BÀI BÁO CÁO SẤY CÀ CHUA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU SO SÁNH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KHỬ NƯỚC VÀ HẤP THỤ NƯỚC. Có 5 phương pháp để sấy khô cà chua, đó là: sấy không khí nóng (HAD), sấy năng lượng mặt trời (SCD),sấy bơm nhiệt (HPD), sấy chân không vi sóng (MVD), và sấy lạnh khô (FD).
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÀI BÁO CÁO GVHD: Th.s ĐẶNG THỊ NGỌC DUNG SVTH : NHÓM 4 1. HỒ THỊ HÀ TRANG 2. TRẦN THỊ TRÚC GIANG 3. MÔNG THỊ NGA 4. NGUYỄN MINH SƠN 5. LUYỆN VĂN KHÁNH TP HỒ CHÍ MINH 5/2013 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN Sấy cà chua bằng các phương pháp khác nhau: So sánh động học quá trình khử nước và hấp thu nước TP.HCM, ngày… tháng… năm…… Chữ ký của giảng viên 2 Sấy cà chua bằng các phương pháp khác nhau: So sánh động học quá trình khử nước và hấp thu nước LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm xin cảm ơn Khoa Công nghệ Hóa Học và Thực Phẩm đã mở môn học Các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm, để giúp chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về các quy trình sản xuất, cấu tạo, mô hình thiết bị trên quy mô công nghiệp… Và kế tiếp là sự cảm ơn chân thành đến cô Ngọc Dung- người giảng dạy môn học Các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm, cô đã truyền đạt cho chúng tôi rất nhiều kiến thức không chỉ qua lý thuyết mà còn rất thực tế, những kinh nghiệm hữu ích mà cô mang lại cho chúng tôi là vô cùng quý giá. Cảm ơn vì sự nhiệt tình giải đáp mọi thắc mắc cho chúng tôi. Cô còn cho chúng tôi những lời góp ý, những nhận xét chân thành, giúp chúng tôi càng hoàn thiện hơn trên con đường sau này. Do kiến thức còn hạn hẹp, nên còn nhiều thiếu sót trong bài làm, rất mong cô sẵn lòng góp ý, để các bài báo cáo lần sau được hoàn thiện hơn. 3 Sấy cà chua bằng các phương pháp khác nhau: So sánh động học quá trình khử nước và hấp thu nước MỤC LỤC Giới thiệu 5 Nguyên liệu và phương pháp 6 Nguyên liệu thô 6 Sấy khô cà chua 7 Kết quả và bàn luận 14 Kết quả của phương pháp sấy khô dựa trên hoạt động và tốc độ sấy 14 Động học quá trình sấy khô 15 Động học quá trình hấp thu nước 17 Kết luận 19 Thuật ngữ 20 Lời cảm ơn 20 Tài liệu tham khảo 20 4 SẤY CÀ CHUA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU: SO SÁNH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KHỬ NƯỚC VÀ HẤP THU NƯỚC. TÓM TẮT Có 5 phương pháp để sấy khô cà chua, đó là: sấy không khí nóng (HAD), sấy năng lượng mặt trời (SCD),sấy bơm nhiệt (HPD), sấy chân không vi sóng (MVD), và sấy lạnh khô (FD). Sấy khô bằng không khí nóng, năng lượng mặt trời, bơm nhiệt chỉ chỉ xảy ra giai đoạn sấy tốc độ giảm dần, trong khi đó quá trình sấy chân không vi sóng và sấy lạnh đông thì xảy ra cả giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần. Hằng số mô hình Page, độ khuếch tán độ ẩm và hằng số mô hình Peleg được ước tính để so sánh động học quá trình khử nước và hấp thu nước. Hằng sồ tốc độ và độ khuếch tán độ ẩm của mô hình Page đạt giá trị cao nhất khi cà chua được sấy khô bằng phương pháp sấy chân không bằng vi sóng, ngược lại sấy khô bằng phương pháp lạnh đông thì đạt giá trị thấp nhất. Trong nghiên cứu sự hấp thu nước, các lát cà chua được sấy khô bằng phương pháp bơm nhiệt và chân không vi sóng có tỷ lệ hấp thu nước cao hơn sấy khô bằng phương pháp không khí nóng và năng lượng mặt trời. Các mẫu được sấy khô bằng phương pháp đông lạnh có tỉ lệ hấp thu nước cao nhất. Hằng số mô hình Peleg cũng được ước lượng. GIỚI THIỆU Về phương diện thương mại cà chua (Lycopersicon esculentum) là loại rau quả được sản xuất nhiều nhất. Ấn độ nằm trong top 5 các thành phố sản xuất cà chua trên thế giới. Sản lượng cà chua ở Ấn Độ năm 1990 là 4,6 triệu tấn, năm 2006 là 8,6 triệu tấn. Trong thời gian thu hoạch cà chua bị mất mát và hao hụt đáng kể do đó cần phải giảm đến mức tối thiểu sự mất mát và hao hụt này. Cà chua là nguồn chủ yếu của chất chống oxi hoá lycopene. Lycopene có tác dụng giúp ngăn chặn nhiều bệnh mãn tính như bệnh tim và bệnh ung thư do nó có khả năng bảo vệ các thành phần tế bào khỏi sự phá hủy sự oxi hoá. Ngoài lycopene, cà chua cũng chứa nhiều chất chống oxi hoá cung cấp dinh dưỡng (vitamin A,C,E) và không cung cấp dinh dưỡng khác(beta-carotene, carotenoid, flavonoids, flavones, và phenolic tổng). Trong nghành công nghiệp chế biến thực phẩm truyền thống, quá trình gia nhiệt để bảo quản và đảm bảo an toànvi sinh vật thì ít quan tâm đến chất lượng của cà chua nhưng hiện nay chất lượng cà chua thì được quan tâm nhiều hơn. Sự khử nước là một quá trình gia nhiệt, được sử dụng như một cách thay thế nhằm ngăn chặn sự mất mát và làm tăng gía trị thương mại cho cà chua. Sấy không khí nóng (HAD) là phương pháp sấy cà chua phổ biến nhất. Sự mất nước của cà chua có thể gây ra sự biến đổi tính chất vật lý, cấu trúc, dinh dưỡng như tế bào bị co rút, cứng hơn, hút nước sẽ chậm hơn, làm mất các hợp chất dễ bay hơi và các chất chống oxi hoá. Để giảm thiểu tối đa những thay đổi này, một vài phương pháp sấy thay thế như sấy lạnh đông (FD), sấy bằngvi sóng, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bơm nhiệt (HPD), khử nước bằng cách thẩm thấu thì được áp dụng trong thực tiễn. Thông qua các quá trình gia nhiệt như hấp bằng hơi nước, sấy vi sóng, chiên Chen và các cộng sự đã phát hiện được hoạt động chống oxi hoá cao hơn của lycopene. Để đánh giá những đặc điểm của các lát mỏng cà chua sấy khô thì nhiều mô hình toán học đã được sử dụng. Mô hình Page rất thích hợp. Động học sấy khô và mô hình tham số thì thường bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không khí, tốc độ chuyển động của không khí, độ ẩm tương đối và kích thước của nguyên liệu. Hàm lượng ẩm trong buồng sấy cũng ảnh hưởng đến động học quá trình sấy (drying kinetics). Tài liệu khảo sát sự so sánh sự khử nước và hấp thu nước của cà chua bằng các kĩ thuật khác nhau thì rất ít. Do đó, hiện nay một nghiên cứu đã được thực hiện để nghiên cứu các quá trình khử nước và hấp thu nước của cà chua trong suốt quá trình sấy bằng không khí nóng, năng lượng mặt trời( SCD), bơm nhiệt, sấy lạnh đông, và sấy chân không vi sóng. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Nguyên liệu thô Cà chua tươi có đường kính trung bình 60mm được mua từ các chợ nội địa và được bảo quản ở 5 0 C. Trước khi thí nghiệm, cà chua được chuyển khỏi kho lạnh và được giữ ở môi trường xung quanh khoảng 2 giờ. Sau đó rửa sạch cà chua bằng nước máy và cắt thành từng lát mỏng dày khoảng 6mm bằng máy cắt lát. Hàm lượng ẩm ban đầu thì được xác định bằng phương pháp lò chân không. Sấy khô cà chua Sấybằng không khí nóng Máy sấy khô không khí nóng ( M/s S. B. Panchal and Company, Mumbai, India) trong phòng thí nghiệm và sử dụng trong nghiên cứu hiện nay được trang bị một vài thiết bị hỗ trợ như quạt gió, bộ điều chỉnh tốc độ, bộ điều khiển nhiệt độ, bộ phận truyền nhiệt, thiết bị cảm biến độ ẩm tương đối, và một ống pitot để đo tốc độ chuyển động của không khí. Độ ẩm và nhiệt độ tương đối của không khí xung quanh lần lượt là 60-65% và 30 0 C. Các lát cà chua được trải trên một cái khay đã đục lỗ và quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ không khí 40 0 C với tốc độ chuyển động của không khí 1m/s. Kết cấu điển hình của thiết bị HAD thì được thể hiện ở hình 1. Hình 1: Sơ đồ máy sấy khô không khí nóng ( HAD). Sấy bằng cách bơm nhiệt Máy sấy khô bơm nhiệt ( M/s Pan-Asia, Mumbai, India) để khử nước trong cà chua có thể tạo ra độ ẩm tương đối thấp ( 0-50% RH) và nhiệt độ biến thiên trong khoảng từ dưới 0 đến 50 0 C hoặc cao hơn. Như ta thấy ở hình 2, máy sấy khô gồm có một cuộn dây cách nhiệt có tác dụng cải thiện hiệu suất của máy sấy bơm nhiệt và tách riêng hơi ẩm. Hệ thống bơm nhiệt bao gồm một tải nhiệt 1,5Kh cung cấp không khí tách ẩm trong khoảng 100-175 Nm 3 /h với độ ẩm tương đối 10-20% và nhiệt độ không khí 30-45 0 C. Sấy bằng phương pháp bơm nhiệt được thực hiện ở nhiệt độ không khí 40-42 0 C, độ ẩm tương đối 15% và tốc độ không khí 1m/s. Hình 2: Máy sấy khô bơm nhiệt (HPD). Sấy khô bằng năng lượng mặt trời Máy sấy khô năng lượng mặt trời ( M/s NRG Technologies, Baroda, India) được dùng để sấy các lát cà chua. Sơ đồ của thiết bị sấy này được mô tả ở hình 3. Quá trình sấy khô được thực hiện vào ngày nắng gắt trong tháng 6. Các lát cà chua được trải trên những khay riêng có diện tích 0,43m 2 với mật độ nguyên liệu thô là 4kg/m 2 . Không khí được làm nóng bởi một cái bảng hấp thu bức xạ mặt trời với diện tích hấp thu 20m 2 . Không khí nóng được phân bố trong các buồng sấy bằng một cái quạt gió gắn vừa khớp với 1ống dẫn được đặt ở bên phải cái tủ có chiều dài 1,2m, chiều rộng 0,76m, chiều cao 0.40m. Vận tốc chuyển động của không khí, nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối trong tủ tương ứng dao động trong khoảng 0,9- 1m/s, 50-55 0 C, 45-55%. Hình 3:Sơ đồ máy sấy khô bằng năng lượng mặt trời. Sấy khô bằng phương pháp lạnh đông Máy sấy đông dùng trong thí nghiệm ( M/s Ref-vac Consultancy, Baroda, India) được sử dụng trong nghiên cứu này. Nó gồm buồng sấy khô hình trụ bằng thép không gỉ có chiều dài 0,4m và đường kính 0,4m, ba tấm kim loại đốt nóng có tổng diện tích bề mặt đốt nóng 0,25m 2 , một bình ngưng tụ ( sức chứa băng tối đa là 1,8kg và diện tích bề mặt 0,25m 2 ) hoạt động ở -35 0 C, một bơm chân không ( tốc độ di chuyển của không khí 16m 3 /h). Bình ngưng tụ được nối với buồng sấy bằng một ông dẫn. Một cân điện tử ( M/s. Tapsons Weighing Systems, Munbai, India) có giá trị tối thiểu 0,1, được đặc bên trong buồng sấy để đo khối lượng mẫu một cách liên tục, và được quan sát qua một cửa sổ trong suốt. Thực hiện một số cài đặc để kiểm soát toàn diện số đo, ghi nhận áp suất và nhiệt độ bên trong buồng sấy. Áp suất bên trong buồng sấy được đo bằng áp kế Pirani và được điều chỉnh bằng một van điện từ. Có 3 tấm kim loại đốt nóng, nhiệt độ của 3 tấm kim loại đốt nóng và mẫu được đo bằng cặp nhiệt điện 1000 PT và được điều khiển bằng bếp kháng điện. Sơ dồ máy sấy khô được thể hiện ở hình 4. Các lát cà chua dày 6mm được đông lạnh bằng máy đông lạnh nhanh ( Blue Star, Mumbai, India) ở -20 0 C đến -22 0 C khoảng 6 giờ. Trong lúc đó, máy sấy lạnh đông bắt đầu hoạt động và nhiệt độ ngưng tụ trung bình đạt mức tối thiểu -35 0 C. Sau đó, đặt các lát cà chua đã được đông lạnh trên cân đo khối lượng được đặt trong buồng sấy và bơm chân không bắt đầu hoạt động. Nhiệt độ của lát cà chua và áp suất bên trong buồng sấy được ổn định ở giá trị định trước 25 0 C và 30 Pa. Khối lượng của các lát cà chua 5 phút được ghi lại 1 lần cho đến khi đạt được giá trị không đổi. [...]... các mô hình hấp thu nước của cà chua được sấy khô ở 25 0C và 1000C Cả hai nhiệt độ trên, những miếng cà chua sấy khô bằng phương phápMVD và HPD thể hiện tỉ lệ bù nước cao hơn những lát cà chua sấy khô bằng phương pháp HAD và SCD Những lát cà chua sấy khô bằng phương pháp FD có hệ số hấp thu nước cao nhất do có kích thước khe hở lớn, làm cho nước dễ dàng xâm nhập vào Khi tăng nhiệt độ của nước, đòi hỏi... thời gian bù nước ít hơn để phục hồi Ở cả hai nhiệt độ 250C và 1000C, đường cong tiệm cận độ khuếch tán của lượng nước bù vào cố đạt được cân bằng với giá trị của độ ẩm, nó cho thấy đặc điểm điển hình sấy khô bằng các quá trình khác nhau Hệ số hấp thu nước của các lát cà chua sấy bằng các phương pháp khác nhau được cho trong bảng 2 Các lát cà chua thu được bằng phương pháp FD có hệ số hấp thu nước cao... trình khác KẾT LUẬN Sấy khô cà chua có cả giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần khi sấy bằng các kỹ thuật sấy khác nhau. MVD là phương pháp sấy khô nhanh nhất, trong khi FD là chậm nhất Hằng số tốc độ sấy của mô hình Page trong khoảng 0.00382 đến 0.01006 đối với các phương pháp sấy khác nhau MVD có độ khuếch tán ẩm cao nhất 1.84752 × 10 -8 so với các máy sấy khác có thể nhờ vào... nghiệm sấy dưới dạng ln(MR) đối với thời gian và đặt các giá trị trong mô hình khuếch tán chất lỏng bằng phương trình cân bằng sau đây: Hệ số hấp thu nước (Rehydration ratio) Đánh giá tỉ lệ hấp thu nước của lát cà chua đã được khử nước bằng cách ngâm lát cà chua đã được sấy trong nước ở 25°C và 100°C Mẫu được làm ráo và được cân ở những khoảng thời gian đã lựa chọn cho đến khối lượng không đổi Hệ số hấp. .. nước là tỉ số giữa lượng nước hấp thu (g) và trọng lượng mẫu ban đầu (g) Ngoài ra mô hình được đề xuất bởi Peleg được dùng đê mô tả động học hấp thu nước trong quá trình hấp thu nước, được cho bởi phương trình sau đây: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết quả của phương pháp sấy khô dựa trên hoạt động và tốc độ sấy ( Effect of Drying Method on Drying Behavior and Drying Rates) Như minh họa ở hình 6, quá trình sấy. .. HPD và MVD Trong trường hợp SCD, có hệ số hấp thu nước thấp hơn Tương tự như vậy, Lin và các cộng sự cũng đã kết luận rằng các lát cà rốt được sấy khô chân không vi sóng có hệ số hấp thu nước cao hơn so với các lát cà rốt được sấy khô bằng không khí Ngoài ra, ta còn quan sát được rằng hệ số hấp thu nước của cà chua giảm nhẹ ở 100°C so với ở 25°C Điều này có thể là do mất các chất khô trong quá trình. .. rằng các giá trị khuếch tán thay đổi từ 2.26 × 10-9 đến 9.14 × 10-9 m2/s như là một hàm số của cấu trúc sản phẩm cà chua sấy khô bằng không khí nóng Sacilik cùng các cộng sự đã báo cáo các giá trị khuếch tán hiệu nghiệm bằng máy sấy năng lượng mặt trời và sấy khô bằng cách phơi nắng tương ứng là 1.31 × 10-9 và 1.07 × 10-9 Động học của quá trình hấp thu nước (Rehydration kinetics) Hình 9 và 10 là các. .. dần trong tất cả các quá trình sấy Ban đầu tốc độ sấy khô rất cao và sau đó giảm dần theo hàm lượng ẩm Điều này có thể do ẩm tự do có sẵn cao, nó có thể dễ dàng bị loại bỏ trong giai đoạn đầu của quá trình sấy Động học quá trình sấy khô (Drying Kinetics) Nghiên cứu hoạt động sấy khô các lát cà chua bằng cách phân tích các mô hình mất ẩm đã có được với năm máy sấy khác nhau Hình 8 cho thấy sự thay đổi... thời gian sấy ngắn hơn Lin cùng với các cộng sự, đã đưa ra kết quả tương tự trong quá trình sấy chân không vi sóng của những lát cà rốt, mất 33 phút để giảm độ ẩm từ 91,45 xuống còn 10% Hình 7 cho thấy với những kỹ thuật sấy khô khác nhau sẽ có tốc độ sấy khác nhau. Có thể thấy rằng phương pháp MVD và FD có cả giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần Trong khi đó SCD, HAD và HPD... sôi nước Các giá trị tham số k 1, k2 và hệ số xác định của mô hình Page được cho ở bảng 3 Giá trị của hệ số xác định ( R 2> 0.98) chỉ ra rằng mô hình của Peleg đề xuất thích hợp để mô tả động học quá trình hấp thu nước của cà chua lát trong phạm vi thí nghiệm ( hình 11 và 12) Giá trị k1 giảm theo thứ tự FD> MVD> HPD> SCD> HAD, cho thấy rằng sản phẩm FD có khả năng hút nước cao nhất so với các quá trình . Sấy cà chua bằng các phương pháp khác nhau: So sánh động học quá trình khử nước và hấp thu nước TP.HCM, ngày… tháng… năm…… Chữ ký của giảng viên 2 Sấy cà chua bằng các phương pháp khác. hơn. 3 Sấy cà chua bằng các phương pháp khác nhau: So sánh động học quá trình khử nước và hấp thu nước MỤC LỤC Giới thiệu 5 Nguyên liệu và phương pháp 6 Nguyên liệu thô 6 Sấy khô cà chua 7 Kết quả và. 20 4 SẤY CÀ CHUA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU: SO SÁNH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KHỬ NƯỚC VÀ HẤP THU NƯỚC. TÓM TẮT Có 5 phương pháp để sấy khô cà chua, đó là: sấy không khí nóng (HAD), sấy năng lượng