Hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt

Sự thay đổi môi trường trong những năm gần đây, đặc biệt những năm cuối thế kỉ rất đáng lo ngại

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH

1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA BƠM NHIỆT

Bơm nhiệt có quá trình phát triển lâu dài, bắt đầu từ khi Nicholas Carnot đề xuấtnhững khái niệm chung đầu tiên Một dòng nhiệt thông thường di chuyển từ một vùngnóng đến một vùng lạnh, Carnot đưa ra lập luận rằng một thiết bị có thể được sử dụng

để đảo ngược quá trình tự nhiên và bơm nhiệt sẽ điều chỉnh dòng nhiệt từ một vùnglạnh đến một vùng ấm hơn

Đầu những năm 1850, Lord Kelvin đã phát triển các lý thuyết về bơm nhiệt bằng cáchlập luận rằng các thiết bị làm lạnh có thể được sử dụng để gia nhiệt Các nhà khoa học

và các kỹ sư đã cố gắng chế tạo ra một bơm nhiệt nhưng không một mô hình nào thànhcông cho đến giữa những năm 30 khi những bơm nhiệt sử dụng theo mục đích cá nhânđược lắp đặt Việc lắp đặt các bơm nhiệt gia tăng đáng kể sau thế chiến II, người tanhận thấy rằng bơm nhiệt có thể được thương mại hóa nếu hoàn tất lý thuyết và đảmbảo chất lượng sản phẩm Sản phẩm bơm nhiệt đầu tiên được bán vào năm 1952

Từ khi xẩy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt lại bướcvào một bước tiến nhảy vọt mới Hàng loạt bơm nhiệt đủ mọi kích cở cho các ứngdụng khác nhau được nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thị trường.Ngày nay, bơm nhiệt đã trở nên rất quen thuộc trong các lĩnh vực điều hòa không khí,sấy, hút ẩm, đun nước…

Sơ đồ nguyên lý bơm nhiệt:

Hình 1.1 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt

1.2 HỆ THỐNG SẤY LẠNH SỬ DỤNG BƠM NHIỆT

1.2.1 Giới thiệu về hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt

Sự thay đổi môi trường trong những năm gần đây, đặc biệt những năm cuối thế kỉ rấtđáng lo ngại Những bước tiến nhanh chóng của khoa học và kỹ thuật, cùng với sựthay đổi toàn diện về lối sống của xã hội hiện đại, đã gây nên sự tổn hại to lớn đối vớicác nguồn tài nguyên cũng như đối với sự cân bằng sinh thái Hiện tại, những yêu cầuđặt ra đối với nền văn minh hiện đại là việc thõa mãn nhu cầu ngày càng cao đối vớicác nguồn năng lượng đang cạn kiệt trên trái đất Sự phát triển của kỹ thuật và nghiêncứu khoa học tự nhiên có thể sẽ mang lại câu trả lời thõa đáng nhất Trọng tâm hiệnnay là sự thay đổi dần dần theo hướng đòi hỏi đáp ứng cả vấn đề cân bằng sinh thái vàmôi trường sống

Sấy là một thiết bị hoạt động chủ yếu trong ngành thực phẩm - nông nghiệp, nó gâynên sự ô nhiễm rất lớn đối với môi trường Việc khử từng phần hay toàn bộ nước từ

vật liệu là rất phức tạp và yêu cầu một nguồn lượng năng lượng lớn Các yếu tố ảnhhưởng đến quá trình này như thời gian chu trình, chất lượng sản phẩm, độ cảm nhiệt,vv Kỹ thuật sấy có thể đáp ứng được cả yêu cầu về kinh tế và bảo vệ môi trườngsống phát triển rất chậm bởi nhiều yếu tố Việc ứng dụng nghiên cứu sử dụng bơmnhiệt trong quá trình sấy được chú ý, từ đó tìm ra các ứng dụng khác nhau của kỹ thuậtsấy lạnh sử dụng để thay thế những phương pháp sấy truyền thống từ đó đem đếnnhững lợi ích trong tương lại

Trong một máy sấy đối lưu không khí nóng, không khí được gia nhiệt lên đến nhiệt độsấy (bằng cách sử dụng bộ gia nhiệt điện hoặc bộ gia nhiệt sử dụng nhiên liệu) để làmtăng tốc độ truyền nhiệt trong quá trình sấy Điều này làm tăng áp suất hơi nước bênngoài và tốc độ khuếch tán ẩm trong trong vật liệu theo hướng thoát ra bề mặt vật liệu,

từ đó lượng ẩm này sẽ khếch tán vào trong dòng tác nhân sấy Trong môi trường đốilưu, độ ẩm tuyệt đối của tác nhân sấy phụ thuộc vào điều kiện môi trường Việc sửdụng bơm nhiệt để hút ẩm trong quá trình sấy hoàn toàn có thể điều khiển hoàn toàn cảthành phần ẩm và nhiệt độ tác nhân sấy, cũng như lấy lại được nhiệt ẩn bay hơi củanước từ dòng thải

Bơm nhiệt có thể thay đổi nhiệt độ từ thấp đến cao, theo yêu cầu làm việc của thiết bị,

từ đó nó có thể cung cấp các chế độ làm việc khác nhau Loại bơm nhiệt phổ biến nhấthoạt động hoạt động theo một chu trình nén - hơi bao gồm các thiết bị chính: dàn bayhơi, máy nén, dàn ngưng tụ và van giãn nở (hình 1.2)

Qh = Qc + W

Tc < Th

Hình 1.1: Nguyên lý truyền nhiệt của bơm nhiệt

Van giãn nở

Hình 1.2: Các thành phần cơ bản của một bơm nhiệt

Quá trình truyền nhiệt thực hiện được thông qua sự thay đổi pha làm việc của môi chấtlạnh Môi chất lạnh trong giàn bay hơi hấp thụ nhiệt và bay hơi ở nhiệt độ thấp và ápsuất thấp Khi hơi môi chất lạnh ngưng tụ ở nhiệt độ cao, áp suất cao tại dàn ngưng tụ,

nó thải nhiệt ở áp suất cao hơn Khi sử dụng trong quá trình sấy, hệ thống sấy sử dụngbơm nhiệt làm lạnh không khí của quá trình đến điểm bão hòa, và sau đó ngưng tụnước (khử ẩm), do đó làm tăng khả năng sấy của không khí Trong quá trình này chỉtuần hoàn mức nhiệt thấp (nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ không khí Cấu trúc của dàn bayhơi và dàn ngưng tụ được bố trí như hình vẽ (hình 1.3)

Hình 1.3: Hai phương thức trao đổi nhiệt thông qua buồng sấy Mũi tên lớn chỉ dòng

tác nhân qua buồng sấyTrong trường hợp thứ nhất (hình 1.3a), máy sấy lạnh hoạt động vừa như một máy khử

ẩm và một bộ gia nhiệt không khí Trong cách bố trí thứ hai, dàn bay hơi được xen vàodòng không khí ẩm trong khi không khí sạch lại được đưa vào toàn bộ dàn ngưng tụ.Việc sắp xếp theo kiểu này, nhiệt ẩn (cùng với một lượng lớn nhiệt hiện) được hồi lưubằng cách khử ẩm của khí thải và truyền cho không khí của quá trình thông qua dànngưng tụ Mô hình này thích hợp khi không khí môi trường khô (độ ẩm tương đốithấp), nhưng nó lại không kinh tế trong quá trình sấy, bởi vì dòng khí thải tương tựnhư không khí bên trong Trong cả hai mô hình trên, khí thải từ buồng sấy có thể đượchồi lưu lại đi đến dàn bay hơi nghĩa là không khí có thể tuần hoàn toàn bộ hay từngphần

Bơm nhiệt bước đầu được nghiên cứu với tác dụng khử ẩm, nhưng sau cuộc khủnghoảng năng lượng những năm 70 Khả năng ứng dụng trong việc sấy nông sản phẩmngày càng được chú ý đến nhiều hơn Ứng dụng của bơm nhiệt trong nông nghiệp bắtđầu với việc sử dụng như thiết bị gia nhiệt Những nghiên cứu và phát triển sau đó đãđạt được kết quả với việc phát triển quá trình sấy sử dụng bơm nhiệt Bằng nhiều cáchkhác nhau, như là sử dụng một van điều chỉnh áp suất, trao đổi nhiệt, điều khiển lưulượng dòng khí, thay đổi tốc độ máy nén,vv… được thực hiện tùy thuộc vào các yêucầu thực tế, nguyên lý hoạt động máy sấy sử dụng bơm nhiệt Trong thương mại việc

sử dụng các máy sấy lạnh để sấy hỗ trợ đã được nhắc đến tại nhiều nước ở Châu Âu(NaUy, Pháp và Hà Lan), Châu Á và Autralia, ở đây công nghệ này được ứng dụngchủ yếu trong các quy trình chế biến thực phẩm

Việc sử dụng bơm nhiệt với quy mô rộng lớn vẫn chưa được cụ thể hóa trong nôngnghiệp Một trong những yếu tố cản trở việc sử dụng kỹ thuật này là chi phí đầu tư Vìchi phí đầu vào cao và thời gian sử dụng ngắn, cho nên hiện nay các loại máy sấy khácvẫn chiếm ưu thế Hơn nữa, các sản phẩm ra đời phải đảm bảo tính đổi lẫn và dễ sữachữa, kỹ thuật sấy sử dụng bơm nhiệt có tiềm năng đáp ứng được các ứng dụng khácnhau trong môi trường sản xuất nông nghiệp

1.2.1 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG SẤY LẠNH

Khác với phương pháp sấy nóng, trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độchênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân ápsuất trong tác nhân sấy nhờ giảm lượng chứa ẩm Ở phương pháp sấy lạnh, nhiệt độ bềmặt ngoài của vật nhỏ hơn nhiệt độ bên trong vật, đồng thời do tiếp xúc với không khí

có độ ẩm và phân áp suất hơi nước nhỏ nên bề mặt cũng có phân áp suất hơi nước nhỏhơn phía bên trong vật Nói khác đi, ở đây gradient nhiệt độ và gradient áp suất cócùng dấu nên gradient nhiệt độ không kìm hãm quá trình dịch chuyển ẩm như khi sấynóng mà ngược lại, nó có tác dụng tăng cường quá trình dịch chuyển ẩm trong lòng vật

ra ngoài để bay hơi làm khô vật Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ

bề mặt vào môi trường có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn nhiệt độ môi trường hoặc cũng cóthể nhỏ hơn 0oC

Hình1.5: Sơ đổ hệ thống sấy lạnh

1.2.1.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ nhỏ hơn 0 o C

a Hệ thống sấy thăng hoa

Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn biếnthành trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa Để tạo ra quá trình thăng hoa, vật liệu sấyphải được làm lạnh dưới điểm ba thể, nghĩa là nhiệt độ của vật liệu t < 00C và áp suấttác nhân sấy bao quanh vật p < 620 Pa Từ đó, vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng để

ẩm từ trạng thái rắn thăng hoa thành thể khí và vào môi trường Như vậy, trong các hệthống sấy thăng hoa phải tạo được chân không trong vật liệu sấy và làm lạnh vậtxuống dưới 0oC

 Ưu điểm: Phương pháp gần như bảo toàn được chất lượng sinh, hóa học của

sản phẩm bao gồm: màu sắc, mùi vị, vitamin, hoạt tính,…

 Nhược điểm:

-Chi phí đầu tư cao, phải dùng đồng thời bơm chân không và máy lạnh (để kếtđông sản phẩm và làm ngưng kết hơi nước)

-Hệ thống cồng kềnh nên vận hành phức tạp, chi phí vận hành và bảo dưỡng lớn.Sấy thăng hoa thường được ứng dụng để sấy sản phẩm quý, dễ biến chất do nhiệt như:máu, vắc xin,…

b Hệ thống sấy chân không

Phương pháp sấy chân không là phương pháp tạo ra môi trường gần như chân khôngtrong buồng sấy, nghĩa là nhiệt độ vật liệu t < 0oC, áp suất tác nhân sấy bao quanh vật

p > 610 Pa Khi nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước trong vật liệu sấy ở thể rắn

sẽ chuyển sang thể lỏng, sau đó mới chuyển sang thể hơi và đi vào môi trường

 Ưu điểm: Phương pháp này giữ được chất lượng sản phẩm, đảm bảo điều kiện

vệ sinh

 Nhược điểm: Hệ thống có chi phí đầu tư lớn, vận hành phức tạp.

-Phương pháp sấy chân không thường chỉ sấy các loại vật liệu sấy là các sảnphẩm quý, dễ biến chất

-Do tính phức tạp và không kinh tế nên các hệ thống sấy thăng hoa và hệ thốngsấy chân không chỉ dùng để sấy những vật liệu quí hiếm, không chịu đượcnhiệt độ cao Vì vậy, các hệ thống sấy này là những hệ thống sấy chuyên dùng,không phổ biến

1.2.1.2 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ lớn hơn 0 o C

Với những hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉnhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là không khí được khử ẩm bằng phươngpháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ, sau đó nó được đốt nóng hoặc làmlạnh đến các nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy Khi đó do phân áp suất hơinước trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy mà ẩm

từ dạng lỏng bay hơi đi vào tác nhân sấy Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng

vật và từ bề mặt vật vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh loại này hoàn toàngiống như trong các hệ thống sấy nóng Điều khác nhau ở đây là cách giảm pam bằng

cách đốt nóng tác nhân sấy (d = const) để tăng áp suất bão hoà dẫn đến giảm độ ẩmtương đối φ Trong khi đó, với các hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằngnhiệt độ môi trường thì ta sẽ tìm cách giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy pam

bằng cách giảm lượng chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh (sau khử ẩm bằng hấpthụ) hoặc đốt nóng (sau khử ẩm bằng lạnh)

 Ưu điểm:

- Năng suất hút ẩm của phương pháp này khá lớn

- Khả năng giữ chất lượng, hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm cũng khá tốt (phụthuộc vào nhiệt độ sấy)

-Lắp đặt phức tạp, khó điều chỉnh các thông số để phù hợp với công nghệ

-Trong môi trường có bụi, cần dừng máy để vệ sinh chất hấp thụ, tuổi thọ thiết

bị giảm

b Phương pháp dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp

Trong phương pháp này, người ta chỉ dùng một hệ thống bơm nhiệt để tạo ra môitrường sấy Nhiệt độ môi trường sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệt

độ xấp xỉ môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu sấy Khác với các

thiết bị nhiệt lạnh khác, khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khô và hút ẩm thì cả dàn nóng

và dàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng suất tiêu thụ ở đây có thể được tậndụng đến mức cao nhất mà nhiệt độ không khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độmôi trường hoặc thấp hơn

 Ưu điểm:

-Khả năng giữ màu sắc, mùi vị và vitamin đều tốt

-Tiết kiệm năng lương nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh, hiệuquả sử dụng nhiệt cao

-Bảo vệ môi trường, vận hành an toàn

-Có khả năng điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu và khảnăng chịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dànngưng trong

-Phải có giải pháp xả băng sau một thời gian làm việc

1.3 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG SẤY LẠNH

SỬ DỤNG BƠM NHIỆT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Việc sử dụng bơm nhiệt trong công nghiệp cũng như dân dụng để sấy, sưởi, hút ẩm,điều hòa không khí,… đã được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trên thế giới Sauđây là tổng quan một số công trình nghiên cứu:

1.3.1 Các tác giả trong nước

Tác giả Phạm Văn Tùy và các công sự đã tiến hành nghiên cứu và đã ứng dụng thànhcông hệ thống bơm nhiệt để sấy lạnh kẹo Jelly, kẹo Chew, Caramel, kẹo Cứng… tạicông ty bánh kẹo Hải Hà.

Năm 1997, 1998 các tác giả đã thiết kế lần lượt hai hệ thống lạnh theo nguyên lý bơmnhiệt nhiệt độ thấp kiểu môđun Để sấy kẹo Jelly với năng suất 1100 kg/ngày và 1400kg/ngày hiện nay vẫn còn được sử dụng cho phòng sấy lạnh số 2 và số 3 Nhà máy thựcphẩm Việt Trì- Công ty cổ phần bánh kẹo Hải Hà Thông số nhiệt độ không khí buồngsấy 22-280C, độ ẩm 30-40% Sơ đồ nguyên lý hệ thống như hình vẽ:

Một hệ thống máy hút ẩm hỗ trợ cho dây chuyền sản xuất kẹo Caramem của Cộng HòaLiên Bang Đức cải tạo từ máy điều hòa không khí cũ cho phân xưởng kẹo caramem và

hệ thống bơm nhiệt hút ẩm công suất lạnh 120.000 Btu/h sử dụng 4 máy lạnh TraneTTK 530 công suất mỗi máy là 30.000 Btu/h hiện nay đang sử dụng cho phòng baogói kẹo cứng thuộc Xí nghiệp Công ty CP Bánh kẹo Hải Hà đã được lắp đặt từ năm1999

Qua thực tế sử dụng, thấy rằng ngoài ưu điểm rẻ tiền (giảm khoảng 50% vốn đầu tư)

và tiết kiệm năng lượng (điện năng tiêu thụ giảm gần 50%) so với phương án dùngmáy hút ẩm, các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh này hoạt động ổn định, liên tục và giảmchi phí bảo dưỡng Tuy nhiên, nó còn có nhược điểm là cồng kềnh, sử dụng nhiều quạt

và động cơ xen kẽ, trong hệ thống nhiều bụi bột nên phải bảo dưỡng động cơ lại phảithực hiện trong không gian hẹp, khó thao tác

Để khắc phục những nhược điểm trên năm 2005 nhóm tác giả đã thiết kế chế tạo máysấy lạnh cho phòng sấy lạnh số 1 theo nguyên lý bơm nhiệt kiểu nguyên khối BK-BSH18A

So với công nghệ dùng các bơm nhiệt kiểu mô đun thì BK-BSH18A có thiết bị xử lýkhông khí được chế tạo dạng tổ hợp gọn có thể đặt ngoài nhà, trong nhà hay trongbuồng sấy và tốc độ không khí có thể thay đổi để phù hợp với yêu cầu của vật liệu sấykhác nhau

Việc sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp để hút ẩm và sấy lạnh có nhiều ưu điểm và rất

có khả năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện khí hậu nóng ẩm phù hợp với thực tế tạiViệt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật đáng kể Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệtphù hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, màu, mùi, chất dinh dưỡng và khôngcho phép sấy ở nhiệt độ cao, tốc độ gió lớn Các hệ thống hút ẩm và đặc biệt là các hệthống sấy lạnh có cấu trúc luôn thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu sấy, cấutrúc của dàn lạnh sử dụng, … nên không có một cấu trúc chung cho tất cả các đốitượng sấy, tuy nhiên vẫn có chung nguyên tắc và phương pháp tính toán thiết kế Do

đó, cần phải tiếp tục những nghiên cứu cơ bản, đầy đủ về các quá trình, các giới hạn

kỹ thuật và các vấn đề tự động điều chỉnh không chế liên hoàn nhiệt độ và độ ẩm củatác nhân sấy cũng như của vật liệu sấy

1.3.2 Các tác giả nước ngoài

Macio N Kohayakawa và các công sự đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu

tố như: vận tốc gió Var, chiều dày của vật liệu L đến hệ số khuếch tán quá trình sấy Def

trong hệ thống sấy xoài bằng bơm nhiệt Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống là R22

Hệ thống sấy xoài sử dụng hai dàn ngưng trong để gia nhiệt cho không khí Nhiệt độkhông khí trong quá trình thí nghiệm thay đổi từ 40oC đến 56oC Vận tốc gió thay đổi

từ 1,6 m/s đến 4,4 m/s, chiều dày vật liệu sấy thay đổi từ 5,8 mm đến 14,2 mm Khốilượng vật liệu sấy ở mỗi mẽ là 300g, thời gian sấy là 8h/mẻ Dựa vào các quan hệ lýthuyết tính toán hệ số khuếch tán, sử dụng phương pháp quy hoạch trực giao và kếthợp với số liệu thực nghiệm, các tác giả đã xây dựng được phương trình hồi qui xácđịnh hệ số khuếch tán Def như sau:

Def=4,2625 - 0,61922.Var + 0,380538.Var2 + 1,012517.L – 0,90343.Var.L (1.1)

Phương trình (1.1) cho thấy rằng ảnh hưởng đồng thời của hai thông số cũng như mức

độ ảnh hưởng của chúng đến hệ số khuếch tán Def Ở đây, ảnh hưởng của tốc độ gió

Var là lớn nhất, sau đó đến chiều dày của vật liệu sấy Phương trình (1.1) cũng cho biếtảnh hưởng lẫn nhau giữa hai thông số thông qua mối liên hệ chéo nhau giữa chúng

Tuy nhiên, phương trình này không đề cập đến ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm sấy mặc

dù ảnh hưởng của chúng là lớn đến hệ số khuếch tán Điều này cũng được chính tácgiả khẳng định trong nghiên cứu của mình Do vậy, cần có những nghiên cứu đánh giá

về ảnh hưởng của các yếu tố này

Phani K.Adapa, Greg J.Schoenau và Shahab Sokhansanj đã tiến hành nghiên cứu lýthuyết và thực nghiệm quá trình sấy bằng bơm nhiệt đối với các vật liệu đặc biệt Cáctác giả đã tiến hành thiết lập các quan hệ tính toán lý thuyết quá trình sấy lớp mỏng.Các tác giả đã thiết lập phương trình cân bằng năng lượng, cân bằng chất, truyền nhiệt

và truyền ẩm giữa vật liệu và không khí cho một phân tố thể tích vật liệu sấy như sau:Phương trình truyền ẩm:

M

k M M t

- M : độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy tại thời điểm t

- Me : độ ẩm cân bằng của vật liệu sấy, được xác định bằng thực nghiệm

- t : thời gian sấy, s

- k : hằng số sấy [1/s], được xác định như sau: k 0, 2865.exp 0,179. T a (1.3)

Giải phương trình (1.2) ta xác định được độ ẩm của vật liệu khi sấy tại thời điểm t nhưsau:

Với:

W - độ chứa hơi của không khí

x – chiều dày của vật liệu sấy

Gp – lưu lượng vật liệu sấy chuyển động qua băng tải, kg/m.s

Ga – lưu lượng không khí chuyển động qua băng tải, kg/m2.s

y – quãng đường dịch chuyển của vật liệu sấy, m

Giải phương trình (1.5), thu được công thức xác định sự thay đổi của độ chứa hơi Wtheo chiều dày vật liệu sấy (giả thiết tính chất của vật liệu sấy là đồng đều theo phươngdịch chuyển y):

Phương trình cân bằng năng lượng:

- Ta : nhiệt độ của không khí sấy, 0C

- Tg : nhiệt độ của vật liệu sấy, 0C

- hcv : hệ số truyền nhiệt thể tích, kJ/m3.ph.K

- Cpa : nhiệt dung riêng của không khí khô, kJ/kgK

Giải phương trình (1.7), xác định được nhiệt độ không khí tại đầu ra:

0

d a x

T T a T  T

Lg: nhiệt ẩn hóa hơi của nước trong vật liệu sấy, kJ/kg

Cpg: Nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, kJ/kgK

Cpl: nhiệt dung riêng của nước, kJ/kgK

Giải phương trình (1.9) ta sẽ tìm được sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu sấy:

Trong kỹ thuật sấy lạnh, để tăng cường tách ẩm cho hệ thống, không khí sấy trải quagiai đoạn tách ẩm ở dàn lạnh, vì thể ẩm trong không khí có thể tồn tại ở ba dạng hơi,lỏng và rắn, với dung ẩm ở dạng hơi dh, dạng lỏng dl và dạng rắn dr, entanpi H củakhông khí ẩm:

H= tb + (2500+1,93tb)dh + 4,18d1tb + (-335+2,1 tb)dr , kJ/kgkk (1.11)

Trong quá trình khử ẩm ở dàn lạnh, chiều dài đường đi của dòng không khí là yếu tố

có tính quyết định, theo đó mà lưu lượng thể tích không khí cũng như công suất nhiệt

2

3

/, /

h

d P T

d m

kg m K

độ điểm sương ts Trên một đơn vị dài quan hệ truyền nhiệt, truyền chất này có thểbiểu diễn dưới dạng:

- Ph: áp suất hơi bão hòa của hơi nước tương ứng với nhiệt độ của không khí ẩm

- Hằng số R đối với hơi nước trong không khí ẩm: R=8314/18=861,89 J/kgKMặt khác có thể tính nhiệt lượng do không khí truyền cho môi chất lạnh tương ứng vớimỗi đơn vị dài của thiết bị bay hơi bơm nhiệt:

Với K1 là hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi [W/mK].

Từ các cơ sở trên ta có quan hệ:

1.5 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY RAU QUẢ VỚI PHƯƠNG PHÁP

SẤY LẠNH

Sấy là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật Tuy nhiên, sấy là một quá trìnhcông nghệ đòi hỏi sau khi sấy, vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn nănglượng ít và chi phí vận hành thấp Có hai phương pháp sấy:

1.5.1 Phương pháp sấy nóng

Trong phương pháp sấy nóng, tác nhân sấy và vật liệu sấy được đốt nóng Do tác nhân

trong tác nhân sấy giảm Mặt khác do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên nên mật độ hơitrong các mao quản tăng và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật cũng tăng theo côngthức:

h

p 



2 (1.16)

Trong đó:

 Pr - áp suất trên bề mặt cột mao dẫn, N/m2

 Po - áp suất trên bề mặt thoáng, N/m2

 Giảm phân áp suất của hơi nước trong tác nhân sấy bằng cách đốt nóng

 Tăng phân áp suất hơi nước trong vật liệu sấy

Tóm lại, nhờ đốt nóng cả tác nhân sấy và vật liệu sấy hoặc chỉ đốt nóng vật liệu sấy

mà hiệu số giữa phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật Phb và phân áp suất hơi nướctrong tác nhân sấy Ph tăng lên dẫn đến quá trình dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệusấy ra bề mặt và đi vào môi trường

Do đó, hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt:

 Hệ thống sấy đối lưu: Vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể

nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Hệ thống sấy đối lưugồm: hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ thống sấy khí động…

 Hệ thống sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng Như vậy

trong hệ thống sấy tiếp xúc, người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăngphân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệthống sấy lô, hệ thống sấy tang…

 Hệ thống sấy bức xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để dẫn ẩm

dịch chuyển từ lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường Ở đây

người ta tạo ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trườngbằng cách đốt nóng vật.

 Hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ trường: Khi vật liệu sấy đặt trong môi trường điện từ thì trong vật xuất hiện

các dòng điện và chính dòng điện này sẽ đốt nóng vật

 Ưu điểm của phương pháp sấy nóng:

sấy lạnh

 Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp

nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải, cho đến điệnnăng

 Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao

 Nhược điểm

 Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ

1.5.2 Phương pháp sấy lạnh

Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo ra độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệusấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhân sấy Ph nhờgiảm độ chứa ẩm d Mối quan hệ đó được thể hiện theo công thức:

Ph = 0,621B.dd (1.17)

Trong đó: B - áp suất môi trường (áp suất khí trời)

Khi đó, ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thểtrên dưới nhiệt độ môi trường (t > 0 oC) và cũng có thể nhỏ hơn 0 oC.

1.5.3 So sánh phương pháp sấy lạnh và phương pháp sấy nóng

Các loại rau củ thực phẩm và dược liệu như cà rốt, củ cải, hành lá, dứa, mít, nhãn,măng cụt, hành tây, hỗn hợp dịch ép gừng và bột avicel,… đã được sấy thử nghiệm vớikhoảng thông số nhiệt độ sấy t = 250C đến 400C, tốc độ gió  2, 2 4 / m s Màu sắc,mùi vị, hàm lượng chất dinh dưỡng và trạng thái vật sấy được bảo toàn hơn hẳn cáccông nghệ sấy nóng truyền thống, ngay cả khi so sánh với kỹ thuật sấy hiện đại bằngtia hồng ngoại Dưới đây là bảng so sánh các phương pháp sấy khác nhau với phươngpháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp của Viện Công Nghệ Thực Phẩm, sởCông Nghiệp Hà Nội

Bảng1.1: Đánh giá so sánh chất lượng sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt sấy lạnh với

phương pháp sấy nóng truyền thống và sấy hồng ngoại

sắc, mùi vị, vitamin)

Kém hơn

6

Khả năng điều chỉnh nhiệt

độ tác nhân sấy theo yêu cầu

công nghệ

Kết luận:

 So với sấy lạnh sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hơp máy lạnh:

Sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp tỏ ra ưu thế vượt trội về chi phí đầu tưban đầu, giảm tiêu hao điện năng Do vậy, với điều kiện của Việt Nam thì nên dùngphương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp Trong thực tế, ở một số nhàmáy nhập dây chuyền công nghệ sấy sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp vớimáy sấy không đạt hiệu quả và đã chuyển sang dùng bơm nhiệt nhiệt độ thấp

 So với sấy thăng hoa và sấy chân không:

Chất lượng sản phẩm của hai phương pháp này thường tốt hơn sấy lạnh sử dụngbơm nhiệt nhiệt độ thấp nhưng các chỉ tiêu quan trong 2 và 5 lại kém hơn nên chỉ ápdụng hai phương pháp này khi yêu cầu về chất lượng sản phẩm rất cao (chỉ tiêu 1,7), còn lại nên sử dụng phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp

 So sánh với sấy nóng

Nhìn chung, có một số vật liệu sấy lạnh không có hiệu quả như sấy gỗ, các loại hoaquả có vỏ dày thì buộc phải sử dụng sấy nóng Đối với các vật liệu còn lại, nếu vậtliệu sấy nhạy cảm với nhiệt, dễ mất màu, dễ mất mùi, chất dinh dưỡng, giá thànhsản phẩm được thị trường chấp nhận và thời gian sấy không đòi hỏi phải nhanh thìnên sấy bằng phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt nhiệt độ thấp.

Như vậy, phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt nhiệt độ thấp tỏ ra có hiệu quả,nhất là đối với một số sản phẩm đặc thù (nhạy cảm với nhiệt độ) Do đó, tùy vàotừng trường hợp cụ thể, xem xét các chỉ tiêu trong bảng trên, chỉ tiêu nào là quantrọng thì quyết định phương pháp sấy phù hợp

1.6 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH

Ưu điểm của công nghệ sấy lạnh là có thể xây dựng được từng quy trình công nghệsấy hợp lý đối với từng loại rau, củ, quả Sau khi sấy, nông sản, thực phẩm giữ đượcnguyên màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dưỡng thất thoát không đáng kể (khoảng5%), đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm của Việt Nam và các chỉ tiêu kỹ thuật,chất lượng sản phẩm tương đương một số nước khác trên thế giới

Việt Nam là một nước có khí hậu nóng ẩm, vì thế máy sấy lạnh là công nghệ đặc biệtphù hợp với các loại nông sản, thực phẩm, đảm bảo được chất lượng cũng như hàmlượng dinh dưỡng, màu sắc, mùi vị cho sản phẩm Đối với các sản phẩm như củ cà rốt,thì là, hành hay các loại kẹo chocolate, kẹo Caramen, Jelly Môi trường chế biếnnhững sản phẩm này yêu cầu về nhiệt độ không được quá cao và độ ẩm phải nhỏ hơn45-50% Tính mới của công nghệ này là quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp,tạo môi trường nhiệt độ cùng chiều với môi trường độ ẩm để tăng cường độ sấy Ngoài

ra, công nghệ này có nhiều ưu điểm kỹ thuật khác như: hút ẩm nhưng không làm tăngnhiệt độ môi trường như máy hút ẩm thông thường, sấy khô được các sản phẩm khôngcho phép làm khô trong môi trường nhiệt độ cao

CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY LẠNH TRONG

CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN RAU QUẢ VIỆT NAM

2.1 ĐẶC TRƯNG CỦA NỀN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

Việt Nam là một nước nông nghiệp có điều kiện khí hậu đa dạng với nhiều vùng tiểukhí hậu: ôn đới và nhiệt đới, có thể trồng và thu hoạch rau quả quanh năm Với việcthay đổi về tổ chức, quản lý kinh tế, trong 10 năm trở lại đây ngành nông nghiệp củaViệt Nam phát triển tương đối mạnh mẽ

Song vấn đề tiêu thụ các sản phẩm rau quả hiện nay đang gặp nhiều khó khăn, trởngại Tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch là rất lớn: 25 – 30% Nguyên nhân chính là do côngnghệ chế biến và bảo quản của chúng ta còn lạc hậu nên đã làm cho rau quả của ViệtNam có giá trị thấp trong thị trường trong nước cũng như xuất khẩu, điều này ảnhhưởng trực tiếp đến đời sống của người nông dân, vì vậy việc nghiên cứu đưa ra các

quy trình công nghệ cũng như ứng dụng triển khai - chuyển giao các kết quả nghiêncứu, các quy trình công nghệ bảo quản hay chế biến rau quả, đóng vai trò hết sức quantrọng trong chiến lức phát triển ngành rau quả Hiện nay, việc phổ biến những kiếnthức khoa học và chuyển giao các kết quả nghiên cứu chưa tương xứng với vai trò vàtiềm năng của nó.

Rau quả hiện nay vẫn chủ yếu được sử dụng ở dạng tươi, mà như đã biết rau quả làloại sản phẩm có tính thời vụ, thời gian thu hoạch ngắn, khả năng vận chuyển và bảoquản hạn chế, trong khi kỹ thuật bảo quản rau quả tươi vẫn chỉ dựa vào các kinhnghiện cổ truyền, mang tính thủ công chấp vá Các kinh nghiệm truyền thống trongbảo quản quả như dùng cát, vôi, đào hầm cũng kéo dài thời gian bảo quản, nhưng hiệuquả không cao (do thời gian bảo quản ngắn và chất lượng không đảm bảo), không giảiquyết được vấn đề điều hòa việc phân phối và tiêu thụ sản phẩm cũng như chế biến.Nhiều nơi người nông dân không nắm bắt được các biện pháp kỹ thuật chăm sóc, hạnchế hư hỏng trong giai đoạn trước khi thu hoạch, cho nên sản phẩm cho chất lượngxấu Điều này làm giảm giá trị của sản phẩm cũng như ảnh hưởng tới khả năng tồn trữsau thu hoạch Việc xác định thời điểm thu hái, cách thu hái cũng là vấn đề quan trọng,bởi vì việc này không chỉ làm tăng giá trị thương phẩm trong việc tăng khả năng bảoquản rau quả sau khi thu hoạch

Nhìn chung, công nghiệp chế biến rau quả của Việt Nam còn nhỏ bé, chưa tương xứngvới tiềm năng sản xuất rau quả; sức cạnh tranh còn thấp, chủng loại sản phẩm còn đơnđiệu, giá thành cao chưa đáp ứng được nhu cầu của thị trường trong và ngoài nước

2.2 CÁC NGUYÊN LÝ CHUNG BẢO QUẢN RAU QUẢ

Kỹ thuật bảo quản thực phẩm con người biết được bắt nguồn từ tự nhiên Trong vùnglạnh, nhiệt độ thấp giúp giữ được chất lượng trong thời gian dài cho những thực phẩm

dễ bị hư hỏng Không chỉ có vậy, vùng nóng ánh sáng mặt trời chiếu xuống làm khônhững loại thực phẩm dễ hư hỏng như các loại rau quả Các sản phẩm khô cũng có thểgiữ được trong thời gian dài hơn Trong thời gần đây, có nhiều công nghệ bảo quản

thực phẩm đươc đưa ra dựa trên nền tảng khoa học đúng đắn Kết quả, công nghiệpbảo quản thực phẩm ngày nay có thể là ngành công nghiệp rộng lớn nhất trên thế giới.

2.2.1 Những nguyên nhân gây hư hỏng rau quả

Nói chung thực phẩm được coi như là hư hỏng khi chúng tự thối hỏng hoặc bị làm thốihỏng Thức phẩm được coi là không có giá trị vì lý do vệ sinh mà không cần phân loại

hư hỏng Thực phẩm bị hư hỏng có thể do một hoặc nhiều nguyên nhân

thực phẩm hư hỏng một cách liên tục

Phân loại thực phẩm dựa vào tính ổn định và mức độ thối hỏng Các thực phẩm khó

phẩm tương đối dễ hỏng nếu sử dụng và bảo quản không đúng cách (khoai tây, quả có

vỏ cứng,…) Các thực phẩm dễ hỏng (các thực phẩm này dễ hư hỏng trừ khi được bảoquản đúng cách bằng các phương pháp đặc biệt (thịt, sữa và hầu hết các loại rau)

2.2.2 Các nguyên tắc bảo quản rau quả

Bảo quản thực phẩm bằng nhiều phương pháp khác nhau, có 3 nguyên tắc chính gồm:

 Ức chế hoặc ngăn ngừa vi sinh vật gây thối hỏng thực phẩm

chất,…

Bảng 2.1: Các nguyên tắc bảo quản thực phẩm và rau quả

Ức chế ngăn ngừa vi sinh vật gây thối hỏng thực phẩm

 Ngăn ngừa vi sinh vật gây thối hỏng thực phẩm bằng cách vô trùng thựcphẩm

 Ngăn ngừa vi sinh vật gây thối hỏng bằng cách loại bỏ vi sinh vật

trưởng và hoạt động của chúng

sinh vật

2

Ức chế hoặc ngăn ngừa sự tự thối hỏng của thực phẩm

hoạt các enzyme có trong thực phẩm

ngăn ngừa các phản ứng hóa học trong thực phẩm

chóc, hóa chất,…

2.3 CÔNG NGHỆ LÀM KHÔ NÔNG SẢN

2.3.1 Những biến đổi hóa, lý trong quá trình bảo quản nông sản phẩm

Bất kì một loại nông sản phẩm nào, trong thành phần của nó đều có chứa các nhómhợp chất hữu cơ như protein, gluxit, lipid, vitamin, axit hữu cơ và các chất khoáng, cácsắc tố v.v… với tỷ lệ khác nhau Do đó muốn bảo quản tốt từng loại sản phẩm cầnnghiên cứu kỹ thành phần hóa học và những biến đổi của nó dưới tác động của cácnhân tố bên ngoài Thông thường trong thành phần của chúng có chứa những hợp chấtsau:

a) Nước

Tuyệt đại đa số nông sản phẩm đều có chứa một lượng nước nhất định, nó thay đổitùy theo hình thái giải phẩu và trạng thái keo ưa nước trong tế bào sản phẩm Có

những loại chứa nhiều nước như rau quả tươi chứa 65-95% nước, hạt lương thực chứatương đối ít hơn từ 11-20% Nhưng nhìn chung trong tế bào các loại nông sản phẩmđều có chứa các dạng nước sau đây: (theo phân loại của viện sĩ P.A Rebinde)

 Nước liên kết hóa học: Được đặc trưng bằng quan hệ định lượng rất chính xác

giữa sản phẩm và nước Đây là loại liên kết rất bền vững Ví dụ: Na3CO3.3H2O.Nếu muốn tách lượng nước này phải bằng cách đem nung lên hoặc bằng các tươngtác hóa học khác

 Nước liên kết hóa lý: Kết hợp với vật liệu không theo một tỷ lệ nhất định Nó bao

gồm có nước hấp thụ, nước thẩm thấu, nước cấu trúc Muốn tách lượng nước này

ra cần tiêu hao một năng lượng để biến nó thành thể hơi Dạng nước này kém bềnhơn

 Nước liên kết cơ học: Loại này kết hợp với sản phẩm không theo một lượng nhất

định, chính là lượng nước tự do trong sản phẩm đây là dạng kém bền vững nhất

Nó được chuyển dịch trong sản phẩm ở dạng thể lỏng Muốn tách ra phải bằngcách sấy khô ở nhiệt độ 105oC

Hàm lượng nước trong sản phẩm cao hay thấp có ảnh hưởng lớn đến chất lượng vàkhả năng bảo quản của chúng Đối với những sản phẩm có hàm lượng nước cao, việcbảo quản khó khăn hơn vì nước chính là một môi trường thuận lợi để vi sinh vật hoạtđộng, làm cho chất lượng sản phẩm bị giảm xuống

b) Những hợp chất có Nitơ và sự biến đổi trong quá trình bảo quản

Protein là hợp chất chứa Nitơ chủ yếu trong nông sản phẩm và nó là thành phần dinhdưỡng chủ yếu của những sản phẩm có hạt Nó có giá trị dinh dưỡng cao Các loại sảnphẩm khác nhau, hàm lượng protein chứa trong chúng khác nhau Lúa chứa 7-10%,ngô 10-12%, cao lương 10-13%, đậu Hà Lan 22-26%, đậu tương 36-42%, càrốt 2%các loại quả chỉ dưới 1% (Tất cả tính theo % trọng lượng chất khô)

Trong thành phần protein có mặt đầy đủ các nhóm: albumin, prolamin, glutein,globulin.

trong hạt ngô thì nhóm này chủ yếu chiếm tới 50% đó là zein của ngô

- Globulin có chứa nhiều trong hạt có dầu, hạt cây họ đậu như đậu tương, proteintrong đậu tương Protein trong đậu tương có đủ 8 axit amin không thay thế

- Glutelin cũng là protein đặc trưng của hạt cây hòa thảo, đặc bệt người ta chú ýtới gluten của lúa mì

Ở rau quả hàm lượng protein rất ít, chỉ chiếm khoảng 1-2%, thường chủ yếu ở các loạirau cao cấp như suplơ, càrốt, khoai tây… tuy vậy nó có giá trị dinh dưỡng rất cao.Trong quá trình bảo quản, nói chung Nitơ tổng số hầu như không thay đổi hoặc thayđổi rất ít, nhưng Nitơ protein hòa tan thay đổi khá nhiều, chúng phân giải thành cácaxit amin làm cho hàm lượng axit amin tăng lên Do đó lượng Nitơ protein giảmxuống và Nitơ phiprotein trong quá trình này cũng tăng lên một cách rõ rệt Trongnhững công trình nghiên cứu của Gasiorowski về hạt lúa mì bảo quản ở trạng thái tươi

ẩm trong các kho kín hoàn toàn, ông đã phát hiện thấy sự tăng lên của hàm lượng Nitơphiprotein sau 15 tuần lễ bảo quản

Theo những số liệu nghiên cứu về bảo quản khoai tây khô (Trần Minh Tâm 1983) thấy rằng hàm lượng Nitơ tổng số thay đổi rất ít trong quá trình bảo quản, hàmlượng Nitơ protein và phiprotein biến động nhiều hơn Hàm lượng Nitơ protein giảm

1979-đi một cách rõ rệt theo thời gian bảo quản, từ đó tỉ lệ giữa Nitơ protein/Nitơ phiprotein giảm xống tương ứng.)

Theo tài liệu của Mori (1944) phát hiện thấy rằng trong thời gian cất giữ, đối với cácloại cây ngũ cốc họ đậu, hạt của bong, thì Nitơ protein giảm, còn Nitơ phiprotein tănglên, liên kết S-H giảm và có thể chuyển thành S-S Sự thay đổi này, một mặt là do hôhấp oxy và một mặt là do tác dụng của mem

Sự chuyển hóa các chất có Nitơ trong sản phẩm còn phụ thuộc vào phương pháp bảoquản khác nhau.

Đối với rau quả nếu dùng C2H4 để bảo quản, có thể thúc đẩy sự tăng của hàm lượngNitơ protein, còn nếu dùng CO2 để bảo quản thì lại giảm Trong điều kiện bảo quảnthoáng, quá trình phân giải Nitơ protein mạnh hơn bảo quản kín và đối với hạt giống

có tinh bột thì quá trình này mạnh hơn hạt giống thường

2.3.2 Công nghệ làm khô vật liệu sấy

Với tính chất là một đối tượng sấy, ta có thể chia nông sản Việt Nam ra làm mấy dạng sau:

 Dạng hạt: lúa, ngô, các loại đậu, lạc và cà phê,

 Dạng củ: khoai lang, sắn, khoai tây, cà rốt, củ cải, Khi sấy các nông sản loạinày thường tiến hành dưới dạng lát hoặc sợi

nguyên cả quả hoặc chỉ bóc vỏ (như chuối)

 Dạng rau, lá: su hào, chè, thuốc lá, các loại rau thơm, Các dạng nông sản loạinày thường được sấy nguyên dạng (thuốc lá) hoặc băm nhỏ (bắp cải)

Sấy các sản phẩm này thường dùng các loại sấy phun hoặc sấy tầng sôi

 Một số tính chất của rau quả liên quan đến quá trình sấy

Trong quá trình sấy rau quả xẩy ra một loạt biến đổi hóa sinh, hóa lý, cấu trúc cơ học

và các biến đổi bất lợi khác, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Những biến đổi

cơ học bao gồm sự biến dạng, nứt, cong queo, biến đổi độ xốp Sự thay đổi hệ keo dopha rắn (protein, tinh bột, đường, ) bị biến tính thuộc về những biến đổi hóa lý Nhữngbiến đổi hóa sinh trong quá trình sấy là những phản ứng tạo thành melanoidin,caramen, những phản ứng ôxy hóa và polyme hóa các hợp chất polifenol, phân hủyvitamin và biến đổi chất màu

Hàm lượng vitamin trong rau quả sấy thường thấp hơn trong rau quả tươi vì chúng bịphá hủy một phần trong quá trình sấy và xử lý trước khi sấy Trong các vitamin thì axitascobic và caroten bị tổn thất là do quá trình ôxy hóa Riboflavin nhạy cảm với ánhsáng, còn thiamin bị phá hủy bởi nhiệt và sự sunfit hóa.

Duy trì màu xanh tự nhiên của clorofil liên quan trực tiếp đến sự bảo tồn magiê trongphân tử chất màu Trong điều kiện nóng ẩm, nhất là có sự tham gia của môi trườngaxit, clorofil biến thành pheophitin có màu sẫm do mất magiê Khi sấy, caritionit bịbiến đổi, nhiệt độ sấy càng cao và thời gian sấy càng dài thì sắc tố này càng bị biến đổimạnh Antoxian cũng bị biến đổi trong quá trình sấy và khi xử lý SO2 thì nó bị bạcmàu Trong quá trình sấy, rau quả thường bị chuyển sang màu nâu đen do phản ứnggiữa đường khử và các axit amin hoặc do sự khử nước của đường dưới tác dụng củanhiệt độ, do pirocatexin bị oxy hóa hay bị trùng hợp

Để tránh hoặc làm chậm các biến đổi không thuận nghịch ấy, cũng như tạo điều kiện

để ẩm thoát ra khỏi rau quả một cách dễ dàng, cần có chế độ sấy thích hợp cho từngloại sản phẩm

Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình càng có hiệu quả cao.Nhưng không thể sử dụng nhiệt độ sấy cao cho sấy rau quả vì rau quả là sản phẩm chịunhiệt kém: Trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 60oC thì protein đã bị biến tính;trên 90oC thì fructoza bắt đầu bị caramen hóa, các phản ứng tạo ra melanoidin, polimehóa các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, rau quả có thể

bị cháy Vì vậy, để sấy rau quả thường dùng chế độ sấy ôn hòa, nhiệt độ sấy không quácao

Lý thuyết sấy rau quả

Sấy rau quả thông thường được thực hiện ở 3 dạng chủ yếu: dạng nguyên (hoặcmiếng); dạng bản mỏng và dạng bột hoặc nhũ tương

Tuỳ theo dạng sản phẩm, công nghệ sấy rau quả có sơ đồ chung như sau:

 Rau quả tươi sau khi rửa sạch được loại bỏ phần không đủ tiêu chuẩn, đượcphân cỡ theo kích thước, làm sạch, cắt miếng Sau đó rau quả được chần (hấp), xử lýhoá chất Tiếp theo, các hình thức sản phẩm khác nhau được chế biến theo các sơ đồkhác nhau.

 Trong khi chần (hấp), do tác dụng của nhiệt và ẩm nên tính chất hoá lý củanguyên liệu bị biến đổi có lợi cho sự thoát nước khi sấy Đồng thời vi sinh vật bị tiêudiệt và hệ thống enzim trong nguyên liệu bị mất hoạt tính, hạn chế tối đa khả năngbiến màu trong khi sấy rau quả và rút ngắn thời gian sấy Ngoài ra quá trình chần làmgiảm độ hút ẩm của rau quả khô

rau quả khi sấy, người ta sử dụng các chất chống oxy hoá như axit sunfurơ, axitascobic, axit xitric và các muối natri của axit Sunfurơ (như sunfit, bisunfit,metabisunfit, ) để xử lý hoá chất cho rau quả trước khi sấy

nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ sấy càng nhanh, quá trình càng có hiệu quả cao, nhưngkhông thể sử dụng nhiệt độ cao cho rau quả vì rau quả là sản phẩm chịu nhiệt kém:trong môi trường ẩm, nếu nhiệt độ cao hơn 600C thì Protein đã bị biến tính; Trên 90oCthì fructoza bắt đầu bị caramen hoá, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hoá cácchất cao phân tử xảy ra mạnh Còn ở nhiệt độ cao hơn nữa, rau quả có thể bị cháy Dovậy để sấy rau quả cần dùng chế độ ôn hoà, nhiệt độ sấy không quá cao

hóa hơi của nước sẽ rất thấp, làm tăng cường quá trình thoát ẩm trong vật, do vậyphương pháp sấy chân không có thể tiến hành sấy ở nhiệt độ thấp hơn hơn nhiệt độmôi trường Vì thế sản phẩm sấy chân không không bị tác động gây biến tính của nhiệt

độ cao và luôn giữ được gần như đầy đủ các tính chất đặc trưng ban đầu

2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy

a) Nhiệt độ sấy

Yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm rau quả khô là nhiệt độ sấy Nếunhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 60 oC thì prôtêin bị biến tính Nếu trên

90oC thì fruetoza bắt đầu bị caramen hoá, các phản ứng tạo ra mebanoizin, polime hoáhợp chất cao phân tử xảy ra mạnh và ở nhiệt độ cao hơn nữa rau quả có thể bị cháy.Rau quả đòi hỏi có chế độ sấy ôn hoà (nhiệt độ thấp) Nếu loại rau quả ít thành phầnprotêin thì nhiệt độ đốt nóng sản phẩm có thể lên đến 80-90 oC Nếu tiếp xúc nhiệttrong thời gian ngắn như sấy phun thì nhiệt độ sấy có thể lên đến 150 oC Đối với sảnphẩm không chần như chuối, đu đủ thì có thể sấy nhiệt độ cao, giai đoạn đầu 90-100

oC, sau đó giảm dần xuống

Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy Nếu tốc độ tăngnhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm Ngược lại,nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu

b) Độ ẩm không khí

Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của nóxuống Có 2 cách làm giảm độ ẩm tương đối của không khí:

Thông thường khi vào lò sấy, không khí có độ ẩm 10 - 13% Nếu độ ẩm của không khíquá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đếnquá trình thoát hơi ẩm tiếp theo Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm.Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩm tăng lên(thông thường khoảng 40 - 60%) Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốnnăng lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm sấy.Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của

nó và lượng rau quả tươi chứa trong lò sấy

c) Lưu thông của không khí

Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức Trong các lòsấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thời giansấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao Để khắc phục nhượcđiểm này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4

- 4,0 m/s trong các thiết bị sấy Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s) sẽ gây tổn thấtnhiệt lượng

d) Độ dày của lớp sấy

Độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy Lớp nguyên liệu càngmỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảmnăng suất của lò sấy Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của khôngkhí, dẫn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại Thông thường nên xếp lớphoa quả trên các khay sấy với khối lượng 5 – 8 kg/m2 là phù hợp

2.4 Một số phương pháp sấy rau quả

2.4.1 Phương pháp sấy bằng không khí

Công việc này được tiến hành bằng cách trải rau quả lên các loại bề mặt ở ngoài trời

để nhận ánh sang mặt trời trực tiếp Tuy nhiên, sản phẩm có chất lượng kém do đó khókiểm soát được vấn đề vệ sinh, điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ sấy

Người ta chế tạo máy sấy dung năng lượng mặt trời nhằm khắc phục những nhượcđiểm trên Thiết bị này sử dụng một cơ cấu rất đơn giản có tác dụng tăng cường nhiệt

Máy sấy cơ học dùng nhiên liệu để đốt nóng không kí một cách trực tiếp, thực phẩmđược sấy bằng khí đốt, hoặc một cách gián tiếp thực phẩm được sấy bằng không khínóng do khí đốt Hai hình thức này đều có khả năng kiểm soát tốt hơn so với sấy bằngmặt trời và có thể tiến hành cả ngày lẫn đêm, không phụ thuộc vào thời tiết Tuy nhiên,chi phí đầu tư và vận hành cho thiết bị này khá cao Đối với các sản phẩm đã được lựachọn phân loại tốt từ nguyên liệu ban đầu, công đoạn rửa và xử lý cũng quan trọng nhưcông đoạn sấy.

a) Phương pháp sấy lát

Phương pháp này tiến hành sấy một hoặc hỗn hợp nhiều loại rau quả (đã được xử lýbằng dioxyt sunfua nhằm hạn chế mất màu và vi sinh vật phát triển) ở dạng lát mỏng.Loại này thường được dùng như thực phẩm ăn nhẹ, có thể tăng độ ngọt bằng cách bổsung đường vào nguyên liệu ban đầu hoặc thay đổi thành phần như thêm hạnh nhân,dừa nạo hay bột gia vị

b) Phương pháp sấy bổ sung

Ví dụ như chuối đã được sấy trước đó nhằm loại bỏ lớp đường dính tiếp tục được sấy

bổ sung Việc đóng gói và bảo quản sản phẩm sấy khô đòi hỏi nhiều yêu cầu

Sản phẩm sau khi sấy cần được bảo quản tránh ánh sáng mặt trời, độ ẩm và nhiệt độnhằm ngăn ngừa sự giảm hương vị và hư hỏng Người ta thường dùng dụng cụ chứabằng gốm, thủy tinh, kim loại hay nhựa cho tới khi chúng được đóng hộp Giải pháp rẻnhất là sử dụng túi màng mỏng PE với điều kiện phải được ghép mệng bằng Nơi bảoquản cần thoáng mát, tránh xa ánhsáng mặt trời, côn trùng và loài gặm nhấm Đa số,sản phẩm sấy đều ổn định chất lượng trong nhiều tuần

2.5 Vai trò của công nghệ sấy lạnh đối với công nghiệp chế biến và bảo quản rau quả

2.5.1 Sử dụng bơm nhiệt trong bảo quản rau quả

Bơm nhiệt đã được nghiên cứu sử dụng trong nông nghiệp vào những năm 1950 và đã

có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như trong trại sản xuất bơ sữa, sấy ngũ cốc, gỗxây dựng, vv… Hầu hết các nghiên cứu trước đây chỉ phác thảo nên những lợi ích banđầu của việc sử dụng bơm nhiệt trong việc tái sử dụng nguồn năng lượng, nhưng thực

tế thấy rằng nó không kinh tế khi so sánh với giá nhiên liệu cùng thời điểm Giá chiphí nhiên liệu tăng cao vì cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 1970 bắt đầu hồisinh lại bơm nhiệt, và người ta bắt đầu sử dụng nó để khử ẩm Việc suy giảm nguồncung cấp nguyên liệu hóa thạch và những nhu cầu về việc bảo tồn nguồn năng lượng

đã thúc đẩy những nghiên cứu về việc sử dụng nguồn nhiên liệu thay thế cho việc sấykhô ngũ cốc Từ đó, rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trong lĩnh vực này, và cácquy trình khác nhau được phát triển cho nhiều ứng dụng sấy khác nhau như là sấy gỗ

và mạch nha ở Đức, sấy cá ở NaUy, và điều hòa không khí, khử ẩm cho các nhà kho

và các nhà kính (Toel và các công sự, 1988) Ở NaUy sấy ở nhiệt độ thấp đã đượcnghiên cứu sử dụng một máy sấy sử dụng bơm nhiệt, và các vật liệu sinh học được sấykhô tại nhiệt độ thấp khoảng -250C (Alves-Fiho và Strommen, 1996a,b)

2.5.2 Dự đoán và mô hình hóa hệ thống sấy bơm nhiệt

Việc nghiên cứu và phân tích các chế độ trong quá trình sấy là cần thiết cho sự tối ưuhóa và thiết kế quy mô lớn Tuy nhiên, việc mô tả cơ học rõ ràng của quá trình sấy cácsản phẩm rau củ còn liên quan đến việc nghiên cứu những ứng dụng trên quy mô lớnvốn cần phương pháp thiết kế và nghiên cứu Farkas (2000) đã xuất bản tác phẩm mô

tả phương pháp mô hình hóa Hầu hết mọi phương pháp mô hình hóa đều bám vào cáckhái niệm về sự khuếch tán của nước trong phạm vi vật liệu sấy (Sherwood, 1936),một cách tiếp cận gây sự tranh cãi với hầu hết những quan niệm trước đây (Hougen,1940) Một điều thuận lợi to lớn ở đây là việc tính toán số học được thực hiện bởi máytính như là một công cụ giúp cho việc nghiên cứu để có thể giải quyết các phươngtrình phức tạp của hệ thống trong các mô hình này Gần đây, có nhiều dấu hiệu về sựthay đổi cơ bản từ độ chênh lệch tập trung đến độ chênh lệch điện áp hóa học (Gekas,

2001).Dữ liệu độ khuếch tán ẩm từ những nguồn khác nhau được biên soạn bởi Mittal(1999) và Zogas (1996).

Trong quy trình sấy sử dụng bơm nhiệt hỗ trợ, hai thành phần đó là, bơm nhiệt và vậtliệu sấy thực tế, được xử lý một cách riêng rẽ Sự mô tả tổng hợp có thể là quá phứctạp để có các giá trị thực tế Các nghiên cứu trước đây về hệ thống sấy sử dụng bơmnhiệt chỉ chú tâm đến phần đánh giá khả năng hoạt động Bản thân bơm nhiệt đượcquan tâm cả về khả năng khử ẩm và gia nhiệt, và điểm đặc biệt của bơm nhiệt thườngđược nhắc tới mà không để ý đến giai đoạn cuối của quá trình sấy Strommen (1986)

đề xuất về phần hiệu suất nhiệt, là một thiết bị cho biết độ khử ẩm của không khí

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẤY ĐỐI VỚI MỘT

SỐ LOẠI SẢN PHẨM NÔNG NGHIỆP

3.1 Ảnh hưởng của quá trình sấy đến chất lượng sản phẩm

Tất cả các sản phẩm đều chịu biến đổi trong quá trình sấy và bảo quản sau đó Yêu cầuđặt ra đối với quá trình sấy là bảo vệ tới mức tốt nhất chất lượng, hạn chế những hư hạitrong quá trình sấy, bảo quản đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế một cách tối ưunhất

Xét về cơ bản những thay đổi trong quá trình sấy có thể chia ra:

 Những thay đổi hóa lý: trạng thái tính chất của những keo cao phân tử bị thayđổi

enzim, phản ứng enzim,…

Những thay đổi đó làm thay đổi cấu trúc màu sắc mùi vị, giá trị dinh dưỡng và có ảnhhưởng đến tính hồi nguyên của sản phẩm sau khi sấy Các phương pháp sấy khác nhau

có những ưu điểm và nhược điểm trong quá trình sấy các sản phẩm rau quả Trong đó,phương pháp sấy nóng đáp ứng được các yêu cầu về năng suất, thời gian sấy nhưng lạikhông đáp ứng tốt các đòi hỏi về chất lượng sản phẩm Ngược lại, đối với các sảnphẩm sấy kén nhiệt đòi hỏi phải có quy trình sấy phù hợp hơn Công nghệ sấy lạnh làmột công nghệ mới được dùng để giải quyết các vấn đề không thể giải quyết đối vớicông nghệ sấy nóng Từ nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh những ưu điểm vượttrội của công nghệ sấy lạnh trong quá trình xây dựng quy trình sấy đối với các loại rau

củ quả có giá trị kinh tế khác nhau

Ý nghĩa:

 Hạn chế tổn thất sau thu hoạch

3.2 Sơ đồ công nghệ sấy rau quả

Rau quả (phải thích hợp cho quá trình sấy)

Làm sạch (khô, ướt)Lựa chọn phân loại (theo kích thước)

Gọt sửaCắt, thái (tùy theo yêu cầu)Chần, hấp (tùy theo yêu cầu)

Xử lý hóa học (nếu cần)

Chà Chà ép

bị nén ép vặn vẹo vĩnh viễn, làm cho sản phẩm có bề ngoài bị co ngót, nhăn nheo.Trong quá trình làm ướt trở lại sản phẩm hút nước chậm, không thể lấy lại hình dạngnhư ban đầu

Các sản phẩm khác nhau có sự dao động về mức độ co ngót và khả năng hấp thụ nướctrở lại Sấy nhanh ở nhiệt độ cao làm cho cấu trúc bị thay đổi nhiều hơn so với sấy vớitốc độ vừa phải ở nhiệt độ thấp.

Trong quá trình sấy, các chất hòa tan di chuyển theo nước từ bên trong ra bề mặt ngoàicủa sản phẩm Quá trình bay hơi làm cô đặc các chất tan ở bề mặt, kết hợp với nhiệt độkhông khí (đặc biệt khi sấy trái cây, cá, thịt,…) gây ra các phản ứng lý hóa phức tạpcủa các chất tan ở bề mặt ngoài nên lớp vỏ cứng không thấm được Hiện tượng này gọi

là hiện tượng cứng vỏ (case hardening), làm giảm tốc độ sấy và làm cho sản phẩm có

bề mặt khô, nhưng bên trong thì ẩm Vì vậy cần kiểm soát nhiệt độ sấy để tránh chênhlệch ẩm quá cao giữa bên trong và bề mặt sản phẩm Đối với kỵ thuật sấy lạnh, donhiệt độ sấy tương đối thấp nên hoàn toàn có thể giải quyết được vấn đề này Hệ thốngsấy lạnh có nhiệt độ tương đối thấp cho nên quá trình khô của bề mặt vât liệu sẽ chậmhơn trong khi ẩm được lấy ra nhiều bằng sự chệnh lệch phân áp suất hơi ngoài bề mặt

và bên trong vật liệu sấy

3.3.2 Ảnh hưởng đến mùi vị

Nhiệt độ làm thất thoát các thành phần dễ bay hơi ra khỏi sản phẩm vì vậy phần lớncác sản phẩm sấy bị giảm mùi vị Mức độ thất thoát phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩmcủa vật liệu sấy, áp suất hơi nước và độ hòa tan của các chất bay hơi trong nước

Nhưng sản phẩm có giá trị kinh tế cao nhờ vào đặc tính mùi vị (như gia vị) cần đượcsấy ở nhiệt độ thấp Một số sản phẩm có kết cấu xốp tạo điều kiện cho oxi không khí

dễ dàng tiếp xúc với sản phẩm, gây ra các phản ứng oxi hóa chất tan và chất béo trongquá trình bảo quản làm thay đổi mùi vị của sản phẩm

Tốc độ của quá trình gây hư hỏng phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản và hoạt độ củanước Phần lớn rau quả chỉ chứa một lượng nhỏ lipit Tuy nhiên, sự oxi hóa các chấtbéo không no tạo ra các hydroperoxit tham gia vào các phản ứng polime hóa, phản ứng