Nghiên cứu thử nghiệm quy trình sản xuất dâu tây sấy dẻo bằng phương pháp thẩm thấu

Khái niệm về hoạt độ nước: Trong một dung dịch hay một thực phẩm một phần bề mặt thoáng bị các phân tử của chất hòa tan hydrat hóa chiếm giữ, nên số phân tử dung môi thoát ra trên một

LỜI CÁM ƠN

Qua 3 tháng thực hiện, hôm nay em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệm của mình Để hoàn thành đề tài này em đã được sự giúp đỡ, góp ý của quý thầy cô và các bạn, sự ủng hộ từ gia đình

Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy PGS_TS Ngô Đăng Nghĩa, người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đề tài Nhân đây

em cũng gữi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa chế biến đã truyền đạt lại cho

em nhiều kiến thức trong 4 năm học tại trường Cám ơn các thầy cô ở phòng thí nghiệm khoa đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài của mình

Cuối cùng em muốn gửi lời cảm ơn đến những người than trong gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong thời gian qua

Nha trang, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN THỊ MỸ DUYÊN

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNHDANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 2

1.1 TỔNG QUAN VỀ DÂU TÂY 2

1.1.1 Giới thiệu về cây dâu tây 2

1.1.2 Đặc điểm, hình dạng của cây dâu tây 2

1.1.3 Giống dâu 5

1.1.4 Tình hình trồng trọt, năng suất dâu tây củaViệt Nam và trên Thế giới 6

1.1.5 Một số sản phẩm từ dâu tây 8

1.2 GIỚI THIỆU VỀ HOẠT ĐỘ NƯỚC, KHUẾCH TÁN VÀ THẨM THẤU 9

1.2.1 Giới thiệu sơ lược về hoạt độ nước 9

1.2.2 Khuếch tán và thẩm thấu 14

1.3 TỔNG QUAN VỀ SẤY 23

1.3.1 Khái niệm về sấy 23

1.3.2 Sự khuếch tán nước trong nguyên liệu 24

1.3.3 Tìm hiểu về sấy hồng ngoại .26

1.3.4.Sấy đối lưu lạnh 31

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Đối tượng nghiên cứu: 33

2.1.1 Nguyên liệu chính: dâu tây 33

2.1.2 Nguyên liệu phụ 33

2.1.3 Phụ gia 34

2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 34

2.3 Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất 37

2.3.1 Quy trình sản xuất dự kiến 37

2.3.2 Thuyết minh quy trình: 38

Bán thành phẩm sau khi xăm xong ta tiến hành ngâm trong dung dịch đường sacharose nhằm mục đích: 38

2.3.3 Nghiên cứu các thông số của công đoạn ngâm CaCl2 40

2.3.4 Xác định tỷ lệ nước chần so với nguyên liệu .41

2.3.5 Xác định nhiệt độ và thời gian chần thích hợp nhất 42

2.3.6 Xác định hàm lượng acid ascorbit bổ sung .42

2.3.7 Khảo sát thời gian thẩm thấu 43

2.3.8 Nghiên cứu xác định nồng độ đường ngâm .45

2.3.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ sấy .47

2.3.10 So sánh chế độ sấy tối ưu của phương pháp sấy lạnh kết hợp hồng ngoại với phương pháp sấy bằng không khí nóng .50

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 51

3.1 Kết quả xác định thành phần hóa học của nguyên liệu .51

3.1.1 Kết quả xác định hàm lượng ẩm ban đầu của nguyên liệu 51

3.1.2 Kết quả xác định hàm lượng ẩm của nguyên liệu sau thẩm thấu 51

3.1.3Xác định hàm lượng tro ban đầu của nguyên liệu - sản phẩm .51

3.2 Kết quả nghiên cứu xác định thời gian và nồng độ ngâm CaCl2 52

3.3 Kết quả nghiên cứu xác định tỷ lệ nước chần so với nguyên liệu 53

3.4.Kết quả nghiên cứu xác định thời gian và nhiệt độ chần 54

3.5 Kết quả nghiên cứu xác định tỷ lệ acid ascorbit bổ sung .56

3.6 Kết quả khảo sát thời gian thẩm thấu .57

3.7 Kết quả nghiên cứu xác định nồng độ đường thẩm thấu 58

3.7.1 Kết quả nghiên cứu mối liên hệ giữa nồng độ đường và độ ẩm .58

3.7.2 Kết quả đánh giá cảm quan đối với nồng độ đường đem thẩm thấu 59

3.8 Kết quả thực nghiệm chọn chế độ sấy .60

3.8.1 Kết quả xác định thời gian sấy dâu tây theo các chế độ sấy .60

3.8.2 Chất lượng cảm quan của dâu tây sấy theo các chế độ sấy 61

3.8.3 Tìm chế độ sấy tối ưu cho sản phẩm 62

3.8.4 Khả năng hút nước phục hồi cuả sản phẩm 62

3.8.5 Kết quả nghiên cứu chế độ sấy đến độ ẩm yêu cầu của sản phẩm 63

3.8.6 Điểm cảm quan sản phẩm phụ thuộc phương pháp sấy 67

3.8.7 Quy trình hoàn thiện 68

3.8.8 Kết quả phân tích thành phần hóa học của sản phẩm 71

3.8.9 Phân tích vi sinh của sản phẩm .71

3.8.10 Tính sơ bộ giá thành một đơn vị sản phẩm .73

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 74

1 Kết luận: 74

2 Đề xuất ý kiến: 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của quả dâu tây 3

Bảng 1.2: So sánh thành phần của một số loại quả ở Thái Lan .4

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất dâu tây trên thế giới (tấn / năm) 7

Bảng 1.4 Áp suất thẩm thấu dịch tế bào ở một số thực vật: 18

Bảng 1.5 Bảng đánh giá cảm quan của sản phẩm 35

Đánh giá cảm quan để xác định được nồng độ và thời gian ngâm CaCl2 tối ưu 41

Bảng 2.1 Các mức của các yếu tố ảnh hưởng 48

Bảng 2.2 Ma trận biến mã ( thí nghiệm tại tâm phương án) 48

Bảng 3.1 Kết quả thời gian sấy và điểm chất lượng cảm quan của các thí nghiệm tối ưu theo đường dốc nhất .62

Bảng 3.2 Các chỉ tiêu vi sinh cần kiểm tra và giới hạ cho phép .72

Bảng 3.2 Bảng chi phí nguyên vật liệu cho 400g dâu tây sấy dẻo .73

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Quả dâu tây tươi 4

Hình 1.2 Khuếch tán chất màu 14

Hình 1.3 Khuếch tán đường trong nước Hình1.4 Màng và sự khuếch tán .15

Hình 1.5 Khuếch tán qua màng tế bào 23

Hình 1.8.a Thịt ướp muối 22

Hình 1.8.b Vịt lạp 30

Hình 1.8.c Cá muối .23

Hình 1.8.d Muối pho mát 31

Hình 1.8 Một số sản phẩm áp dụng phương pháp thẩm thấu .23

Hình 2.1 Quy trình sản xuất dự kiến 37

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ và thời gian ngâm CaCl2 40

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỉ lệ nước chần .41

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nhiệt độ và thời gian chần .42

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ acid ascorbit bổ sung 43

Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định thời gian thẩm thấu 45

Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định nồng độ đường 46

Hình 2.8 Sơ đồ xác định chế độ sấy 49

Hình 2.9 Sơ đồ thí nghiệm so sánh hai chế độ sấy khác nhau .50

Hình 3.1: Điểm cảm quan của sản phẩm phụ thuộc vào thời gian ngâm và nồng độ CaCl2 .52

Hình 3.2 Điểm cảm quan của sản phẩm phụ thuộc vào tỷ lệ nguyên liệu so với nước chần .53

Hình 3.3 Điểm cảm quan của sản phẩm phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ chần 54

Hình 3.4 Điểm cảm quan của sản phẩm phụ thuộc tỷ lệ acid ascorbit 56

Hình 3.5 Sự thay đổi độ Brix của dung dịch theo thời gian thẩm thấu 57

Hình 3.6 Lượng đường và độ ẩm sản phẩm sau thẩm thấu .58

Hình 3.7 Điểm cảm quan của sản phẩm thay đổi theo nồng độ đường 59

Hình 3.8 Biểu đồ thể hiện tỉ lệ hút nước phục hồi của sản phẩm .62

Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi ẩm của dâu tây qua từng thời gian sấy (1m/s ) 63

Hình 3.10 Sự thay đổi ẩm của dâu tây qua từng thời gian sấy( 2m/s ) 64

Hình 3.11 Độ ẩm của sản phẩm thay đổi theo thời gian sấy tại tâm phương án 65

Hình 3.12 Biến đổi hàm ẩm của dâu tây ở hai phương pháp sấy 66

Hình 3.13 Điểm cảm quan của sản phẩm ở hai phương pháp sấy khác nhau 75

Hình 3.14 Quy trình sản xuất hoàn thiện .70

Hình 3.15 Sản phẩm trước bao gói Hình 3.16 Sản phẩm sau khi bao gói 71

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cuộc sống con người ngày càng bận rộn vì vậy thức ăn nhanh, thức ăn chế biến sản là sự lựa chọn hàng Biết được nhu cầu đó các nhà công nghệ thực phẩm đã ngày càng cải tiến quy trình cho ra nhiều sản phẩm mới đa dạng về chủng loại như đồ hộp, bánh, kẹo, rượu, bia, rau quả sấy khô … Cùng với sự tiến

bộ của khoa học kỷ thuật, đời sống con người ngày được nâng cao Chính vì vậy xu hướng hiện nay, con người ngày càng ưa chượng những thực phẩm giàu giá trị dinh dưỡng, những thực phẩm không chất bảo quản và hạn chế tối đa sử dụng chất phụ gia Do đó thẩm thấu là phương pháp chế biến khá tốt để đảm bảo các yêu cầu trên Nhằm đa dạng hóa các sản phẩm công nghiệp, các sản phẩm mới thơm ngon Nghiên cứu giúp nâng cao giá trị sử dụng của quả dâu tây, chế biến quả dâu tây tươi thành một dạng quả tương đối khô, dẻo, mà vẫn giữ được màu sắc đặc trưng

của dâu tây Vì vậy em chọn đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm quy trình sản xuất dâu tây sấy dẻo bằng phương pháp thẩm thấu”.

Dâu tây là loại cây cho trái theo mùa, nhanh hỏng nếu bảo quản ở nhiệt độ thường Do đó dâu tây sấy dẻo góp phần giải quyết vụ mùa dâu.Đặc biệt loại cây này chỉ trồng được một số vùng có khí hậu mát mẻ Dâu tây sấy dẻo là sản phẩm gần như giữ nguyên được giá trị ban đầu của nguyên liệu, đám ứng được nhu câu tiêu dùng của mọi người trên cả nước

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ DÂU TÂY

1.1.1 Giới thiệu về cây dâu tây [1][5]

Dâu tây (Fragaria vesca L) là giống cho trái tương đối to, kết quả của của sự lai ghép hai giống F chiloensis Duch và F virginiana Duch Người Anh gọi là

“strawberry” , người Pháp gọi là “ Fraisier” Vì nguồn gốc Châu Âu nên người Việt

Nam gọi là dâu tây

1.1.2 Đặc điểm, hình dạng của cây dâu tây

Dâu tây là cây thảo sống dai, thân bò lan trên mặt đất, lá kèm thường có 3 lá chét khía răng, lá kèm hẹp hoa trắng, 5 tiểu đài, 5 lá đài, màu trắng, hình hơi tròn hay bầu dục ngược, hoa năm cánh, nhiều nhị

Quả dâu tây có có hình dạng trái tim, mặt ngoài quả chứa nhiếu hạt tương tự hạt mè có lông Khối lượng mỗi quả khác nhau tùy theo giống

Màu sắc:

Dâu Pháp : có màu đỏ rất đậm và mang màu nguyên quả

Dâu Mỹ: đỏ nhạt hơn và chỉ có màu đỏ ở lớp ngoài

Dâu HO: màu nhạt, chổ trắng xanh

Mùi vị:

Dâu tây là loại quả mang nhiều mùi vị quyến rủ Có vi ngọt thanh pha lãnh vị chua Mùi vị này đã kích thích khứu giác giúp vị giác hoạt động tốt nên người tiêu dùng rất ưa chuộng

Quả dâu tây thường được dùng làm các món tráng miệng Dâu tây giàu vitamin C là nguồn cung cấp dồi dào các chất flavonoit cần thiết cho cơ thể

Khả năng cung cấp năng lượng của dâu tây không cao (100g dâu tây cho khoảng 34 calo) nhưng nó lại cung cấp nhiều loại vitamin thiết yếu cho cơ thể như vitamin A, B1, B2 và đặc biệt là vitamin C cao hơn cả cam

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng của quả dâu tây

Thành phần dinh dưỡng Đơn vị Hàm lượng

Trong quả dâu tây có chứa một lượng Aldehyt là thành phần của tinh dầu (chất bay hơi) bên cạnh các gốc rượu, este tập trung ở phần vỏ ngoài tạo nên mùi hương đặc trưng của dâu tây Lượng CHO trong dâu trung bình so với xoài, cam, vải …

Một cuộc nghiên cứu gần đây ở Hoa Kỳ cho thấy dâu tây chứa rất nhiều chất chống oxy hóa rất tốt cho tim Đặc biệt, dâu tây có chứa axít ellagic, một hợp chất

thiên nhiên tham gia điều chỉnh lượng estrogen (estrogen có liên quan đến sự phát triển của bệnh ung thư) nó đang được thử nghiệm để ngăn ngừa ung thư Chất này không phân hủy dưới tác dụng của nhiệt nên dùng sống hay ăn chín đều có công hiệu Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Salk cho biết trong dâu tây có chứa rất nhiều chất chống oxy hóa, trong đó có fisetin tác dụng bảo vệ các nơron thần kinh, đồng thời tạo

ra các mối liên kết mới giữa các nơron thần kinh giúp tăng cường khả năng ghi nhớ

Hình 1.1: Quả dâu tây tươi

Bảng 1.2: So sánh thành phần của một số loại quả ở Thái Lan.

Ở nước ta dâu tây mới được trồng chủ yếu ở Đà Lạt- Lâm Đồng Là loại cây thích hợp với khí hậu mát lạnh, nhiệt độ thích hợp từ 18 – 220C

Cây dâu tây là cây dễ trồng , dễ chăm sóc, vốn đầu tư ban đầu tuy cao nhưng cho mức doanh thu và lợi nhuận rất cao Nếu trồng đúng kỷ thuật, đặc biệt là ứng dụng công nghệ sinh học trong canh tác , áp dụng kỹ thuật che phủ nilon mặt luống

và làm vòm che nilon trong những ngày có nhiệt độ thấp để chống rét thì chỉ sau 2 tháng cây đã bắt đầu cho thu hoạch lứa quả đầu tiên

Thời gian thu hoạch có thể kéo dài đến 4 tháng, từ tháng 12 năm trước đến tháng 3 năm sau Năng suất trung bình 20 – 25 tấn/ha, nếu chăm sóc tốt sẽ cho năng suất cao hơn

1.1.3 Giống dâu

Trên thế giới có trên 20 loại giống dâu tây khác nhau Để phân loại các loài dâu tây người ta thường dựa trên số nhiễm sắc thể của chúng Một số loài là lưỡng bội có 2 tập hợp chứa 7 nhiễm sắc thể (2n =14) Các loài khác là tứ bội , (4 tập hợp, 4n =28), lục bội (6 tập hợp, 6n=42),bát bội (8n = 56) hay tập bội (10 tập hợp, 10n=70)

Theo quy tắc đơn giản (với một số ngoại lệ) loại dâu tây với số nhiễm sắc thể hơn sẽ có xu hướng tạo ra cây to hơn, mạnh khỏe hơn với quả to mọng hơn

Dâu tây thích hợp với các loại đất nhẹ, hàm lượng chất hữu cơ cao, đất ẩm, giữ ẩm nhưng phải thoát nước tốt, nếu đất giàu chất hữu cơ cây dâu tây sẽ phát triển tốt, năng suất cao và kéo dài được thời gian thu hoạch quả cũng như vòng đời của cây Độ ẩm cần thiết trên 4%, độ pH từ 6-7

Cây dâu tây đòi hỏi ánh sáng dồi dào thì mới phát triễn mạnh, thiếu ánh sáng

sẽ ảnh hưởng đến năng suất, ẩm độ không khí cao kết hợp với mưa kéo dài thường xuất hiện sâu bọ

Một số giống dâu phổ biến:

Giống HO:

So với hai giống cũ là dâu Pháp và dâu Mỹ thì giống này có một số ưu việt hơn được biểu hiện qua hình dáng cây khỏe, khả năng chống chịu sâu bệnh chất lượng quả ngon hơn, màu sắc không đều ( trắng pha đỏ)

1.1.4 Tình hình trồng trọt, năng suất dâu tây củaViệt Nam và trên Thế giới

Ở Việt Nam

Ở Việt Nam vào đầu thế kỉ này, sau khi khám phá cao nguyên Đà Lạt và một

số vùng mang khí hậu ôn đới ở phía Bắc, người Pháp đã mang giống dâu sang trồng Ban đầu phát triển khá tốt, tuy trái không to và màu không đậm như trồng ở vùng ôn đới nhưng có vị đặc trưng hơn Sau này một giống được du nhập ở Mỹ sang cho năng suất cao hơn

Tháng 3 năm 1994, phòng công nghệ thực vật thuộc phân viện Đà Lạt đã nhân giống thành công giống dâu HO của Nhật Giống HO cho năng suất cao nhất

về năng suất lẫn chất lượng, mùi thơm hơn, đặc biệt loại dâu này có thể vận chuyển

đi xa được nhiều hơn nhờ thịt quả cứng và chắc Hiện nay giống HO được trồng phổ biến ở Đà Lạt, Sapa, … và thử nghiệm tại vùng đồng bằng Long An, Cần Đức

Hiện nay,diện tích trồng cây dâu tây ở Đà Lạt khoảng 50-60 ha Sản lượng dâu tây thu hoạch khoảng 500-600 tấn/năm Năng suất trung bình từ 20-25 tấn/ha

Một trong những địa phương đi tiên phong trong việc trồng dâu tây tại đồng bằng Sông Hồng là xã Minh Tân, Phù cừ, Hưng yên Bằng việc áp dụng tiến bộ khoa hoc kỉ thuật, xã đã thử nghiệm thành công các loại dâu tây lai F1 nhập nội

(gồm 3 giống Mỹ, Nhật Bản, Tây Ban Nha) Các giống dâu tây này rất thích hợp với điều kiện đất đai, khí hậu, thời tiết vụ đông xuân của các tỉnh vùng đồng bằng Sông Hồng, các cây đều phát triển tốt ra hoa sớm , tỷ lệ đậu quả cao, khả năng chống chịu bệnh khá cao

Trên thế giới

Dâu tây được người la mã phát hiện và canh tác vào thời kì trung cổ Ban đầu được trồng và sử dụng rộng rải tại Anh Sau đó đã được trồng ra vùng flougastel thuộc nước Pháp vào thế kỉ XVII-XVIII, là trung tâm sản xuất dâu tây ở châu Âu

Ngày nay, nghề trồng dâu được phát triển rộng khắp với sản lượng ngày càng gia tăng như: châu Âu cung cấp gần 50%, châu Á gần 15%, và Bắc Mỹ gần 30%

Sản lượng dâu trên thế giới tăng rất nhanh, từ 750.000 tấn năm 1961 lên 1,3 triệu tấn năm 1977 do mở rộng canh tác Ở Mỹ năng suất tăng từ 5,8 tấn lên 13,1 tấn/ha

Ở Trung Quốc: Theo bộ nông nghiệp Mỹ (USDA) sản lượng dâu tây trung quốc niêm vụ 2009-2010 có khả năng tăng 20% , đạt 1,8 triệu tấn

Xuất khẩu dâu tây đông lạnh của Trung Quốc dự báo sẽ đạt 130 ngàn tấn trong năm 2009, tăng 8% so với năm 2008 Xuất khẩu dâu tây tươi dự báo sẽ đạt

600 tấn trong năm 2009, giảm so với 800 tấn năm 2008

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất dâu tây trên thế giới (tấn / năm)

Nước

Sản

Lượng

Thế giới

Ở Ấn Độ: Năm 2007, diện tích trồng dâu tây tại vành đai Mahabeleshwar Panchgani là 1.500 ha, sản lượng 9 ngàn tấn/năm Dự tính sẽ tăng lên 2000 ha trong cuối năm 2007cho sản lượng 15 ngàn tấn

1.1.5 Một số sản phẩm từ dâu tây

Mứt dâu tây:

Dâu tây tươi rửa sạch, bỏ cuống đem nấu với đường, để nhỏ lửa 5-8 phút rồi

để nguội 4-5 tiếng sau đó lại cho nhỏ lửa 5-8 phút.Cứ lặp lại khoảng 4-6 lần Món mứt này rất dễ dùng có thể ăn không, ăn với bánh quy bơ, bánh quy giòn hay uống cùng cốc trà

Dâu tây đường phèn:

Dâu tây 100g, đường phèn 30g Dâu tây giã nhuyễn trộn với 100ml nước sôi

đễ nguội rồi loc lấy nước Đường phèn gĩ nhuyễn đỗ vào nước quả Thuốc uống này tri ho,bổ phổi,trị ho khan không đàm

Nước dâu tây – bưởi:

Dâu tây tươi 200g, bưởi tươi 100g, thêm đường trắng 100g, nước 0,5 lít,nấu

3 phút lửa mạnh từ lúc sôi, uống khi để nguội Thức uống này thích hợp cho chứng chán ăn,rối loạn chức năng tiêu hóa

Rượu dâu tây:

Dâu tươi 0,5kg, rượu gạo 400ml, dâu tây rửa sạch giã nhuyễn vắt lấy nước pha vào rượu gạo, sau một ngày đậy kín thì dùng, Ngày uống 3 lần, mỗi lần 200ml Món này chữa bệnh suy nhược cơ thể do bệnh lâu ngày, suy dinh dưỡng, gầy ốm thiếu máu

Dâu tây bơ kem:

Dâu tây tươi 250g, bơ kem 50ml, dâu tây trộn với 100g đường trắng, nặn bơ kem dâu lên Món này giúp bồi bỗ dưỡng huyết, tạo thể dịch chống khô, dưỡng tâm,

an thần

1.2 GIỚI THIỆU VỀ HOẠT ĐỘ NƯỚC, KHUẾCH TÁN VÀ THẨM THẤU 1.2.1 Giới thiệu sơ lược về hoạt độ nước[10]

a Khái niệm về hoạt độ nước:

Trong một dung dịch ( hay một thực phẩm) một phần bề mặt thoáng bị các phân tử của chất hòa tan hydrat hóa chiếm giữ, nên số phân tử dung môi thoát ra trên một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt sẽ nhỏ hơn so với dung môi nguyên chất, do đó có cân bằng :

Dung dịch hơi được thiết lập ở áp suất hơi nhỏ hơn so với dung môi nguyên chất Biểu thức của định luật Raoult có dạng :

n N

N P

P0 : áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất (nước cất) ở cùng nhiệt độ

P : áp suất hơi bão hòa của một dung dịch hay một thực phẩm

n : số mol chất tan có trong N mol nước

Đối với nước nguyên chất thì có aw = 1, đối với một dung dịch có chứa chất tan thì P hơi bão hòa của dung dịch này luôn nhỏ hơn 1 Nghĩa là aw của một dung dịch có chứa chất tan thì aw <1 Vậy hoạt độ nước phản ánh nước tự do có trong dung dịch aw là một đại lượng không có thứ nguyên, chỉ là một con số

b Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến chất lượng thực phẩm

Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng oxy hóa chất béo

Lipid có trong thành phần của các sản phẩm thực phẩm, so với những hợp phần hóa học khác, thường kém bền vững nhất đối với tác dụng của oxy khí quyển

Sản phẩm trung gian quan trọng của quá trình oxy hóa chất béo là hydro peroxyt (RCOOH):

độ oxy hóa cực đại

Các sản phẩm chứa chất béo ở dạng khan (nghĩa là có hàm ẩm rất thấp) thường là những vật thể keo có lỗ xốp, chất béo thường phân bố ở bề mặt của vi lỗ Oxy có thể xâm nhập tự do vào đây, do có sự tự oxy hóa chất béo xảy ra khá dễ dàng ngay cả khi áp suất phần của oxy trong môi trường bên ngoài thấp Trong điều kiện này nếu có mặt của một lượng nước nhỏ trong sản phẩm sẽ kìm hãm một cách đáng kể quá trình oxy hóa

Thông thường tác dụng kìm hãm của nước đối với kim loại thể hiện ra vùng

Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng sẫm màu phi enzyme

Nước cũng đóng vai trò quyết định trong phản ứng sẫm màu phi enzyme Sự sẫm màu có thể là do phản ứng caramen hóa, phản ứng melanoidin, phản ứng giữa các sản phẩm oxy hóa các lipid với protein, hoặc phản ứng thoái phân các hợp chất

cacbonyl có nối ghép đôi luân hợp như vitamin C, các reduction… thông thường các sắc tố có màu sẫm sẽ tạo ra ở trong các sản phẩm có hàm ẩm thấp hoặc trung bình khi aw >0,5 tùy theo loại sản phẩm

Phản ứng melanoidin sẽ tăng lên mạnh khi aw= 0,65÷0,75 và đạt cực đại khi

aw=0,75 đối với các sản phẩm rau quả

Đối với sản phẩm thịt thì phản ứng melanoidin tăng mạnh ở aw= 0,3÷0,6 Ảnh hưởng của nhiệt độ cũng có quan hệ rất quan trọng với hoạt độ nước Năng lượng hoạt hóa của các phản ứng sẫm màu phi enzyme sẽ tăng lên dần dần cùng với sự giảm aw, do đó phản ứng sẽ chậm lại khi ở aw thấp

Các thực phẩm thường có hoạt độ nước từ 0,6 đến 0,8 là môi trường rất thuận lợi cho phản ứng sẫm màu

Đối với thực vật và rau quả thì phản ứng sẫm màu xảy ra cực đại khi aw

=0,65÷0,75 Còn ở thịt là aw= 0,3÷0.6 và các sản phẩm sữa khô là 0,7

Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến phản ứng enzyme trong các sản phẩm thực phẩm

Enzyme là một chất xúc tác đặc hiệu, nó xúc tác phản ứng qua hai giai đoạn :

- Liên kết enzyme với cơ chất để tạo ra phức phi đồng hóa trị hoặc hợp chất axylenzyme

- Phân ly hợp chất này thành sản phẩm phản ứng và enzyme

Ở cả hai giai đoạn của phản ứng nước có vai trò làm tăng tính linh động của

cơ chất và sản phẩm phản ứng

Trong các phản ứng thủy phân bởi enzyme thì nước tham gia rất tích cực Lượng nước được sử dụng trong quá trình này phụ thuộc số lượng và bản chất cơ chất và enzyme

Các sản phẩm thực phẩm có hàm ẩm bé, có giá trị aw nhỏ thì hoạt động của enzyme là cực bé hoặc coi như không có vì nước tự do chưa đủ để thực hiện phản ứng Còn các sản phẩm thực phẩm có độ ẩm trung bình thì phản ứng enzyme là do hoạt độ nước quyết định Lúc này các yếu tố như dạng phức thuận lợi của nước, khả

năng hòa tan các chất khô của nước và khả năng đưa chất khô vào tâm hoạt động của enzyme sẽ có vai trò quyết định

Hoạt động của phản ứng enzyme thường bắt đầu xuất hiện khi aw >0,45, và tốc độ của các quá trình enzyme trong các sản phẩm thực phẩm được quyết định bởi các yếu tố sau :

- Sự phân bố các chất tham gia phản ứng ở trong sản phẩm

- Độ linh động của cơ chất do trạng thái tập hợp và cấu trúc của sản phẩm quyết định

- Hoạt độ nước và nhiệt độ

Trong các sản phẩm có hàm ẩm thấp và trung bình thì quá trình thủy phân

là chủ yếu và thường xảy ra Hoạt độ enzyme của quá trình này lại do hoạt độ nước quyết định Do đó muốn bảo quản tối ưu các sản phẩm có độ ẩm thấp và trung bình thì cần phải tính đến hoạt độ nước aw<0,45

Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến sự phát triển của vi sinh vật

Sự thay đổi của vi sinh vật có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm hoặc góp phần bảo quản thực phẩm hoặc là làm hư hỏng thực phẩm

Ban đầu vi sinh vật xâm nhập vào thực phẩm còn ít, chỉ sau khi phát triển mạnh mẽ trong thực phẩm này tới một mức nào đó mới tạo ra những biến đổi

Chỉ tiểu quan trọng nhất trong mối liên hệ với nước của từng vi sinh vật riêng biệt là aw tối thiểu để vi sinh vật phát triển được

Đa số vi khuẩn phát triển nhanh nhất trong số các vi sinh vật, vi khuẩn không chịu mặn phát triển cực đại tại aw = 0.997÷0.980

Nấm men và nấm mốc phát triển trong môi trường acid hơn hoặc khô hơn hoặc đặc hơn ở vi khuẩn

Nhìn chung nấm men và nấm mốc phát triển được tại aw <0,85

Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến tính chất lưu biến và chất lượng thực phẩm

Độ cứng, độ dàn hồi, độ dai, độ dẻo là những tính chất lưu biến của thực phẩm Qua nghiên cứu người ta thấy rằng điều kiện ẩm của các thực phẩm khô hoặc bán khô có vai trò quan trọng trong việc tạo ra tính chất lưu biến của chúng

Ảnh hưởng của hoạt độ nước đến giá trị dinh dưỡng

Hoạt độ nước cũng ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của một số vitamin nhất là các vitamin hòa tan trong nước Như vitamin C tương đối bền ở aw thấp nhưng khi tăng aw thì sự thủy phân vitamin C cũng tăng nhanh

Riêng các vitamin hòa tan trong chất béo thì sự phá hủy sẽ giảm khi aw tăng

1.2 2 Khuếch tán và thẩm thấu[8][12]

a Khái niệm về khuếch tán.

Khi vật chất hiện diện có nồng độ khác nhau, một hiện tượng tự nhiên xãy ra

để điều hòa lại nồng độ gọi là sự khuếch tán Tức khuếch tán là sự chuyển động của các tiểu thể (phân tử, ion … ) của chất phân tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn đến lúc cân bằng về nồng độ Ví dụ ta cho thìa muối vào cốc nước, các phần tử muối sẽ khuếch tán ra mọi vị trí trong cốc làm cho độ mặn (nồng

độ ) ở mọi vị trí trong cốc bằng nhau

Trong hiện tượng này di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp Những chất khác cũng chuyển động ngược trở lại để điều hòa lại nồng độ Những hiện tượng này xãy ra mạnh trong thể lỏng và thể khí

Hình 1.2 Khuếch tán chất màu Hình 1.3 Khuếch tán đường trong nước

Nếu hiện tượng xãy ra ở một nơi bị ngăn chặn bởi một màng tự nhiên hay màng nhân tạo,ở đó màng này chỉ cho những phân tử nhỏ đi qua, những phân tử lớn không qua được, hiện tượng này phụ thuộc vào kích thước các phân tử Nó gọi là thẩm thấu nếu chỉ cho nước đi qua và gọi là thẩm phân nếu cho thêm một cỡ chất nào đó các chất tan lớn hơn đi qua

Hình1.4 Màng và sự khuếch tán Hình 1.5 Khuếch tán qua màng tế bào

Hiện tượng như vậy thường gặp ở trong cơ thể sinh vật hay trong nông sản thực phẩm

b Khái niệm về thẩm thấu

Thẩm thấu là hiện tượng khuếch tán mà trên đường di chuyển các phân tử của vật chất đang khuếch tán gặp phải một màng ngăn Tùy kích thước lỗ của màng ngăn cách có thể cho dung môi và chất tan đi qua dễ dàng thì màng đó gọi là màng thẩm tích, nếu chỉ cho dung môi qua gọi là màng bán thấm, nếu cho dung môi cùng với một số chất tan nhất định đi qua gọi là màng bán thấm có chọn lọc

- Áp suất thẩm thấu

Lực gây ra sự chuyển dịch của dung môi và dung dịch qua màng

Tế bào chịu một áp suất của các chất hòa tan trong dung dịch tế bào gọi là áp suất thẩm thấu Áp suất thẩm thấu đó thay đổi theo nồng độ của dịch tế bào: nồng

độ càng cao thì áp suất thẩm thấu càng lớn và chính áp suất thẩm thấu có vai trò quan trọng trong việc hút nước của tế bào Theo VanHôp, áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào nồng độ phân tử, nhiệt độ, sự điện ly của dung dịch và tính theo công thức:

P = RTCi

P: áp suất thẩm thấu của dung dịch (atm)

T: nhiệt độ tuyệt đối (T = tº+273º)

C: nồng độ dung dịch (mol/lit), R: hằng số khí = 0,0821

i: hệ số Vanhôp biểu thị mức độ ion hóa dung dịch

i = 1 + α (n-1), α: hệ số phân ly

n: số ion mà phân tử phân ly (ví dụ NaCl có n=2)

Một số tác nhân tạo áp suất thẩm thấu thường dùng trong thực phẩm:

Để tạo áp suất thẩm thấu cao cho môi trường cần chọn những tác nhân không gây độc, bởi vì phải sử dụng một lượng quá cao mới đủ ngưỡng bảo quản Thường người ta dùng mối ăn (NaCl) và đường kính (sacharose)

− Muối ăn có tính sát trùng nhẹ, hạn chế sự hòa tan của oxy vào môi trường, như vậy kìm hảm được sự hoạt động của vi sinh vật hiếu khí Riêng ion Cl- còn có khả năng ức chế enzyme protease

Khi dùng muối ăn để bảo quản thực phẩm tức là cùng một lúc tận dụng những hiệu quả sau:

+ Ức chế sự hoạt động của vi sinh vật do muối này tạo áp suất thẩm thấu cao hơn bên trong tế bào vi sinh vật gây ra hiện tượng “co nguyên sinh” có nghĩa là nước bên trong tế bào vi sinh vật bị rút ra ngoài, nguyên sinh chất bi đông đặc rồi tách ra khỏi màng tế bào dần dần chết

+ Làm giảm độ ẩm của khối nguyên liệu Người ta thường sử dụng biện pháp muối muối mặn để bảo quản thịt, cá

− Dùng đường sacharose cũng có những tác dụng tương tự như muối ăn Khi dùng đường để sử dụng làm tác nhân thẩm thấu tức cùng một lúc tận dụng những ưu điểm sau:

+ Gây co nguyên sinh đối với các vi sinh vật đã nhiễm trong nguyên liệu để tiêu diệt chúng

+ Làm khô nguyên liệu để cho các vi sinh vật mới không đủ độ ẩm để phát triển + Ngoài ra còn tạo vị cho sản phẩm

Tế bào thực vật là là một hệ thẩm thấu

Ở tế bào thực vật, các lớp màng của chất nguyên sinh là những lớp màng gây nên hiện tượng thẩm thấu trong tế bào Tốc độ của nước xâm nhập hoặc thoát ra khỏi tế bào phụ thuộc vào tính thẩm thấu khác nhau của màng tế bào và màng chất nguyên sinh Sự xâm nhập của nước vào tế bào có thể xảy ra tùy thuộc vào nồng độ của dung dịch với nồng độ của dịch tế bào Có 3 trường hợp:

Nếu đem tế bào đó ngâm vào dung dịch ưu trương, nước từ trong tế bào ra ngoài và thể tích tế bào nhỏ đi, màng tế bào trở lại trạng thái bình thường, sức căng (T) bằng 0 Nếu dung dịch ngâm tế bào quá ưu trương, nước từ không bào tiếp tục

đi ra ngoài làm cho không bào co, kéo theo nguyên sinh chất tách rời khỏi màng tế bào Hiện tượng chất nguyên sinh tách khỏi màng tế bào gọi là hiện tượng co nguyên sinh

Nếu đem tế bào đang co nguyên sinh này đặt vào dung dịch nhược trương thì

tế bào dần dần trở về trạng thái bình thường và xảy ra hiện tượng phản co nguyên sinh

Hiện tượng co nguyên sinh và phản co nguyên sinh thể hiện tính đàn hồi của nguyên sinh chất nói lên sự sống của tế bào Khi tế bào chết màng bán thấm bị phá hủy

Cơ sở của hiện tượng co và phản co nguyên sinh là tính chất thẩm thấu của tế bào.Nồng độ các chất hòa tan trong không bào đã gây ra một áp suất thẩm thấu (P)

P biến thiên trong giới hạn 1 atm (ở thực vật thủy sinh) đến 200 atm (thực vật chịu mặn, chịu hạn)

Ví dụ: Áp suất thẩm thấu dịch tế bào (P) ở một số loài thực vật:

Bảng 1.4 Áp suất thẩm thấu dịch tế bào ở một số thực vật:

Hình 1.6 Trạng thái trương nướcvà co

nguyên sinh của tế bào

Hình 1.7 Thẩm thấu với tế bào động vật

c Một số phương pháp làm giảm lượng nước trong rau quả

Các nguyên liệu dùng làm thực phẩm, thịt, cá, rau, quả… thường chứa một lượng nước sau thu hoạch Lượng nước quá nhiều làm cho hoạt độ của nước (Aw) cao và như vậy theo quy luật các sản phẩm mau hư

Tách nước hay làm giảm Aw là phương pháp cơ bản trong việc kéo dài thời gian bảo quản, sử dụng thực phẩm

Có những phương pháp cơ bản để làm giảm Aw:

Bốc hơi nước có trong nguyên liệu

Người ta lấy nước ra khỏi nguyên liệu thực phẩm bằng cách làm cho nước bốc hơi như cô đặc dung dich (cô đặc nước trái cây) hay lấy nước ra bằng cách sấy bán thành phẩm ở dạng rắn dạng rắn (sấy rau, trái, thịt,cá…)

Tạo áp suất thẩm thấu

Các chất được thêm vào như muối, đường … nó sẽ tạo ra một áp suất thẩm thấu, chính áp suất thẩm thấu này có nhiệm vụ tách nước trong nguyên liệu, do đó

nó làm giảm hoạt độ của nước trong tế bào nguyên liệu, làm cho vi sinh vật khó phát triển trong môi trường có độ ẩm thấp, tạo thuận lợi cho quá trình bảo quản sản phẩm

Ngoài ra chúng còn có tác dụng tạo vị cho sản phẩm làm cho sản phẩm có vị tốt hơn Chất thêm vào còn có vai trò trợ giúp bảo quản sản phẩm nhờ các gia vị có chất bảo quản tự nhiên như chống vi sinh vật và chống oxi hóa Các chất thêm vào được dùng nhiều nhất là muối,đường, acid…

Kết hợp hai phương pháp trên:

Kết hợp phù hợp hai phương pháp trên, tức vừa lấy bớt nước ra vừa thấm chất tan vào để sản phẩm lâu hư, tăng vị, tạo giá trị cảm quan tốt nhất cho sản phẩm Khi ta thêm tác nhân thẩm thấu vào để loại bớt một phần nước trong nguyên liệu, sau đó dùng các phương pháp khác để làm bay hơi lượng nước còn lại trong bán thành phẩm Phương pháp này hạn chế tối đa sự hao hụt chất tan trong nguyên liệu

d Một số lợi ích của thẩm thấu ứng dụng trong thực phẩm

Đảm bảo giá trị dinh dưỡng, không độc hại:

Do phần lớn quá trình chế biến thực phẩm hầu như có thấm, thoát các chất tan như muối ,đường, chất thêm (polyphosphate ,sulfite, chất bảo quản….) các gia

vị và tách nước Có rất nhiều tiến trình nghiên cứu thẩm thấu để chế biến và bảo quản thực phẩm nhằm mục đích kéo dài thời gian bảo quản, bảo vệ những chất có giá trị, cải thiện chất lượng sản phẩm

Dung dịch có nồng độ cao như đường, muối thường được dùng trong chế biến thực phẩm để lấy nước trong nguyên liệu thực phẩm như rau, quả, thịt, cá… Những chất thêm vào này ngoài có tác dụng bảo quản chúng còn làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm Mặt khác các chất thêm vào như muối, đương chúng không bị hạn chế bởi các luật về chất thêm thực phẩm

Bảo vệ chất chống oxy hóa:

Các chất chống oxy hóa ngày nay đang được trên thế giới quan tâm vì khả năng ngăn chặn các bệnh mản tính mà nguyên nhân do các gốc tự do xuất hiện trong quá trình sống Các chất quý giá này dễ bị hư hỏng do tiếp xúc với không khí khi chế biến Chúng có thể được giữ gìn tốt hơn nếu tiến trình chế biến thực hiện trong điều kiện chân không vắng mặt oxy gen và hạn chế được sự tác động của nhiệt độ

Môi trường thẩm thấu cũng có thể coi như một môi trường hầu như vắng mặt oxy mà không cần thiết bị chịu chân không, máy bơm chân không và các máy vận hành phức tạp do chân không

Do công nghệ thẩm thấu là phương thức ít tốn kém về năng lượng, máy mốc

… mà vẩn đạt được yêu cầu bảo quản chất chống oxy hóa Các carotenoids như lycopene, β- carotene gần như nguyên vẹn trong tiến trình tách nước thẩm thấu vừa giữ màu sắc tươi đẹp vừa bảo vệ toàn vẹn tính chất chức năng

Tiến trình thẩm thấu còn có tác dụng bảo vệ chlorophyll, vitamine C trong quá rình tồn trữ sản phẩm Thẩm thấu được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ không cao, môi trường trung tính nên protein ít bị biến tính Dạng tồn tại của chlorophyll

trong tế bào là phưc hợp giữa chlorophyll và protein, protein có tính chất sinh học bảo vệ chlorophyll

Các chất như carotene, flavin, penicillin ít bị mất đị trong quá trình thẩm thấu nên nó cũng tham gia bảo vệ vitamin C

Vì vậy việc tách nước thẩm thấu là công nghệ cần nghiến cứu để chế biến, phát triển các thực phẩm chức năng ở nguyên liệu rau, quả, củ đặc biệt của Việt Nam để bán chúng ra các nước mà điều kiện khí hậu không thuận lợi cho sự phát triển các nguyên liệu này

Lycopene là chất thực phẩm chức năng có khả năng ngăn cản gốc tự do mạnh mẽ nhất, được coi là chất có khả năng ngăn chặn các bệnh ung thư, đặc biệt là ung thư tuyến tiền liệt

Chế biến rau trái khô

Hầu hết các sản phẩm rau trái khô thường có áp dụng công nghệ thẩm thấu trong giai đoạn đầu để lấy một lượng nước ra, ít tốn năng lượng mà sản phẩm được cải thiện Các sản phẩm có sử dụng phương pháp thẩm thấu như đu đủ, ổi, xoài, cà rốt, cà chua … chúng đã có mặt rất nhiều trên thị trường thế giớ

Bên cạnh sự tiết kiệm tối đa năng lượng, gia tăng chất lượng cảm quan, giá trị dinh dưỡng như vitamie, khoáng, các chất tan có trong nguyên liệu, áp dụng tiến trình thẩm thấu còn giữ được tốt các chất chống oxy hóa trong khi sản xuất và còn giữ tốt hơn sau quá trình sản xuất

e Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu

- Nồng độ đường: Nồng độ đường càng cao thì tốc độ thẩm thấu càng nhanh

- Thời gian: Tốc độ thẩm thấu của dung dịch đường vào nguyên liệu tăng lên tỉ

lệ thuận với thời gian ngâm nước đường, nhưng đến một tốc độ nhất định nào đó thì quá trình thẩm thấu giảm dần và đạt trạng thái cân bằng

- Nhiệt độ dung dịch thẩm thấu: Nhiệt độ tăng thì tốc độ thẩm thấu sẽ tăng

- Chất lượng nguyên liệu: Nguyên liệu tươi thì tốc độ thẩm thấu mạnh, nguyên liệu mỏng thì tốc độ thẩm thấu mạnh hơn nguyên liệu dày

f Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình thẩm thấu

- Khối lượng nguyên liệu giảm do nước thoát ra ngoài nhiều

- Lượng đường thấm vào, lượng nước thoát ra phụ thuộc vào nồng độ đường

và thời gian ngâm nước đường

- Hao hụt chất dinh dưỡng: hàm lượng Nitơ hòa tan đi ra dung dịch đường

Hình 1.8.a Thịt ướp muối Hình 1.8.b Vịt lạp

Hình 1.8.c Cá muối Hình 1.8.d Muối pho mát

Hình 1.8 Một số sản phẩm áp dụng phương pháp thẩm thấu

1.3 TỔNG QUAN VỀ SẤY [6][7]

1.3.1 Khái niệm về sấy

Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dể dàng Sấy làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết do đó vi khuẩn, nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được, giảm hoạt động các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm

Quá trình sấy là quá trình làm khô các vật thể, các sản phẩm bằng phương

pháp bay hơi nước Như vậy, quá trình sấy khô một vật thể diễn biến như sau:

Vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với phân

áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể Vật thể được cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm

1.3.2 Sự khuếch tán nước trong nguyên liệu

Quá trình khuếch tán ngoại

Khuếch tán ngoại là sự dịch chuyển của hơi nước từ bề mặt nguyên liệu vào không khí ẩm mà động lực của nó là sự chênh lệch áp suất của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu với áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm, sự chêch lệch

đó là ∆P = E – e Lượng nước bay hơi tỷ lệ thuận với ∆P, bề mặt bay hơi và thời gian làm khô

Tốc độ bay hơi được biểu diễn như sau: dN = B(E-e).F.dt

Trong đó: N là lượng nước bay hơi (kg)

F là diện tích bề mặt bay hơi (m2)

t là thời gian bay hơi (h)

B là hệ số bay hơi

E là áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu (mmHg)

e là áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm (mmHg)

Như vậy để tăng lượng ẩm bay hơi trong quá trình làm khô thì :

_ Tăng diện tích bề mặt bay hơi bằng cách làm giá đỡ nguyên liệu ở dạng lưới để ẩm có thể bay hơi cả phía trên và phía dưới

_ Tăng E bằng cách tăng nhiệt độ của nguyên liệu hoặc tăng nhiệt độ của tác nhân sấy Phương pháp này chỉ áp dụng cho những nguyên liệu chịu được nhiệt độ cao _ Giảm e bằng cách làm lạnh không khí xuống dưới nhiệt độ đọng sương để tách một lượng hơi nước trước khi vào thiết bị gia nhiệt để sấy Khi sấy ở nhiệt độ không cao thì áp suất của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu bé nhưng áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm cũng bé nên hạn chế được sự giảm động lực của quá trình sấy Nếu so với phương pháp sấy bằng không khí nóng ở cùng một nhiệt độ thì sấy lạnh sẽ có ∆P = E – e lớn hơn nên thời gian sấy và chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn

Quá trình khuếch tán nội

Khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch của hàm ẩm trong nguyên liệu ra bề mặt ngoài của nguyên liệu Động lực của quá trình khuếch tán nội là sự chênh lệch

về độ ẩm giữa các lớp bên trong và bên ngoài nguyên liệu Nếu sự chênh lệch về độ

ẩm càng lớn tức là gradien độ ẩm lớn sẽ làm cho tốc độ khuếch tán nội càng nhanh Tốc độ khuếch tán nội được biểu diễn như sau:

dx

dc F K dt

dW

.

−

=Trong đó: W: lượng nước khuếch tán (kg)

t : thời gian khuếch tán (h)

K : hệ số khuếch tán

F : diện tích bề mặt khuếch tán (m2) dc/dx : gradien nồng độ ẩm

Sự di chuyển ẩm trong quá trình làm khô, trước tiên là ẩm tự do sau đó là ẩm liên kết hóa lý Ẩm di chuyển trong nguyên liệu có thể bằng hai hình thức là ở thể lỏng hoặc thể hơi, điều này phụ thuộc vào sự liên kết ẩm Ẩm liên kết hấp phụ khuếch tán dưới dạng hơi, ẩm liên kết thẩm thấu, kết cấu và tự do sẽ khuếch tán ở dạng lỏng

Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại

Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có mối quan hệ qua lại với nhau, tức khi khuếch tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể tiếp tục và như thế

độ ẩm nguyên liệu mới được giảm dần Nếu cường độ khuếch tán nội nhanh hơn cường độ khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi nước trong nguyên liệu sẽ nhanh hơn, tuy nhiên điều này ít xảy ra Nếu cường độ khuếch tán nội bé hơn khuếch tán ngoại thì bề mặt của nguyên liệu dễ bị tạo màng khô làm ảnh hưởng xấu đến quá trình dịch chuyển ẩm Trong quá trình sấy nếu cường độ khuếch tán ngoại lớn hơn cường độ khuếch tán nội thì cần phải tiến hành sấy gián đoạn tức là đình chỉ hoặc hạn chế quá trình khuếch tán ngoại hay gọi là quá trình sấy có ủ ẩm

Trong quá trình sấy ở giai đoạn đầu khi hàm nước trong nguyên liệu nhiều làm cho sự dịch chuyển ẩm lớn nên cường độ khuếch tán nội thường phù hợp với cường độ khuếch tán ngoại và lượng ẩm thoát ra được nhiều, vì vậy ở giai đoạn này

có thể tăng vận tốc chuyển động của không khí để tăng khả năng dịch chuyển ẩm

Nhưng vào giai đoạn cuối của quá trình sấy, khi hàm nước trong nguyên liệu còn ít

trong khi đó cường độ bay hơi ở mặt ngoài nhanh mà cường độ khuếch tán nội bé

nên bề mặt dễ tạo màng cứng làm ảnh hưởng xấu đến quá trình khuếch tán nội

Chính vì vậy ở giai đoạn sấy giảm tốc nên hạn chế cường độ khuếch tán ngoại bằng

cách giảm vận tốc chuyển động của không khí

1.3.3 Tìm hiểu về sấy hồng ngoại

a Khái niệm sấy bức xạ hồng ngoại:

Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm bằng nguồn nhiệt

hồng ngoại Năng lượng các tia hồng ngoại xuyên vào và hấp thụ trong thể tích vật

liệu làm thay đổi trường nhiệt độ

Tia hồng ngoại có bước sóng 0.76 ÷ 340µm phát tia bức xạ mà vật liệu ẩm

có khả năng hấp thụ nhiều, nhưng việc chọn nguồn bức xạ để sấy cần liên hệ đến

đặc tính phổ quang học của vật liệu ẩm và các yêu cầu công nghệ xử lý vật liệu

Khi vật liệu quá ẩm thì khả năng phản xạ của các tia có thể mạnh hơn khả

năng hấp thụ thì phải thay đổi khoảng bước sóng cho thích hợp

Nhiệt độ của vật phát xạ có thể tính theo công thức:

λmax =

T

2886

Dựa vào λmax có thể tính được khoảng bước sóng cần thiết dùng để sấy:

Vật phát xạ là thạch anh:λ1 =0,5 λmax; λ2 =4,3 λmax

Vật phát xạ là dây wonfram: λ1 =0,52 λmax; λ2 =4,27 ÷6,2.10-4T

Nếu sử dụng đèn hồng ngoại có công suất 250W thì thấy nhiệt độ sát bóng

có thể đạt 163 ÷ 1650C, khi đó :

λmax = 6 , 6

273 164

Vậy, qua thực nghiệm cho thấy các tia hồng ngoại có bước sóng λ = 3 ÷ 12µm thì cho khả năng hấp thụ của vật liệu ẩm là lớn nhất

b Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại

Vật liệu sấy khô trong công nghiệp thực phẩm thường được cấu tạo chủ yếu bởi các chất hữu cơ và nước, phổ hấp thụ năng lượng bức xạ của nước và các chất hữu cơ là khác nhau

Ở mỗi bước sóng nhất định, chất hữu cơ sẽ trở thành “ vật trong suốt” – không hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mà nước sẽ trở thành “ vật đen” – hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại tối đa Do đó khi chiếu hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 2.5- 3.5 µm tương ứng với bước sóng mà nước có thể hấp thụ tối

đa năng lượng bức xạ Kết quả là các phân từ nước sẽ dao động mạnh tạo ma sát và sinh nhiệt rất lớn

Mặt khác, dưới tác động của năng lượng bức xạ phân tử nước dễ dàng bị phân ly thành các ion H+ và OH- nên làm cho ẩm trong vật liệu sấy thoát ra rất nhanh Lúc này, chiều chuyển động của dòng ẩm trùng với chiều chuyển động của dòng nhiệt ( từ trong vật liệu sấy đi ra ngoài bề mặt ) làm tăng quá trình khuếch tán nội, điều này trái ngược hẳn với các phương pháp gia nhiệt thông thường là dòng nhiệt di chuyển từ bề mặt vật liệu vào trong tâm vật liệu, còn ẩm thì di chuyển từ trong vật liệu ra ngoài bề mặt

Người ta chứng minh được rằng, dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại có tần

số tương ứng với tần số dao động riêng của liên kết hóa học, các nhóm chức có khả năng phản ứng cao như: -OH, -COOH, sẽ tác dụng trực tiếp đến liên kết hóa học tạo ra tình huống cộng hưởng làm đứt các liên kết hóa học Kết quả là luôn tăng nhanh vận tốc phản ứng và quá trình sấy lớp sơn phủ bóng tăng

Tính ưu việt của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại

_ Sản phẩm thu được trong quá trình sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại không bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng các vitamin được bảo toàn đồng thời sản phẩm lại được bảo đảm về mặt vệ sinh thực phẩm tốt

_ Màu sắc, mùi vị, các vitamin được đảm bảo không bị thất thoát trong quá trình bảo quản sản phẩm

_ Công nghệ sấy bức xạ gốm hồng ngoại cho phép tiết kiệm cả thời gian lẫn năng lượng Phương pháp này hoàn toàn không gây nguy hiểm và sử dụng hóa chất, chất độc, quán tính diệt thấp

_ Công nghệ sấy bức xạ gốm hồng ngoại có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn và tính thiết thực cao, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, sấy các loại hạt, rau quả, hạt giống để bảo quản và gieo trồng Nhất là, trong lĩnh vực chế biến thủy sản công nghệ sấy này được ứng dụng để sấy cá, mực, tôm, các sản phẩm thủy sản có giá trị cao khác Trong y học sử dụng công nghệ này sấy các đối tượng sinh học quan trọng như enzym, mô động thực vật, máu, protein đảm bảo được tính chất, sản phẩm đạt chất lượng vệ sinh cao

− Gradien nhiệt độ và độ ẩm ở lớp sát bề mặt vật là cùng chiều, do đó tăng cường tốc độ khuếch tán nội dẫn tới tốc độ sấy tăng, tránh được quá nhiệt cục bộ và làm chai bề mặt sản phẩm trong quá trình sấy

− Bức xạ hồng ngoại là một phương pháp gia nhiệt sạch sẽ, an toàn, vô hại đối với người và môi trường

− Dễ dàng điều khiển theo khu vực hiệu suất sử dụng nhiệt cao

− Chi phí vận hành lắp đặt thấp, không tốn diện tích mặt bằng

− Đặc biệt bức xạ hồng ngoại có khả năng tiêu diệt côn trùng, vi sinh vật có hại ngay cả ở nhiệt độ thấp

Nhược điểm

_ Tuy nhiên nhiệt bức xạ hồng ngoại có nhược điểm là khả năng xuyên thấu kém 7-30 mm nên chỉ thích hợp sấy các sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng và ở dạng rời

_ Sản phẩm sấy dễ bị nứt và cong vênh, vì vậy các vật liệu như men sứ không thích hợp với kiểu sấy này

a Cơ chế sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp lạnh

Cơ sở khoa học của sấy bức xạ bằng đèn hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh

Cơ chế sấy bằng bức xạ hồng ngoại

Rx Tia nhiệt

Dx: tia xuyên qua

Khi các vật liệu bị chiếu xạ có sự tăng nhiệt độ là kết quả của sự hấp thụ bức

xạ của vật chất và sự cải biến năng lượng thành tia dưới dạng lượng tử Khi dó năng lượng tia được phân tử vật chất hấp thụ sẽ chuyển hoá đồng thời thành năng lượng một số dạng chuyển động của vật chất Nhưng chủ yếu là chuyển từ quang năng thành nhiệt năng

Trong vật thể tương đối đồng nhất, có chiều dày thích hợp được chiếu xạ, nếu vật liệu có tính hấp thụ bức xạ đèn hồng ngoại tốt thì bên trong vật liệu có thể tạo ra nhiệt độ tương đối cao so với bề mặt điều đó dẫn đến xuất hiện gradien nhiệt

độ lớn Các gradien nhiệt độ này gây ra quá trình chuyển khối trong các vật thể xuất hiện sự khuếch tán làm tăng nhanh quá trình loại ẩm ra khỏi vật liệu

Phương pháp sấy vật liệu ẩm dựa trên việc nghiên cứu động lực học, quá trình vận chuyển và loại ẩm, việc xác định cuờng độ bức xạ cần thiết để tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình sấy khi thấy rõ bản chất và đặt tính phổ của vật liệu, vận tốc sấy cho trước, sự phân bố của các hồng ngoại

Cơ chế sấy bằng bức xạ hồng ngoại trước đây người ta cho rằng đó là quá trình truyền nhiệt thuần túy xảy ra mà không có sự biến đổi gì về phuơng diện lý

Ax

hoá tượng như quá trình chuyển khối và truyền nhiệt của ẩm khi sấy các vật liệu

ẩm Nhưng sau này nhiều công trình nghiên cứu, người ta chứng minh được rằng,

ngoài các quá trình lý hoá thuần túy cải biến năng lượng tia thành nhiệt năng ra có

thể phát sinh các phản ứng hoá học bên trong lớp vật liệu đối với trường hợp sấy

khô khô các lớp sơn phủ bóng bề mặt vật liệu

Như vậy nguyên liệu có khả năng hấp thụ lớn thì sấy bức xạ càng thích hợp

Các nguyên liệu có hệ số xuyên qua bé dẫn đến làm quăng bề mặt và làm quá nhiệt

bề mặt Để tránh hiện tượng trên thì nguyên liệu sấy phải có độ dày thích hợp

Qua thực nghiệm cho thấy đối với một số thực phẩm và một số vật liệu khác,

thì khả năng hấp thụ lớn nhất lớn nhất ở bước sóng tia hồng ngoại là:

λ= 0,77 ÷ 340µm

Cơ chế truyền nhiệt và chuyển khối trong sấy bức xạ

Nhiệt lượng cung cấp cho vật sấy nóng lên và làm ẩm bốc hơi được lấy từ

năng luợng của các tia bức xạ Vì vậy cường độ và đặc tính của quá trình truyền

nhiệt và chuyển khối trong sấy bức xạ, được xác định bởi quang phổ bức xạ của vật

phát ra bức xạ và khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật liệu sấy Trong sấy

bức xạ người ta, dùng vật phát ra năng lượng bức xạ liên tục và cường độ cao thuộc

vùng quang phổ hồng ngoại với bước sóng λ = 0,76 ÷ 450µm

Bước sóng lớn nhất là λmax và cường độ quang phổ bức xạEλ phụ thuộc vào

nhiệt độ của vật phát năng lượng bức xạ

Theo các định luật của Planck và Vin có quan hệ như sau:

ε1: độ đen C1 = 3,74.10-16 (W.m2)

C1, C2: các hằng số Planck C2 = 1,44.10-2( m.oK)

maxλ : Bước sóng ứng với cường độ bức xạ cao nhất

Cường độ bức xạ được xác định theo định luật sau:

Hiệu suất sản sinh tia hồng ngoại của bóng đèn đạt 70% còn 30% thì chuyển thành ánh sáng nhìn thấy hoặc bị mất đi

Diện tích chiếu của bóng đèn bé nhưng cường độ của tia hồng ngoại trong đơn vị diện tích thì rất lớn Các bóng đèn sản sinh ra tia hồng ngoại là dòng điện đi qua yếu vì vậy nhiệt độ phát quang tuơng đối thấp Vì nhiệt độ phát quang của bóng đèn tương đối thấp cho nên tổn thất do hiện tượng bốc hơi của dây tóc bóng đèn tương đối nhỏ đồng thời trong bóng đèn có khí trơ vì vậy sử dung tương đối bền, thường vào khoảng 5000 đến 6000 giờ

1.3.4 Sấy đối lưu lạnh

Là tách ẩm bằng không khí lạnh, ẩm tách ra từ bề mặt sấy cần được mang đi

để duy trì khuếch tán ẩm từ trong ra bề mặt sản phẩm Điều kiện để tách ẩm: không khí có độ ẩm nhỏ, tốc độ gió thích hợp cung cấp năng lượng cho quá trình

a Nguyên lý sấy đối lưu lạnh

Không khí được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ điểm sương để ngưng tụ một phần ẩm được tách ra ngoài Sau đó không khí đi qua dàn nóng để tăng nhiệt độ, tiếp tục được quạt gió hút vào tủ sấy Ở trong tủ sấy sau khi thu ẩm từ sản phẩm không khí được quạt hút ra ngoài

b Ưu nhược điểm của sấy đối lưu lạnh

 Ưu điểm

Tốc độ sấy tăng do áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí bé Độ

ẩm tương đối giảm đáng kể mà nhiệt độ sấy không cần tăng cao Do nhiệt độ thấp nên tránh được quá nhiệt cục bộ, bảo vệ được mùa sắc và chất lượng sản phẩm

Do không phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường xung quanh, nên quá trình sản xuất lên tục, chất lượng sản phẩm đều

Nếu như độ ẩm không khí ngoài trời thấp đạt yêu cầu thì không cho hệ thống lạnh hoạt động giảm chi phí sản xuất