CHƯƠNG 4 NGUYÊN TẮC BẢO QUẢN SAU THU HOẠCH

Đặc biệt các yếu tố kỹ thuật sẽ ảnh Thành phần đống hạtHạt cây chính Tạp chất vô cơ Tạp chất hữu cơ Tạp chất sống Không khí 2, Tính chất hoá lýSự hấp thu và nhả khíSự hấp thu và nhả ẩm

Chương 4: NGUYÊN TẮC BẢO QUẢN SAU THU HOẠCH

Quá trình sản xuất ra lương thực gồm 2 giai đoạn trước và sau thu hoạch Giai đoạn trước thu hoạch quyết định năng suất và chất lượng nơng sản Trong đó giai đoạn cận thu hoạch nằm trong các hoạt động trước thu hoạch nhưng lại ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm STH Trong giai đoạn này cây sẽ tích lũy các chất dinh dưỡng vào củ hay hạt Nông sản sẽ đạt chất lượng cao nếu giai đoạn này cây được chăm sóc đúng kỹ thuật Giai đoạn sau thu hoạch gồm các khâu thu hái, sơ chế (tách hạt, làm sạch, làm khô, phân loại…), vận chuyển, chế biến và cả tiếp thị, mua bán nông sản Như vậy giai đoạn sau thu hoạch chính là cầu nối giữa sản xuất nông nghiệp và người tiêu dùng Các công nghệ liên quan đến nhưng hoạt động này nói chung được gọi là “Công nghệ sau thu hoạch”

Công nghệ sau thu hoạch được hiểu là hệ thống các công cụ, các phương tiện và giải pháp để biến đổi các loại nông sản thô thành các sản phẩm phục vụ trực tiếp và gián tiếp cho nhu cầu của con người Công nghệ sau thu hoạch góp phần ổn định cho sản xuất nông nghiệp, mở rộng thị trường cho nông sản và tạo nhiều sản phẩm mới có tính cạnh tranh cao Nếu quan tâm đúng mức đến công nghệ sau thu hoạch sẽ khắc phục được hiện tượng “mất mùa trong nhà”, tạo việc làm cho người lao động và tăng thu nhập cho xã hội

4.1 Các dạng tổn thất sau thu hoạch

Tổn thất sau thu hoạch là dạng tổn thất của sản phẩm thực phẩm từ khi thu hoạch đến tay người sử dụng sản phẩm đó Các đối tượng phải chịu tổn thất bao gồm cảø nông dân, người phân phối, nhà sản xuất và cả người tiêu dùng Thường tổn thất hay được hiểu là các mất mát, hao phí, thối hỏng, hư hại… của nông sản Các dạng tổn thất sau thu hoạch này có thể phân thành 4 dạng tổn thất chính: tổn thất về khối lượng, tổn thất về giá trị dinh dưỡng, tổn thất về giá trị cảm quan và trên hết là tổn thất về mặt kinh tế

4.1.1 Tổn thất về mặt số lượng : Trong bảo quản lương thực thì khối lượng là một thông số

quan trọng Khi bảo quản, ta mong muốn cho thông số này ít thay đổi nhất Sự tăng hay giảm về khối lượng hay thể tích lương thực trong quá trình bảo quản đều bất lợi Các nguyên nhân chính gây thất thoát về mặt số lượng là do côn trùng, vi sinh vật, chim, chuột và các rơi vãi trong quá trình vận chuyển và chế biến Cần lưu ý một điều là khối lượng sẽ giảm đi khi ta sấy khô lương thực, nhưng sự giảm khối lượng này không tính là tổn thất vì đó là điều kiện bắt buộc để bảo quản lương thực được lâu Do đđó trong khoa học xét về tổ thất khối lượng là xét trên chất khô của của hạt lương thực chứ không xét trên khối lượng chung toàn khối,

4.1.2 Tổn thất về chất lượng : chất lượng của lương thực ở đây được hiểu là chất lượng vật

lý, hoá học và cảm quan Chất lượng sẽ được kiểm tra dựa trên hình dạng, kích thước, màu, mùi, độ sạch sẽ không lẫn sâu mọt, vi sinh vật và tạp chất lạ Nguyên nhân chính gây tổn thất về mặt chất lượng là trong quá trình bảo quản đã không thực hiện đúng các điều kiện công nghệ đã được khuyến cáo Các biến đổi về chất lượng thường khá trầm trọng, đặc biệt các biến đổi bất lợi về mặt hoá học sẽ dẫn đến dạng tổn thất thứ ba, tổn thất về mặt dinh dưỡng

4.1.3 Tổn thất về giá trị dinh dưỡng : Khi hạt đã bị biến đổi về mặt hoá học, giá trị dinh

dưỡng của hạt cũng sẽ bị biến đổi Năng lượng cung cấp trên 1 đơn vị khối lượng giảm Khả

năng tiêu hoá cũng sẽ giảm Đặc biệt, cùng với sự tăng trưởng của vi sinh vật hay quá trình oxy hoá dưới sự có mặt của oxy có khả năng sinh ra các chất gây độc cho người sử dụng.

4.1.4 Tổn thất về kinh tế : Từ các tổn thất trên sẽ dẫn đến các tổn thất về mặt kinh tế như

giảm giá sản phẩm, giảm uy tín trên thương trường, mất cơ hội buôn bán… Đồng thời còn tổn thất về mặt xã hội như an ninh lương thực, an toàn thực phẩm, môi trường sinh thái

4.2 Các nguyên nhân chính gây tổn thất sau thu hoạch của hạt lương thực

Như đã trình bày ở phần trước, hạt từ khi thu hoạch cho đến khi được tiêu thụ phải trải qua rất nhiều quá trình khác nhau và chỉ một sai sót trong một quá trình đều có thể dẫn đến tổn thất Khi ở trên cây, người nông dân có thể bị thiệt hại do sâu rầy phá hại, nhưng sau khi thu hoạch nếu không biết cách bảo quản thì thiệt hại có thể còn lớn hơn Bảng 4.1 trình bày tóm tắt các nguyên nhân chính gây nên tổn thất sau thu hoạch

Bảng 4.1: Các nguyên nhân chính gây nên tổn thất sau thu hoạchThời Nguyên nhân Nguyên nhân gián tiếp Tổn thất

Min (%)

Max (%)

Khối lượng

Chất lượng

Dinh dưỡngThu

hoạch

Quá sớm

Quá trễ

Đập lúa đổ vãi Trình độ nông dân 2 6 x x

Biến đổi sinh

học Thông thoáng và độ ẩm chưa hợp lý x x x

Bảng 4.2: Tổn thất STH lúa ở VN theo Lê Doãn Diên (1994)

Hình 4.1: Các nguyên nhân ảnh hưởng tới chất lượng đống hạt

4.3 Tình hình tổn thất lương thực

Lương thực trên thế giới bị tổn thất trong quá trình bảo quản là khá lớn và phụ thuộc nhiều vào nhiều yếu tố như thời tiết, khí hậu, trình độ phát triển của khoa học kỹ thuật của từng khu vực Tình hình tổn thất tlương thực sau thu hoạch của một số nước chấu Á được trình bày trong bảng 4,3 và 4,4, Các nhà khoa học và các nhà kinh tế đang phối hợp với nhau nhằm giảm tối đa các tổn thất sau thu hoạch của nơng sản nĩi chung và lương thực nĩi riêng

Bảng 4.3: Tổn thất trong bảo quản lương thực ở một số nước trước 1970 (Theo số liệu của Chrisman Sititonga, Indonexia Tạp chi Changein Post Harvest Handling of Grain 1994)Nước Loại nông sản Tỷ lệ tổn thất (%) Thời gian bảo quản

Chất lượng hạtChuẩn bị đất

Trên đồng

Hạt giốngChuẩn bị đất

Diệt khuẩnTưới tiêuThu hoạch

Bảo quản

Làm sạch hạt

Thơng thống

Độ ẩm Nhiệt độ Thành phần

khí

Hố chất bảo quản Chiếu xạ

a Tình hình tổn thất ở Việt nam

Theo Báo Nhân dân Điện tử - (18/05/2005) nông nghiệp là một ngành kinh tế quan trọng trong nền kinh

tế Việt nam Với gần 80% dân số và hơn 73% lực lượng lao động của cả nước sinh sống bằng việc canh tác nông nghiệp tại vùng nông thôn thì thu nhập từ lúa, ngô đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống của người nông dân Từ sau khi đổi mới nền kinh tế, nhờ áp dụng các loại giống mới, kỹ thuật canh tác mới nên năng suất và sản lượng lúa ngày càng tăng (trung bình sản lượng lúa nước ta mỗi năm tăng thêm một triệu tấn) Nhờ đó, thu nhập của phần lớn nông dân đã được cải thiện Tuy nhiên, tổn thất sau thu hoạch đối với sản xuất lương thực (chủ yếu là lúa và ngô) ở nước ta còn khá cao

Theo số liệu điều tra của Viện Công nghệ sau thu hoạch, năm 2003, tổn thất sau thu hoạch trung bình về số lượng trong sản xuất lúa ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long vào khoảng 12,7%, ở các khu vực còn lại khoảng 11,6% so với sản lượng Trên thực tế, tổn thất này dao động rất lớn tùy theo từng khu vực và từng mùa vụ Ðối với khu vực đồng bằng sông Hồng thì tổn thất sau thu hoạch của vụ đông xuân luôn cao hơn vụ mùa do những biến động thất thường của thời tiết Trong khi đó, ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long do phải thu hoạch vụ lúa hè thu trong mùa mưa cho nên tổn thất sau thu hoạch do không được làm khô kịp thời có khi lên đến 15-20% sản lượng Cùng với tổn thất về số lượng, những hạn chế về công nghệ sau thu hoạch cũng làm giảm đáng kể chất lượng và tỷ lệ thu hồi Lúa sau khi thu hoạch không được làm khô kịp thời thường

bị hấp hơi, mọc mầm làm cho gạo có nhiều hạt biến mầu, tỷ lệ tấm cao Ngược lại, khi làm khô không đúng kỹ thuật, làm khô quá nhanh, ở nhiệt độ quá cao hạt lúa thường bị rạn nứt nên tỷ lệ tấm khi xay xát cũng rất cao

Ðối với sản xuất ngô, tổn thất sau thu hoạch cũng rất lớn Riêng tổn thất về số lượng đã dao động trong khoảng 18-19%, thậm chí 23-28% tùy theo vùng và mùa vụ thu hoạch Ðối với ngô lai, tổn thất sau thu hoạch còn có thể cao hơn do những loại ngô này thường có hàm lượng prô-tê-in cao, vỏ mỏng nên rất dễ bị mốc Hơn nữa, tổn thất về chất lượng của ngô trong quá trình bảo quản còn cao hơn nhiều Thông thường, giá ngô giảm 10-20% sau khoảng ba, sáu tháng tồn trữ do bị nhiễm mọt, nấm mốc Ðặc biệt, do bị nhiễm nấm mốc cho nên hầu như 100% lượng ngô sau bảo quản ở khu vực nông thôn đều bị nhiễm aflatoxin (một loại chất độc) ở các mức độ 10-100ppb

Theo Ông Bạch Quốc Khang, Cục trưởng Cục Chế biến Nông lâm sản và nghề muối (Bộ PTNT), cho biết, tổn thất sau thu hoạch đối với lúa gạo của Việt Nam vào loại cao nhất tại châu

NN-Á, dao động trong khoảng 9-17%, thậm chí 20-30%, tuỳ theo từng khu vực và mùa vụ Với tỷ lệ

tổn thất này, chúng ta bị mất khoảng 3,000 tỷ đồng mỗi năm - số tiền lớn hơn tổng thu ngân sách trên địa bàn nhiều tỉnh Tổn thất sau thu hoạch (TTSTH) không chỉ làm giảm sản lượng,

mà còn ảnh hưởng lớn đến thu nhập của nông dân Chỉ riêng đối với việc sản xuất lúa tại ĐBSCL, mỗi 1% TTSTH làm thiệt hại tới 7 triệu USD Với tỷ lệ tổn thất 20-30% mỗi năm đối với lúa gạo, Việt Nam đã mất tới 150-200 triệu USD, tương đương khoảng 2300-3000 tỷ đồng.Việt Nam có hai khu vực sản xuất lúa chủ yếu, đó là Đồng bằng sông Hồng và ĐBSCL Tổng diện tích trồng lúa trên 7 triệu ha, năng suất dao động 4,2-4,4 triệu tấn/ha/vụ nên sản lượng lương thực hàng năm đạt 32-34 triệu tấn Với 17 triệu tấn lúa mỗi năm, nếu tỷ lệ tổn thất giảm được một nửa, chúng ta sẽ thu thêm 1,5-1,8 triệu tấn lúa Thí dụ Cần Thơ đạt 2 triệu tấn lúa/năm, nếu giảm được một nửa mức tổn thất sẽ thu thêm khoảng 40 tỷ đồng do quá trình trước thu hoạch tạo ra hàng năm

b Nguyên nhân chủ yếu và giải pháp khắc phục

Tổn thất trong khâu thu hoạch là 1,3-2,9% đối với lúa tùy theo khu vực và mùa vụ Trong vụ đông xuân ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long do thời tiết khô, cho nên, tổn thất ở khâu này hầu như không đáng kể Trong khi đó, vụ xuân ở khu vực đồng bằng sông Hồng và vụ hè thu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long do phải thu hoạch trong mùa mưa, bão nên tổn thất cao,

khoảng 3,5-4,0% Nguyên nhân của tổn thất chủ yếu do lúa bị đổ, thu hoạch không đúng độ chín (thu hoạch chạy mưa, chạy bão, chạy lũ ) hoặc do thu hoạch khi lúa đã bị ngập nước vì lũ, lụt

Ðể khắc phục tình trạng này, các cơ quan chức năng của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã nghiên cứu và chuyển giao đến nông dân các giống lúa thấp, cứng cây, chống đổ, chịu úng ngập và có thời gian sinh trưởng ngắn vào sản xuất Lựa chọn thời vụ thích hợp nhằm tránh những bất lợi của thời tiết trong khi thu hoạch; thử nghiệm và đưa một số mẫu máy thu hoạch lúa vào sản xuất, thay thế việc thu hoạch thủ công nhằm thu hoạch lúa trong thời gian thích hợp nhất

Tổn thất trong khâu tách hạt là 1,4-2,3% đối với sản xuất lúa và 3-4% đối với ngô Tổn thất chủ yếu là do lúa phải thu hoạch trong những ngày mưa, khi lúa bị đổ lúa bị ướt nên bị cuốn ra ngoài theo rơm cũng như bị rơi, vãi trong quá trình vận chuyển đến máy tuốt Ngoài ra hạt lúa bị

vỡ, gãy do va đập cơ khí trong quá trình tuốt cũng là nguyên nhân dẫn đến tổn thất Ðối với khâu tẽ hạt ngô, có đến 1,2% tổn thất là do hạt còn sót lại trên bắp sau khi tẽ hạt và 2,5% tổn thất do hạt bị vỡ trong quá trình tách hạt

Nhằm hạn chế tổn thất trong công đoạn này, nông dân cần được trang bị các loại máy tách hạt phù hợp, có tỷ lệ hạt gãy, vỡ do va đập cơ khí ở mức thấp nhất; không tuốt lúa, tẽ hạt ngô khi chúng còn quá ướt

Tổn thất trong khâu phơi, sấy bình quân là 1,6-1,9% đối với lúa và vào khoảng 5% đối với ngô Nhưng nếu tính cả những tổn thất về chất lượng thì đôi khi là rất lớn đối với một số khu vực trong các vụ thu hoạch khác nhau Vụ lúa hè thu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long có tổn thất ở khâu phơi sấy rất cao do thu hoạch trong điều kiện thời tiết mưa nhiều Chưa có những số liệu chính xác về tổn thất trong khu vực này, nhưng phần lớn các số liệu đã công bố đều cho rằng tổn thất dao động trong khoảng 10-15%, thậm chí là 20% tùy theo từng địa phương Nguyên nhân chủ yếu của tổn thất này là do rơi, vãi trong quá trình làm khô, mọc mầm hoặc nứt, gãy, vỡ hạt nhưng tổn thất chủ yếu vẫn là quá trình làm khô không kịp thời, làm khô không đúng kỹ thuật dẫn đến hạt thóc, ngô bị mọc mầm, bị biến mầu, bị nứt gãy, bị nhiễm vi sinh vật không đủ phẩm chất để xay xát và sử dụng Vì vậy, giải pháp hạn chế những tổn thất trong khâu này là trang bị các máy sấy phù hợp cho nông dân để làm khô lương thực, nông sản đúng kỹ thuật và kịp thời

Tổn thất trong khâu bảo quản vào khoảng 2,6-2,9% trong sản xuất lúa và 10% đối với ngô, chủ yếu do bảo quản không đúng kỹ thuật, làm cho côn trùng, sâu, mọt có điều kiện xâm nhập và gây hại; do sự tự bốc nóng của khối hạt Ðây là một nguyên nhân được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, nhưng sự tổn thất này ở nước ta lại ít được chú ý, do lượng lương thực hàng hóa được tồn trữ trong dân không lớn (tính theo quy mô mỗi gia đình) Vấn đề này cần được quan tâm, đề cập một cách nghiêm túc hơn

Tổn thất trong quá trình xay xát, chế biến vào khoảng 2,2-3,3% Ngoài những nguyên nhân về chất lượng hạt thóc không bảo đảm do các khâu công nghệ sau thu hoạch làm chưa tốt, thì tổn thất này còn do việc sử dụng các loại máy xát, máy chế biến không phù hợp; việc phân loại hạt trước khi xát, cũng như việc xay xát đúng độ ẩm chưa được coi trọng Hầu như các công ty chế biến lương thực ở nước ta ít quan tâm sự tổn thất này, trong khi đây là nguyên nhân chủ yếu làm cho gạo của nước ta luôn có tỷ lệ thu hồi và phẩm cấp thấp, giá thành chế biến cao Ðiều cần khuyến cáo là các đơn vị chế biến lương thực nên có công đoạn sấy nguyên liệu trước khi đưa vào chế biến để nâng cao tỷ lệ thu hồi cũng như phẩm cấp của sản phẩm

Mặc dù một số công nghệ sau thu hoạch đối với lúa gạo đã được nghiên cứu, chuyển giao đến nông dân Việt Nam, như cải tiến giống lúa, lựa chọn thời điểm thích hợp, đưa gần 3,000 máy gặt vào sản xuất, sử dụng các loại máy tuốt cơ khí , song, năng lực máy sấy đáp ứng không quá 20% nhu cầu sản xuất, đặc biệt là cho vụ hè thu tại ĐBSCL Việc bảo quản tập trung, sử dụng

các giải pháp tiên tiến ít được chú trọng nghiên cứu và triển khai, mà chủ yếu vẫn bằng các biện pháp truyền thống, như trong bồ, cót quây, thùng, chum

Để giảm hao hụt lúa sau thu hoạch, từ năm 2001, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã xây dựng Đề án đầu tư công nghệ sau thu hoạch, nâng chất lượng, hạ giá thành xuất khẩu gạo Việt Nam tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long với số vốn đầu tư cần là 2550 tỉ đồng

Đề án này nhằm hiện đại hóa công nghệ sau thu hoạch, công nghệ chế biến (bao gồm hệ thống các nhà máy chế biến, bảo quản, kho bãi, phương tiện vận chuyển, đào tạo nhân lực, khuyến nông, đổi giống)

Theo đề án, đến năm 2010 khu vực đồng bằng sông Cửu Long sẽ giảm tổn thất sau thu hoạch

960000 tấn lúa/năm, chi phí sản xuất giảm thêm 28000 đồng/tấn Bộ và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long đã qui hoạch và dự kiến, từ năm 2002-2010, đồng bằng sông Cửu Long thu hoạch từ

17 đến 19 triệu tấn lúa/năm

Nếu đề án này được thực hiện, mỗi năm đồng bằng sông Cửu Long sẽ tăng thu từ lúa ít nhất là

476 tỉ đồng; giá trị tăng thêm của lượng lúa hè thu và thu đông (do không còn bị hao hụt) là 1,728 tỉ đồng; giá gạo xuất khẩu sẽ tăng từ 10-15USD/ tấn nhờ chất lượng lúa gạo được nâng cao toàn diện

Hiện nay, mỗi năm khu vực đồng bằng sông Cửu Long đang thiệt hại khoảng 900 tỷ đồng do hao hụt sau thu hoạch từ 580,000 đến 600,000 tấn lúa trong vụ hè thu và thu đông do thiếu máy sấy

Năm 2001, Bộ Công nghiệp đã qui hoạch đến năm 2010, xây dựng 70 hệ thống sấy đồng bộ, hiện đại, công suất từ 10 đến 30 tấn lúa/giờ, gắn với các trung tâm chế biến gạo xuất khẩu, bảo đảm sấy 4 triệu tấn lúa/ năm Cộng với số máy sấy trong dân, sẽ bảo đảm sấy khoảng 80% lượng lúa hè thu, thu đông hàng năm

Cũng theo qui hoạch của Bộ Công nghiệp, sẽ xây dựng mới hệ tống kho chuyên dùng có sức chứa 610,000 tấn phục vụ chế biến gạo xuất khẩu tại các tỉnh có lượng lúa hàng hóa lớn, là đầu mối lưu thông lúa gạo gồm Kiên Giang, Long An, An Giang, Sóc Trăng, bảo đảm chế biến 3 triệu tấn gạo/ năm Đến thời điểm 2010, tổng công suất chế biến gạo xuất khẩu ở đồng bằng sông Cửu Long là 3,5 triệu tấn, đáp ứng 80 đến 90% lượng gạo xuất khẩu của cả nước

Ngoài những giải pháp mang tính kỹ thuật nêu trên, để đạt mục tiêu đến năm 2010 tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch đối với lúa là 9-10% và đối với ngô là 10-11% (bằng tỷ lệ tổn thất của các nước tiên tiến khu vực Ðông - Nam Á), cần phải thực hiện các giải pháp tổng thể, đồng bộ Ðó là, đẩy mạnh thông tin tuyên truyền trên các phương tiện thông tin đại chúng để mọi người, mọi tầng lớp xã hội nhận thức được tầm quan trọng của các hoạt động trong lĩnh vực công nghệ sau thu hoạch Từ đó, huy động được ngày càng nhiều nguồn lực xã hội phục vụ công tác này Tiếp tục đẩy mạnh công tác nghiên cứu và chuyển giao các tiến bộ kỹ thuật vào thực tiễn sản xuất Trong những trường hợp cần thiết, Nhà nước cần hỗ trợ một phần kinh phí để mua hoặc nhập các công nghệ tiên tiến của nước ngoài Nhanh chóng xây dựng các khu liên hợp, các chợ đầu mối nông sản ; trong đó có các khu vực phân loại, làm khô, sơ chế, chế biến lương thực hiện đại làm dịch

vụ hoặc thu mua nông sản cho nông dân, tạo điều kiện giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch, cũng như giảm chi phí đầu tư của xã hội trong lĩnh vực này Ðiều quan trọng hơn cả là phải xây dựng được chiến lược cũng như kế hoạch thực hiện cụ thể trong lĩnh vực giảm dần tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch đối với sản xuất lương thực nói riêng và nông sản nói chung, giúp cho nông dân giảm nhẹ được thiệt hại trong sản xuất, bảo quản và chế biến

4.4 Nguyên tắc bảo quản hạt

Như các phân tích ở các chương trước, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng hạt Các yếu tố này quan hệ phụ thuộc lẫn nhau, do đó không được bỏ qua bất cứ yếu tố nào Các tính chất đó được tóm tắt trong hình 4.2

Hình 4.2: CÁc yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng đống hạt và các biện pháp bảo quản

Muốn cĩ được hạt chất lượng cao, chúng ta phải chăm chút cho hạt từ khi cịn là hạt giống, đến khi gieo trồng gặt hái, thu hoạch, sơ chế và vào kho Trong cuốn sách này, chỉ xin trình bày về các cơng đoạn sau khi đã gặt hái thu được hạt lương thực Đặc biệt các yếu tố kỹ thuật sẽ ảnh

Thành phần đống hạtHạt

cây chính

Tạp chất vô cơ

Tạp chất hữu cơ

Tạp chất sống

Không khí

2, Tính chất hoá lýSự hấp thu

và nhả khíSự hấp thu và nhả ẩm

1, Tính chất vật lýKích thước và

hình dángTrọng lượng hạtĐộ rời

Tính tự phân loại Độ chặt và độ rỗng Tính chất dẫn nhiệt

3, Tính chất hoá họcThành

phần

GlucidProtidLipidVitamin

KhoángBiến đổi

GlucidProtidLipidVitaminKhoáng

4, Tính chất hoá sinhQuá trình

hô hấpQuá trình chín sau thu hoạchQuá trình tự bốc nóng

5, Tính chất sinh họcQuá trình

nảy mầmHoạt động vi sinh vậtHoạt động côn trùng

1, Các yếu tố nguyên liệuLoài,

giốngTạp chất: loại và lượng

1, Các yếu tố kỹ thuậtĐộ ẩm

hạt (W) và môi trường (ϕ )Nhiệt độ đống hạt (th) và môi trường (tmt)

Tỷ lệ CO2/O2 trong đống hạtSự thông thoáng gió

Hoá chất bảo quảnChiếu xạ

5, Tính chất cảm quanMàu

MùiVịĐộ dẻo, mềm, tơi xốpĐộ trong, đục

1, Các yếu tố phương phápCách thức trồng trọt, chăm

bón (thời tiết, đất, phân…)Cách thức và thời điểm thu hoạch

Cách thức sơ chế bảo quản trên đồng

đến tính chất đống hạt Tính chất đống hạt

hưởng nhiều nhất trong quá trình lưu hạt trong kho Các thơng số cần kiểm sốt được tĩm tắt trong hình 4.3

Hình 4.3: Các thông số cần kiểm soát trong quá trình bảo quản hạt trong kho Mẫu các

thông số kiểm soát bằng máy tính (Jayas 1995)

Từ sơ đồ trên và các tính chất đống hạt trình bày trong chương 3 ta nhận thấy vận tốc biến đổi chất lượng hạt tỷ lệ thuận với độ tăng hàm ẩm, nhiệt độ và nồng độ khí oxy trong đống hạt Từ

đĩ, ba nguyên tắc chính trong bảo quản hạt là giảm ẩm – bảo quản khơ; giảm nhiệt – bảo quản lạnh và giảm lượng oxy trong khơng khí quanh đống hạt – bảo quản kín Tuy nhiên trong điều kiện khí hậu và kinh tế Việt nam, hai biện pháp bảo quản hữu hiệu nhất là bảo quản khơ và bảo quản kín hay kết hợp cả 2 phương pháp này Riêng biện pháp bảo quản lạnh chỉ thích hợp đối với các vùng xứ lạnh hay ưu tiên bảo quản số lượng nhỏ đối với hạt giống quý Ngồi 3 nguyên tắc chính trên thì các biện pháp phụ trợ khác như làm sạch khối hạt trước khi bảo quản, thơng thống giĩ trong quá trình bảo quản, sử dụng hố chất diệt trùng hay chiếu xạ trước và trong quá trình bảo quản đều cĩ tác dụng tốt cho bảo quản hạt

4.1.1 Cơ sở lý thuyết và nguyên tắc của phương pháp bảo quản khơ

Như phần phân tích về ảnh hưởng của độ ẩm đến tính chất của hạt cho thấy độ ẩm của hạt càng cao thì độ ẩm của hạt càng cao thì cả hệ enzyme của hạt lẫn các vi sinh vật đều hoạt động làm

hư hỏng hạt Do đĩ giảm ẩm sẽ kéo dài được thời hạn bảo quản hạt Mối tương quan giữa ẩm hạt và nhiệt độ với các biến đổi của khối hạt trong quá trình bảo quản được tĩm tắt trong hình 4.4

Hình 4.4: Ảnh hưởng của độ ẩm hạt và nhiệt độ bảo quản đến sự phát triển của vsv, côn

trùng và nẩy mầmNhiệt độ và độ ẩm càng thấp thì hạt càng bảo quản được lâu Như vậy nếu sau khi thu hoạch, nhanh chóng đưa hạt về đến độ ẩm thích hợp sẽ bảo quản hạt được lâu dài Nếu độ ẩm hạt lương thực trong khoảng 11 – 13% thì thời hạt bảo quản có thể lâu hơn 1 năm Thông thường muốn giảm ẩm của hạt lương thực phải qua quá trình sấy tức cần tốn một lượng năng lượng Chính vì vậy, lựa chọn độ ẩm bảo quản là một bài toán tối ưu giữa thời gian bảo quản và chi phí năng lượng Thông thường hạt được bảo quản trong vùng thứ hai của đường hấp thụ đẳng nhiệt tức

độ ẩm khoảng từ 10 – 17% tuỳ loại hạt Khoảng độ ẩm tối đa có thể bảo quản hạt gọi là ẩm bảo quản kí hiệu Wbq = 15 – 17% còn khoảng nhiệt độ bảo quản hạt tốt là ẩm an toàn – Wat = 10 – 14% Thí dụ Linko năm 1960 đã dựng được toán đồ biểu thị thời gian bảo quản theo nhiệt độ và

độ ẩm của hạt lúa mì Năm 1958, Kreyger cũng xây dựng được đồ thị mối quan hệ tương tự của hạt đại mạch

Hình 4.5: Một số dạng đồ thị biểu diễn mối tương quan nhiệt độ, độ ẩm và thời gian bảo quản hạt lúa mì, yến mạch và đại mạch.

Bảng 4.5 trình bày độ ẩm an toàn để có thể bảo quản lâu dài một số loại hạt ở các vùng khí hậu nhiệt đới Độ ẩm này thay đổi tuỳ thuộc vào hàm lượng chất béo có trong hạt Hàm lượng chất béo càng cao thì độ ẩm an toàn càng thấp

Bảng 4.5: Độ ẩm an toàn để có thể bảo quản lâu dài một số loại hạt ở các vùng khí hậu nhiệt đới

4.1.2 Ảnh hưởng của quá trình sấy khô tới chất lượng của hạt

Qúa trình sấy khô ít nhiều sẽ ảnh hưởng tới chất lương của hạt Mức độ ảnh hưởng nhiều hay ít phụ thuộc vào chế độ sấy Nếu nhiệt độ sấy càng thấp, tốc độ bốc hơi ẩm càng chậm thì biến đổi

về mặt chất lượng càng giảm Quá trình sấy hạt thường dẫn đến các biến đổi làm tăng độ cứng,

độ dẻo, giảm độ trắng, và giảm khả năng hấp phụ nước của hạt hay bột

Thí dụ các bíên đổi chất lượng hạt gạo trong quá trình làm khô hạt thóc được trình bày trong bảng và bảng

Bảng 4.6: Biến đổi chất lương hạt sau quá trình thổi gió khô để sấy thóc

Nhiệt độ dòng không khí sấy là 30 ± 4 °C và độ ẩm là 76 ± 8%, tỷ lệ hạt nguyên 0,93 – 0,98

– 0,07 ± 00,06

– 0,17 ± 0,04 –0,17± 0,03 –0,29 ± 0,06 –0,29 ± 0,01

Lô hạt càng không đồng đều về ẩm độ thì xay xát càng bị gãy vỡ nhiều Nếu nhiệt độ hạt

đạt lớn hơn 450C trong thời gian 1 giờ, thì độ gãy vỡ gạo tăng lên đáng kể Tốc độ giảm ẩm

càng nhanh thì càng gãy nhiều Chính vì vậy trong quá trình sấy thĩc, người ta chia ra thành

các giai đoạn sấy – ủ – sấy để hạt cĩ khả năng tự phục hồi các điểm gãy vỡ Thí dụ ở máy sấy

liên tục, sau khi giảm 2-3% ẩm độ trong 15-20 phút, người ta phải ủ trong 4 giờ, để ẩm độ

hạt đồng đều trở lại

Hình 4.6: Mặt cắt ngang của hạt gạo sau khi sấy bằng các phương pháp

a = hạt gạo trước khi sấy; b = quạt gió ở nhiệt độ phòng vận tốc gió 0,65m3/phút.m3 thóc; c = phơi trong mát, d = phơi nắng; e = Sấy trong lò sấy ở 450C; f = Sấy trong lò sấy ở 600C; g = sấy liên tục ở 600C; h = sấy liên tục ở 700C

Chính nhiệt độ sấy nhiệt độ, độ ẩm bảo quản và thời gian bảo quản sẽ ảnh hưởng đến độ gãy vỡ của hạt khi xay xát Tuy nhiên các biến đổi này có những quy luật biến đổi phức tạp, thí dụ đối với thóc các biến đổi được trình bày trong hình

Hình 4.7: Tỷ lệ hạt nguyên khi xay xát phụ thuộc vào thời gian và độ ẩm bảo quảnĐối với hạt bắp, nếu sấy quá khô sẽ không thể sản xuất bột theo phương pháp ướt do khả năng hoà tan của tinh bột vào nước giảm Đối với hạt lúa mì khi nhiệt độ sấy cao hơn 800C thì sau quá trình sấy khô sẽ trở nên cứng hơn nên khó khăn hơn trong quá trình xay bột

b Tính chất công nghệ

Sau khi sấy khô hạt gạo trở nên cứng hơn, khả năng hấp phụ nước giảm, do đó gạo nấu dễ bị nhão hơn Quá trình sấy cũng sẽ ảnh hưởng tới độ nhớt của hồ tinh bột Tính chất nướng bánh của bột mì có thể giảm khi sấy hạt lúa mì ở nhiệt độ cao hơn 800C do các biến tính của protein lúa mì.

Thí dụ đối với khả năng hấp phụ nước và đỉnh nhớt cực đại của gạo được trình bày trong hình 4.8 và 4.9

Hình 4.8: Tỷ số hấp thu nước của gạo ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm bảo quản

Hình 4.9: Đỉnh nhớt cực đại của gạo ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm bảo quản

c Giá trị dinh dưỡng

Khi ta sấy hạt mà đảm bảo cho hạt không bị hư hỏng về tính chất công nghệ thì gây rất ít biến đổi về dinh dưỡng Nhưng khi sấy với nhiệt độ cao để làm thức ăn gia súc thì có các biến đỏi về dinh dưỡng, nhất là các vitamin nhạy với nhiệt có thể sẽ mất hoạt tính vitamin

d Tính chất cảm quan :

Kết quả trong bảng cho thấy sau thời gian sấy hạt, dù chế độ sấy rất nhẹ độ trắng của hạt cũng bị thay đổi theo khuynh hường giảm độ trắng, tăng độ vàng của hạt Độ dẻo của gạo có thể tăng cũng có thể không thay đổi trong quá trình sấy hạt Nhưng thông thường khi nhiệt độ cao, tốc độ bốc hơi ẩm quá nhanh sẽ có khả năng làm đứt các mạch tinh bột và làm giảm độ nhớt, dẻo

e Khả năng nẩy mầm của hạt:

Hạt dùng để làm giống hay hạt đại mạch dùng để sản xuất malt thì khi sấy khô cần lưu ý đến nhiệt độ làm giảm khả năng nẩy mầm của hạt Thông thương nhiệt độ này là 430C Nhiệt độ làm

giảm khả năng nẩy mầm hạt phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu của hạt, độ ẩm càng cao thì nhiệt độ cần phải càng thấp.

f Điểm cần lưu ý:

Sấy không nâng cấp được hạt sắp hư Nếu đống lúa sau khi đập đã bốc nóng và sắp sửa nảy mầm thì sấy chỉ cứu cho kỏi đổ bỏ Trong trường hợp này không thể so sánh chất lượng hạt sấy với hạt phơi nắng thông thường

4.1.3 Giới thiệu chung về quá trình sấy khơ hạt

Biện pháp phổ biến nhất để làm khơ hạt là thực hiện quá trình sấy Quá trình sấy rất phức tạp và không ổn định, trong đó đồng thời xảy ra nhiều quá trình như quá trình truyền nhiệt từ tác nhân sấy cho vật sấy, dẫn nhiệt trong vật sấy, bay hơi của ẩm, dẫn ẩm từ trong ra bề mặt của vật sấy, truyền ẩm từ bề mặt của vật sấy vào môi trường sấy (tác nhân sấy)

a Cơ chế quá trình sấy khô

Động lực của quá trình sấy chính là sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt hạt và trong tác nhân sấy Hai quá trình truyền khối cơ bản diễn ra trong quá trình sấy khô bao gồm

(1) Sự di chuyển ẩm từ trong lòng nguyên liệu ra bề mặt nguyên liệu

(2) Sự bốc hơi ẩm từ bề mặt nguyên liệu ra ngoài môi trường

b Yêu cầu của quá trình sấy khơ hạt

Yêu cầu căn bản nhất của quá trình sấy là hạt phải khơ đều và sau khi sấy hạt vẫn cịn giữ được tính chất cơng nghệ cần thiết Thí dụ nếu sấy hạt giống thì hạt vẫn cịn cĩ khả năng nẩy mầm; nếu sấy hạt để làm thức ăn cho người dạng nguyên hạt (hạt gạo, hạt bắp…) thì hạt cần nguyên vẹn, tỷ lệ rạn nứt ít; nếu sấy hạt để sau này sản xuất bột thì màu của hạt và hoạt lực một

số loại enzyme càng ít biến đổi càng tốt…Như vậy, hạt qua quá trình sấy phải đảm bảo các tính chất sau

• Độ ẩm cả khối hạt giảm thấp đúng yêu cầu và đồng đều;

• Lượng hạt bị hư hỏng gãy vỡ, biến màu do quá trình sấy thấp;

• Khả năng sống, nẩy mầm của hạt cao;

• Hàm lương vsv,cơn trùng và tạp chất thấp;

• Giá trị dinh dưỡng cao;

• Được sự chấp nhận của đơng đảo người tiêu dùng

c Các thơng số đặc trưng của quá trình sấy hạt lương thực

(i) Độ ẩm của hạt

Trong quá trình sấy khơ hạt, các giá trị về độ ẩm của hạt mà ta cần quan tâm là độ ẩm ban đầu

W0, độ ẩm cân bằng Wcb, độ ẩm cuối Wc và độ ẩm tại thời điểm đang xét Wt Các giá trị ẩm này thường được tính trên căn bản chất khơ của hạt, nhưng đơi khi cũng được tính dựa trên căn bản khối lượng hạt ướt Giá trị độ ẩm tại thời điểm t được tính theo cơng thức

t

G

G W

t

G

G W

Độ ẩm cân bằng của hạt được xác định dựa vào thực tế (xem thêm chương III )

(ii) Lượng ẩm tách ra: phụ thuộc vào khối lượng của đống hạt, độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối

của quá trình sấy Lượng nước bốc hơi từ hạt tính theo công thức:

D W

Wc W G G

hay ∆G = Gkhô (Wđ - Wc) Trong đó:

∆G: Khối lượng nước thoát ra trong quá trình (kg)

G : Khối lượng ban đầu của hạt (kg)

Gkhơ: Khối lượng chất khô của đống hạt (kg)

WC, WD: Độ ẩm cuối và độ ẩm ban đầu của hạt tính trên căn bản hạt ướt(%)

Wđ , Wc: Hàm ẩm ban đầu và hàm ẩm sau của hạt tính trên căn bản chất khơ hạt (%)

Cũng cĩ thể tra bảng hay dựa vào các tốn đồ để xác định nhanh lượng ẩm thốt ra trong quá trình sấy hạt

Bảng 4.8: Lượng ẩm mất đi trong thời gian sấy

(iii) Nhiệt hố hơi ẩm trong hạt

Năng lượng cần thiết để bốc hơi ẩm phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của hạt Độ ẩm càng nhỏ , liên kết ẩm với chất khơ của hạt càng lớn, năng lượng cần thiết để bốc hơi 1kg nước sẽ càng cao Sự khác nhau giữa các loại hạt do sự khác nhau về thành phần hoá học đặc biệt là tinh bột và protein đóng vai trò là chất hấp phụ nước Thí dụ bảng cho biết nhiệt hố hơi nước

từ hạt thĩc ở các độ ẩm khác nhau do Brooker và các đồng sự đưa ra năm 1974

Bảng 4.9: Nhiệt hoá hơi nước của thóc phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của hạt

Hình 4.10: Mối quan hệ giữa nhiệt hoá hơi của nước trong hạt với độ khô của hạt (theo

Cenkowski và đồng nghiệp (1992) )

(iv) Nhiệt độ sấy

Đối với sấy hạt lương thực, do yêu cầu đảm bảo tính chất cơng nghệ như khả năng nẩy mầm, chống nứt, vỡ hạt…nên nhiệt độ của hạt khi sấy phải nằm dưới nhiệt độ biến tính Thơng thường

để sấy hạt người ta đưa ra ba ngưỡng nhiệt độ:

• Đối với hạt giống, nhiệt độ sấy phải nhỏ hơn nhiệt độ biến tính của hệ enzyme để hạt cịn cĩ thể nảy mầm, thường nhiệt độ này là nhỏ (khoảng 25 - 450C) đối với các hạt nhạy cảm như đậu, thĩc… và đạt cao nhất là 50 – 600C đối với hạt lúa mì, yến mạch, cao lương

• Đối với hạt chỉ bĩc vỏ, cần hạt “gạo” nguyên như thĩc, kê… hay hạt sản xuất bột nhưng cần giữ tính chất của các enzyme như lúa mì, đại mạch…nhiệt độ sấy cĩ thể cao hơn sấy cho hạt giống một chút nhưng vẫn phải thấp hơn nhiệt độ gây nứt gãy hạt Thơng thường thấp nhất của sấy hạt làm lương thực cho người là 450C và cao nhất là 700C

• Đối với hạt làm thức ăn gia súc, yêu cầu về cảm quan khơng cao, nhiệt độ hạt sấy cĩ thể lên đến 80 – 1000C

Bảng 4.10: Nhiệt độ tối đa trong quá trình sấy hạt (Theo Friesen 1982)

Tuy nhiên cần lưu ý là nhiệt độ sấy tối đa mà hạt chịu cịn phụ thuộc vào phương pháp và thíêt bị sấy mà chúng ta lựa chọn Thiết bị sấy dịng liên tục cho phép nhiệt độ sấy cao hơn thiết

bị sấy tĩnh Thí dụ đối với lúa mì cứng, sấy bằng máy sấy liên tục cĩ thể nâng nhiệt độ hạt lên

800C cịn với thùng sấy tĩnh nhiệt độ tối đa là 600C

Để bảo đảm chất lượng hạt các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu chế độ sấy nhiệt độ thấp Sấy nhiệt độ thấp là phương pháp sấy hạt với nhiệt độ sấy bằng hoặc cao hơn không quá 50C

so với nhiệt độ môi trường Nếu ϕkk =75%, không cần nâng nhiệt độ cho không khí sấy trong quá trình sấy, hạt sẽ giảm độ ẩm đạt 14%, đúng yêu cầu bảo quản Nếu ϕkk = 85%, hạt sẽ đạt ẩm độ 15,7%, gần với yêu cầu bảo quản Chỉ cần nâng nhiệt độ lên một ít, để hạ ϕkk xuống 75%, sẽ đạt yêu cầu bảo quản

(v) Trở lực đống hạt

Trong trường hợp sấy tĩnh, chiều cao đống hạt tạo nên một trở lực đối với dịng tác nhân sấy, trở lực đĩ tùy thuộc vào nhiều yếu tố như hình dạng, cấu trúc vỏ hạt, tạp chất trong hạt, độ ẩm hạt… (xem thêm chương III)

Việc lựa chọn một chiều dày lớp hạt thích hợp với mỗi chiếc quạt là việc hết sức quan trong để giĩ cĩ thể thơng thống hết tồn bộ thiết bị, cĩ như vậy mới tránh tình trạng hạt ẩm cục bộ

(vi) Lưu lương khơng khí sấy

Dịng khơng khí khơ do quạt tạo thành sẽ đi xuyên qua khối hạt và sẽ mang lượng ẩm do hạt nhả ra ngồi thiết bị sấy Lưu lương khơng khí sấy được tính bằng đơn vị thể tích khí trong một đơn vị thời gian xét cho một đơn vị thể tích hạt sấy, thí dụ m3/phút.m3 hạt Lưu lượng khí phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ cho phép giữa tác nhân sấy và hạt cần sấy; độ ẩm tương đối của khí và của hạt, trở lực đống hạt…Lưu lượng khí càng cao thì thời gian sấy càng nhanh nhưng các bíên đổi trong hạt càng sâu sắc

d Phương trình sấy

Phương trình sấy là phương trình mô tả mối tương quan giữa hàm ẩm vật liệu hay vận tốc bốc hơi ẩm và thời gian sấy Các số liệu về mối tương quan giữa vận tốc sấy và các thông số của không khí sấy được lấy từ thực nghiệm và xây dựng thành các phương trình toán học Các kết quả thực nghiệm được vẽ trên đồ thị như hình và được gọi là đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy

Hình 4.11: Đường cong sấy (A) ; đường cong vận tốc sấy (B) và đường cong biểu thị mối

tương quan giữa độ ẩm hạt và tốc độ bốc hơi ẩm (C)

(i) Đường cong sấy :

Đường cong sấy là đường cong biểu diễn độ ẩm của vật liệu sấy theo thời gian sấy Đường biểu diễn đường cong của quá trình sấy chia làm 3 phần:

• Giai đoạn đun nóng sản phẩm , đưa từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao có thể bay hơi được

• Giai đoạn thể hiện sự bay hơi đều đặn của sản phẩm sấy Giai đoạn này phụ thuộc rất nhiều vào môi trường thoát ẩm Nếu thoát ẩm tốt thì quá trình sấy sẽ nhanh

• Giai đoạn thể hiện hơi nước trong sản phẩm bay ra chậm dần và cuối cùng đường biểu diễn song song với trục hoành , lúc này đạt đến độ ẩm cân bằng, quá trình sấy dừng lại.Đường cong sấy cĩ thể được lập dưới 2 dạng

• Dạng độ ẩm thực tế tính theo % chất khơ hạt theo thời gian – dạng cĩ thứ nguyên (hình 4 A)

• Dạng thay đổi tỷ số ẩm theo thời gian – dạng khơng cĩ thứ nguyên (hình 4.12) Tỷ số ẩm của quá trình sấy là một hàm số phụ thuộc nhiệt độ, hàm ẩm không khí và thời gian sấy

Kt kk

cb d

cb

W W

W W

Wt : Độ ẩm trong hạt tại thời điểm đang xét, % chất khô

Wcb : Độ ẩm cân bằng của hạt, % chất khô;

Wd : Độ ẩm ban đầu của hạt, % chất khô;

TC, TF : Nhiệt độ không khí (0C hay 0F);

ϕkk : Độ ẩm tương đối của không khí, (%)

ϕo : Độ ẩm tương đối của khơng khí trước khi sấy (%)

ts, tp, tg : Thời gian sấy tính theo giây, phút hay giờ

A, K : Hằng số thay đổi phụ thuộc vào thiết bị sấy, loại hạt sấy…

Hình 4.12: Đường biểu diễn không thứ nguyên của vận tốc sấy phụ thuộc vào thời gian sấy và

chiều cao lớp hạt sấyCó rất nhiều nghiên cứu để xác định đường cong sấy cho các loại hạt khác nhau

Thí dụ dạng đđường cong sấy khơng thứ nguyên và hệ số K của trường hợp sấy buồng cho một

số loại hạt được cho trong bảng

Bảng 4.11: Dạng đđường cong sấy khơng thứ nguyên và hệ số K của trường hợp sấy buồng cho một số loại hạt

K=0,13365+1,93653ϕo−1,77431ϕo2+0,009468T

Lúa mì WR = exp (–Atp) A = 2000exp[-9179/(Tf +460)]

Ngơ WR = exp (–AtgioK) A = -3,47.10-2 + (2,87.10-3.T)

K = 0,54 + 3,24.10-3.ϕo

t = Aln(WR) +B[ln(WR)]2Đại mạch WR = exp (–Atp) K = 139,3 + exp[ -7676/(Tf + 460)

K = 0,33 + 0,00238 ϕo + 0.00276TVới ϕo : Độ ẩm ban đầu của tác nhân sấy

W0: Độ ẩm ban đầu của hạt

Tg, tp, tgio: thời gian sấy tính theo giây, phút hay giờ

T, Tf: Nhiệt độ sấy tính theo 0C hay 0F

WR: tỷ số ẩm

(ii) Đường cong vận tốc sấy :

Đường cong vận tốc sấy cho biết tốc độ thoát ẩm theo thời gian sấy Đường cong sấy cũng được chia thành 3 đoạn ứng với:

Giai đoạn sấy tăng tốc, lượng nhiệt cung cấp một phần làm nĩng nguyên liệu, một phần nữa để bốc hơi một phần nước tự do trong hạt Trong giai đoạn này lượng nước thoát nhanh;

Giai đoạn sấy đẳng tốc, tòan bộ nhiệt cung cấp cho sản phẩm dùng vào việc bốc hơi nước, lúc này nhiệt độ sản phẩm hầu như không thay đổi và bằng nhiệt độ hơi nước bốc ra

Giai đoạn cuối là giai đoạn vận tốc sấy giảm Nhiệt ở giai đoạn này một phần để hơi nước tiếp tục bốc hơi và một phần để sản phẩm tiếp tục nóng lên Tốc độ sấy giảm dần cho đến lúc thủy phần sản phẩm đạt tới mức cân bằng

Hình 4.13: Các giai đoạn của quá trình sáyLewis (1921) đề nghị đường cong vận tốc sấy cĩ dạng chung là: t K d(W t W cb)

Với Kd là hằng số sấy thay đổi tùy theo quá trình sấy cụ thể

Thí dụ theo (Brooker, Bakker-Arkema, & Hall, 1992), đối với gạo lật

Kd= a exp(- b ′ / T ) Và ( )

99 , 2 / 1

5 55,81510

31,2

ln01

 Vận tốc sấy phụ thuộc vào các điều kiên sau :

• Kết cấu của sản phẩm, thành phần , tính chất hóa học của sản phẩm

• Hình dạng và kích thước sản phẩm

• Vận tốc sấy tỷ lệ với tỉ số giữa bề mặt (S) bốc hơi nước với thể tích (V) của sản phẩm sấy S/V Nếu V cố định , khi S tăng thì vận tốc sấy tăng

• Độ ẩm ban đầu và cuối của sản phẩm W0 và WC Nếu W0-WC càng lớn thì thời gian sấy càng lâu

• Độ ẩm , nhiệt độ và vận tốc của không khí nếu độ ẩm tương đối ϕ của không khí càng nhỏ , nhiệt độ lớn và vận tốc không khí lớn thì sấy nhanh hơn, nhưng nhiệt độ và vận tốc không khí bị khống chế bởi qui trình công nghệ sản phẩm chứ không phải tăng nhiệt độ và thể tích V lên bao nhiêu cũng được

• Trạng thái của sản phẩm đem sấy , sản phẩm ở trạng thái động sấy nhanh hơn trạng thái tĩnh

Vì vậy phải căn cứ vào các yếu tố thúc đẩy quá trình sấy để chọn chế độ sấy thích hợp

4.1.4 Các thiết bị sấy

a Phân loại thiết bị sấy hạt

Cĩ nhiều cách phân loại máy sấy dựa khác nhau dựa trên chuyển động hạt, trên năng lượng cung cấp, trên dạng nguyên liệu vào… Nhưng cĩ một số cách phân loại thơng dụng nhất sau đây

• Theo cách nhập liệu vào ta cĩ sấy theo mẻ, sấy liên tục hay hỗn hợp

• Theo chuyển động của dịng hạt ta cĩ sấy tĩnh, sấy động hay sấy khí động

• Theo phương thức truyền nhiệt ta cĩ dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt hay bức xạ nhiệt hay hỗn hợp

• Theo tương quan giữa dịng khí và dịng hạt ta cĩ sấy cùng chiều, ngược chiều, chéo dịng hay hỗn hợp

• Theo nguồn cung cấp năng lượng ta cĩ sấy nhờ chất đốt (như than, củi, trấu, dầu, hay các loại khí sinh học – biogas) và sấy nhờ năng lượng mặt trời

• Theo tác nhân sấy ta cĩ sấy nhờ khơng khí nĩng, khĩi lị hay hơi nước quá nhiệt

Lựa chọn kiểu sấy nào phụ thuộc vào tính chất vật liệu vào sấy, yêu cầu của sản phẩm sấy và các yếu tố xã hội khác như trình độ khoa học kỹ thuật và điều kiện kinh tế

b Dạng thiết bị sấy tĩnh

Các thiết bị sấy tĩnh thường là sấy theo mẻ, quy mơ nhỏ và vừa Thiết kế chung của thiết bị sấy tĩnh gồm cĩ thùng sấy trong cĩ chứa hạt, quạt để di chuyển dịng tác nhân sấy qua lớp hạt và lị đốt để nâng nhiệt tác nhân sấy khi cần thiết Dịng tác nhân sấy sẽ chuyển động ngang qua lớp hạt và mang ẩm tách ra từ hạt thốt ra ngồi Để nâng nhiệt dịng tác nhân sấy, ta cĩ thể sử dụng mọi nguồn năng lượng như năng lượng từ mặt trời hay năng lượng từ chất đốt Khi thiết kế thiết

bị sấy tĩnh, các thơng số chính cần phải xác định là nhiệt độ và vận tốc dịng tác nhân sấy cũng như chiều dày lớp hạt trong thiết bị Các thơng số này sẽ ảnh hưởng tới nhiệt độ hạt và tốc độ bốc hơi ẩm

Trong các thiết bị sấy tĩnh, không nhất thiết phải thổi khí nóng mà ta có thể chỉ cần thổi không khí khô vào thiết bị Khi thổi khí khô, nhiệt độ thấp như vậy chất lượng hạt sẽ cao hơn khi sấy với nhiệt độ cao Sau khi sấy, hạt khô có thể lấy ra hoặc tiếp tục để lại trong thùng sấy như là kho bảo quản có kết hợp thông thoáng Kết cấu thùng sấy như là kho bảo quản có quạt gió và hệ thống phân phối gió Thực chất của quá trình sấy nhiệt độ thấp là quá trình thông thoáng sản phẩm sấy, không cần cấp nhiệt, hoặc chỉ cấp nhiệt một ít Lớp hạt đem sấy được đổ khá dày, 1-4 m tuỳ theo ẩm độ hạt và ẩm độ môi trường, thời gian sấy kéo dài từ vài ngày đến vài tuần

Dạng sấy tĩnh đơn giản nhất là các thùng sấy chất hạt phía trên và cĩ quạt thổi khí nĩng từ dưới lên trên được gọi là máy sấy tĩnh vỉ ngang (hình )

Hình 4.14: Sơ đồ máy sấy tĩnh

Hình 4.15: Biến đổi ẩm trong quá trình sấy tĩnh

Các buồng sấy cĩ thể làm bằng gỗ, gạch, betơng hay kim loại tuỳ thuộc điều kiện kinh tế từng vùng Sàn của buồng sấy cĩ thể bằng lưới đan hay tấm kim loại đột lỗ Trong thiết bị sấy như vậy hạt được đổ vào và lấy ra bằng tay Để thuận tiện hơn cho việc tháo hạt, thùng sấy được đặt trên một khung nghiêng như hình

Hình 4.16: Máy sấy mẻ tĩnh năng suất 2tấn/mẻ với thùng bằng gỗ

Hình 4.17: Buồng sấy mẻ tĩnh đặt trên khung nghiêng

Công nghệ sấy hạt bằng máy sấy tĩnh vỉ ngang đã có từ giữa thế kỉ thứ 20 ở Mỹ và Nhật Vào những năm 1970, ở Philippine, hai bản thiết kế máy sấy tĩnh vỉ ngang đã được đưa ra

do Đại học UP Los Bano (1,8 tấn/mẻ) và viện lúa Quốc Tế IRRI (1 và 2 tấn/mẻ) Ơû Việt Nam, thiết kế này đã được truờng Đại Học Nông Lâm TP.HCM thiết kế lại với những cỡ

công suất lớn hơn Mẫu máy máy sấy tĩnh vỉ ngang đầu tiên, có năng suất 8 tấn/ mẻ, được lắp đặt vào năm 1983 tại huyện Kế Sách, tỉnh Sóc Trăng Sự phát triển máy sấy tĩnh từ con số không năm 1980, đã gia tăng không ngừng theo đà tăng trưởng của diện tích và sản lượng lúa ĐBSCL

Ở quy mơ nhỏ hộ gia đình chúng ta cĩ thể tận dụng các bồ chứa, thùng chứa làm thiết bị sấy như trong hình B Sau khi lúa được nạp vào khỏang giữa 2 bồ cót và bạt phủ được cột lại, đóng cầu dao điện cho quạt hoạt động Quạt hút không khí trời thổi xuyên qua lớp hạt làm khô hạt dần từ trong ra ngòai Ban đêm thì ngưng quạt để tiết kiệm điện, tránh hồi ẩm vì ẩm độ trong không khí cao, nhiệt độ thấp Nếu muốn rút ngắn thời gian sấy thì đêm vẫn chạy quạt và phải đốt điện trở hoặc đốt lò than thêm để giảm độ ẩm không khí sấy Tương tự, ngày mưa dầm phải mở điện trở hoặc lò than để hạt khô nhanh hơn Nếu ban ngày nắng, vẫn tiếp tục đóng điện trở hoặc đốt lò thì lúa sẽ khô nhanh hơn, nhưng hao điện và lớp lúa trong sẽ quá khô làm mất khối lượng và khi xay sẽ bị gãy gạo nhiều hơn

Hình 4.18: Nguyên tắc cấu tạo máy sấy SRR của đại học nơng lâm tp HCM

Một số dạng thiết bị sấy tĩnh quy mơ nhỏ được giới thịêu ở các hình

Trong các dạng thiết bị này, hạt được trải thành lớp mỏng khoảng 0,3 – 1,2m, nhiệt độ hạt sấy khoảng 430C Lưu lượng giĩ khoảng 50m3/phút.tấn

Hình 4.19: Sơ đồ máy sấy tĩnh vỉ ngang do CPCRI sáng chế (Patil and Singh, 1983)

Hình 4.20: Dạng thiết bị sấy tĩnh dành cho đâu nành (Patil and Sukla, 1988)

Máy sấy tĩnh cũng có thể sử dụng làm khô hạt với quy mô lớn khoảng từ 10 tấn đến vài trăm tấn Với các thiết bị lớn như vậy, buồng sấy có thể có nhiều hình phức tạp như trụ, lục lăng, hộp chữ nhật…với nhiều chất liệu khác nhau như gỗ, thép hay nhựa tổng hợp

Hình 4.21: Dạng buồng sấy mẻ tĩnh hình chữ nhật

Hình 4.22: Hệ 4 buồng sấy mẻ tĩnh hình trụ bằng lưới đan dùng để sấy trong nhà

Hình trình bày 2 dạng kho chứa thĩc cĩ bộ phận quạt giĩ, xuất nhập hạt được cơ giới hố, kết hợp sấy tĩnh nhiệt độ thấp Dạng A là dạng cấu tạo kho thơng dụng, hạt được đổ thẳng trên sàn kho, quạt thổi từ dưới lên qua lớp hạt tĩnh Đối với dạng kho B, lớp hạt được đảo trộn nhẹ nhờ hai vít tải

Hình 4.23: Sơ đồ kho chứa thĩc cĩ hệ thống sấy hạt (A) khơng cĩ đảo trộn (B) cĩ vis tải đảo

trộn nhẹTrong các hệ thống kho lớn, các buồng sấy được bố trí thành từng cụm và cĩ hệ thống đường ống dẫn khí nĩng cho các buồng sấy Sau khi sấy xong, các buồng sấy sẽ được sử dụng làm kho bảo quản hạt luơn

Các ống dẫn khí nĩng thường cĩ dạng thiết diện hình bán nguyệt, hình tam giác hay hình chữ nhật (hình ) Diện tích ống phụ thuộc vào tốc độ giĩ Thí dụ lưu lượng giĩ khoảng 28m3/phút thì diện tích ống khoảng 0,1m2, CÁc ống dẫn khí nĩng đặt cách vách thùng khoảng ¼ bề dày lớp hạt (D) và cách nhau ½ bề dày lớp hạt (hình )

Hình 4.24: Các dạng ống dẫn giĩ trong máy sấy tĩnh

c Dạng thiết bị sấy động

Trong các thiết bị sấy động, hạt lương thực thường được vít tải đưa lên cao và tận dụng trọng lượng của hạt để hạt tự chuyển động xuống Dịng khơng khí khơ được thổi qua lớp hạt theo kiểu cùng chiều, ngược chiều, chéo dịng hay hỗn hợp Sấy động cĩ thể sử dụng thíêt bị sấy mẻ đảo trộn hay dạng thiết bị sấy liên tục

(i) Sấy mẻ tuần hồn

Thiết bị sấy mẻ đảo trộn tuần hồn cĩ cấu trúc đơn giản hơn máy sấy liên tục, cĩ ưu điểm là thời gian sấy ngắn và hiệu quả sử dụng nhiệt cao hơn so với thiết bị sấy tĩnh do chuyển động liên tục

của hạt Máy có ưu điểm là năng suất sấy hạt cao nhưng giá đầu tư và chi phí sấy lớn hơn máy sấy tĩnh Máy thường được dùng sấy hạt ướt đến độ ẩm bảo quản, vì vậy thường được xây dựng ngay tại vùng nguyên liệu hay thiết kế dạng di động Các dạng máy sấy mẻ tuần hoàn sử dụng lưu lượng gió cho một tấn hạt lớn và nhiệt độ hạt khá cao (khoảng 60 – 800C).

Nguyên tắc hoạt động trong máy sấy mẻ tuần hoàn là hạt được nhập liệu từ đỉnh, chảy xuống dọc bên thành thiết bị Khí nóng được thổi ở dưới đáy thiết bị qua tấm lưới đục lỗ và xuyên qua lớp hạt Hạt từ đáy sẽ theo vít tải đặt giữa máy tuần hoàn lên đỉnh cho đến khi đạt được đổ ẩm cần thiết sẽ được tải ra ngoài qua vít tải hạt ra (hình )

Hình 4.25: Nguyên tắc hoạt động của máy sấy mẻ tuần hoàn

Từ nguyên tắc chung này, có nhiều dạng máy sấy hạt khác nhau được tạo ra nhằm đáp ứng cho các loại hạt khác nhau Thí dụ máy sấy hạt Adams được thíêt kế thêm côn phân phối hạt để lớp hạt chảy xuống đều và phân phối mỏng hơn, dễ thoát hơi ẩm hơn Máy sấy Mongge 8440 thì hạt được nhập bên dưới giúp thuận tiện hơn cho công nhân đổ hạt vào Máy sấy GT 380 có thêm phần bánh xe di động

Hình 4.26: Máy sấy hạt Adams

Hình 4.27: Máy sấy nhập và tháo liệu ở trên

Hình 4.28: Máy sấy GT 380

Hình 4.29: Máy sấy Mondge 8440

Thiết bị sấy có thể có dạng hình trụ hay hình hộp chữ nhật Thường các máy sấy mẻ tuần hoàn năng suất nhỏ có dạng hình trụ và có vít tải đứng để tuần hoàn hạt ngay trong máy Các thiết bị sấy mẻ tuần hoàn năng suất lớn lại có dạng hình hộp chữ nhật gồm 2 hay nhiều ngăn Hạt chảy

từ trên xuống theo các vách ngăn, bộ phận cấp nhiệt quạt và ống gió bố trí giữa để thổi khí nóng qua các lớp hạt Hạt chảy xuống đến đáy ngăn sấy sẽ theo một vít tải gom về cuối máy và được một gàu tải đưa lên cao, theo vít tải nhập liệu trải đều cho các ngăn

Hình 4.30: Máy sấy supper – B AS – 600G

Hình 4.31: Máy sấy Drymor Redbird 3 – 1984

Hình 4.32: Máy sấy hạt Vertec VT5600R

Để chất lượng hạt sấy cao hơn, các thiết bị sấy mẻ đảo trộn có thêm phần thổi khí mát hoặc có thêm buồng ủ để nhiệt đều hơn trong toàn khối

Hình 4.33: Nguyên tắc hoạt động của máy sấy có làm mát hạt

Hình 4.34: Máy sấy mẻ đảo trộn có buồng ủ

(ii) Sấy liên tục

Xét về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động, máy sấy hạt liên tục giống với máy sấy mẻ tuần hoàn năng suất lớn Khác nhau căn bản của 2 dạng thiết bị này là sấy liên tục có thiết kế lớn hơn

để hạt chỉ qua máy một lần mà không cần tuần hoàn trở lại Thường hạt tồn tại trong máy khoảng 15 – 30 phút và độ ẩm hạt giảm khoảng 1 – 3% Thiết bị sấy liên tục là dạng thiết bị sấy

có quy mô công nghiệp, năng suất máy cao và chi phí vận hành cho 1 tấn thóc thấp hơn thiết bị sấy mẻ Tuy nhiên để vận hành tốt, thiết bị sấy liên tục cần kết hợp với hệ thống thiết bị vận chuyển hạt và hệ thống kho chứa hạt nên giá đầu tư cao Thường các thiết bị sấy liên tục được đặt tại các kho chứa hạt lớn, kết hợp chung với các silo ủ và chứa hạt

Nguyên tắc hoạt động của máy sấy liên tục được trình bày trong hình Hạt được nhập liệu vào thùng nhập liệu phía trên, chảy xuống đáy dọc theo 2 cột Không khí nóng từ giữa được thổi qua lớp hạt ra ngoài Nếu cột sấy cấu trúc thẳng, hạt sẽ không được đảo trộn trong quá trình sấy nên lưu lượng khí cần khá cao (125 - 250m3/phút tấn hạt) và nhiệt độ khí thấp Nếu cột sấy thiết

kế dạng các tấm ngăn xen kẽ thì hạt trong quá trình rơi xuống sẽ được đảo trộn, trở lực đống hạt giảm, lưu lượng khí cũng giảm theo (50 – 95m3/phút.tấn) trong khi đó nhiệt độ sấy có thể tăng cao hơn

Hình 4.35: Nguyên tắc làm việc của máy sấy liên tục dạng cột có và không có đảo trộn

1- Hạt sấy; 2 – Khí nóng; 3 – Khí ẩm; 4 - Hạt khôMột dạng khác của máy sấy liên tục là máy sấy Louisiana thiết kế được gọi tắt là thiết bị sấy LSU Thiết bị sấy có dạng hình hộp chữ nhật, bên trong có các kênh dẫn khí hình chữ V ngược Khí nóng luân chuyển vào và ra giữa 2 hàng kênh kế tiếp nhau Hạt được nhập liệu ở bên trên và chảy xuống Khi gặp các cạnh của kênh dẫn khí hạt sẽ bị đảo trộn liên tục (hình 4, ) Thiết bị sấy hoạt động liên tục nên việc cung cấp hạt liên tục và đều đặn sẽ giúp ổn định chất lương của hạt Việc điều khiển nhập liệu có thể tự động hoá thông qua các dạng trục cuốn hay các cánh lắc cung cấp hạt Kích thước chung cho toàn thiết bị có thể thay đổi tuỳ thuộc vào năng suất máy Dạng kích thước tổng quát của thiết bị sấy LSU cho trong hình

Hình 4.36: Dòng lưu chuyển của khí và hạt trong máy sấy LSU

Hình 4.37: Hai dạng trục cuốn cung cấp hạt tại đỉnh thiết bị sấy

Hình 4.38: Kích thước tổng quát của thiết bị sấy LSU

4.1.5 Chế độ sấy

Chế độ sấy hạt là các thông số công nghệ (xem phần 4.5.3) và cách thiết lập quy trình sấy nhằm mục đích đảm bảo mục đích, yêu cầu của hạt thành phẩm Các quá trình hạt phải trải qua bao gồm:

• Hạt trước khi vào thiết bị sấy cần được làm sạch tạp chất nhằm nâng cao năng suất và tiết kiệm năng lượng Nếu loại được càng nhiều tạp chất, hạt càng tăng độ rời, càng dễ dịch chuyển đều trong khối hạt nên cả hiệu suất quá trình sấy cũng tăng

• Hạt sạch được đưa vào trong thiết bị sấy đồng thời với tác nhân sấy Nhiệt độ, lưu lượng, chiều di chuyển của tác nhân sấy cần được tính toán thích hợp để hạt ít biến đổi về cảm quan cũng như tính chất công nghệ Tùy thuộc quy mô và điều kiện kinh tế từng địa phương mà lựa

chọn dạng thiết bị sấy Nếu thiết bị sấy 1 lần không đủ giảm ẩm đến độ ẩm cuối cần thiết thì phải hoàn lưu hat hay thực hiện quá trình sấy nhiều giai đoạn

• Cuối quá trình sấy, hạt cần được làm nguội nhanh đến nhiệt độ môi trường và nhanh chóng nhập kho để tránh tái hút ẩm

a Các phương án truyền nhiệt giữa hạt và tác nhân sấy

Giữa hạt và tác nhân sấy có 4 cách di chuyển bao gồm sấy chéo dòng, sấy đồng dòng, sấy ngược dòng và sấy dòng hỗn hợp Với mỗi cách di chuyển khác nhau, biến đổi nhiệt và ẩm của hạt sẽ khác nhau (hình 4 )

Hình 4.39: Các chế độ truyền nhiệt, nhiệt độ và độ ẩm của khí và hạt dọc theo thiết bị sấyLựa chọn phương án truyền nhiệt nào phụ thuộc vào độ bền của hạt, khả năng chịu nhiệt, chống gãy vỡ và mục đích của quá trình sấy

b Sấy hoàn lưu hạt

Sấy hoàn lưu là hạt sau khi qua thiết bị sấy lần thứ nhất sẽ được đưa vào máy lần thứ hai để tiếp tục giảm ẩm Có 2 phương án để hoàn lưu hạt

(i) Phương án sấy mẻ tuần hoàn: toàn bộ khối hạt vừa qua sấy sẽ được quay trở lại khu nhập liệu cho đến khi đạt độ ẩm cuối thì tháo liệu chung cho cả mẻ

Hình 4.40: Nguyên tắc chung của sấy mẻ tuần hoàn

(ii) Phương án sấy hồi lưu: Hạt sạch và ẩm sẽ được và trộn chung với một phần hạt khô hồi lưu (đã sấy khô) để tận dụng một phần nhiệt và bốc ẩm sơ bộ trước khi vào buồng đốt nóng Sau một thời gian ngắn trong buồng đốt, hạt được qua vựa ủ để tiếp tục quá trình chuyển dịch cân bằng ẩm – nhiệt giữa hạt ẩm và hạt hồi lưu Từ vựa ủ, hạt được tách thành 2 phần xuống 2 cột, một phần được thổi không khí khô và nguội để thành sản phẩm, phần còn lại được trộn với hạt

ẩm thực hiện tiếp quá trình hồi lưu (Hình ) Tuy nhiên cần lưu ý là biện pháp sấy này không thích hợp với hạt giống hay những loại hạt nhay cảm với nhiệt như hạt thóc, đậu…do nhiệt độ cao có thể làm ảnh hưởng tới chất lượng hạt

Hình 4.41: Nguyên tắc của sấy hồi lưu hạt

c Sấy nhiều giai đoạn :

Sấy nhiều giai đoạn là quá trình sấy được thực hiện nhiều lần, mỗi lần sấy chỉ bốc hơi khoảng từ

1 -3% ẩm Hạt sau khi qua thiết bị sấy được ủ trong silo từ 4 – 24 giờ để ẩm phân bố đều sau đó lại tiếp tục đươc sấy – ủ nhiều lần cho đến khi đạt được hàm ẩm mong muốn Số lần sấy, ủ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như loại hạt, ẩm đầu và cuối của hạt, nhiệt độ sấy, lưu lượng gió…Thiết lập được một chế độ sấy phù hợp sẽ tiết kiệm được năng lương cho quá trình sấy Nhược điểm của phương pháp sấy này là tốn nhiều thời gian và thiết bị cho quá trình ủ hạt Cách bố trí

hệ thiết bị sấy và silo ủ được biểu diễn trong hình

Hình 4.42: Hệ thống máy sấy liên tục kết hợp với các silo ủ hạtThí dụ xét cho quá trình sấy thóc từ ẩm độ 20% đến 14% tại nhiệt độ sấy 430C Nếu sấy liên tục thời gian sấy thực sự là 6 giờ, nên một ngày ta sấy được nhưng nếu chia quá trình sấy ra làm 3 lần sấy và 2 lần ủ thì tổng thời gian hạt chịu nhiệt chỉ 2 giờ, như vậy ta đã tiết kiệm được năng lượng sấy (hình )

Hình 4.43: So sánh quá trình giảm ẩm giữa chế độ sấy liên tục và chế độ sấy nhiều giai đoạn.Thí dụ công ty Satakê – Nhật bản đề nghị sấy thóc bằng tháp sấy theo quy trình sấy để giảm ẩm

từ 22 – 25% xuống còn 14% cần thực hiện 6 vòng sấy Thời gian trong máy sấy mỗi vòng chỉ khoảng 10 – 15 phút, ủ trong khoảng 2,5 – 3giờ nếu có quạt khí và 6 – 24 giờ nếu không quạt khí

Bảng 4.12: Chế độ sấy thóc theo SatakêVòng sấy Nhiệt độ tác

4.1.6 Sấy nhờ năng lượng mặt trời

Trong dân gian từ xa xưa, phơi nắng là một trong những biện pháp đơn giản, rẻ tiền nhất để bảo quản lương thực, thực phẩm Mặt trời chính là nguồn cung cấp nhiệt năng được coi như là vô tận, và gió chính là chiếc quạt thiên nhiên hữa hiệu trong vấn đề sấy và chuyển ẩm Ở các nước vùng nhiệt đới, vào những tháng nắng năng lương do mặt trời cung cấp trung bình có thể đạt đến 0,5kW/m2, Lượng nhiệt này, nếu xét cho 12 giờ/ngày thì sẽ là 21,6MJ/m2, đủ để bốc hơi khoảng 9kg nước

Hình 4.44: Thay đổi nhiệt độ trong phòng và ngoài trời theo thời gian sấy trong ngày (b) Thay đổi tổng năng lương (khuếch tán và hấp thu bức xạ) của hạt thóc theo thời gian sấy (Thí nghiệm vào tháng 12/1998 tại Matsuyama, Nhật bản)

Khi phơi hạt nhờ ánh sáng, tia cực tím trong hạt còn có tác dụng rất tốt trong việc tiêu diệt vsv

và côn trùng Năng lượng mặt trời cũng giúp cho quá trình chín sau thu hoạch diễn ra nhanh chóng hơn, khả năng nẩy mầm của hạt trở nên tốt hơn Tuy nhiên hạn chế của phương pháp này

là phụ thuộc vào thời tiết và tốn diện tích sân phơi Hạt có thể được giữ nguyên trên thân hay trên bắp mà phơi khô hay có thể được tách riêng từng hạt, tãi đều trên đất, trên chiếu trên sân xi măng… để làm khô

Đối với các vùng có diện tích lớn có thể xây dựng các sân phơi hạt lương thực Sân phơi cần phẳng, không có kẽ nứt, hơi dốc để dễ thoát nước.Hạt trên sân cần tãi mỏng, tốt nhất là cào thành luống với chiều dày từ 10 – 45cm tùy độ ẩm hạt và lượng nắng trên sân phơi Nắng càng gắt và ẩm càng cao thì càng nên trải hạt dày để ẩm thoát từ từ tránh nứt vỡ hạt Khi hạt khô dần thì tãi lớp mỏng hơn Khi phơi nắng trên sân cần thường xuyên cào đảo (khoảng 30 phút/lần) để tránh đọng ẩm bên dưới lớp hạt Nếu nhiệt độ không khí quá cao 500C với hạt thường và 420C với hạt giống, cần có mái che bớt nhiệt

Hình 4.45: Dạng đánh luống để phơi hạt thóc

Để thuận tiện hơn trong việc sử dụng năng lượng mặt trời trong việc bốc hơi ẩm từ hạt, các nhà nghiên cứu đã đề ra nhiều dạng thiết bị bốc hơi ẩm nhờ năng lượng mặt trời Cấu tạo chung của các dạng thiết bị này là có một buồng sấy trong chứa vật liệu sấy Năng lượng mặt trời sẽ được chiếu qua 1 lớp vật liệu trong suốt để đến hạt hay đến lớp hấp thu nhiệt có màu đen Nhiệt năng

do mặt trời cung cấp sẽ làm nóng không khí, làm thay đổi hàm ẩm tương đối và làm bốc hơi nước từ hạt Nhờ các cấu trúc đặc biệt của thiết bị, dòng khí nóng sẽ lưu thông và mang ẩm thoát

ra bên ngoài Lớp vật liệu trong suốt thường là thủy tinh hay các polymer như PVC, PE, polyvinylfluoride Lớp hấp thu nhiệt có thể là sơn đen hay các loại nhựa màu đen

Hình 4.46: các bộ phận chủ yếu của một thiết bị sấy nhờ năng lương mặt trời

Dựa vào nguồn năng lượng có thể chia các thiết bị sấy nhờ năng lượng mặt trời thành 2 nhóm:

• Dạng thiết bị sấy bị động : năng lượng trong thiết bị hoàn toàn là năng lượng mặt trời Trong

dạng thiết bị này, dòng không khí lưu chuyển trong máy sấy là do chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng khác nhau của máy tạo ra chênh lệch áp suất

• Dạng thiết bị sấy chủ động : Trong các dạng thiết bị sấy chủ động năng lượng để làm nóng

không khí có thể hoàn toàn nhờ hấp thụ năng lượng mặt trời (khi trời đủ nắng) hay sử dụng thêm các nguồn năng lượng khác như năng lượng điện, nhiệt năng sinh ra do chất đốt nếu trời không

đủ nắng Ngoài ra, các thiết bị sấy chủ động đựơc gắn thêm quạt để chủ động hơn trong quá trình bốc hơi ẩm Nhờ vậy thiết bị sấy chủ động có thể ngăn ngừa được các thay đổi bất thường của nhiệt độ

Dựa vào cấu tạo của máy cho ánh nắng chiếu trực tiếp hay gián tiếp vào vật liệu sấy mà chia thành thiết bị sấy ánh năng chiếu gián tiếp, thiết bị sấy ánh năng chiếu trực tiếp hay thiết bị sấy ánh năng chiếu hỗn hợp Hình 4, trình bày nguyên lý hoạt động của ba dạng thiết bị sấy này

Hình 4.47: Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy nhờ năng lương mặt trời gián tiếp (trái) trực tiếp (giữa) và hỗn hợp (phải)

(i) Dạng thiết bị sấy ánh nắng chiếu trực tiếp

Trong thiết bị sấy ánh nắng chiếu trực tiếp, cả vật liệu sấy và không khí trong buồng sấy sẽ hấp thu nhiệt lượng, nóng lên tạo chênh lệch hàm ẩm làm nước thoát ra Dạng thiết bị sấy này đơn giản, thủ công và thích hợp cho quy mô nhỏ hộ gia đình Các nhà nghiên cứu về dạng thiết bị sấy nhờ năng lượng mặt trời do viện nghiên cứu Brace của Canada từ giữa thế kỷ 20 đã đưa ra

các yêu cầu căn bản của một thiết bị sấy ánh nắng chiếu trực tiếp nhờ năng lượng mặt trời bao gồm

• Chiều dài thiết bị nên gấp 3 lần chiều rộng để truyền nhiệt tốt nhất

• Vật liệu làm phòng sấy nên lưa chon tuỳ theo từng địa phương để có giá cả phù hợp và chịu được tác dụng của nắng gắt Phần phía trong của buồng sấy nên sơn đen để hấp thụ nhiệt tốt hơn

• Phía trên phòng sấy lợp kính hay các loại polymer trong suốt Tốt nhất là nên lợp kính đôi để hạn chế các ảnh hưởng xấu của tia UV Góc nghiêng của kính lợp thay đổi tùy theo vĩ độ của từng địa phương khác nhau

• Bên trong buồng sấy, các khay chứa vật liệu sấy cần bố trí sao cho thoáng và không cản trở lưu thông khí

Tuỳ vào quy mô và cấu trúc phức tạp mà thiết bị sấy trực tiếp có thể chia thành 3 dạng: thùng sấy (cabinet dryer), lều sấy (tent dryers) hay nhà sấy (greenhouse dryers)

Các dạng đơn giản của thiết bị sấy ánh nắng chiếu trực tiếp nhờ ánh sáng mặt trời là các hộp hay thùng sấy (hình ) Trong mô hình hộp sấy do viện nghiên cứu Brace giới thiệu (hình a) luồng khí lưu thông nhanh hơn nhờ các lỗ thông hơi trên đáy và thành hộp sấy Năm 1981, Ezekwe đã giới thiệu một dạng máy sấy dùng ở Nigeria có thêm đường dẫn khí vào và ra (hình

b ) Theo Ezekwe chính nhờ các đường dẫn khí này, vận tốc sấy nhanh hơn 5 lần so với phơi nắng thông thường

Hình 4.48: các dạng hộp sấy nhờ năng lượng mặt trời ánh sáng chiếu trực tiếp do viện nghiên cứu Brace giới thiệu (a) và do Ezekwe giới thiệu (b)

Đối với các nước vùng nhiệt đới nắng nhiều, người ta xây dựng các “lều sấy” hay “nhà sấy” (hình ) Mái của các lều dạng các tấm phẳng nghiêng hay dạng mái vòm Mái có dạng khung bằng tre hay kim loại và phủ bằng vật liệu trong suốt Để tăng hấp thụ nhiệt, có thể phủ thêm một số giải nhựa PVC đen dọc trên lớp nhựa trong

Hình 4.49: các dạng “lều sấy” nhờ năng lượng mặt trời ánh sáng chiếu trực tiếp

Các dạng thiết bị sấy ánh nắng chiếu trực tiếp như vừa mô tả có cấu tạo đơn giản, không đòi hỏi các thiết kế phức tạp, chi phí xây dựng và vận hành it Sấy trực tiếp còn có ưu điểm là đẩy mạnh hơn quá trình chín sau thu hoạch của hạt lương thực Nhưng do ánh nắng chiếu trực tiếp nên nhiệt phân bố không đều và có nguy cơ bị quá nhiệt cục bộ Nếu hạn chế ánh sáng chiếu trực tiếp thì vận tốc sấy chậm Có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách thiết kế các bộ phận làm tăng chuyển động khí như “ống khói”, quạt hút hay quạt đẩy Năm 1982, Gustafsson giới thiệu một dạng thiết bị sấy ánh nắng chiếu trực tiếp tại Nicaragua (hình ) Thiết bị sấy ánh nắng chiếu trực tiếp sau này được bố trí thêm “ống khói” cao, mặt trước bọc lớp PVC đen để tăng lực hút và có lưới ở phía dưới để tăng cường lưu thông khí

Hình 4.50: Thiết bị sấy nhờ năng lương mặt trời dạng bị động có ống khói

Trong trường hợp sấy chủ động, quạt hút hay quạt đẩy sẽ giúp lưu thông khí tốt hơn nên các buồng sấy có dung tích lớn hơn Để tăng năng lưọng hấp thu, một phần tường buồng sấy cũng sẽ được làm bằng các vật liệu trong suốt, phần còn lại được sơn đen