Thí nghiệm Công nghệ thực phẩm 12 BÀI 4: XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM CÂN BẰNG VÀ ĐỘ ẨM TỚI HẠN CỦA VẬT LIỆU 1. KHÁI NIỆM: * Độ ẩm cân bằng: Quan hệ giữa vật liệu môi trường xung quanh có thể xảy ra theo các hướng sau đây: + Nếu áp suất hơi riêng phần trên bề mặt của vật liệu (Pbm) lớn hơn áp suất hơi nước riêng phần trong không khí (Phn), nghĩa là (Pbm) > (Phn) thì xảy ra quá trình bay hơi từ vật liệu hay nói m ột cách khác độ ẩm của vật liệu giảm (vật liệu khô hơn). + Nếu (Pbm) < (Phn) thì vật liệu sẽ bị làm ướt do hấp thụ nước của môi trường xung quanh, nghĩa là độ ẩm của vật liệu tăng so với độ ẩm ban đầu của nó. + Ở điều kiện nhất định, nghĩa là thời gian, nhiệt độ và độ ẩm tương đối củ a môi trường không khí xung quanh có một giá trị không đổi. Khi (P bm ) = (P hn ) thì độ ẩm của vật liệu không tăng lên mà cũng không giảm đi, người ta nói vật liệu đạt trạng thái cân bằng ẩm, tương ứng với trạng thái cân bằng này thì vật liệu có độ ẩm gọi là độ ẩm cân bằng (W cb ). * Độ ẩm tới hạn: Nguyên vật liệu có thể đạt độ ẩm cực đại do hấp phụ hơi nước từ môi trường xung quanh, với độ ẩm tương đối của không khí ϕ = 100%, khi đó người ta nói vật liệu đạt được độ tới hạn (W th ). Độ ẩm tới hạn của vật liệu càng cao thì nó có khả năng hút ẩm lớn hơn khi bảo quản trong không khí ẩm. Độ ẩm tới hạn chính là độ ẩm cân bằng ở độ ẩm tương đối của không khí ϕ = 100%. Bởi vậy người ta có thể xác định độ ẩm tới hạn bằng cách xác định giao điểm của đường cong hấp phụ đẳng nhiệt c ủa vật liệu với đường ϕ = 100%. 2. MỤC ĐÍCH: * Độ ẩm cân bằng: Độ ẩm cân bằng của vật liệu có ý nghĩa lớn trong việc chọn chế độ sấy cho từng loại vật liệu. Vì độ ẩm cân bằng không chỉ phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí mà còn vào thành phần hoá học, liên kết ẩm và trạng thái của vật liệu. Tuỳ theo tính ch ất của sản phẩm sấy và giá trị trung bình của độ ẩm Thí nghiệm Công nghệ thực phẩm 13 tương đối (ϕ) ở môi trường bảo quản mà người ta chọn giá tị thích hợp cho độ ẩm cuối cùng của sản phẩm sấy, để đồng thời tiết kiệm năng lượng sấy và bảo đảm chất lượng sản phẩm. Thường người ta chọn độ ẩm cuối cùng của sản phẩm sấy bằng độ ẩm cân bằng của sản phẩm đ ó, nếu sản phẩm đó được bảo quản ở môi trường tự nhiên. * Độ ẩm tới hạn: Thường dùng để biểu diễn một cách rõ ràng đường cong vận tốc sấy và đường cong sấy. Ngoài ra nó còn cho biết khả năng hút ẩm cực đại của nguyên vật liệu để tính toán trong công nghệ, đặc biệt trong quá trình ngâm nguyên liệu. 3. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH: Để xác định độ ẩm cân bằng và độ ẩm tới hạn của vật liệu người ta có thể dùng hai phương pháp sau: * Phương pháp động học: Nguyên tắc của phương pháp này là dùng một thiết bị chuyên dùng gồm một hộp kín cách nhiệt bên trong có cân phân tích dùng điện, có thể khống chế được nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí trong thiết bị. Vật liệu c ần xác định độ ẩm cân bằng hoặc độ ẩm tới hạn được đưa vào thiết bị và đóng kín cửa thiết bị lại để môi trường bên ngoài không ảnh hưởng đến điều kiện (nhiệt độ, độ ẩm) bên trong thiết bị. Việc cân khối lượng ẩm tăng lên trong quá trình xác định cũng được điều khiển từ bên ngoài. Ưu điểm của phươ ng pháp này nhanh, đúng và chính xác. Khi độ ẩm vật liệu giữ không đổi thì đó là độ ẩm cân bằng ứng với trạng thái của không khí trong thiết bị. * Phương pháp tĩnh học: Nguyên tắc của phương pháp này là tạo ra một môi trường tĩnh, ví dụ: Trong bình hút ẩm dùng dung dịch H 2 SO 4 . Nhờ khả năng hút ẩm khác nhau của dung dịch H 2 SO 4 với nồng độ thích hợp mà người ta có độ ẩm tương đối của không khí trong bình hút ẩm tương ứng. Sau đó đặt mẫu vật liệu cần xác định độ ẩm cân bằng hoặc độ ẩm tới hạn vào bình hút ẩm, đậy nắp lại, đem cân ta sẽ tính được độ ẩm cần xác định. Định kỳ: Lập lại số lần cân cho đến khi độ ẩm không tăng n ữa. (Kinh nghiệm cho biết thường với hạt lương thực thời gian khoảng 25 - 30 ngày). Phương pháp này kéo dài thời gian, độ chính xác thấp nhưng dễ thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm nếu không có thiết bị chuyên dùng. Thí nghiệm Công nghệ thực phẩm 14 * Dụng cụ, nguyên liệu và hoá chất: - Máy xác định độ ẩm cân bằng theo phương pháp động học (nếu có). - Nguyên vật liệu cần xác định độ ẩm cân bằng hoặc độ ẩm tới hạn được nghiền nhỏ. (Máy nghiền hoặc cối nghiền). - Tủ sấy và dụng cụ cần thiết để xác định độ ẩm ban đầu của vật liệu. - Chín cây bằng thuỷ tinh có nắp đã được sấy khô để nguội. - Cân phân tích hoặc cân điện tử có độ chính xác 1/1000gam. - Bình hút ẩm đã rửa sạch và lau khô. - H 2 SO 4 đậm đặc và nước cất. * Tiến hành xác định độ ẩm tới hạn bằng phương pháp tĩnh học: - Chuẩn bị bình hút ẩm: Bình hút ẩm được rửa sạch, lau khô. Ví dụ: Pha dung dịch H 2 SO 4 có nồng độ 19,61% ta sẽ có độ ẩm tương ứng là 90% (xem bảng 1). Đổ dung dịch đã pha vào bình hút ẩm, mức dung dịch phải ở dưới tấm đỡ của bình hút ẩm. Dùng cân phân tích hay cân điện tử có độ chính xác 1/1000gam, cân chính xác 5 gam mẫu đã được nghiền nhỏ và đã biết được độ ẩm ban đầu của nó (nếu chưa biết phải xác định độ ẩm của mẫu trước khi tiến hành thí nghiệ m bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi). Cho mẫu vào hộp pectri có đường kính từ 8 - 10cm, dàn đều lớp vật liệu trong hộp, đặt hộp mẫu lên tấm đỡ trong bình hút ẩm, đậy nắp lại miệng nắp có bôi vaselin) đảm bảo kín, để yên trong 48 giờ ở nhiệt độ trong phòng. Sau đó đem cân để biết khối lượng mẫu tăng lên, từ đó tính được độ ẩm cân bằng củ a vật liệu. * Tính kết quả: - Khối lượng mẫu trước khi thí nghiệm: 4 gam - Độ ẩm ban đầu của mẫu: W 1 = 12,5%. - Khối lượng mẫu sau khi thí nghiệm: 5,6g (sau khi đã trừ khối lượng của hộp pectri). - Hàm lượng ẩm ban đầu của mẫu trước khi thí nghiệm: g625,0 100 55,12 = - Hàm lượng chất khô tuyệt đối có trong mẫu: 5g - 0,625g = 7.375g - Hàm lượng ẩm có trong mẫu sau khi thí nghiệm: 5,6g - 4,375g = 1,225g - Độ ẩm cân bằng của mẫu thí nghiệm: %9,21 6,5 100225,1 W cb = × = Thí nghiệm Công nghệ thực phẩm 15 Chi chú: Muốn xác định độ ẩm tới hạn ta cũng tiến hành và tính toán như xác định độ ẩm cân bằng nêu trên, nhưng có điều khác là dung dịch H 2 SO 4 được thay bằng nước cất. Sự phụ thuộc của độ ẩm tương đối không khí trong bình hút ẩm vào nồng độ dung dịch H 2 SO 4 . Bảng 1.1 : Độ ẩm tương đối (ϕ) (%) Nống độ dung dịch H 2 SO 4 (%) Độ ẩm tương đối ϕ (%) Nống độ dung dịch H 2 SO 4 (%) 100 0,00 72,5 32,0 99,5 1,37 70,4 33,43 99,1 3,03 68,0 34,57 98,7 4,49 65,5 35,71 98,2 5,06 63,1 36,87 97,5 7,37 60,7 38,03 96,9 8,77 58,3 39,19 96,2 10,19 49,3 44,0 95,6 11,60 45,0 46,0 94,8 12,99 42,0 48,0 93,9 14,35 38,0 50,0 93,2 15,71 33,0 52,0 92,3 17,01 29,5 54,0 91,2 18,31 25,0 56,0 89,9 19,61 21,5 58,0 88,8 20,91 18,5 60,0 87,4 22,19 15,5 62,0 85,7 23,47 12,7 64,0 84,0 24,76 10,5 66,0 82,3 26,04 9,0 68,0 80,5 27,32 3,0 78,0 78,7 28,58 2,5 80,0 76,7 29,84 1,5 82,0 74,6 31,11 . 68,0 34, 57 98,7 4, 49 65,5 35, 71 98,2 5,06 63 ,1 36,87 97,5 7,37 60,7 38,03 96,9 8,77 58,3 39 ,19 96,2 10 ,19 49 ,3 44 ,0 95,6 11 ,60 45 ,0 46 ,0 94, 8 12 ,99 42 ,0 48 ,0 93,9 14 ,35 38,0 50,0 93,2 15 , 71. 93,2 15 , 71 33,0 52,0 92,3 17 , 01 29,5 54, 0 91, 2 18 , 31 25,0 56,0 89,9 19 , 61 21, 5 58,0 88,8 20, 91 18,5 60,0 87 ,4 22 ,19 15 ,5 62,0 85,7 23 ,47 12 ,7 64, 0 84, 0 24, 76 10 ,5 66,0 82,3 26, 04 9,0 68,0. trong mẫu sau khi thí nghiệm: 5,6g - 4, 375g = 1, 225g - Độ ẩm cân bằng của mẫu thí nghiệm: %9, 21 6,5 10 0225 ,1 W cb = × = Thí nghiệm Công nghệ thực phẩm 15 Chi chú: Muốn xác định độ ẩm tới