1.1.2, Mục đích của quá trình sấy Quá trình sấy có mục đích chính là: - Giảm trọng lượng vật liệu sấy - Giảm chi phí chuyên chở vật liệu sấy - Làm tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm, gi
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY VÀ NGUYÊN LIỆU SẤY
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY
Sấy là quá trình tách nước khỏi vật liệu rắn hoặc dung dịch, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là hóa chất và thực phẩm Quá trình này giúp loại bỏ độ ẩm, ngăn ngừa hư hỏng và tăng cường độ bền cho sản phẩm trong quá trình bảo quản.
1.1.2, Mục đích của quá trình sấy
Quá trình sấy có mục đích chính là:
- Giảm trọng lượng vật liệu sấy
- Giảm chi phí chuyên chở vật liệu sấy
- Làm tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm, giữ được hương vị, màu sắc…
- Ngăn cản vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn phát triển
- Loại bỏ phần nước tự do trong sản phẩm, giảm hoạt độ của nước, làm chậm các quá trình sinh học giúp bảo quản thực phẩm được lâu hơn.
Vật liệu sấy (VLS) bao gồm nhiều loại nông - lâm - hải sản (NLHS) đa dạng như củ (khoai, sắn), quả (vải, nhãn), động vật (tôm, cá) và các dạng huyền phù (sữa bò, sữa đậu nành) Mỗi loại NLHS có quy trình chế biến đặc thù riêng, trong đó kỹ thuật sấy đóng vai trò quan trọng trong quy trình công nghệ chế biến hàng hóa.
1.1.4, Động lực quá trình sấy
Quá trình sấy là quá trình loại bỏ độ ẩm, chủ yếu là nước và hơi nước, khỏi vật liệu để thải ra môi trường Độ ẩm trong vật liệu nhận năng lượng, sau đó tách ra khỏi vật liệu và di chuyển từ bên trong ra bề mặt, rồi từ bề mặt vào không khí xung quanh.
Hình 1.2: Động lực quá trình sấy
Dựa vào hai phương pháp tạo ra động lực quá trình sấy trên đây người ta chia ra hai phương pháp sấy:
Tác nhân sấy (TNS) là môi chất mang ẩm từ bề mặt vật liệu ra môi trường, giữ vai trò quan trọng trong quá trình sấy Các TNS phổ biến bao gồm không khí, khói lò và một số chất lỏng như dầu mỏ Ngoài việc nhận ẩm, trong các thiết bị sấy đối lưu, TNS còn có nhiệm vụ đốt nóng vật liệu Trạng thái, nhiệt độ và tốc độ của TNS ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của quá trình sấy.
1.1.7, Phân loại các hệ thống sấy
1.1.8 Các hệ thống sấy lạnh
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc tạo ra sự chênh áp giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Quá trình diễn ra bằng cách giảm độ ẩm của không khí thông qua việc tách ẩm ở giàn lạnh, giúp ẩm dịch chuyển từ bề mặt vật liệu vào môi trường xung quanh Phương pháp có thể thực hiện ở nhiệt độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn 0 độ C.
Sấy lạnh mang lại chất lượng sản phẩm tốt nhất, nhưng hệ thống phức tạp, yêu cầu vốn đầu tư lớn và chi phí năng lượng cao cho mỗi đơn vị sản phẩm Do đó, sấy lạnh chỉ được áp dụng khi vật liệu không chịu được nhiệt độ cao và có yêu cầu khắt khe về chất lượng như màu sắc và hương vị HTS lạnh có thể được phân loại thành ba dạng, trong đó hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0 độ C là một trong những dạng phổ biến.
Trong hệ thống sấy (HTS) này, không khí được xử lý bằng cách khử ẩm trước, thông qua phương pháp làm lạnh hoặc hấp phụ Sau đó, không khí sẽ được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu trước khi đi qua vật liệu sấy (VLS) Khi áp suất hơi nước trong không khí (p h) thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu (p bm), độ ẩm sẽ bay hơi từ bề mặt VLS vào không khí, tạo điều kiện cho sự dịch chuyển ẩm từ bên trong vật liệu ra bề mặt Quy trình này cho thấy rằng sự dịch chuyển ẩm trong các HTS lạnh ở nhiệt độ trên 0 độ C tương tự như trong các HTS đối lưu thông thường, với điểm khác biệt nằm ở cách giảm áp suất hơi nước trong không khí.
Trong hệ thống thăng hoa (HTS), nước ở trạng thái dưới điểm ba thể (T < 273K, p < 610Pa) nhận nhiệt từ dẫn nhiệt và bức xạ để chuyển từ thể rắn sang thể hơi, đi vào trạng thái nén (TNS) Để thực hiện quá trình này, cần làm lạnh vật liệu lỏng (VLS) xuống dưới 0°C trong kho lạnh, sau đó đưa VLS ẩm ở dạng rắn vào bình thăng hoa Tại đây, VLS được đốt nóng và chân không được tạo ra xung quanh bằng bơm hút chân không, giúp tối ưu hóa quá trình sấy chân không.
Khi nhiệt độ VLS thấp hơn 273K nhưng áp suất xung quanh lớn hơn 610Pa, các phân tử nước trong trạng thái rắn sẽ hấp thụ nhiệt và chuyển đổi thành thể lỏng trước khi tiếp tục chuyển thành thể hơi để vào TNS.
1.1.9 Các hệ thống sấy nóng
Các hệ thống sấy nóng (HTS) phổ biến được chia thành ba loại chính: HTS đối lưu, HTS tiếp xúc và HTS trong các trường năng lượng Mỗi loại này lại có nhiều phân loại nhỏ hơn dựa trên cấu trúc và đặc điểm làm nóng vật liệu Ưu điểm của các thiết bị sấy này là tính đa dạng, khả năng áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau, và dải nhiệt độ rộng có thể điều chỉnh dễ dàng theo từng loại vật liệu Hơn nữa, nguồn nhiệt phong phú và chi phí đầu tư cho thiết bị cũng không quá cao.
Nhược điểm : chất lượng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi và chi phí năng lượng cao. a Hệ thống sấy tiếp xúc
HTS tiếp xúc là HTS trong đó VLS nhận nhiệt từ một bề mặt nóng bằng dẫn nhiệt HTS tiếp xúc được chia làm hai loại:
HTS 16: là HTS chuyên dụng dùng để sấy các VLS dạng tấm phẳng có thể uốn cong được như giấy, vải Trong HTS này TBS là những hình trụ tròn (gọi là các lô sấy) được đốt nóng thông thường bằng hơi nước bão hòa Giấy hoặc vải ướt được cuộn tròn từ lô này qua lô khác và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt từ bề mặt các lô Ẩm nhận được năng lượng tách khỏi VLS và bay vào mỗi trường không khí xung quanh Để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt – ẩm có thể đặt các quạt hút hoặc quạt thổi trên bề mặt VLS. b Hệ thống sấy tang
HTS chuyên dụng này được thiết kế để sấy các vật liệu dạng bột nhão hiệu quả Trong hệ thống này, các tấm bức xạ nhiệt (TBS) có hình dạng tròn hoặc trống được làm nóng, giúp bột nhão bám vào tang của hình trụ Quá trình dẫn nhiệt giúp ẩm trong bột nhão tách ra và bay hơi vào không khí xung quanh Sau khi sấy khô, bột sẽ được tách khỏi tang Hệ thống sấy đối lưu là loại phổ biến nhất và được phân loại dựa trên cấu tạo của nó.
HTS buồng (HTSB) chủ yếu gồm buồng sấy với các thiết bị đỡ vật liệu, gọi chung là thiết bị truyền tải (TBTT) Nếu buồng sấy có dung lượng nhỏ và TBTT là khay sấy, nó được gọi là tủ sấy Ngược lại, nếu dung lượng lớn và TBTT là xe goòng chứa vật liệu, thì gọi là HTSB kiểu xe goòng TBTT trong HTSB rất đa dụng, ví dụ như trong sấy sơ chế thuốc lá, TBTT thường chỉ là các sào tre để treo thuốc HTSB hoạt động theo chu kỳ từng mẻ, dẫn đến năng suất sấy không lớn, nhưng có khả năng sấy nhiều dạng vật liệu khác nhau từ nông sản đến gỗ và thuốc lá.
- Buồng sấy được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến nông, lâm, thủy hải sản và các chế biến dược phẩm, thức ăn chăn nuôi.
- Buồng sấy có thể sấy các vật liệu ở bất cứ dạng nào: hạt, miếng, mảnh nhỏ xếp lớp, dạng bột nhão…
- Buồng sấy có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt, vận hành, vốn đầu tư ít.
Quá trình sấy có tính gián đoạn và chu kỳ, dẫn đến việc tiêu tốn một lượng nhiệt đáng kể để làm nóng thành và giá đỡ trong buồng sấy giữa các lần sấy.
Trong quá trình sấy, vật liệu được đặt cố định, dẫn đến việc sấy không đồng đều Để cải thiện tình trạng này, người ta áp dụng phương pháp đưa tác nhân sấy theo đường zích zắc, giúp sản phẩm sấy đạt được sự đồng nhất tốt hơn.
- Hệ thống sấy này chỉ phù hợp với các vật liệu sấy mà ta khó làm cho nó bị xáo trộn trong quá trình sấy.
TỒNG QUAN VỀ KHOAI TÂY
Nguồn gốc lịch sử
Cây khoai tây, với tên khoa học là Solanum tuberosum L., là một loại cây nông nghiệp ngắn ngày, được trồng chủ yếu để thu hoạch củ chứa tinh bột Đây là loại cây trồng lấy củ phổ biến nhất trên toàn cầu.
(không phân hạng): Angiosperma e (không phân hạng): Eudicots (không phân hạng): Asterids
Chi (genus): Solanum Loài (species): S tuberosum
Cây khoai tây có nguồn gốc từ vùng núi Andes của Bolivia và Peru cách đây hơn 7000 năm.
Vào năm 1541, người Tây Ban Nha đã tình cờ khám phá những điều thú vị về cây khoai tây, được gọi là “cây pap-pa” bởi người thổ dân.
Sau đó, nó được đem trồng ở nhiều nơi vài nhanh chóng trở thành một cây lương thực chủ đạo nhờ những ưu điểm của nó.
Cây khoai tây ở Việt Nam
Vào năm 1890, Giám đốc Vườn bách thảo Hà Nội, một người Pháp, đã mang hạt khoai tây đến Việt Nam để thử nghiệm trồng Nhờ vào khả năng dễ trồng và hương vị ngon của củ khoai tây, loại cây này nhanh chóng được phổ biến rộng rãi ở nhiều địa phương Do đó, người dân Việt Nam đã gọi loại củ này là “khoai tây”.
Hiện nay, khoai tây được trồng chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng và Đà Lạt- Lâm Đồng và một vài tỉnh thành khác.
Hình 2.1 Thu hoạch khoai tây Hình 2.2 Củ khoai tây
Thành phần hóa học của củ khoai tây
Nếu phân tích các lát khoai dày 3mm cắt từ ngoài vào trong thấy sự phân bố các chất trong củ như bảng 2.1.
Bảng 2.1 Sự phân bố các chất trong củ khoai tây (%)
[Nguồn: Bảng Sự phân bố các chất trong củ khoai tây (%) Bùi Đức Hợi, Kỹ Thuật Chế Biến Lương Thực - tập 2, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội]
Thành phần hóa học củ khoai tây dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc giống, chất lượng giống, kỹ thuật canh tác, đất trồng, khí hậu,
Bảng 2.2 Thành phần hóa học trung bình của khoai tây (%)
Nước Chất khô Tinh bột Nitrogen Chất xơ Tro Lipid Các chất khác
[Nguồn: Bảng Thành phần hóa học trung bình của khoai tây (%) Bùi Đức Hợi, Kỹ Thuật Chế Biến Lương Thực - tập 2, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội]
Thành phần Số thứ tự lát khoai từ vỏ vào trung tâm
Thành tế bào của khoai tây chủ yếu được cấu tạo từ cellulose, với hàm lượng cellulose dao động từ 0,92% đến 1,77% Độ dày của thành tế bào và hàm lượng cellulose có sự khác biệt giữa các giống khoai khác nhau.
Trong khoai tây dao động từ 14% đến 36% tùy thuộc hàm lượng tinh bột ít hay nhiều
Tinh bột có trong hạt, thân cây và rễ củ Có hai hợp phần chính trong tinh bột là các polyme amylose và amylopectin
Hạt tinh bột khoai tây có kích thước cỡ 10 – 70 μm.
Tinh bột khoai tây cũng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khác nhau như thực phẩm, dược phẩm, làm bao bì nhựa, giấy,…
Hàm lượng tinh bột trong củ không đồng đều, với phần nhiều tinh bột nhất tập trung ở các tế bào giữa củ, trong khi hàm lượng tinh bột ở trung tâm củ lại tương đối thấp.
Hàm lượng tinh bột trong củ khoai tây dao động từ 8% đến 30%, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là điều kiện thời tiết trong quá trình phát triển Trong cùng một khóm khoai tây, hàm lượng tinh bột của các củ cũng có sự khác biệt; thường thì những củ có kích thước trung bình (50-100g) sẽ chứa hàm lượng tinh bột cao hơn so với những củ lớn (100-150g) và củ nhỏ (25-50g).
Khoai tây chứa chủ yếu protide thuộc nhóm globulin, đặc biệt là tuberin, cùng với một lượng nhỏ albumin, proteose và pepton Tuberin tập trung chủ yếu trong dịch củ, dễ hòa tan trong dung dịch muối và là protide có khả năng kết tinh Thành phần của tuberin bao gồm khoảng 1,25% sulfur (S) nhưng không chứa phosphorus (P).
Khoai tây chứa các loại đường như saccharose, glucose và fructose, với tổng lượng đường dao động từ 0,46% đến 1,72% Nếu không được bảo quản đúng cách, hàm lượng đường có thể tăng lên tới 5% hoặc hơn Cụ thể, glucose chiếm từ 0,55% đến 1,18%, fructose từ 0,02% đến 0,12%, và saccharose từ 0,06% đến 0,62%.
Pentose, một loại chất trích ly không nitrogen, chiếm khoảng 0,74-0,95% và chủ yếu tập trung ở thành tế bào Chất pectin có vai trò quan trọng trong việc kết dính các tế bào, giúp các mô trở nên bền vững hơn.
Để bảo quản khoai tây hiệu quả, nên giữ ở nhiệt độ thường, vì việc dự trữ ở nhiệt độ thấp sẽ tạo ra nhiều đường, làm mềm cấu trúc tế bào và khiến củ dễ bị tổn thương hơn.
Khoai tây chứa khoảng 2,1% tinh bột, tồn tại dưới hai dạng: một dạng hòa tan trong dung dịch tế bào và một dạng tinh thể.
Khoảng 50% nitrogen protide và 50% nitrogen còn lại thuộc hợp chất amin. Ngoài nitrogen protide và nitrogen amid trong khoai còn có một lượng nitrogen thuộc hợp chất amon.
Trong protide của khoai tây chủ yếu là asparagic, ngoài ra còn có histidin, acginin, lizin, tirozin, glutamic…
Khi cắt củ khoai, vết cắt sẽ đen do màu của tirozin bị oxy hóa dưới tác dụng của men tirozinase.
Trong khoai tây cũng dao động trong khoảng tùy thuộc điều kiện phát triển của củ (2,5-5,8% theo chất khô)
Thành phần chất khoáng bao gồm những cấu tử sau (theo % chất khô của tro):
Hàm lượng chất tro hòa tan trong khoai tây chiếm khoảng 73,89%, trong khi phần còn lại là dạng không hòa tan Bên cạnh đó, khoai tây còn chứa các vi nguyên tố quan trọng như Manganese (Mn), Copper (Cu), Cobalt (Co), Nickel (Ni) và Iodine (I), đóng vai trò thiết yếu trong quá trình trao đổi chất của cây.
Trong khoai chủ yếu ở dạng muối metipectat, trong vỏ khoai chứa tới 4,15%, nhưng trong ruột củ chỉ khoảng 0,58%
Trong quá trình bảo quản, các mô thực vật của củ bị mềm do thủy phân pectin, dẫn đến tăng lượng pectin hòa tan tự do, trong khi protopectin và pectin không hòa tan giảm Men pectinase xúc tác chuyển đổi protopectin thành pectin hòa tan và sau đó thành acid pectinic.
Khoai tây là nguồn cung cấp vitamin C dồi dào, với 250-300g khoai luộc có thể đáp ứng 30-50% nhu cầu vitamin C hàng ngày của cơ thể, từ đó giúp tăng cường hệ miễn dịch Tuy nhiên, lượng vitamin C trong khoai tây sẽ bắt đầu giảm sau 1-2 tháng bảo quản và có thể tăng trở lại sau 6 tháng.
Ngoài ra còn có các vitamin nhóm B như: vitamin B1: 0,08mg (8%), vitamin B2: 0,03mg (2%), vitamin B3: 1,1mg (7%), vitamin B6 (19%), vitamin C: 20mg (33%) (trong 100g khoai tây).
Khoai tây chứa lượng chất béo rất thấp, chỉ khoảng 0,02 - 0,2%, chủ yếu tập trung trong mô và ruột xốp Trong củ khoai tây, acid béo chủ yếu bao gồm 53% linoleic, 23% linolenic, 12% palmitic và 12% các acid béo khác.
Người ta đã phát hiện thấy trong khoai tây có các enzyme diastase, catalase, inverta, tirozinase, perexidase và lactolase có khả năng lên men lactic và lên men rượu.
Một số vụ thu hoạch khoai tây cho thấy hàm lượng solanine, một chất độc, có thể cao Theo nghiên cứu của Sellen và Gerec, solanine trong khoai tây được cấu tạo từ alkaloid solanidine, glucose, galactose và ramnose Công thức hóa học của solanidine là một yếu tố quan trọng trong việc hiểu rõ về độc tính của khoai tây.
Solanine tác dụng với acid tạo thành các muối dễ hòa tan trong nước Khi thủy phân solanine bằng acid vô cơ tạo thành soladinine và đường.
Solanine chủ yếu tập trung ở lớp ngoài của củ khoai, với nồng độ cao gấp ba lần so với phần trung tâm Các củ khoai nhỏ thường chứa nhiều solanine hơn so với củ lớn Để bảo quản khoai, cần tránh ánh sáng, vì ánh sáng sẽ làm tăng nhanh lượng solanine và khiến củ khoai chuyển sang màu xanh Solanine là một dạng saponine, do đó, việc sản xuất từ khoai chứa nhiều solanine là không thuận lợi.
Theo Nicolae R.P, trong 100g khoai tây có thể chứa tới 24mg solanine, trong khi khoai tây tươi và an toàn chỉ có 2-10mg/100g Nếu hàm lượng solanine đạt 20mg/100g, nó có thể gây hại cho sức khỏe của người tiêu dùng.
Đặc tính sinh học
Đời sống của cây khoai tây có thể chia thành 4 thời kì: ngủ, nẩy mầm, hình thành thân củ và thân củ phát triển.
Rễ khoai tây phân bố chủ yếu ở tầng đất sâu 30cm.
Thân cây khoai tây là loại thân bò, có giống có thân đứng Thân dài 50-60 cm. Trên thân có thể mọc các nhánh.
Lá kép gồm 1 số đôi lá chét, thường là 3-4 đôi.
Hoa màu trắng, phớt tím, có 5-7 cánh hoa lưỡng tính, tự thụ phấn.
Sau 7-10 ngày từ khi cây con mọc lên, các nhánh con sẽ xuất hiện trên các đốt thân nằm dưới đất, gọi là thân địa sinh Những thân địa sinh này phát triển tập trung ở đầu mút, nơi thân phình to và hình thành củ Củ có nhiều mắt trên bề mặt.
Yêu cầu ngoại cảnh
Thích hợp cho thân củ phát triện là từ 16-17°C.
Khoai tây là cây ưa ánh sáng
Từ thời kì cây con đến lúc cây hình thành của khoai tây yêu cầu thời gian chiếu sáng dài
Từ thời kì sinh trưởng thành trở đi yêu cầu thời gian chiếu sáng ngắn Thời gian chiếu sáng thích hợp là khoảng 14h/ngày đêm
Ánh sáng cần thiết cho quá trình quang hợp, hình thành củ và tích lũy chất khô. 2.4.3 Độ ẩm
Trong quá trình sinh trưởng, khoai tây yêu cầu một lượng nước lớn, với độ ẩm đất cần đạt 60% trước khi hình thành củ và 80% khi củ đã phát triển.
Đất trồng khoai tây tốt nhất là đất pha cát, đất bãi, đât phù sa ven sông Độ pH phù hợp là 5,2 - 6,4
Khoai tây là cây có yêu cầu cao đối với các chất dinh dưỡng Khoai tây có phản ứng rất tốt với các phân hữu cơ
Từ khi mọc đến trước khi hình thành củ khoai tây cần nhiều đạm.
Thời kì bắt đầu hình thành củ cần nhiều lân và kali Tỉ lệ NPK cân đối cho khoai tây là 2,5:1:3,3.
Hiện nay, cả nước có 20 giống khoai tây được gieo trồng, trong đó 10 giống chủ lực chiếm tới 29.022ha, tương đương 95,9% diện tích trồng khoai tây Giống khoai tây VT2 dẫn đầu với 19.259ha, tiếp theo là các giống Hà Lan, Diamant, KT3, Hồng Hà 7, khoai tây Đức, Nicola-Hà Lan, Mariella, KT2 và P03.
Bảng 2.3 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất các giống khoai tây
[Nguồn: Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất các giống khoai tây http://www.botanyvn.com/cnt.asp?param=news&newsid`5]
Nuôi cấy thành công chủng khoai tây biến đổi gen
Các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu hệ gen thực vật quốc gia Ấn Độ vừa nuôi cấy thành công một chủng khoai tây biến đổi gen
Hàm lượng protein và amino acid trong chủng khoai tây này cao hơn so với khoai tây thông thường
Các nhà khoa học cho rằng khoai tây biến đổi gen này dễ dàng được cơ thể tiếp nhận, vì gen được sử dụng để nuôi cấy khoai tây lấy từ cây mồng gà, một loại thực vật ăn được Cây mồng gà, với lá rộng và hạt rất nhỏ, chứa gen AMA1, có vai trò quan trọng trong việc tăng cường hàm lượng protein và một số loại amino acid trong thân cây.
Hình 2.3 Khoai tây biến đổi gen
Các nhà khoa học đã cấy gen AMA1 vào khoai tây, tạo ra giống khoai tây biến đổi gen với hàm lượng protein cao gấp 35-60% so với khoai tây thông thường Giống khoai tây này cũng chứa nhiều lysine, tyrosine và sulfur Thí nghiệm cho chuột và thỏ hoang ăn khoai tây biến đổi gen không ghi nhận hiện tượng bất thường nào.
Khoai tây màu tím: Không chỉ ngọt và mang màu sắc khác thường, khoai tây tím còn độc nhất vô nhị bởi xuất xứ từ ngoài hành tinh.
Hình 2.4 Khoai tây tím Được biết, khoai tây tím là sản phẩm từ hạt giống biến đổi gen ngoài không gian.
Phân loại
Theo điều kiện khí hậu, địa lý, hính thái.
Theo thời gian sinh trưởng:
Giống chín cực sớm (65-70 ngày).
Giống chín trung bình (91-120 ngày).
Người ta cũng phân loại theo cách sử dụng:
Nhóm giống sử dụng cho thực phẩm.
Nhóm giống sử dụng cho công nghiệp.
Nhóm giống sử dụng cho thức ăn gia súc.
Giá trị dinh dưỡng
Họ và tên học sinh :
TT Mã SV Họ Tên Lớp
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đức Nam
Tính toán HTS khoai tây thái lát (750 + n*50) kg/mẻ (n là số thứ tự trong danh sách lớp).
1 Tổng quan về hệ thống sấy và lựa chọn hệ thống sấy
2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết
3 Tính toán quá trình sấy thực tế
Sản phẩm nộp: 01 bản in bìa mềm, khổ giấy A4
Nguyễn Đức Nam Đề bài
Tính toán HTS khoai tây thái lát 1150kg/mẻ
1 Tổng quan về sấy và nguyên liệu sấy
2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết
3 Tính toán quá trình sấy thực tế
BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KỸ THUẬT SẤY 2
1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY VÀ NGUYÊN LIỆU SẤY 6
1.1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 6
1.1.2, Mục đích của quá trình sấy 6
1.1.4, Động lực quá trình sấy 7
1.1.7, Phân loại các hệ thống sấy 8
1.1.8 Các hệ thống sấy lạnh 8
1.1.9 Các hệ thống sấy nóng 9
1.2, KHÔNG KHÍ ẨM VÀ KHÓI LÒ 15
1.3.3, Hệ thống sấy thùng quay 19
1.3.5 Hệ thống sấy tiếp xúc 24
1.3.6 Hệ thống sấy thăng hoa 26
2 TỒNG QUAN VỀ KHOAI TÂY 29
2.2 Thành phần hóa học của củ khoai tây 30
Bảng 2.4 Sản xuất khoai tây, theo vùng, 2007 39
Bảng 2.5 Top sản xuất khoai tây, 2007 39
2.8 CÔNG DỤNG VÀ BẢO QUẢN KHOAI TÂY 42
2.8.1 Công dụng của khoai tây 42
2.8.2 Khoai tây - tác dụng giảm béo 43
2.8.3 Khoai tây giảm stress, nâng cao tinh thần 43
2.8.4 Khoai tây giúp cải thiện trí nhớ, làm chậm quá trình lão hóa 43
2.8.5 Khoai tây tốt cho huyết áp và tim mạch 43
2.8.6 Khoai tây và sự khỏe mạnh của hệ tiêu hóa 44
2.8.7 Một loại bao bì mới với chất liệu từ bột khoai tây 44
3 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT VÀ THỰC TẾ 47
3.1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 48
3.2 Tính toán quá trình sấy thực 52
1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY VÀ NGUYÊN LIỆU SẤY
1.1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY
Sấy là quá trình loại bỏ nước khỏi vật liệu rắn hoặc dung dịch, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là hóa chất và thực phẩm Quá trình này giúp tách ẩm khỏi sản phẩm, ngăn ngừa hư hỏng và nâng cao độ bền trong quá trình bảo quản.
1.1.2, Mục đích của quá trình sấy
Quá trình sấy có mục đích chính là:
- Giảm trọng lượng vật liệu sấy
- Giảm chi phí chuyên chở vật liệu sấy
- Làm tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm, giữ được hương vị, màu sắc…
- Ngăn cản vi sinh vật như nấm mốc, nấm men, vi khuẩn phát triển
- Loại bỏ phần nước tự do trong sản phẩm, giảm hoạt độ của nước, làm chậm các quá trình sinh học giúp bảo quản thực phẩm được lâu hơn.
Vật liệu sấy (VLS) bao gồm nhiều loại nông - lâm - hải sản (NLHS) như củ (khoai, sắn), quả (vải, nhãn), động vật (tôm, cá) và dạng huyền phù (sữa bò, sữa đậu nành) Mỗi loại NLHS có quy trình chế biến riêng biệt, và kỹ thuật sấy đóng vai trò quan trọng trong quy trình công nghệ chế biến các NLHS hàng hóa.
1.1.4, Động lực quá trình sấy
Quá trình sấy là phương pháp loại bỏ độ ẩm, chủ yếu là nước và hơi nước, khỏi vật liệu lỏng (VLS) để thải ra môi trường Nguồn năng lượng được cung cấp giúp độ ẩm trong vật liệu di chuyển từ bên trong ra bề mặt, sau đó từ bề mặt thoát ra ngoài không khí.
Hình 1.2: Động lực quá trình sấy
Dựa vào hai phương pháp tạo ra động lực quá trình sấy trên đây người ta chia ra hai phương pháp sấy:
Tác nhân sấy (TNS) là môi chất mang ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào môi trường, với không khí và khói lò là hai loại TNS phổ biến nhất Ngoài việc nhận ẩm, TNS trong các thiết bị sấy đối lưu còn có nhiệm vụ đốt nóng vật liệu Trạng thái, nhiệt độ và tốc độ của TNS đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả của toàn bộ quá trình sấy.
1.1.7, Phân loại các hệ thống sấy
1.1.8 Các hệ thống sấy lạnh
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy Điều này được thực hiện thông qua việc giảm độ ẩm của không khí bằng cách tách ẩm ở giàn lạnh Khi đó, độ ẩm sẽ di chuyển từ bề mặt vật liệu vào môi trường xung quanh, và quá trình này có thể diễn ra ở nhiệt độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn 0 độ C.
Sấy lạnh mang lại chất lượng sản phẩm tối ưu nhưng yêu cầu hệ thống phức tạp, vốn đầu tư lớn và chi phí năng lượng cao cho mỗi đơn vị sản phẩm Do đó, phương pháp này chỉ được áp dụng khi vật liệu không chịu được nhiệt độ cao và có yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng như màu sắc và hương vị Sấy lạnh có thể được phân loại thành ba dạng, trong đó hệ thống sấy lạnh hoạt động ở nhiệt độ t > 0.
Trong hệ thống sấy thăng hoa (HTS), không khí được khử ẩm trước tiên bằng phương pháp làm lạnh hoặc hấp phụ, sau đó được điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu công nghệ Khi áp suất hơi nước trong không khí thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu, độ ẩm từ bề mặt sẽ bay hơi vào không khí, dẫn đến sự dịch chuyển độ ẩm từ bên trong vật liệu ra ngoài Quy luật dịch chuyển ẩm trong HTS lạnh ở nhiệt độ trên 0 độ C tương tự như trong các HTS đối lưu thông thường, với điểm khác biệt nằm ở phương pháp giảm áp suất hơi nước trong không khí.
Trong hệ thống thăng hoa (HTS), nước ở trạng thái rắn dưới 273K và áp suất dưới 610Pa sẽ nhận nhiệt lượng để thực hiện quá trình thăng hoa, chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi Để thực hiện quá trình này, cần làm lạnh vật liệu (VLS) xuống dưới 0°C trong kho lạnh, sau đó đưa VLS ẩm ở dạng rắn vào bình thăng hoa Tại đây, VLS được đốt nóng và tạo chân không xung quanh bằng bơm hút chân không, giúp tối ưu hóa quá trình sấy.
Khi nhiệt độ của vật liệu lỏng (VLS) vẫn dưới 273K nhưng áp suất xung quanh lớn hơn 610Pa, việc cung cấp nhiệt lượng sẽ khiến các phân tử nước trong trạng thái rắn chuyển đổi thành trạng thái lỏng Sau đó, nước lỏng sẽ tiếp tục chuyển hóa thành hơi để đi vào trong hệ thống.
1.1.9 Các hệ thống sấy nóng
Các hệ thống sưởi nóng phổ biến được chia thành ba loại chính: HTS đối lưu, HTS tiếp xúc và HTS trong các trường năng lượng Mỗi loại này lại được phân thành nhiều loại nhỏ dựa trên kết cấu và đặc điểm đối với vật liệu Ưu điểm của các thiết bị sấy này là sự đa dạng, khả năng áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau, cùng với dải nhiệt độ rộng dễ dàng điều chỉnh Hơn nữa, nguồn nhiệt phong phú và chi phí thiết bị tương đối thấp cũng là những điểm mạnh đáng chú ý.
Nhược điểm : chất lượng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi và chi phí năng lượng cao. a Hệ thống sấy tiếp xúc
HTS tiếp xúc là HTS trong đó VLS nhận nhiệt từ một bề mặt nóng bằng dẫn nhiệt HTS tiếp xúc được chia làm hai loại:
HTS 16: là HTS chuyên dụng dùng để sấy các VLS dạng tấm phẳng có thể uốn cong được như giấy, vải Trong HTS này TBS là những hình trụ tròn (gọi là các lô sấy) được đốt nóng thông thường bằng hơi nước bão hòa Giấy hoặc vải ướt được cuộn tròn từ lô này qua lô khác và nhận nhiệt bằng dẫn nhiệt từ bề mặt các lô Ẩm nhận được năng lượng tách khỏi VLS và bay vào mỗi trường không khí xung quanh Để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt – ẩm có thể đặt các quạt hút hoặc quạt thổi trên bề mặt VLS. b Hệ thống sấy tang
HTS chuyên dụng cho việc sấy các vật liệu dạng bột nhão, trong đó TBS được thiết kế dưới dạng hình trụ tròn hoặc dạng trống và được đốt nóng Bột nhão bám vào tang của hình trụ, nhận nhiệt qua dẫn nhiệt, giúp ẩm tách ra khỏi vật liệu và thoát vào không khí xung quanh Sau khi được sấy khô, bột sẽ được tách ra khỏi tang Hệ thống sấy đối lưu là loại HTS phổ biến nhất và được phân loại theo cấu tạo.
HTS buồng (HTSB) chủ yếu bao gồm buồng sấy với thiết bị truyền tải (TBTT) để đỡ vật liệu Nếu buồng sấy nhỏ và TBTT là khay sấy, nó được gọi là tủ sấy; nếu buồng lớn và TBTT là xe goòng, thì gọi là HTSB kiểu xe goòng TBTT trong HTSB rất đa dụng, ví dụ như trong sấy sơ chế thuốc lá, TBTT chỉ là các sào tre HTSB hoạt động theo chu kỳ từng mẻ, do đó năng suất sấy không lớn, nhưng có khả năng sấy nhiều dạng vật liệu khác nhau, từ nông sản đến gỗ và thuốc lá.
- Buồng sấy được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến nông, lâm, thủy hải sản và các chế biến dược phẩm, thức ăn chăn nuôi.
- Buồng sấy có thể sấy các vật liệu ở bất cứ dạng nào: hạt, miếng, mảnh nhỏ xếp lớp, dạng bột nhão…
- Buồng sấy có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt, vận hành, vốn đầu tư ít.
Quá trình sấy có tính gián đoạn và chu kỳ, do đó, lượng nhiệt tiêu tốn để làm nóng thành và giá đỡ trong buồng sấy giữa các lần sấy là rất lớn.
Trong quá trình sấy, vật liệu được đặt cố định, dẫn đến sự không đồng đều trong việc sấy Để cải thiện tình trạng này, người ta đã áp dụng phương pháp đưa tác nhân sấy theo đường zích zắc, nhằm tạo ra sự đồng đều cho sản phẩm sau khi sấy.
- Hệ thống sấy này chỉ phù hợp với các vật liệu sấy mà ta khó làm cho nó bị xáo trộn trong quá trình sấy.
CÔNG DỤNG VÀ BẢO QUẢN KHOAI TÂY
2.8.1 Công dụng của khoai tây
Khoai tây – “thảo dược” tự nhiên cho da
Khoai tây không chỉ là nguồn dinh dưỡng tuyệt vời cho sức khỏe mà còn giúp phụ nữ có làn da mịn màng, hồng hào và căng trắng Dưới đây là những cách sử dụng khoai tây hiệu quả để cải thiện làn da.
Sáng da Ép khoai tây lấy nước, bôi lên mặt và để trong 10 phút rồi rửa sạch bằng nước ấm Cách này giúp da sáng, giảm thâm.
Dinh dưỡng Nếu không có da
Thấm nước ép khoai tây vào gạc sạch, sau đó nhẹ nhàng xoa lên vùng da có mụn trứng cá Các thành phần trong khoai tây sẽ hỗ trợ làm giảm sưng viêm và giúp các vết mụn mau lành.
Trong quá trình điều trị, cần tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời Để làm sáng da, bạn có thể cắt khoai tây thành lát mỏng và đắp lên mặt Việc sử dụng mặt nạ khoai tây thường xuyên sẽ giúp da trở nên mềm mại, sáng màu và mịn màng hơn.
Hãy chuẩn bị một củ khoai tây hấp chín và ba quả dâu tây, sau đó xay nhuyễn chúng Tiếp theo, thêm một muỗng sữa tươi vào hỗn hợp và trộn đều Mỗi tối trước khi đi ngủ, hãy thoa hỗn hợp này lên da mặt đã được rửa sạch và để trong 30 phút, sau đó rửa lại bằng nước ấm để có làn da mịn màng.
2.8.2 Khoai tây - tác dụng giảm béo
Ăn khoai tây thường xuyên giúp giảm lo ngại về mỡ thừa trong cơ thể, vì khoai tây chỉ chứa 0,1% chất béo, thuộc nhóm thực phẩm có hàm lượng chất béo thấp nhất.
2.8.3 Khoai tây giảm stress, nâng cao tinh thần
Cuộc sống bận rộn gây ra cảm giác căng thẳng và ức chế, khiến chúng ta dễ bị nóng giận và mất bình tĩnh Điều này dẫn đến tâm trạng bất an và lo lắng thường trực.
Thiếu hụt vitamin A và C, hoặc tiêu thụ quá nhiều thực phẩm có acid có thể dẫn đến các hiện tượng không mong muốn Khoai tây là nguồn thực phẩm giàu vitamin A và C, giúp giảm stress và nâng cao tinh thần.
2.8.4 Khoai tây giúp cải thiện trí nhớ, làm chậm quá trình lão hóa
Khoai tây chứa nhiều dinh dưỡng, chất chống oxy hóa, vitamin B1, B2, B6, kali, chất xơ, nguyên tố vi lượng, amino acid, protein, chất béo có lợi…
Ăn khoai tây thường xuyên có tác dụng cải thiện trí nhớ và làm chậm quá trình lão hóa Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần duy trì chế độ ăn này một cách liên tục và đảm bảo lượng tiêu thụ đủ.
2.8.5 Khoai tây tốt cho huyết áp và tim mạch
Khoai tây tốt cho huyết áp
Nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Thực phẩm tại Norwich đã phát hiện ra rằng khoai tây chứa các phân tử kukoamines có khả năng giảm huyết áp Do đó, việc tiêu thụ khoai tây hàng ngày có thể mang lại lợi ích đặc biệt cho những người mắc chứng huyết áp cao.
Khoai tây và bệnh tim mạch
Viện Nghiên cứu Nông nghiệp tại Navarre, Mỹ đã phát hiện 60 loại phytochemical và vitamin có trong vỏ khoai tây Trong số đó, nhiều loại flavonoid giúp bảo vệ cơ thể khỏi bệnh tim mạch bằng cách giảm mức LDL (cholesterol xấu) và ngăn ngừa sự tích tụ mỡ trong động mạch.
Khoai tây chứa vitamin B6, giúp bảo vệ động mạch bằng cách giảm nồng độ homocystein, một acid amin liên quan đến nguy cơ bệnh tim và đột quỵ Ngoài ra, khoai tây cũng hỗ trợ sức khỏe hệ tiêu hóa, mang lại lợi ích cho cơ thể.
Một củ khoai tây nướng cung cấp gần 12% nhu cầu chất xơ hàng ngày, tương đương với lượng chất xơ có trong bánh mì lúa mạch, mì sợi và ngũ cốc.
Một chế độ ăn giàu chất xơ không chỉ giúp hệ tiêu hóa khỏe mạnh và hoạt động đều đặn mà còn bảo vệ khỏi ung thư ruột kết Bên cạnh đó, một nhà máy nhỏ tại Ambrumesnil, Pháp, đã sản xuất một loại bao bì mới từ bột khoai tây trong vài tháng qua Loại bao bì này có khả năng tự hủy trong vòng 5-6 tháng sau khi sử dụng Để tạo ra bao bì đặc biệt này, công nhân sử dụng hạt khoai tây thay vì hạt nhựa trong quá trình ép, qua đó tạo ra sản phẩm trông giống như bao bì nhựa nhưng với chất liệu mịn hơn.
TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH SẤY LÝ THUYẾT VÀ THỰC TẾ
Tính toán quá trình sấy lý thuyết
- Lấy thông số không khí bên ngoài ( t 0 , φ 0 ) = ( 20 0 C , 55 % ) ta tính được: d 0 = 0,621⋅ φ 0 p bh 0 p−φ 0 p bh0 = 0,621⋅ 0 ,55 ⋅ 0,0233
Thông số TNS sau calorifer: d 1 =d 0 =0,008 kgh / kgkk
Thông số TNS sau quá trình sấy lý thuyết: d 20 = d 1 + C ⅆ x ( ⅆ 1)( t 1 −t 2 ) i 2 =0,008+ 1,019 ( 65 − 35 )
Do độ ẩm 55,3% quá thấp nên để giảm tổn thất do TNS mang đi ta cần chọn lại nhiệt độ t 2 ) 0 C d 20 = d 1 + C ⅆ x ( ⅆ 1 )( t 1 −t 2 ) i 2 =0,008+ 1,019 ( 65 − 29 )
0 , 04 ( 0,621 + 0,0223 ) =0 , 86 % Độ ẩm này thỏa mãn điều kiện kinh tế - kỹ thuật 80 % ≤ φ 20 ≤ 90 %
Lượng không khí khô lý thuyết cần thiết là:
Thể tích không khí ẩm ở trạng thái ( t 1, φ 1 )=( 65 0 C ,5 % ) ứng với 1kg không khí khô v 0 =0,99 m 3 / kgkk Do đó lưu lượng thể tích của TNS là:
Tính toán nhiệt của hầm sấy:
- Tổn thất do vật liệu sấy mang đi:
Ta chọn t v2 =( t 1 −5 0 C ) e−5` 0 C và nhiệt dung riêng
- Tổn thất do thiết bị truyền tải q ct :
Tổn thất do xe goòng mang đi: chọn xe goòng được làm bằng Inox có kích thước ( B x x L x x H x ) =( 1200 x 1000 x 2100 ) mm
Với 42 khay trên mỗi xe có kích thước là:
( B k x L k x H k ) =( 1200 x 950 x 50 ) mm Trên mỗi khay để được 3kg khoai tây tươi thái lát, khi đó khối lượng VLS trên mỗi xe là: G vlsx = 3.42 = 126 kg Số xe goòng cần thiết là: n= G 1 ⋅ τ
126 8 ,79 ≈ 39 (xe) Kích thước trong hầm sấy:
Vì xe được làm bằng Inox nên khối lượng và nhiệt dung riêng của xe là:
G x p kg ,C x =0,209 kJ /kgK Do đó: q x = n G x C x ⋅ ( t x2 −t x 1 )
Tổn thất do khay mang đi: khay được làm bằng nhôm có đục lỗ với
G k = 2 kg ,C k = 0 , 88 kJ / kgK Do đó: q k = 42 n G k C k ⋅ ( t k 2 −t k 1 )
Tổn thất do thiết bị truyền tải là: q ct =q x + q k =6 , 87 +34 , 71A , 58 kJ / kgẩm
Tổn thất ra môi trường: t f 1 =0 , 5( t 1 +t 2 ) =0 , 5 (65+ 29 )G ℃ t f 2 =t 0 ℃
Ta giả thiết tốc độ TNS trong quá trình sấy thực: v = ( B V 0 h H h −39 B k H k ).3600 = ( 1 , 8 2 , 4 − 43125 39 1 , , 2 92 0 , 05 ) 3600
Theo kinh nghiệm, hệ số truyền nhiệt đối lưu giữa tường hầm sấy và không khí (α 1) được tính bằng công thức α 1 = 6,15 + 4,17.v + 48 W/m²K, trong khi hệ số truyền nhiệt giữa mặt ngoài của tường hầm và môi trường (α 2) được xác định bằng α 2 = 1,715(tw² - tf²)^(1/3) = 4 W/m²K.
Từ đây bằng phương pháp lặp theo công thức: q tb =α 1( t f 1 −t w 1 ) = ( λ /δ ) ( t w 1 −t w 2 ) =α 2 ( t w 2 −t f 2 )
Diện tích hai tường bên là:
Tổn thất qua hai tường bên: q tb = 3 ,6 k tb ⋅ F tb ( t f 1 −t f 2 )
Hệ số trao đổi nhiệt giữa TNS với trần là: k tr = 1 1 α 1 + δ 2 λ 2 + δ 3 λ 3 + 1
Diện tích trần là: F tr = L× B3200 × 1800= 59,76 m 2
Tổn thất qua trần là: q tr = 3 ,6 k tr ⋅ F tr ( t f 1 −t f 2 )
Tổn thất qua 2 cừa của hầm sấy: k c = 1
Diện tích của cửa hầm là: F c =B × L00 × 2430= 4,374 m 2 q c = 3 ,6 k c ⋅ F c [( t 1 −t 0 ) + ( t 2 −t 0 ) ]
Coi tổn thất qua nền và qua trần là tương tự nhau nên: q n = q tr = 2,471kJ / kg h
Vậy tổng tổn thất nhiệt ra môi trường là: q mt =q tb + q tr + q c + q n 9 , 1+2,471 + 4,148 +2,471= 48 , 19 kJ / kgh
Tổng tổn thất là: Δ = C a t v1 − q v − q ct − q mt = 4 ,18.20 − 45 ,54 − 41 ,58 − 48 ,19 =− 51 ,71 kJ / kgẩm
Tính toán quá trình sấy thực
Thông số trạng thái TNS sau quá trình sấy thực: d 2 = d 1 + C ⅆ x ( ⅆ 1)( t 1 −t 2 ) i 2 + Δ = 0,008 + 1,019( 65−29 )
Lượng không khí khô thực tế:
Kiểm tra lại tốc độ giả thiết: v = V F 0 td = ( 1 ,8 2 , 4−39 0 ,99 1 44495 , 2 0 ,05 ) 3600 = 6,18 m/s
Tốc độ này xấp xỉ tốc độ đã giả thiết 6,05 m/s nên mọi tính toán có thể chấp nhận được
- Thiết lập cân bằng nhiệt:
+ Nhiệt lượng có ích q 1 (kJ/kgh): q 1 = i 2 −C a t v 1 = 2564,47 – 4,18 20 = 2480,87 (kJ/kgh)
+ Tổn thất nhiệt do TNS mang đi q 2 (kJ/kgh): q 2 = W L C ⅆ x ( ⅆ 1 ) ( t 2 - t 0 ) = 622 44495 , 93 1,019 (29 – 20) = 655,07 (kJ/kgh) + Tổng nhiệt lượng theo tính toán q , (kJ/kgh): q , = q 1 + q 2 +q v + q ct + q mt
+ Nhiệt lượng calorifer cần cung cấp q (kJ/kg ẩm): q = W L ( I 1 - I 0 ) = 622 44495 , 93 ( 86 , 217−40,375) = 3274,43 (kJ/kg ẩm)