Bài báo cáo Đề tài thiết bị sấy thăng hoa và Ứng dụng kỹ thuật sấy thăng hoa trong sản xuất Đông trùng hạ thảo

Là quá trình sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng nhờ vào quá trình t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ VÀ CÔNG NGHỆ



BÀI BÁO CÁO

Đề tài : Thiết bị sấy thăng hoa và ứng dụng kỹ thuật sấy

thăng hoa trong sản xuất đông trùng hạ thảo

HỌC PHẦN: Công nghệ sấy nông sản thực phẩm

GVHD: TS Võ Văn Quốc Bảo

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Quyến – Trương Thị Như Quỳnh – 22L1030071

Huế, tháng 11 năm 2024

MỤC LỤC

A Đặt vấn đề 2

B Nội dung 3

I Sấy 3

1 Định nghĩa 3

2 Mục đích 3

3 Phân loại 3

II Sấy thăng hoa 3

1 Định nghĩa 3

2 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa 3

3 Thiết bị sấy thăng hoa 5

III Ứng dụng sấy thăng hoa trong bảo quản đông trùng hạ thảo 12

1 Giới thiệu chung 12

2 Sơ đồ của quy trình sấy thăng hoa 13

A Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, đông trùng hạ thảo ( Cordyceps militaris) được xem như là một dược liệu quý giá trong ngành y học Với các công dụng tuyệt vời như tăng cường sức khỏe, cải thiện chức năng sinh lý, nâng cao sức đề kháng và hỗ trợ điều trị nhiều bệnh lý

Đặc biệt đối với thế hệ trẻ hiện nay, với lối sống năng động, có xu hướng chú trọng đến sức khỏe và thể hình, đồng thời quan tâm nhiều đến các phương pháp tự nhiên để duy trì sức khỏe lâu dài Đông trùng hạ thảo thực sự là một sản phẩm rất phù hợp với nhu cầu của thế hệ trẻ, những người luôn tìm kiếm các giải pháp tự nhiên để duy trì sức khỏe, cải thiện thể lực và chăm sóc sắc đẹp Đông trùng hạ thảo không chỉ có tác dụng với thế hệ trẻ mà còn mang lại rất nhiều lợi ích cho người lớn, đặc biệt là đối với những người đang trong độ tuổi trung niên hoặc cao tuổi, khi sức khỏe bắt đầu có dấu hiệu suy giảm Với tác dụng hỗ trợ tim mạch, xương khớp, gan thận, trí nhớ và tình dục, đông trùng

hạ thảo đã và đang trở thành một lựa chọn lý tưởng cho người lớn tuổi muốn duy trì một cuộc sống khỏe mạnh và năng động

Qua đó ta có thể thấy được đông trùng hạ thảo quả thật là một dược liệu tuyệt vời Tuy nhiên, việc bảo quản đông trùng hạ thảo khỏi ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm là một thách thức lớn Trong bối cảnh đó, công nghệ sấy

thăng hoa (freeze-drying) ra đời và đã chứng tỏ là một giải pháp đột phá giúp

bảo quản đông trùng hạ thảo một cách tối ưu

Qua một số phân tích như trên, trong bài tiểu luận nhóm này, chúng em lựa chọn đề tài “Thiết bị sấy thăng hoa và ứng dụng kỹ thuật sấy thăng hoa trong

sản xuất đông trùng hạ thảo” Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình

thực hiện chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong nhận được chỉ bảo thêm của thầy cũng như đóng góp ý kiến của các bạn để bài làm được hoàn thiện hơn

B Nội dung

I Sấy

1 Định nghĩa

Sấy là quá trình dùng phương pháp nhiệt ( hơi nước, khói lò, calorife, những nguồn bức xạ, ) làm tách nước hoặc hơi ẩm trong vật liệu sấy ra môi trường xung quanh để tạo ra sản phẩm có trạng thái rắn

Quá trình xảy ra do chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước ở bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh

Là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu phụ thuộc theo giời gian và không gian sấy

2 Mục đích

- Tăng thời gian bảo quản, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và các phản ứng sinh hóa

- Làm giảm khối lượng vật liệu (giảm công chuyên chở)

- Tạo hình cho sản phẩm như vò chè, sau khi sấy chè

- Tăng độ bền cho sản phẩm như gỗ, gốm sứ

- Tăng tính cảm quan cho sản phẩm

3 Phân loại

- Sấy tự nhiên: dùng năng lượng có sẵn trong thiên nhiên để thực hiện quá trình sấy như năng lượng mặt trời, năng lượng gió

- Sấy nhân tạo: Dùng các tác nhân sấy được gia nhiệt như khói lò, không khí nóng hoặc hơi,…có thể chia ra nhiều dạng như sau:

 Sấy đối lưu: Phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là khồn khí nóng, khói lò,…

 Sấy tiếp xúc: Cho tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy qua một vật nóng trung gian

 Sấy bằng tia hồng ngoại: Dùng năng lượng của tia hồng ngoại do nguồn nhiệt phát ra truyền qua vật liệu sấy

 Sấy bằng dòng điện cao tần: Dùng năng lượng điện trường có tần

số cao để đốt nóng toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu

 Và một số phương pháp sấy khác

II Sấy thăng hoa

1 Định nghĩa

Là quá trình sấy trong môi trường có độ chân không rất cao, nhiệt độ thấp, nên ẩm tự do trong vật liệu đóng băng từ trạng thái rắn thành hơi không qua trạng thái lỏng nhờ vào quá trình thăng hoa

2 Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa

a Quy trình sơ lược của sấy thăng hoa

b Các giai đoạn của quy trình sấy thăng hoa:

Nếu không tính đến quá trình mất ẩm trong phương pháp để vật ẩm tự lạnh đông trong buồng sấy khi hút chân không thì sản phẩm được sấy trong 2 giai đoạn:

- Giai đoạn lạnh đông

- Giai đoạn thăng hoa

1.Thực phẩm được cấp đông

nhanh & đưa vào buồng

sấy chân không

2 Trong môi trường sấy chân không, các tinh thể nước đá sẽ thăng hoa mà không qua giai đoạn hóa lỏng

3 Thực phẩm sấy thăng hoa sẽ được đóng gói chân không để ngăn ẩm

& oxi hóa

4 Khi thực phẩm được

chế biến với nước sẽ trở

về trạng thái hương vị,

hàm lượng dinh dưỡng,

cấu trúc và hình dáng

như ban đầu

Hình 2.1: Đồ thị biểu hiện trạng thái thăng hoa ở 3 điểm thể

Sự biến đổi trạng thái hơi nước trong giản đồ áp suất hơi bão hoà P và nhiệt

độ T Giao điểm của các đường cong biên đươc gọi là điểm ba Với các giá trị của thông số điểm ba, có khả năng tồn tại cả ba pha (nước đá – nước lỏng – hơi nước) Trạng thái đó trong nhiệt động lực học được gọi là trạng thái cơ bản biểu diễn trên giản đồ P – T bằng điểm ba thể

Dưới điểm ba thể không thể có pha lỏng bền vững và nước sẽ ở trạng thái rắn (nước đá) hoặc ở trạng thái hơi Nói cách khác, với áp suất thấp, trở kháng của môi trường xung quanh nhỏ đến mức để mạng tinh thể nước đá

dễ dàng bị phân rã và lập tức nó chuyển thành trạng thái hơi

Trên đường cong nước đá – hơi, hệ thức giữa áp suất và nhiệt độ phải tương ứng với trạng thái cân bằng giữa pha rắn và pha hơi Quá trình thăng hoa được trình bày như sự dịch chuyển qua đường cong đó từ trái sang phải Đối với nước, thông số điểm ba là áp suất P= 4,58mmHg và nhiệt độ T = 0,0098C Nhiệt độ đó tương ứng với nhiệt độ nóng chảy của nước ở áp suất khí quyển bình thường Vì vậy, khi đốt nóng dần dần nước đá trong không khí, thì nó sẽ chuyển qua trạng thái lỏng và sau đó bắt đầu bay hơi

3 Thiết bị sấy thăng hoa

 Thiết bị sấy thăng hoa gián đoạn

1- buồng sấy; 2 - vật sấy đông lạnh; 3 - thiết bị cấp nhiệt; 4 - thiết bị bức xạ; 5 – buồng ngưng; 6 – bơm chân không; 7 – máy lạnh; 8 - chất tải lạnh;

9 – nước ngưng; 10 - nguồn nhiệt; 11 - nguồn điện

 Thiết bị sấy thăng hoa liên tục

1 - buồng sấy; 2 - buồng nạp liệu; 3 - thiết bị cấp nhiệt; 4 – băng tải;

5 - thiết bị ngưng tụ; 6 - thiết bị tháo sản phẩm

3.1 Cấu tạo chung:

Hình dưới đây được mô tả một trong các hệ thống sấy thăng hoa theo chu kỳ trong công nghiệp thực phẩm ( sấy gián đoạn)

Vật liệu sấy được cấp đông trước khi vào hệ thống sấy thăng hoa

Hình 2.2: Tủ cấp đông nhanh

Hệ thống sấy thăng hoa này gồm 4 thành phần chính: Bình thăng hoa, bình ngưng_đóng băng, bơm chân không, hệ thống lạnh

Hình 2.2.2: Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa chu kỳ sử dụng trong công

nghiệp thực phẩm (G.I Lappa – Stajenhexki)

1 – bình thăng hoa; 2 – van; 3 – xyfon; 4 – bể chứa nước nóng; 5 – bình ngưng; 6 – bình tách lỏng; 7 – giàn ngưng amôniac; 8 – bình chứa

amôniac; 9 – máy nén; 10 – bơm chân không; 11,12,13 - động cơ điện; 14 – bơm ly tâm; 15 – phin lọc; 16 - tấm gia nhiệt; 17 – chân không kế; 18 – van điều chỉnh; 19 – khay chứa vật liệu sấy; 20 – tấm gia nhiệt dưới; 21 –

bộ điều chỉnh nhiệt

3.1.1 Bình thăng hoa (1)

Là nơi thực hiện quá trình sấy thăng hoa vật liệu sấy dưới áp suất chân không, cụ thể là áp suất nằm dưới điểm 3 thể trong giản đồ 3 pha của hơi nước

Có cấu tạo: Trong hệ thống như hình trên, bình thăng hoa là một bình hình trụ tròn nằm ngang Một đáy được hàn liền với hình trụ còn đáy kia là một chỏm cầu được gắn kết với thân hình trụ bằng bulông để đưa vật liệu sấy vào ra

Đỉnh bình thăng hoa có một mặt bích để nối với bơm chân không, trên đoạn đường đó có một bình ngưng – đóng băng được đặt giữa chúng

Phía trong bình thăng hoa người ta bố trí các hộp kim loại xen kẽ nhau Trên các hộp đó là các khay chứa vật liệu sấy Trong các hộp là nước nóng chuyển động được bơm lên từ bơm nước nóng (14)

Hình 2.2.3: Cấu tạo của bình thăng hoa

3.1.2 Bình ngưng (5)

Là thiết bị nằm giữa bình thăng hoa (1) và bơm chân không (10), nơi đây tiếp nhận hỗn hợp gồm hơi nước thăng hoa và không khí được hút chân không Có nhiệm vụ ngưng tụ hơi ẩm thoát ra và làm đóng băng

ẩm này trong quá trình sấy Dùng bình ngưng sẽ giảm nhẹ sự làm việc của bơm chân không

Cấu tạo: Là một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm Nó là một thiết bị có hình trụ đứng, trong đó có bố trí các ống được gắn kết với nhau và với hình trụ nhờ hai mặt sàng

Hình 2.3.4: Cấu tạo của bình ngưng

3.1.3 Bơm chân không (10)

Bơm chân không là thiết bị có chức năng hút khí, tạo môi trường chân không trong các thiết bị công nghệ hóa học

Hình 2.3.5: Hình bơm chân không

3.1.4 Hệ thống lạnh (6), (7), (8), (9)

Nhiệm vụ của hệ thống làm lạnh là làm lạnh sản phẩm đến nhiệt

độ yêu cầu (dưới điểm ba thể) và làm lạnh bình ngưng để ngưng

tụ và đóng băng ẩm thoát ra, tạo điều kiện duy trì chân không và chế độ làm việc trong hệ thống

3.2 Nguyên lý hoạt động

Vật liệu được làm lạnh tới (10 – 15°C) được cho vào bình thăng hoa (1)

Bình thăng hoa nối với bơm chân không (10) qua bình ngưng (5),

và được làm lạnh bằng máy lạnh ammoniac Máy lạnh gồm náy nén (9), giàn ngưng (7), bình tách lỏng (6) và bình chứa ammoniac (8) Nhờ bình ngưng (5), ẩm thoát từ vật liệu dưới dạng băng, máy hút chân không (10) làm việc với không khí khô Ngoài ra bình thăng hoa nối với hệ thống cung cấp nước nóng từ bình chứa 4 làm nguồn gia nhiệt cho vật liệu

3.3 Ưu và nhược điểm của sấy thăng hoa

3.3.1 Ưu điểm

 Sản phẩm có chất lượng cao, giữ lại gần như nguyên vẹn hàm lượng dinh dưỡng, đặc biệt là các chất mẫn cảm với nhiệt như vitamin, các chất có hoạt tính sinh học, màu sắc, hương vị,

… của nguyên liệu

 Sản phẩm sau quá trình sấy có cấu trúc giòn xốp, ít bị co rút, biến dạng như các phương pháp sấy thông thường

 Khả năng hoàn nguyên về trạng thái gần như ban đầu khi ngâm nước

 Sản phẩm không sử dụng dầu nên không xảy ra hiện tượng hôi dầu, mềm yểu do thấm dầu

 Độ ẩm sản phẩm thấp, thời gian bảo quản dài, dễ dàng vận chuyển và phân phối sản phẩm

 Ứng dụng đa dạng các loại nguyên liệu, trái cây, kể cả những nguyên liệu có cấu trúc mềm hay dạng lỏng

3.3.2 Nhược điểm

 Sản phẩm có chất lượng cao, giữ lại gần như nguyên vẹn hàm lượng dinh dưỡng, đặc biệt là các chất mẫn cảm với nhiệt như vitamin, các chất có hoạt tính sinh học, màu sắc, hương vị,… của nguyên liệu

 Sản phẩm sau quá trình sấy có cấu trúc giòn xốp, ít bị co rút, biến dạng như các phương pháp sấy thông thường

 Khả năng hoàn nguyên về trạng thái gần như ban đầu khi ngâm nước

 Sản phẩm không sử dụng dầu nên không xảy ra hiện tượng hôi dầu, mềm yểu do thấm dầu

 Độ ẩm sản phẩm thấp, thời gian bảo quản dài, dễ dàng vận chuyển và phân phối sản phẩm

 Ứng dụng đa dạng các loại nguyên liệu, trái cây, kể cả những nguyên liệu có cấu trúc mềm hay dạng lỏng

3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa

 Phương thức truyền nhiệt trong quá trình thăng hoa của

nước đá kết tinh bên trong sản phẩm: vì môi trường sấy gần như chân không tuyệt đối nên quá trình truyền nhiệt tách

ẩm chỉ xảy ra theo hai phương thức bức xạ và dẫn truyền, còn đối lưu xem như bằng không



3.5 Những thiết bị sấy thăng hoa phổ biến

3.6 Những công nghệ mới về sấy thăng hoa

III Ứng dụng sấy thăng hoa trong bảo quản đông trùng hạ thảo

1 Giới thiệu chung

1.1 Tổng quan về đông trùng hạ thảo

1.1.1 Đông trùng hạ thảo là gì?

trong đời sống hàng ngày Người ta biết đến đông trùng hạ thảo như một loại "biệt dược tiền tỷ" có giá trị dinh dưỡng cao và mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe Bản chất đông trùng hạ thảo là sự kết hợp của loài nấm Ophiocordyceps sinensis thuộc nhóm nấm Ascomycetes sống ký sinh trên cơ thể ấu trùng của một vài loài bướm trong chi Thitarodes Viette. 

 Từ xa xưa đông trùng hạ thảo đã được ghi chép là dược liệu đông y phục vụ vua chúa, đế vương xưa Đông trùng hạ thảo tự nhiên được đánh giá cao là sản phẩm chứa hàm lượng dưỡng chất cao nhất và được ví như một loại “vàng mềm” có tiền cũng khó lòng có thể sở hữu Ngày nay, khi công nghệ khoa học phát triển mạnh mẽ, đông trùng hạ thảo được nhân rộng, sản xuất với quy mô lớn với chất lượng sản phẩm đa dạng khác nhau

1.1.2 Vì sao cần sấy thăng hoa đông trùng hạ thảo?

 Đông trùng hạ thảo là một loại thảo dược quý giàu chất dinh dưỡng và mang lại những giá trị tuyệt vời cho sức khoẻ người sử dụng Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đông trùng hạ thảo đã được nuôi, trồng nhiều ở quy mô công nghiệp với hàm lượng dinh dưỡng cao

 Tuy nhiên, đông trùng hạ thảo sau khi thu hoạch ở dạng tươi rất khó để bảo quản và phân phối ra thị trường Muốn đông trùng

hạ thảo giữ nguyên được giá trị dinh dưỡng, hình dáng, màu sắc cũng như đáp ứng được các tiêu chuẩn về vệ sinh an toàn thực phẩm thì

2 Sơ đồ của quy trình sấy thăng hoa

2.1 Sơ đồ chung

Nguyên Tiền xử lí Chế biến

2.2 Sơ đồ quy trình sấy thăng hoa đông trùng hạ thảo

15

Dàn đều Cấp đông

Hút chân

không

Sản phẩm đạt chuẩn Sản phẩm

Sấy thăng

hoa

Đóng gói Thành phẩm

Đông trùng

hạ thảo đã được xử lý sạch

Cấp đông

2.3 Thuyết ming quy trình:

2.3.1 Giai đoạn 1: Giai đoạn chuẩn bị, xử lý đông trùng hạ

thảo

 Đông trùng hạ thảo được nuôi trồng nhân tạo từ

nấm Cordyceps với những điều kiện nghiêm ngặt để thu được

thành phẩm đảm bảo chất lượng về hình dáng, màu sắc và dược tính Sau thời gian nuôi trồng, những quả thể lớn vừa đủ, màu đều đẹp, sẽ được thu hoạch để đưa vào sấy thăng hoa

 Tuỳ vào mục đích bán ra thị trường sẽ có những cách xử lý nguyên liệu khác nhau trước khi đưa vào sấy thăng hoa đông trùng hạ thảo Thông thường người ta sẽ cắt bỏ phần đế, thu những sợi nấm rồi tiến hành sấy thăng hoa Cần lưu ý trong quá trình xử lý cần phải cắt khéo léo để không làm gãy sợi nấm, đồng thời cần phải tỉ mỉ lựa chọn những sợi đông trùng hạ thảo tốt, không bị hỏng mốc làm ảnh hưởng đến chất lượng của dược liệu sau khi sấy thăng hoa

2.3.2 Giai đoạn 2: Giai đoạn cấp đông đông trùng hạ thảo

 Đông trùng hạ thảo sau khi được xử lý sẽ được xếp vào từng khay sấy đưa vào máy sấy thăng hoa SUNSAY Đông trùng hạ thảo lúc này được cấp đông nhanh ở nhiệt độ rất thấp (30 đến

-50 độ C) để tất cả dung môi (thường là nước) trong đông trùng

hạ thảo chuyển sang thể rắn (nước đá)

 Đây là giai đoạn đóng vai trò quyết định trong toàn bộ quá

trình sấy thăng hoa đông trùng hạ thảo Vì vậy cần phải chú ý

theo dõi, đảm bảo nhiệt độ đủ lạnh để đông trùng hạ thảo không

bị hư hỏng Để đảm bảo vấn đề này, bạn cần phải có thiết bị sấy hiện đại cùng với kỹ thuật vận hành tốt

2.3.3 Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy khô sơ cấp (sấy thăng hoa)

đông trùng hạ thảo

 Mục đích của sấy sơ cấp là làm thăng hoa lớp băng trong vật liệu trong môi trường chân không với áp suất thấp Các tinh thể

đá trong đông trùng hạ thảo sẽ thăng hoa mà không qua giai đoạn hoá lỏng từ đó giữ nguyên được hàm lượng dinh dưỡng quý giá của dược liệu Kết thúc giai đoạn này, khoảng 90% ẩm trong đông trùng hạ thảo được lấy đi

2.3.4 Giai đoạn 4: Giai đoạn sấy khô thứ cấp (khử ẩm) đông

trùng hạ thảo

 Ở giai đoạn này, nhiệt độ được điều chỉnh tăng dần, giúp lượng nước còn sót lại trong đông trùng hạ thảo bốc hơi gần như hoàn toàn

 Độ ẩm trong nguyên liệu lúc này còn lại khoảng 1 – 4 %, đông trùng hạ thảo được sấy khô mà vẫn giữ nguyên được hình dạng, kích thước, màu sắc và đặc biệt là hàm lượng dưỡng chất như khi vừa mới thu hoạch

Hình 3.1: Đông trùng hạ thảo sau khi sấy thăng hoa