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
THÍ NGHIỆM SẤY VẬT LIỆU ẨM
Tổng quan
1.1.1 Tổng quan về khoai môn
Khoai môn, thuộc họ Arum (Aracea) và chi Colocasia với tên khoa học là Colocasia esculenta, là một loại củ nhiệt đới chứa 70 - 80% tinh bột Ở Việt Nam, khoai môn được biết đến với nhiều tên gọi như dasheen, eddoe, cocoyam và tannia, với các loại phổ biến như khoai môn trắng, khoai môn sáp vàng và khoai môn tím Với kích thước hạt tinh bột nhỏ (0.25 – 0.5mm), khoai môn dễ tiêu hóa và được sử dụng để chế biến nhiều món ăn khác nhau Là cây thân thảo, khoai môn được trồng rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, có thời gian tăng trưởng từ 5 - 12 tháng và chiều cao từ 1 - 2m Trung bình, một củ khoai môn nặng khoảng 1 – 2 kg và dài từ 10 - 15cm.
Hình 1 2 Khoai môn sáp vàng
Củ khoai môn có hàm lượng protein và chất béo thấp (1.5% và 0.2%), nhưng chứa nhiều tinh bột (70-80 g/100g khoai môn khô) và chất xơ (0.8%) Đây là nguồn cung cấp thiamine, riboflavin, sắt, phốt pho, kẽm, vitamin B6, vitamin C, niacin, kali, đồng và mangan Khoai môn cần được bảo quản ở nơi thoáng mát, tránh ánh nắng trực tiếp do độ ẩm cao Tinh bột khoai môn không gây dị ứng và không chứa gluten, phù hợp cho người bị dị ứng gluten Nghiên cứu cho thấy tinh bột khoai môn có lợi cho người mắc bệnh viêm loét dạ dày tá tràng, bệnh về tuyến tụy và gan mãn tính Hàm lượng đường chủ yếu là sucrose, cùng với fructose, maltose, glucose và raffinose Củ khoai môn chứa acid hữu cơ như acid malic (60%), acid citric (25%) và acid oxalic (15%) Ngoài ra, khoai môn còn chứa anthocyanin, giúp cải thiện lưu thông máu, tăng cường thị lực, và có tác dụng chống oxy hóa, chống viêm, cũng như ức chế sự phát triển của tế bào ung thư.
Khoai môn là thực phẩm thiết yếu cho hàng triệu người ở các nước đang phát triển tại Châu Á, Châu Phi và Trung Mỹ, thường được sử dụng như nguồn thực phẩm chính hoặc thực phẩm tự cung tự cấp.
Khoai môn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực, góp phần vào việc kiếm ngoại tệ và phát triển nông thôn (Temesgen & Retta, 2015).
1.1.2 Tổng quan về vật liệu sấy
Vật liệu ẩm có thể được phân loại theo nhiều cách, nhưng phương pháp phổ biến nhất là dựa vào tính chất vật lý của chúng Theo cách này, vật liệu ẩm được chia thành ba dạng chính: vật liệu rắn, vật liệu lỏng và vật liệu khí.
Xốp mao dẫn, vật liệu keo và vật liệu keo xốp mao dẫn là những thành phần quan trọng trong ngành vật liệu Việc phân loại các vật liệu ẩm trở nên khó khăn do sự đa dạng của các loại vật liệu sấy, vì vậy phương pháp phân loại này chỉ mang tính tương đối.
Vật liệu xốp mao dẫn có khả năng hút ẩm mà không phụ thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng, nhờ vào liên kết mao dẫn giữa ẩm và vật liệu Ví dụ điển hình của loại vật liệu này bao gồm than củi và cát Lực mao dẫn của chúng lớn hơn nhiều so với trọng lượng ẩm của vật, và khi trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn, vật liệu được gọi là vật liệu xốp Sau khi được sấy khô, các vật liệu xốp mao dẫn thường trở nên giòn và dễ vỡ.
Vật liệu keo, với cấu trúc hạt đặc trưng, mang lại tính dẻo dai và khả năng liên kết ẩm qua hấp thụ và thẩm thấu Một số ví dụ điển hình của vật liệu keo bao gồm tinh bột và đất sét Sau quá trình sấy, các vật liệu keo vẫn duy trì độ dẻo nhưng có hiện tượng co ngót đáng kể.
Vật liệu keo xốp mao dẫn là một loại vật liệu phổ biến trong tự nhiên, với các liên kết đặc trưng của vật liệu xốp mao dẫn và vật liệu keo Ví dụ như các loại hạt và ngũ cốc, chúng có cấu trúc thuộc loại xốp mao dẫn nhưng lại mang tính chất của vật liệu keo Đặc điểm nổi bật của chúng là thành mao dẫn có tính dẻo, cho phép 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 loại bỏ độ ẩm, chủ yếu là nước và hơi nước, từ vật liệu để thải ra môi trường Tùy thuộc vào phương pháp sấy, độ ẩm trong vật liệu sẽ nhận năng lượng để tách ra và di chuyển từ bên trong ra bề mặt, sau đó ra ngoài môi trường Động lực của quá trình sấy được duy trì nhờ môi chất mang ẩm từ bề mặt vật liệu, được gọi là tác nhân sấy Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò hoặc chất lỏng như dầu mỏ, trong đó khói lò và không khí là phổ biến nhất.
Nước trong vật liệu được tách ra thông qua quá trình bốc hơi hoặc thăng hoa Trong quá trình sấy, nguyên liệu thường tồn tại ở dạng rắn, lỏng hoặc huyền phù, và sản phẩm cuối cùng thu được luôn ở trạng thái rắn hoặc dạng bột (Mẫn, 2011).
1.1.3.2 Tổng quan về phương pháp sấy
Sấy đối lưu là phương pháp phổ biến để sấy vật liệu, trong đó khí nóng vừa truyền nhiệt vừa đuổi ẩm, giúp đạt độ ẩm mong muốn (Vượng, 2006) Phương pháp này sử dụng quá trình trao đổi nhiệt đối lưu, có thể là tự nhiên hoặc cưỡng bức, để gia nhiệt cho vật liệu ẩm, trong khi môi chất sấy cung cấp nhiệt cần thiết (Chước, 2006).
Các thiết bị sấy sử dụng phương pháp sấy đối lưu hiện nay bao gồm: thiết bị sấy hầm, thiết bị sấy khí động, thiết bị sấy buồng, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy tháp và 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
Thiết bị sấy đối lưu có cấu tạo đa dạng, phụ thuộc vào tính chất, kết cấu, hình dạng và kích thước của vật liệu ẩm (Vượng, 2006) Trong bài viết này, thiết bị được lựa chọn để sấy theo phương pháp đối lưu là tủ sấy dạng buồng.
Sấy đối lưu hoạt động dựa trên nguyên lý tuần hoàn không khí nóng, với nhiệt độ dao động từ 30 đến 150°C Khi dòng điện chạy qua, các thanh nhiệt tạo ra luồng không khí nóng, và hệ thống quạt đối lưu sẽ tuần hoàn khí nóng trong buồng sấy Giai đoạn đầu, nhiệt độ tăng cao đột ngột giúp nhanh chóng loại bỏ hơi nước và độ ẩm trên bề mặt vật liệu Tiếp theo, sự chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và tâm vật liệu dẫn đến khuếch tán nội và ngoại, giúp nước và ẩm bốc hơi từ tâm vật liệu lên bề mặt và thoát ra ngoài Quá trình này lặp lại cho đến khi sản phẩm đạt khối lượng không đổi hoặc độ ẩm mong muốn.
Hình 1 5 Thiết bị sấy đối lưu dạng tủ Ưu điểm:
Mục đích thí nghiệm
Bài báo cáo này trình bày kết quả khảo sát quá trình sấy khoai môn thông qua thực nghiệm, nhằm mục đích xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy Ngoài ra, nghiên cứu còn xác định các thông số quan trọng của quá trình sấy, bao gồm tốc độ sấy đẳng tốc, độ ẩm tới hạn, độ ẩm cân bằng, thời gian sấy đẳng tốc và thời gian 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.
Dụng cụ, thiết bị và phương pháp nghiên cứu
Nguyên liệu: khoai môn Đĩa petri Dao
Khay có lỗ Đũa Thớt
- Thiết bị sấy đối lưu - Cân 2 số
- Thiết bị sấy hồng ngoại - Cân 4 số
- Thiết bị sấy lạnh - Bình hút ẩm
1.3.3.1 Xác định độ ẩm của vật liệu sấy
Phương pháp xác định độ ẩm dựa trên nguyên tắc giảm khối lượng mẫu khi được làm nóng trong tủ sấy trong thời gian đủ dài Trong thí nghiệm, tủ sấy đối lưu được sử dụng ở nhiệt độ 105 °C để tách ẩm khỏi mẫu.
Sau khi rửa sạch, đĩa petri sẽ được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 105 oC trong 30 phút Sau đó, đĩa được để nguội trong bình hút ẩm đến khi đạt nhiệt độ phòng, rồi tiến hành cân chính xác khối lượng và đánh số thứ tự cho từng đĩa.
- Cho khoảng 5g mẫu vật liệu đã được băm nhuyễn lên đĩa, trải đều bột rồi cân chính xác
- Đặt đĩa cùng mẫu vào tủ sấy ở 105 o C trong 3h
- 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
Công thức xác định độ ẩm:
- W0 (%): Độ ẩm của sản phẩm
- m1 (g): Khối lượng của mẫu và đĩa petri trước khi sấy
- m2 (g): Khối lượng của mẫu và đĩa petri sau khi sấy
1.3.3.2 Xây dựng đường cong sấy
Xác định độ ẩm của vật liệu sấy biên thiên theo thời gian sấy
𝐺 0 (100 − 𝑊 0 ) = 𝐺 𝑗 (100 − 𝑊 𝑗 ) Sau thời gian 𝜏 = 𝜏 𝑗 , đem cân mẫu (tiến hành cân mỗi mẫu 10 phút một lần) và ta xác định được Gj
Như vậy, độ ẩm của vật liệu tại thời điểm 𝜏 𝑗 được xác định:
- G0 (kg): Khối lượng ban đầu của vật liệu sấy
- Gj (kg): Khối lượng của vật liệu sấy tại thời điểm 𝜏 𝑗
- Wj (%): Độ ẩm của vật liệu sấy tại thời điểm 𝜏 𝑗
Bảng 1 1 Độ ẩm vật liệu sấy biến thiên theo thời gian 𝜏 𝑗
Xử lý số liệu ở bảng biến thiên độ ẩm vật liệu sấy theo thời gian sấy, để xác định được đường cong sấy và mô phỏng trên đồ thị
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 của quá trình sấy diễn ra khi nước bay hơi thông qua khuếch tán nội và khuếch tán ngoại đồng thời Trong giai đoạn này, quá trình sấy được gọi là sấy đẳng tốc, và đường cong sấy thể hiện dưới 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:
𝐹𝑑𝜏 = 𝑓(𝑊) Với: F (m 2 ) là diện tích trao đổi nhiệt của vật liệu sấy
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 của nghiên cứu này là so sánh sự thay đổi màu sắc của vật liệu trước và sau khi sấy, từ đó giúp lựa chọn phương pháp sấy phù hợp cho từng loại vật liệu Việc phân tích màu sắc không chỉ phản ánh chất lượng của vật liệu sau khi sấy mà còn cung cấp thông tin quan trọng để tối ưu hóa quy trình sấy, đảm bảo hiệu quả và bảo quản đặc tính của vật liệu.
Phương pháp đo màu lab, hay còn gọi là phương pháp đo màu cielab, sử dụng không gian màu lab để xác định màu sắc Không gian này được phân chia thành độ sáng (L*) và hai thành phần màu: a* đại diện cho giá trị đỏ và xanh lá, trong khi b* thể hiện giá trị xanh dương và vàng.
Kênh L (Lightness) thể hiện độ sáng của màu sắc với giá trị dao động từ 0 (đen tuyệt đối) đến 100 (trắng tuyệt đối) Kênh này chỉ chứa thông tin về độ sáng mà không có giá trị màu sắc thực sự nào.
Kênh a (trục xanh-đỏ) thể hiện sự chuyển đổi màu sắc từ xanh lá cây đến đỏ, trong đó giá trị âm biểu thị màu xanh lá cây và giá trị dương biểu thị 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
- △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
Quy trình tiến hành thí nghiệm
Hình 1 10 Sơ đồ quy trình tiến hành thí nghiệm sấy vật liệu ẩm
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 giúp giảm diện tích bề mặt tiếp xúc giữa nguyên liệu và tác nhân sấy, từ đó rút ngắn thời gian sấy Khối khoai môn được cắt thành lát đồng đều với độ dày 0.001 m, tạo ra khoảng 25 miếng khoai môn cho từng phương pháp sấy Việc sử dụng các mẫu có kích thước bằng nhau sẽ đảm bảo 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
Sấy và xác định độ ẩm theo thời gian:
Sấy đối lưu là quá trình quan trọng trong chế biến thực phẩm, trong đó mẫu khoai môn được cắt thành hình dạng và độ dày xác định, sau đó cân khoảng 40g Mẫu được sấy ở nhiệt độ khoảng 60℃, với từng lát khoai môn được xếp trên khay với khoảng cách nhất định, đảm bảo sự đồng đều trong quá trình sấy và tăng hiệu quả sấy.
Cứ 10 phút ta tiến hành cân mẫu để xác định độ ẩm của mẫu tại thời điểm 𝜏 = 𝜏j (cần 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
Để sấy khoai môn, đầu tiên chuẩn bị 40g khoai môn và sấy ở nhiệt độ khoảng 35℃ Xếp từng lát khoai môn lên khay với khoảng cách nhất định để đảm bảo mẫu sấy đồng đều và nâng cao hiệu quả sấy Mỗi 10 phút, tiến hành cân mẫu để xác định độ ẩm tại thời điểm 𝜏 = 𝜏j.
Sấy hồng ngoại là quá trình sấy các mẫu đã được cắt theo hình dạng và độ dày xác định, với trọng lượng khoảng 40g, ở nhiệt độ từ 50 đến 60℃ Các lát khoai môn cần được xếp đều trên khay, đảm bảo khoảng cách nhất định để đạt hiệu quả sấy đồng đều Mỗi 10 phút, mẫu sẽ được cân để xác định độ ẩm tại thời điểm 𝜏j, và sau mỗi lần lấy mẫu ra khỏi máy sấy, cần đặt mẫu trong bình hút ẩm.
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
Khối lượng mẫu trước khi sấy (g) 5
Khối lượng mẫu sau khi sấy (g) 1.31 Độ ẩm ban đầu (%) 73.8
Số lát cắt khoai môn: n = 18 lát
Kích thước của lát khoai môn:
Như vậy, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của vật liệu được tính như sau:
Hình 1 11 Đồ thị đường cong sấy đối lưu khoai môn
Trong giai đoạn 1 của quá trình sấy khoai môn, độ ẩm trong vật liệu sấy giảm nhanh chóng theo thời gian, chủ yếu do việc đun nóng và bay hơi nước trên bề mặt khoai môn Thời gian diễn ra giai đoạn này kéo dài 40 phút, với mức giảm độ ẩm đạt 18.1%.
Trong giai đoạn 1, ẩm lỏng trong vật liệu được đun nóng cho đến khi đạt nhiệt độ sôi phù hợp với áp suất hơi nước trong không khí bên trong tủ sấy, đồng thời điều chỉnh tốc độ sấy.
Giai đoạn 1 của quá trình sấy khoai môn diễn ra nhanh chóng và có thời gian sấy ngắn, nhờ vào hàm lượng ẩm tự do trên bề mặt không lớn và kích thước, độ dày của nguyên liệu được cắt mỏng, giúp thoát ẩm dễ dàng Đường cong sấy trong giai đoạn này có dạng phi tuyến bậc 2 với phương trình y = –0.0005x² – 0.095x + 73.322, có giá trị R² = 0.9979, cho thấy sự phù hợp với lý thuyết và có ý nghĩa thống kê cao.
Hình 1 13 Đồ thị đường cong sấy đối lưu khoai môn tại giai đoạn 2
Sau khi kết thúc giai đoạn đun nóng vật liệu, ẩm sẽ bay hơi từ bề mặt vật liệu sấy, trong khi ẩm lỏng bên trong sẽ truyền ra ngoài để hóa hơi Quá trình khuếch tán nội và ngoại diễn ra đồng thời Giai đoạn này được gọi là quá trình sấy đẳng tốc (u = const) và diễn ra từ phút 50 đến phút thứ.
Trong giai đoạn 2 của quá trình sấy, tổng thời gian sấy kéo dài 70 phút, với độ ẩm còn lại bên trong vật liệu là 23.04% Thời gian sấy ở giai đoạn này dài hơn giai đoạn 1 do sự chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu chưa đủ lớn để ẩm di chuyển ra ngoài Đường cong sấy trong giai đoạn 2 được mô tả bằng phương trình y = –0.5572x + 83.875 với R² = 0.9994, cho thấy sự phù hợp với lý thuyết và có ý nghĩa thống kê.
Hình 1 14 Đồ thị đường cong sấy đối lưu khoai môn tại giai đoạn 3
Giai đoạn 3 của quá trình sấy diễn ra trong 90 phút cuối cùng, trong đó độ ẩm giảm từ 20.92% xuống 11.55%, đạt độ ẩm cân bằng Đây là giai đoạn kéo dài nhất do khoai môn chứa nước liên kết chặt chẽ trong cấu trúc tế bào và liên kết với tinh bột, khiến nước bay hơi khó hơn Hai giai đoạn đầu đã loại bỏ nước tự do, chỉ còn lại nước liên kết khó thoát ra, dẫn đến thời gian đạt độ ẩm cân bằng kéo dài.
Tại giai đoạn 3, đường cong sấy biểu hiện phi tuyến tính phức tạp với phương trình bậc 2: y = 0.0017x² – 0.637x + 69.865 và R² = 0.6841, cho thấy sự không phù hợp lý thuyết Nguyên nhân của hệ số tương quan thấp có thể do nhiều yếu tố tác động trong quá trình thực nghiệm Vào phút thứ 130, vật liệu giải phóng độ ẩm nhanh chóng, có thể do đạt đến nhiệt độ sấy nhất định, dẫn đến quá trình bay hơi nước diễn ra nhanh Tuy nhiên, tại phút thứ 140 và 150, hiện tượng tái ẩm trở lại xảy ra, làm tăng độ ẩm của mẫu, có thể do thời gian lấy mẫu quá lâu hoặc bột hút ẩm trong bình không còn tác dụng.
Hình 1 15 Biểu đồ đường cong sấy hồng ngoại khoai môn
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%
Giai đoạn này diễn ra nhanh chóng với lượng ẩm thoát ra khỏi vật liệu chỉ đạt 9.14% Đường cong sấy được xác định theo phương trình phi tuyến bậc 2: y = –0.004x² – 0.2565x + 73.751, với hệ số R² = 1, cho thấy kết quả thực nghiệm hoàn toàn tương thích.
20 thích với lý thuyết, đường hồi quy xây dựng phù hợp với bộ dữ liệu, có ý nghĩa về mặt tính toán
Hình 1 17 Đồ thị đường cong sấy hồng ngoại khoai môn tại giai đoạn 2
Thời gian sấy trong giai đoạn 2 kéo dài từ phút thứ 30 đến phút thứ 80, với thời gian sấy hồng ngoại ngắn do quá trình bay hơi nước bề mặt diễn ra mạnh mẽ, giúp không khí bên trong vật liệu thoát ra nhanh chóng Sự giảm độ ẩm từ 61.93% xuống 16.93% cho thấy hiệu quả của quá trình này, với độ ẩm bên trong di chuyển ra ngoài nhanh hơn nhờ sự chênh lệch độ ẩm cao Đường cong sấy ở giai đoạn này có dạng tuyến tính bậc 1: y = –0.9387x + 90.323 với R² = 0.9943, cho thấy sự phù hợp với lý thuyết và có ý nghĩa thống kê rõ ràng.
Hình 1 18 Đồ thị đường cong sấy hồng ngoại khoai môn tại giai đoạn 3
Giai đoạn 3 là quá trình sấy giảm tốc, nhằm đưa độ ẩm của vật liệu đến trạng thái cân bằng Thời gian sấy trong giai đoạn này kéo dài 150 phút, trong đó độ ẩm giảm từ 13.93% xuống còn 9.38%.
Khi khoai môn đạt độ ẩm cân bằng, quá trình sấy tiếp theo có thể dẫn đến cháy mẫu Dữ liệu thực nghiệm cho thấy đường cong sấy hồng ngoại ở giai đoạn 3 có phương trình phi tuyến y = 0.0001x² – 0.0687x + 18.491 với R² = 0.933, cho thấy sự không phù hợp với lý thuyết Ở giai đoạn này, độ ẩm bề mặt đã bay hơi gần hết, chỉ còn ẩm sâu bên trong, làm giảm tốc độ thoát ẩm và tạo ra sự không đồng đều trong quá trình sấy Đặc biệt, độ ẩm có xu hướng tăng trở lại ở phút thứ 130 và 200, có thể do sai sót trong thao tác thực nghiệm như cân mẫu lâu hay mở cửa buồng sấy quá lâu.
Hình 1 19 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn
Trong giai đoạn 1 của quá trình sấy lạnh khoai môn, độ ẩm giảm từ 73.75% xuống 58.4% trong 100 phút Sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa bề mặt vật liệu và không khí dẫn đến hiện tượng hơi ẩm bắt đầu khuếch tán ra ngoài Quá trình này diễn ra chậm do cần thời gian để hơi ẩm thoát ra, và nhiệt độ trong giai đoạn này chỉ khoảng 35℃ Đường cong sấy ở giai đoạn 1 có dạng phi tuyến bậc 2 với phương trình y = -0.0005x² - 0.095x + 73.322, có hệ số xác định R² = 0.9979, cho thấy sự phù hợp với lý thuyết và có ý nghĩa thống kê.
Hình 1 21 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn tại giai đoạn 2
Giai đoạn 2 của quá trình sấy lạnh diễn ra từ phút 110 đến phút 220, trong đó độ ẩm của mẫu vật liệu giảm từ 56.09% xuống 25.43% Sự bốc hơi nước diễn ra nhanh chóng nhờ chênh lệch áp suất, dẫn đến quá trình khuyếch tán nội và ngoại diễn ra đồng thời, làm tăng hiệu quả bay hơi Đường cong sấy ở giai đoạn này có dạng tuyến tính bậc 1 với phương trình y = –0.2818x + 87.183 và R² = 0.9998, cho thấy sự phù hợp giữa mô hình hồi quy và dữ liệu thực nghiệm Giai đoạn này được xác định là giai đoạn sấy đẳng tốc, với tốc độ sấy không đổi, cho thấy sự tương đồng giữa tốc độ thực nghiệm và lý thuyết.
Hình 1 22 Đồ thị đường cong sấy lạnh khoai môn tại giai đoạn 3
Giai đoạn 3 của quá trình sấy lạnh kéo dài 180 phút, trong đó độ ẩm của mẫu vật liệu giảm từ 28.41% xuống còn 7.49% Ở giai đoạn cuối, quá trình bốc hơi ẩm diễn ra cho đến khi đạt độ ẩm cân bằng, với lượng ẩm thoát ra ít hơn do độ ẩm bên trong vật liệu và môi trường sấy gần như tương đồng Bề mặt vật liệu trở nên khô cứng, hạn chế sự thoát hơi nước, dẫn đến độ ẩm không thay đổi Đường cong sấy trong giai đoạn này có dạng phi tuyến phức tạp, được mô tả bằng phương trình bậc 2: y = 0.0008x² - 0.6304x + 126.95, với hệ số xác định R² = 0.9675, cho thấy tính chính xác cao của mô hình.
Giai đoạn sấy giảm tốc là thời điểm quan trọng trong quá trình sấy, khi tốc độ sấy giảm dần theo thời gian Lúc này, độ ẩm trong mẫu đã đạt đến mức cân bằng với môi trường, điều này có ý nghĩa thống kê và phù hợp với lý thuyết.
1.5.3 Đường cong tốc độ sấy
Kết luận
Bài thí nghiệm sấy vật liệu ẩm được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với nguyên liệu khảo sát là khoai môn, áp dụng ba phương pháp sấy khác nhau: sấy đối lưu, sấy hồng ngoại và sấy lạnh.
Sấy đối lưu là một phương pháp hiệu quả cho việc sấy đa dạng sản phẩm với thời gian nhanh, giúp tiết kiệm năng lượng và dễ dàng kiểm soát các thông số trong quá trình sấy Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm như có thể làm sản phẩm bị co lại, biến dạng, thay đổi màu sắc và gây thất thoát giá trị dinh dưỡng.
Sấy hồng ngoại là phương pháp sấy nhanh, giúp rút ngắn thời gian và giảm áp lực lên cấu trúc vật liệu, đồng thời giảm thiểu năng lượng thất thoát nhờ nhiệt lượng từ tia hồng ngoại được hấp thụ trực tiếp Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là sản phẩm có thể bị mất màu và không đồng đều, đặc biệt với các mẫu dày Bên cạnh đó, việc kiểm soát quá trình sấy hồng ngoại khó khăn hơn so với các phương pháp khác và chi phí đầu tư cho công nghệ này cũng tương đối cao.
Sấy lạnh là phương pháp giữ lại hàm lượng dinh dưỡng, mùi vị và màu sắc tốt nhất trong ba phương pháp sấy Mặc dù thời gian sấy dài và năng suất sản phẩm không cao, khiến giá thành sản phẩm cao hơn, nhưng phương pháp này rất phù hợp cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt hoặc chứa nhiều chất dinh dưỡng quý.
Mỗi phương pháp sấy đều mang lại những lợi ích và hạn chế riêng, do đó, việc lựa chọn phương pháp sấy phù hợp nhất cần dựa trên nhu cầu và đặc tính của từng loại nguyên liệu.