ

- Kênh b (Blue-Yellow axis): Kênh b biểu diễn màu sắc từ xanh dương đến vàng Giá trị âm thể hiện màu xanh dương, giá trị dương thể hiện màu vàng

Theo hệ màu lab:

- △L có giá trị càng lớn: Màu trên mẫu nghiên về màu trắng

- △L có giá trị càng bé: Màu trên mẫu nghiên về màu đen

- △a có giá trị càng lớn: Màu trên mẫu nghiên về màu đỏ

- △a có giá trị càng bé: Màu trên mẫu nghiên về màu xanh

- △b có giá trị càng lớn: Màu trên mẫu nghiên về màu vàng

- △b có giá trị càng bé: Màu trên mẫu nghiên về màu xanh

Trang 25

1.4 Quy trình tiến hành thí nghiệm

1.4.1 Sơ đồ quy trình

Hình 1 10 Sơ đồ quy trình tiến hành thí nghiệm sấy vật liệu ẩm

1.4.2 Thuyết minh quy trình

Xử lý nguyên liệu

Gọt vỏ nguyên liệu khoai môn, sau đó cắt thành các hình khối theo kích thước 0.04

× 0.04 (m) để chuẩn bị cho công đoạn cắt lát

Cắt theo hình dạng và bề dày đã xác định

Cắt nhỏ mẫu sản phẩm với mục đích làm giảm diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu với tác nhân sấy, từ đó làm giảm thời gian sấy Khối khoai môn được cắt thành lát đồng đều với bề dày 0.001 (m), tạo ra khoảng 25 miếng khoai môn được sử dụng cho từng phương pháp sấy Các mẫu có kích thước bằng nhau sẽ giúp kết quả thu được chính xác hơn

Xác định khối lượng và độ ẩm ban đầu của vật liệu sấy:

Sử dụng cân 2 số để xác định khối lượng ban đầu của mẫu (khoảng 5g) Sau đó sấy ở nhiệt độ 105°C cho đến khi khối lượng mẫu không đổi trong 3 lần

Trang 26

Sấy và xác định độ ẩm theo thời gian:

Sấy đối lưu: Mẫu đã được cắt theo hình dạng và bề dày xác định được đem cân

khoảng 40g, sau đó sấy ở nhiệt độ khoảng 60℃ Xếp từng lát khoai môn trên khay và

có khoảng cách nhất định, đảm bảo các mẫu sấy được đồng đều và tăng hiệu quả sấy

đặt mẫu trong bình hút ẩm sau mỗi lần lấy mẫu ra khỏi máy sấy)

Sấy lạnh: Mẫu đã được cắt theo hình dạng và bề dày xác định được đem cân khoảng

40g, sau đó sấy ở nhiệt độ khoảng 35℃ Xếp từng lát khoai môn trên khay và có khoảng cách nhất định, đảm bảo các mẫu sấy được đồng đều và tăng hiệu quả sấy Cứ 10 phút

Sấy hồng ngoại: Mẫu đã được cắt theo hình dạng và bề dày xác định được đem

cân khoảng 40g, sau đó sấy ở nhiệt độ khoảng 50 – 60℃ Xếp từng lát khoai môn trên khay và có khoảng cách nhất định, đảm bảo các mẫu sấy được đồng đều và tăng hiệu quả sấy Cứ 10 phút ta tiến hành cân mẫu để xác định độ ẩm của mẫu tại thời điểm 𝜏 =

1.5 Kết quả và bàn luận

1.5.1 Độ ẩm của vật liệu sấy

Bảng 1 2 Xác định độ ẩm ban đầu (W 0 ) của vật liệu sấy

Trang 27

1.5.2 Đường cong sấy

1.5.2.1 Sấy đối lưu

Hình 1 11 Đồ thị đường cong sấy đối lưu khoai môn

Nhận xét

Giai đoạn 1

Hình 1 12 Đồ thị đường cong sấy đối lưu khoai môn tại giai đoạn 1

Ở giai đoạn 1, ẩm trong vật liệu sấy có xu hướng giảm dần với thời gian khá nhanh, chủ yếu là đun nóng và làm bay hơi nước trên bề mặt khoai môn Thời gian diễn ra giai đoạn 1 là 40 phút kể từ khi bắt đầu cho vật liệu vào tủ sấy và độ ẩm của vật liệu sấy trong giai đoạn này giảm 18.1%

Tại giai đoạn 1, ẩm lỏng trong vật liệu được đun nóng đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với áp suất hơi nước trong môi trường không khí bên trong tủ sấy và tốc độ sấy

Trang 28

tăng đến cực đại Thông thường giai đoạn 1 diễn ra với thời gian nhanh chóng và thời gian sấy ngắn Đối với nguyên liệu khoai môn thỏa mãn được điều này do hàm lượng

ẩm tự do trên bề mặt của chúng không quá lớn, cũng như kích thước và bề dày vật liệu được cắt mỏng dễ dàng cho việc thoát ẩm

Đường cong sấy ở giai đoạn 1 có dạng phi tuyến bậc 2 (Nguyễn Tấn Dũng, 2021),

cong sấy ở giai đoạn này phù hợp với lý thuyết, vì thế có ý nghĩa về mặt thống kê

Giai đoạn 2

Kết thúc giai đoạn đun nóng vật liệu, ẩm sẽ bay hơi ở lớp bề mặt của vật liệu sấy, còn ẩm lỏng bên trong vật liệu sẽ truyền ra ngoài bề mặt để hóa hơi Quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại xảy ra đồng thời Giai đoạn 2 gọi là quá trình sấy đẳng tốc (u = const) Dựa vào đồ thị trên, thấy rằng giai đoạn này diễn ra từ phút 50 đến phút thứ

110, tổng thời gian sấy là 70 phút và lúc này ẩm bên trong vật liệu còn lại 23.04% Thời gian sấy ở giai đoạn 2 dài hơn ở giai đoạn 1 do sự chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và trong lòng vật liệu sấy chưa đủ lớn để ẩm bên trong vật liệu di chuyển ra ngoài bề mặt

Ở giai đoạn 2, đường cong sấy ở dạng tuyến tính bậc 1 có phương trình y = –

lý thuyết, vì thế có ý nghĩa về mặt thống kê

Trang 29

Giai đoạn 3

Giai đoạn 3 diễn ra trong vòng 90 phút cuối cùng Đây là quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khi đạt được độ ẩm cân bằng

Độ ẩm tại giai đoạn này giảm từ 20.92% xuống còn 11.55% và đây chính là độ ẩm cân bằng của quá trình sấy, tức là khối lượng sau khi sấy không đổi Nhận thấy rằng giai đoạn này diễn ra lâu nhất trong 3 giai đoạn, lý do là vì trong khoai môn không chỉ có nước mà còn có tinh bột, nước liên kết được giữ chặt trong cấu trúc tế bào và liên kết với các phân tử tinh bột làm cho nước bay hơi khó hơn, đồng thời tinh bột còn có tính chất giữ nước Việc sấy tại 2 giai đoạn đầu đã làm bay hơi nước tự do, chỉ còn nước liên kết khó thoát ra ngoài Vì thế với tính chất vật liệu này, thời gian để độ ẩm tới hạn đạt đến độ ẩm cân bằng là khá dài

Tại giai đoạn 3, đường cong sấy ở dạng phi tuyến tính rất phức tạp, tương ứng với

hoàn toàn không phù hợp về mặt lý thuyết, nguyên nhân làm cho hệ số tương quan thấp

có thể do nhiều yếu tố tác động trong quá trình làm thực nghiệm Tại phút thứ 130, vật liệu có tốc độ giải phóng độ ẩm khá nhanh, có thể đây là ngưỡng mà chúng đã đạt đến nhiệt độ sấy nhất định, quá trình bay hơi nước diễn ra nhanh chóng, dẫn đến sự giảm độ

ẩm cũng nhanh Tại phút thứ 140 và 150 có hiện tượng tái ẩm trở lại, làm cho mẫu có

độ ẩm tăng so với thời điểm trước đó, điều này được giải thích do thao tác giữa các lần lấy mẫu cân để bên ngoài quá lâu, hoặc bột hút ẩm chứa trong bình hút ẩm đã không còn tác dụng nên vẫn khiến cho mẫu có độ ẩm tăng lên

Trang 30

1.5.2.2 Sấy hồng ngoại

Hình 1 15 Biểu đồ đường cong sấy hồng ngoại khoai môn

Nhận xét

Giai đoạn 1

Hình 1 16 Đồ thị đường cong sấy hồng ngoại khoai môn tại giai đoạn 1

Quá trình sấy hồng ngoại nguyên liệu khoai môn ở giai đoạn 1 qua thực nghiệm khảo sát diễn ra trong 20 phút đầu tiên, với lượng ẩm từ 73.75% giảm xuống còn 67.01%

Có thể thấy, giai đoạn này diễn ra trong thời gian khá nhanh và lượng ẩm thoát ra khỏi vật liệu khá ít (9.14%)

Trang 31

thích với lý thuyết, đường hồi quy xây dựng phù hợp với bộ dữ liệu, có ý nghĩa về mặt tính toán

Giai đoạn 2:

Hình 1 17 Đồ thị đường cong sấy hồng ngoại khoai môn tại giai đoạn 2

Thời gian sấy tại giai đoạn 2 diễn ra từ phút thứ 30 đến phút thứ 80, thời gian sấy hồng

ngoại tại giai đoạn này cũng khá ngắn do vật liệu được tác nhân sấy làm bay hơi nước bề mặt lớn, lôi kéo không khí bên trong vật liệu sấy ra ngoài, thời gian sấy càng ngắn chứng tỏ hơi nước bề mặt bay hơi lớn, dẫn đến sự chênh lệch độ ẩm cao khiến ẩm bên trong di chuyển ra bên ngoài nhanh hơn Độ ẩm của vật liệu sấy tại giai đoạn này giảm từ 61.93% xuống 16.93%

Ở giai đoạn này, đường cong sấy có dạng tuyến tính bậc 1: y = –0.9387x + 90.323

kê

Giai đoạn 3:

Hình 1 18 Đồ thị đường cong sấy hồng ngoại khoai môn tại giai đoạn 3

Trang 32

Giai đoạn 3 là giai đoạn sấy giảm tốc và đưa độ ẩm vật của liệu tới trạng thái cân bằng Thời gian sấy ở giai đoạn này là lâu nhất, diễn ra trong 150 phút với độ ẩm giảm

từ 13.93% xuống còn 9.38%

Khi độ ẩm của khoai môn dần đạt đến độ ẩm cân bằng, nó sẽ dừng lại ở một giá trị không thay đổi trong nhiều lần nên nếu tiếp tục sấy mẫu sẽ có thể gây cháy mẫu Qua

số liệu thực nghiệm, xây dựng được đường cong sấy hồng ngoại ở giai đoạn 3 của quá

thực nghiệm không phù hợp với lý thuyết và hệ số tương quan không cao như ở hai giai đoạn 1 và 2 về mặt tính toán

Ở giai đoạn này, lượng ẩm trên bề mặt của vật liệu đã bay hơi gần hết, chỉ còn lại

ẩm sâu bên trong vật liệu, tại vị trí này ẩm khó thoát ra hơn nên làm cho tốc độ thoát ẩm trở nên không đồng đều và chậm hơn Ẩm bên trong vật liệu phải phân tán ra ngoài, làm giảm tốc độ thoát ẩm tổng thể Ta cũng có thể thấy, độ ẩm trong giai đoạn này giảm không đồng đều, có sự tăng lên ở các thời điểm như phút thứ 130 và phút thứ 200, nguyên nhân gây ra sự tăng ẩm trở lại có thể do sai lệch trong quá trình thực nghiệm từ các thao tác như cân mẫu quá lâu hay mở cửa buồng sấy quá lâu làm cho mẫu bị tái ẩm

1.5.2.3 Sấy lạnh

Hình 1 19 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn

Trang 33

Nhận xét

Giai đoạn 1

Hình 1 20 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn tại giai đoạn 1

Ở giai đoạn 1 của quá trình sấy lạnh, độ ẩm của vật liệu từ 73.75% giảm còn 58.4% trong thời gian 100 phút Trong giai đoạn này, dưới sự chênh lệch áp suất hơi nước trên

bề mặt vật liệu với áp suất hơi nước trong không khí (tác nhân sấy), hơi nước ở vật liệu bắt đầu bốc hơi ra môi trường bên ngoài Vì cần thời gian để hơi ẩm bắt dầu khuếch tán

ra bên ngoài nên ở giai đoạn này, sự hao hụt nước trong mẫu vật liệu diễn ra trong thời gian khá chậm Đồng thời, nhiệt để loại ẩm bên trong vật liệu sấy cũng khá thấp (~35℃) Đường cong sấy ở giai đoạn 1 là dạng phi tuyến bậc 2 có phương trình y= –

phù hợp với lý thuyết, vì thế có ý nghĩa về mặt thống kê

Giai đoạn 2

Hình 1 21 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn tại giai đoạn 2

Trang 34

Giai đoạn 2 của quá trình sấy lạnh diễn ra từ phút thứ 110 đến phút thứ 220, đồng thời độ ẩm của mẫu vật liệu giảm từ 56.09% xuống 25.43% Ở giai đoạn này, sự bốc hơi nước diễn ra nhanh chóng do sự chênh lệch áp suất đã lôi cuốn ẩm bên trong vật liệu ra ngoài nhanh chóng Đây là giai đoạn giảm khá nhanh, do đây là giai đoạn bay hơi nước

do quá trình khuyếch tán nội và khuyếch tán ngoại xảy ra đồng thời nên làm bay hơi nước mạnh mẽ (Nguyễn Tấn Dũng, 2021)

Đường cong sấy tại giai đoạn 2 ở dạng tuyến tính bậc 1, có phương trình y = –

hồi quy xây dựng phù hợp với bộ dữ liệu, có ý nghĩa về mặt tính toán Đây là giai đoạn sấy đẳng tốc, tốc độ sấy tại thời điểm này không đổi (u = const) Qua đó có thể thấy tốc

độ sấy tại giai đoạn 2 thực nghiệm giống với tốc độ sấy theo lý thuyết

Giai đoạn 3

Hình 1 22 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn tại giai đoạn 3

Giai đoạn 3 diễn ra trong 180 phút, tương ứng với độ ẩm của mẫu vật liệu từ 28.41% giảm xuống còn 7.49% Trong giai đoạn cuối cùng của quá trình sấy lạnh, quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khi đạt tới độ ẩm cân bằng Qua đó, lượng ẩm ở giai đoạn này thoát ra ít hơn, nguyên nhân có thể do độ ẩm bên trong vật liệu sấy và độ ẩm bên ngoài môi trường sấy đã đạt trạng thái gần như cân bằng, làm cho nước bốc ra khỏi

bề mặt vật liệu ít hơn Bên cạnh đó, bề mặt vật liệu trở nên khô cứng hơn, làm hạn chế

sự thoát hơi nước của vật liệu khiến cho độ ẩm không thay đổi nữa

Đường cong sấy tại giai đoạn 3 ở dạng phi tuyến rất phức tạp, có phương trình bậc

Trang 35

này phù hợp với lý thuyết, vì thế có ý nghĩa về mặt thống kê Đây là giai đoạn sấy giảm tốc, tốc độ sấy tại thời điểm này giảm dần theo thời gian, khi đó lượng ẩm trong mẫu đã đạt tới độ ẩm cân bằng so với môi trường

1.5.3 Đường cong tốc độ sấy

Hình 1 23 Đường cong tốc độ sấy theo phương pháp sấy đối lưu

Đường cong tốc độ sấy đối lưu của khoai môn được thể hiện theo như đồ thị trên

Và diễn ra theo 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Ở đầu giai đoạn này tốc độ sấy tăng chậm do bề mặt vật liệu chưa đạt đến nhiệt độ bão hòa tốc độ bay hơi nước còn thấp Khi bề mặt vật liệu đạt nhiệt độ bão hòa, nước trên bề mặt bắt đầu bay hơi nhanh chóng Giai đoạn này là giai đoạn đốt nóng nên tốc độ sấy tăng nhanh và đạt đến giá trị cực đại nhờ vào lượng nhiệt cung cấp, làm cho hơi nước di chuyển ra khỏi bề mặt vật liệu dễ dàng hơn

Giai đoạn 2: Ở giai đoạn này đường cong tốc độ sấy thường biểu diễn bằng hàm bậc 1, cho thấy mối quan hệ giữa lượng ẩm còn lại và thời gian sấy là tuyến tính Ở giai đoạn này thì tốc độ sấy không thay đổi hay còn gọi là giai đoạn đẳng tốc, giai đoạn này

đó cho thấy lượng ẩm thoát ra khỏi bề mặt vật liệu là ổn định Điều này có nghĩa là quá trình bay hơi diễn ra liên tục mà không bị gián đoạn Trong giai đoạn đẳng tốc, ẩm trên

bề mặt của vật liệu liên tục thoát ra môi trường nhờ vào dòng khí nóng Lượng ẩm bay hơi từ bề mặt được bổ sung liên tục từ bên trong vật liệu, giúp duy trì độ ẩm bề mặt ổn định

Trang 36

Giai đoạn 3: Tại giai đoạn này tốc độ sấy giảm dần do lượng nước còn lại trong nguyên liệu đã giảm xuống mức thấp Khi đó, quá trình khuếch tán nước từ bên trong ra

bề mặt nguyên liệu trở nên chậm hơn, do đó đường cong sấy có dạng bậc 2, biểu thị tốc

độ sấy giảm dần và có xu hướng tuyến tính

Tuy nhiên trong giai đoạn các số liệu số liệu trên đồ thị có sự bất thường không ổn định, cụ thể là từ khoảng 130 phút đến 150 phút độ ẩm của vật liệu lại tăng lên bất thường từ 12.78% lên 14.89% Nguyên nhân có thể bắt đầu do sự sai sót trong quá trình thực hiện thí nghiệm, việc mở thiết bị tủ sấy nhiều lần gây mất nhiệt khiến mẫu bị tái

ẩm dẫn đến việc sai số Bên cạnh đó sự sai sót có thể đến từ thao tác cân mẫu của người thực hiện dẫn đến sự chênh lệch trong các số liệu thu thập được

1.5.3.2 Sấy hồng ngoại

Hình 1 24 Đường cong tốc độ sấy theo phương pháp sấy hồng ngoại

Giai đoạn 1: Trong giai đoạn đầu, tốc độ sấy tăng dần, tuy nhiên, sự gia tăng này diễn ra chậm do vật liệu cần thời gian để đạt đến nhiệt độ thích hợp Ban đầu, các tia bức xạ điện từ tác động lên vật liệu sấy, làm tăng nhiệt độ bên trong vật liệu, nhưng tốc

độ bốc hơi ẩm vẫn chưa cao Khi vật liệu đạt đến nhiệt độ nhất định, quá trình bay hơi

ẩm diễn ra nhanh hơn, làm tăng độ dốc của đường cong tốc độ sấy Tốc độ sấy tiếp tục tăng cho đến khi đạt đến giá trị cực đại, thường là khi vật liệu đã được đốt nóng đồng đều và quá trình bốc hơi nước diễn ra mạnh mẽ nhất

Giai đoạn 2: Trong giai đoạn này, tốc độ sấy đạt trạng thái ổn định, không đổi theo

đó có thể thấy phương pháp sấy hồng ngoại có ưu thế rõ rệt so với sấy lạnh và sấy đối

Trang 37

lưu, vì khả năng làm tăng nhiệt nhanh và đều Điều này giúp hơi ẩm bên trong vật liệu nhanh chóng di chuyển ra ngoài, rút ngắn thời gian sấy một cách hiệu quả

Giai đoạn 3: Tại giai đoạn này quá trình sấy có tốc độ sấy giảm dần do độ ẩm trong vật liệu sấy đã về đến độ ẩm cân bằng với khối lượng mẫu không đổi Lúc này, tốc độ khuếch tán nước từ bên trong vật liệu trở nên nhỏ hơn so với tốc độ bay hơi ẩm trên bề mặt, dẫn đến quá trình sấy chậm lại đáng kể

Tuy nhiên qua đường cong tốc độ sấy khi thực nghiệm với nguyên liệu khoai môn cho thấy đường cong tốc độ sấy nhóm thực nghiệm thu được có hình dạng không như đường cong tốc độ sấy lý thuyết Điều này xảy ra do sự tăng giảm bất thường của độ

ẩm, cụ thể từ phút 190 đến phút 200 độ ẩm từ 9.53% lại tăng lên 9.60% sau đó tiếp tục giảm còn 9.08% cho đến phút 230 lại tăng lên 9.38% Nguyên nhân gây ra sự không ổn định của độ ẩm có thể là do trong quá trình thực nghiệm đến từ việc mở cửa thiết bị liên tục để cân mẫu mỗi 10 phút và một số thao tác khác của người thực hiện như quá trình hút ẩm để nguội chưa đúng cách khiến cho mẫu bị tái ẩm trong quá trình dẫn đến thu nhận được kết quả bị sai số

1.5.3.3 Sấy lạnh

Hình 1 25 Đường cong tốc độ sấy theo phương pháp sấy lạnh

Giai đoạn 1: Theo lý thuyết thì tại giai đoạn 1 của quá trình sấy, tốc độ sấy sẽ tăng dần cho đến khi đạt đến độ ẩm cực đại của vật liệu Đối với vật liệu là khoai môn, tốc

độ sấy thực tế có xu hướng tăng đều dù nhiệt độ sấy ban đầu thấp Tuy nhiên, do cấu trúc và độ dày của khoai môn, độ ẩm giảm trong giai đoạn này không đáng kể, nhưng quá trình sấy diễn ra tương đối khá dài do ẩm thoát ra chậm và đều

Trang 38

Giai đoạn 2: Trong giai đoạn 2 của quá trình sấy, đây là giai đoạn sấy đẳng tốc, nơi tốc độ sấy đạt cực đại và duy trì ổn định Giai đoạn này bắt đầu từ phút thứ 110 với

còn nhiều nước, và tốc độ khuếch tán nước từ bên trong vật liệu ra bề mặt lớn hơn tốc

độ bay hơi nước vào không khí Điều này có nghĩa là trong giai đoạn đẳng tốc, tốc độ sấy chủ yếu phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm không khí và tốc

độ gió

Giai đoạn 3: Trong giai đoạn sấy giảm tốc, tốc độ sấy nhanh chóng tiến về bằng không khi lượng nước bên trong khoai môn còn rất ít Điều này làm cho tốc độ khuếch tán nước từ bên trong vật liệu ra ngoài chậm hơn tốc độ bay hơi ẩm trên bề mặt Do đó, quá trình sấy trong giai đoạn này diễn ra khá ngắn vì hàm lượng ẩm đã đạt đến giá trị cân bằng với môi trường xung quanh Đây là lúc khoai môn đạt độ ẩm mục tiêu và tốc

độ sấy gần như ngừng lại

1.5.4 Màu sắc của vật liệu

Hình 1 26 Màu sắc của khoai môn sau khi sấy đối lưu Bảng 1 3 Kết quả đo màu của sản phẩm sau khi sấy đối lưu

Trang 39

Giá trị L (độ sáng): dao động từ 71.38 đến 71.44, với giá trị trung bình là 71.41 Điều này cho thấy sản phẩm có độ sáng ổn định sau khi sấy, có sự chênh lệch rất nhỏ giữa các lần đo Độ đồng đều về màu sắc của sản phẩm có thể được đánh giá là khá cao Giá trị a dao động từ 0.76 đến 0.79, với giá trị trung bình là 0.77 Giá trị a dương cho thấy màu sắc của sản phẩm hơi nghiêng về sắc đỏ nhẹ, nhưng sự thay đổi không đáng kể Điều này có thể liên quan đến quá trình sấy đối lưu đã làm thay đổi màu sắc của khoai môn, nhưng vẫn giữ được độ ổn định về sắc tố

Giá trị b dao động từ 10.77 đến 10.78, với giá trị trung bình là 10.78 Giá trị b dương cho thấy màu sắc của sản phẩm có sắc vàng và với giá trị ổn định trong những lần đo cho thấy quá trình sấy không tạo ra biến đổi lớn về sắc tố vàng

Kết luận: Bảng số liệu này cho thấy màu sắc của khoai môn sau khi sấy đối lưu khá đồng đều, với các thành phần hệ màu L, a, b ít thay đổi giữa các lần đo Điều này chứng tỏ quy trình sấy đối lưu đã kiểm soát tốt màu sắc của sản phẩm, giúp duy trì tính

Trang 40

Giá trị L (độ sáng): dao động từ 76.97 đến 77.14, với giá trị trung bình là 77.08 Giá trị L trung bình của sấy hồng ngoại cao hơn so với kết quả sấy đối lưu là 71.41, điều này cho thấy sản phẩm có độ sáng cao hơn khi sử dụng phương pháp sấy hồng ngoại Điều này có thể do phương pháp sấy hồng ngoại giúp bề mặt sản phẩm khô nhanh hơn, giữ được độ sáng tự nhiên của sản phẩm tốt hơn

Giá trị a: dao động từ 0.94 đến 0.98, với giá trị trung bình là 0.96 Giá trị a dương

và cao hơn so với sấy đối lưu là 0.77, qua đó có thể thấy khi sấy hồng ngoại sản phẩm

có sắc đỏ cao hơn Điều này có thể là do tác động của bức xạ hồng ngoại làm tăng cường sắc tố đỏ trong khoai môn sau khi sấy

Giá trị b: dao động từ 11.43 đến 11.45, với giá trị trung bình là 11.44 Giá trị b khi sấy hồng ngoại cũng cao hơn so với khi sấy đối lưu là 10.78, qua đó cho thấy khi sử dụng phương pháp sấy hồng ngoại có thể đã ảnh hưởng làm tăng giá trị của sắc tố vàng khiến màu sắc của sản phẩm nghiêng về sắc vàng nhiều hơn

Kết luận: Kết quả trên cho thấy phương pháp sấy hồng ngoại tạo ra sản phẩm có

độ sáng (L) cao hơn, cùng với sự gia tăng nhẹ về sắc tố đỏ (a) và sắc tố vàng (b) so với sấy đối lưu Điều này cho thấy sấy hồng ngoại có thể mang lại màu sắc sáng và tươi hơn cho sản phẩm khoai môn, phù hợp cho những yêu cầu về màu sắc bắt mắt và hấp dẫn hơn Tuy nhiên, một số miếng có màu nâu sậm ở bề mặt hoặc các cạnh, có thể là do tác động của nhiệt độ cao trong quá trình sấy hồng ngoại Điều này cho thấy phương pháp sấy có thể đã làm một số vùng bề mặt bị quá nhiệt, gây hiện tượng cháy nhẹ hoặc thay đổi màu sắc

1.5.4.3 Sấy lạnh

Hình 1 28 Màu sắc của khoai môn sau khi sấy lạnh

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	3,46 MB