Nghiên cứu công nghệ sấy hạt (ngô) trên máy sấy thùng quay

Tính chất của vật liệu sấy Ngô 2.1 Phân loại Ở nước ta, cây ngô xuất hiện từ lâu, ngô được trồng cả ở miền đồng bằng, trung du và miền núi.. So sánh thành phần hóa học và độ calo của

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ THỊ BÁO NGỌC

CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT ( NGÔ)

TRÊN MÁY SÁY THÙNG QUAY

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS TÔN THẤT MINH

Hà Nội, năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Lê Thị Bảo Ngọc

LỜI CẢM ƠN

Quá trình thực hiện bản luận văn này , tôi đã thực hiện tại Trung tâm đào tạo và phát triển sản phẩm thực phẩm - viện Công nghệ sinh học và công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Nhân dịp này cho phép tôi bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PS.TS Tôn Thất Minh – thầy giáo đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình

thực hiện luận án này Điều đó đã giúp tôi trưởng thành trong quá trình học tập hiện tại

và tự tin hơn trong cả quá trình công tác sau này Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể thầy

cô giáo đã dạy bảo tôi trong suốt thời gian qua

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, khích lệ tinh thần trong suốt thời gian học tập và làm việc vừa qua

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Học viên

LÊ THỊ BẢO NGỌC

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN 1: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, CHẾ BIẾN NGÔ, TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NGÔ SẤY, MÁY VÀ THIẾT BỊ SẤY 2

I Tình hình sản xuất, chế biến ngô 2

1.1 Tình hình sản xuất, chế biến ngô trên thế giới 2

1.2 Tình hình sản xuất và chế biến ngô trong nước 3

II Tính chất của vật liệu sấy ( Ngô) 8

2.1 Phân loại 8

2.2 Cấu tạo và tính chất của hạt ngô 10

2.3 Thành phần hóa học của ngô 12

2.4 Giá trị của ngô 16

2.5 Sản xuất và sử dụng ngô 18

III Máy sấy và thiết bị sấy ngô 19

3.1 Khái niệm về sấy 19

3.2 Vật ẩm 20

3.2.1 Phân loại vật ẩm 20

3.2.2 Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu ẩm 21

3.2.3 Sấy vật ẩm nông sản 24

3.3 Biến đổi vật liệu trong qua trình sấy 26

3.3.1 Biến đổi vật lý 26

3.3.2 Biến đổi hóa lý 27

3.3.3 Biến đổi hóa học 28

3.3.4 Biến đổi sinh hóa 28

3.3.5 Biến đổi sinh học 29

3.3.6 Biến đổi cảm quan 29

3.4 Tác nhân sấy 31

3.4.1 Khái niệm về tác nhân sấy 31

3.4.2 Không khí ẩm 31

3.5 Hệ thống thiết bị sấy 35

3.5.1 Thiết bị sấy hầm 35

3.5.2 Hệ thống thiết bị sấy thùng quay 38

3.5.3 Hệ thống sấy tháp 42

3.5.4 Máy sấy vỉ ngang (hình 14) 44

PHẦN 2: THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 45

I Thiết bị thí nghiệm 45

1.1 Đặt vấn đề 45

1.2 Nguyên lý hoạt động của máy sấy thùng quay làm việc gián đoạn 46

1.3 Tính toán các thông số của thiết bị và vật liệu 47

1.3.1 Các thông số của thiết bị 47

1.3.2 Thông số vật liệu sấy (ngô hạt) 48

II Phân tích hệ số chứa đầy của vật liệu trong quá trình sấy 48

2.1 Trước hết, xét xem sự thay đổi hình học, hình dạng của lỗ rỗng ảnh hưởng đến tổn thất nhiệt lượng 48

PHẦN 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH TÌM CHẾ ĐỘ SẤY THÍCH HỢP 52

I Phân tích chọn các thông số ảnh hưởng 52

II Thí nghiệm sấy ngô hạt trên máy sấy tuần hoàn để xác định sơ bộ thời gian sấy 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

BẢNG BIỂU

Bảng 1 Tình hình sản xuất ngô ở một số nước dẫn đầu trên thế giới năm

2004-2010 3

Bảng 2: Sản lượng ngô của Việt Nam trong năm 2015, 2016 và dự báo năm 2017 5

Bảng 3: Diện tích trồng ngô ở Việt Nam 5

Bảng 4: Tình hình sản xuất – nhập khẩu – tiêu thụ ngô ở Việt Nam 6

Bảng 5: Phân bổ diện tích trồng ngô phía Bắc Việt Nam năm 2010 7

Bảng 6: Dự kiến phân bổ diện tích trồng ngô phía Bắc Việt Nam giai đoạn 2015-2020 7

Bảng 7 Thành phần hóa học trung bình của hạt ngô (% chất ngô) 12

Bảng 8 Hàm lượng các sinh tố nhóm B trong hạt ngô (mg/kg chất khô) 13

Bảng 9 Sự phân bố thành phần hóa học trong các bộ phận của hạt ngô 13

Bảng 10 Hàm lượng trung bình các nhóm protein trong hạt ngô (% theo lượng nito chung) 14

Bảng 11 Các chỉ số của dầu ngô thô và dầu ngô tinh chế 15

Bảng 12: hàm lượng và sự phân bố chất khoáng trong hạt ngô 16

Bảng 13 So sánh thành phần hóa học và độ calo của các loại sản phẩm chế biến từ ngô và các hạt lương thực khác 17

Bảng 14 Hệ số αg khi sấy hạt mỳ 41

Bảng 15 Quan hệ giữa M và đường kính hạt 42

Bảng 16: Kết quả thí nghiệm được ghi ở bảng dưới đây 54

Bảng 17: Thí nghiệm xác định độ ẩm với n=2v/ph; = 70%-80%-90% 56

Bảng 18 Thí nghiệm xác định độ ẩm với n=4v/ph; = 70%-80%-90% 57

Bảng 19: Bảng tóm tắt kết quả thời gian sấy của các thí nghiệm 59

HÌNH VẼ

* Hình vẽ:

Hình 1: Năm loại ngô bắp 10

Hình 2: Cấu tạo của hạt ngô 11

Hình 3 Đồ thị quan hệ giữa độ ẩm cân bằng của vật liệu và độ ẩm không khí 22

Hình 4 Biểu diễn grandient nhiệt độ mặt ngoài và mặt trong vật liệu 26

Hình 5 Biến đổi to vật liệu sấy 26

Hình 6 Hiệu ứng cơ học của quá trình sấy 27

Hình 7 Đồ thị I-d và cách xác định trạng thái không khí ẩm, nhiệt độ ts 35

Hình 8 Hầm sấy- Nguyên liệu và sản phẩm vào, ra ở cửa bên 36

Hình 9 Máy sấy thùng quay 38

Hình 10 Các loại cánh đảo trộn trong máy sấy thùng quay 39

Hình 11 Máy sấy thùng quay làm việc gián đoạn 40

Hình 12 Hệ thống nạp sấy 43

Hình 13 Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy vỉ ngang 44

Hình 14 Hệ thống sấy thùng quay (sơ đồ hệ thống sấy thí nghiệm) 46

Hình 15 Vị trí độ rỗng của các khoang khi hệ số chứa đầy vật liệu 90% 49 (độ rỗng 10%) 49

Hình 16: Vị trí độ rỗng của các khoang khi hệ số chứa đầy vật liệu 80% (độ rỗng 20%) 50

Hình 17: Vị trí độ rỗng của các khoang khi hệ số chứa đầy vật liệu 70%

(độ rỗng 30%) 50

LỜI MỞ ĐẦU

Hàng năm tổn thất về nông sản thực phẩm đặc biệt là các sản phẩm dạng hạt như thóc, ngô, cà phê, các loại đậu… lên đến 10 ÷ 12% Trong tất cả các tổn thất đó, sản phẩm không được làm khô kịp thời ngay sau thu hoạch dẫn đến hư hỏng do độ ẩm lớn chiếm tỷ lệ cao nhất, đặc biệt là khi thu hoạch trong mùa vụ nắng ít, mưa nhiều (như vụ đông xuân) mà không được phơi nắng, sấy khô kịp thời Hiện nay phần lớn hạt nông sản sau thu hoạch được phơi trên sân dưới nắng tự nhiên Rất ít cơ sở có thiết bị sấy để chủ động sấy các loại sản phẩm này nếu thời tiết thay đổi Trong điều kiện hiện nay ở nước ta kinh tế còn lạc hậu nên việc trang bị các loại máy móc cho nông nghiệp như máy cày, thu hoạch, sấy, gieo trồng còn rất hạn chế Để từng bước tiến lên công nghiệp hóa, tự động hóa trong ngành nông nghiệp, chúng ta không thể để tình trạng sản xuất manh mún trên từng thửa ruộng nhỏ mà phải hình thành các cánh đồng mẫu lớn để đưa cơ khí hóa vào, phải chủ động các bước sản xuất và tăng năng suất lao động

Nghiên cứu công nghệ sấy các sản phẩm dạng hạt không ngoài mục đích góp phần giảm tổn thất sản phẩm, nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm sức lao động cho người lao động và từng bước công nghiệp hóa nền nông nghiệp nước nhà

Nghiên cứu công nghệ sấy ngô chúng tôi muốn tìm ra một phương pháp sấy mới trên máy sấy thùng quay Chúng tôi muốn so sánh hiệu quả kinh tế với các phương pháp sấy chủ yếu hiện nay là sấy tháp và sấy hầm vỉ ngang, để có một cái nhìn đa dạng về nghiên cứu sấy nông sản thực phẩm Vì vậy, luận văn thạc sĩ của tôi tập trung nghiên

cứu: "Công nghệ sấy nông sản dạng hạt (ngô) trên máy sấy thùng quay"

Mục đích nghiên cứu này là tìm ra một chế độ thích hợp nhất để sấy ngô hạt trên máy sấy thùng quay công nghệ sấy nông sản dạng hạt (ngô) trên máy sấy thùng quay

PHẦN 1:

TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, CHẾ BIẾN NGÔ, TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NGÔ SẤY, MÁY VÀ THIẾT BỊ SẤY

I Tình hình sản xuất, chế biến ngô

1.1 Tình hình sản xuất, chế biến ngô trên thế giới

Theo tư liệu nhiều nguồn nghiên cứu thì cây ngô bắt nguồn từ Châu Mỹ (lưu vực Amazon hoặc vùng đồi núi Peru Theo Bresman (1949) thì ngô đã lan từ miền nam Chi Lê đến Canada, từ tây thái bình dương đến đông đại tây dương Ở bắc trung nam đến nam Mỹ, ngô được coi là lương thực quan trọng của các bộ tộc gia đỏ Những người Châu Âu đầu tiên được trông thấy cây ngô là những người đi thám hiểm cùng với Cristoforo Colombo Cuối thế kỷ XV, ngô được trồng nhiều ở Châu Âu, phổ biến ở Tây Ban Nha, Ý, vùng bán đảo Ban Căng, Thổ Nhỹ Kì và đến đầu thế kỷ XVII ngô được trồng nhiều ở Nga

Ngô là một loại ngũ cốc quan trọng trên thế giới, đứng thứ ba sau lúa mì và lúa gạo Sản lượng sản xuất ngô ở thế giới trung bình hằng năm từ 699,4 đến 793,6 triệu tấn (năm 2005-2007)

Về diện tích, Mỹ là nước trồng nhiều nhất (29,8 triệu ha), tiếp đến là Trung Quốc (25,4 triệu ha) và đứng thứ 3 là Brazil (11,6 triệu ha) Về năng suất, những nước đúng đầu về năg suất ngô là Mỹ (9,7 tấn/ha); Trung Quốc (5,3 tấn/ha); Brazil (4 tấn/ha) ( Năm 2010) Vào cuối thế kỷ XX, ngô vẫn còn kém hai cây lúa mỳ và lúa nước cả về diện tích

và sản lượng Có thể nói rằng ngô là cây có tiềm năng năng suất lớn nhất trong ba cây lương thực quan trọng nhất Thực vậy năng suất trung bình trên toàn thế giới của ngô tính cho đến năm 2008 là 49 (tạ/ha) Trong khi đó năng suất bình quân của lúa mì là 28 tạ/ha

và lúa nước là 41 tạ/ha (FAOSTAT.2009) Theo dự báo của Viện Nghiên cứu Chương trình Lương thực thế giới vào năm 2020 tổng nhu cầu ngô thế giới là 852 triệu tấn trong

đó 15% dùng làm lương thực, 69% dùng làm thức ăn chăn nuôi, 16% dùng làm nguyên

liệu cho công nghiệp xuat-va-tieu-thu-ngo-tren-the-gioi] [11]

[http://xn dvditchut-yj7dnh.vn/diet-con-trung/tinh-hinh-san-Ở các nước phát triển dùng 5% làm lương thực, các nước đang phát triển 22% làm lương thực (IFPRI, 2003) – Sản lượng ngô của Braxin năm 2008/09 dự báo đạt 49,50 triệu tấn, điều chỉnh giảm 2,0 triệu tấn (3,88%) so với dự báo hồi tháng 1/2009 và giảm 9,10 triệu tấn (15,53%) so với sản lượng 58,60 triệu tấn của năm 2007/08 do ảnh hưởng của hạn

hán Diện tích thu hoạch ngô năm 2008/09 dự báo đạt 14,20 triệu ha, giảm 500 ngàn ha so với năm 2007/08 với năng suất sẽ đạt 3,49 tấn/ha so với 3,99 tấn/ha của năm 2007/08 Năng suất giảm do hạn hán cả ở miền Bắc và miền Nam Braxin (WAP, Feb 2009)

Nhu cầu tiêu thụ nội địa ngô trên thế giới rất lớn, trung bình hằng năm từ 702,5 đến 768,8 triệu tấn Trong đó nước Mỹ tiêu thụ 33,52 % tổng sản lượng ngô tiêu thụ và các nước khác chiếm 66,48%

Sản lượng ngô xuất khẩu trên thế giới trung bình hằng năm từ 82,6 đến 86,7 triệu tấn Trong đó, Mỹ xuất khẩu 64,41 % tổng sản lượng và các nước khác chiếm 35,59

%.(Bảng 1)

Sản lượng ngô trên thế giới năm 2007 tăng gắp đôi so với 30 năm trước đây (sản

lượng khoảng 349 triệu tấn vào năm ve-nghanh-ngo-xuat-khau-ngo-hat-en.html][12]

1977).[http://visimex.com/news/5493-tong-quan-Bảng 1 Tình hình sản xuất ngô ở một số nước dẫn đầu trên thế giới năm 2004-2010 Chỉ tiêu Nước 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

va-ngoai-nuoc.htm][13]

[http://123doc.org/document/2645352-tinh-hinh-nghien-cuu-va-san-xuat-ngo-trong-1.2 Tình hình sản xuất và chế biến ngô trong nước

Ngô là loại cây nông nghiệp có diện tích thu hoạch lớn thứ hai tại Việt Nam sau lúa gạo Tuy nhiên, ngô lại chỉ được trồng ở những khu vực không có lợi cho việc trồng

cây công nghiệp, ví dụ như các khu vực miền núi đất đai cằn cỗi, nghèo dinh dưỡng hay những vùng đất khô hạn, thiếu nước tưới tiêu hoặc trồng xen canh với những cây trồng giá trị cao khác Do ngô chủ yếu được gieo trồng trong điều kiện không thuận lợi nên sản lượng mặt hàng này của Việt Nam đang rất thấp Hơn nữa, côn trùng và các loài gây hại cho cây ngô cũng là một trong những nguyên nhân chính ảnh hưởng đến sản lượng

Cùng với khoai mì, gạo vỡ, cám gạo, ngô là một trong những cây trồng chính cho ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi phát triển Tuy nhiên, các sản phẩm từ ngô ở trong nước lại không đáp ứng được nhu cầu của thị trường trong những năm gần đây khiến kim ngạch nhập khẩu ngô nước ta hàng năm luôn ở mức 2 triệu tấn Vì thế, các nhà chế biến ngô phải chịu áp lực lớn trong việc tăng sản lượng nhằm đáp ứng nhu cầu tăng lên nhanh chóng của thị trường Tăng năng suất trung bình bằng việc sử dụng các giống cây trồng năng suất cao được xem là phương án phù hợp nhất để đạt được mục tiêu của chính phủ trong việc tăng sản lượng ngô đáp ứng nhu cầu ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi

Theo Bộ NN & PTNT, sản lượng ngô của Việt Nam trong năm 2015 đạt 5,28 triệu tấn, giảm 34.000 tấn so với dự báo do diện tích gieo trồng hạn chế, năng suất thấp

do thời tiết bất lợi ở miền Bắc và giá ngô quốc tế thấp

Diện tích thu hoạch trong năm 2016 ước đạt 1,3 triệu héc-ta, giữ nguyên so với những dự báo từ trước của Bộ Đây là kết quả của chính sách chuyển đổi sang trồng ngô tại những vùng mà việc trồng lúa cho năng suất thấp Tuy nhiên, do giá ngô trên thị trường quốc tế thấp nên diện tích thu hoạch ngô trong năm 2017 của Việt Nam sẽ vẫn giữ nguyên ở mức 1,3 triệu héc-ta Với việc các giống ngô biến đổi gen dần dần được sử dụng, năng suất ngô trung bình trong năm 2016 và 2017 được dự kiến lần lượt đạt khoảng 4,6 và 4,8 tấn/ha Nhìn chung, sản lượng ngô tăng chủ yếu là nhờ năng suất trung bình cao hơn Khi năng suất ngô trung bình tăng đến mức nhất định, người nông dân có thể bị thuyết phục rằng trồng ngô sẽ mang đến nhiều lợi nhuận cho họ

Hiện nay, sản lượng Ngô thu hoạch của Việt Nam chỉ đáp ứng đủ 50% nhu cầu trong nước, khoảng 50%còn lại là phải nhập khẩu Do vậy mỗi khi giá cả trong nước biến động tăng cao thì ngô nhập khẩu đươc nhập khẩu để thay thế nguồn Ngô trong nước và ngược lại khi giá Ngô trong nước rẻ hơn giá thị trường thế giới thì các nhà máy sản xuất sẽ đẩy mạnh tiêu thụ bằng nguồn trong nước

Một thực trang hiện nay đối với nghành nông sản Việt Nam đó là việc để cho các thương lái Trung Quốc vào thu mua một cách tự do gây không ít khó khăn cho các Doanh nghiệp Việt Nam cũng như sự mất ổn định của thị trường

Bảng 2: Sản lƣợng ngô của Việt Nam trong năm 2015, 2016 và dự báo năm 2017

(ƣớc tính)

2017 (dự báo)

Nguồn: Bộ NN & PTNT

Tháng 3 năm 2015, Cục trồng trọt, Bộ NN & PTNT đã cho phép sản xuất thương mại ba giống ngô biến đổi gien Đây là bước cuối cùng trong quá trình phê duyệt quyết định thương mại hóa ngô sử dụng công nghệ sinh học của Việt Nam Cũng trong tháng 4 năm 2015, việc chấp thuận giống ngô biến đổi gien đã giúp Việt Nam trở thành quốc gia thứ 29 trên thế giới thương mại hóa cây trồng sử dụng công nghệ sinh học

Bảng dưới đây sẽ cung cấp thông tin về diện tích trồng ngô theo địa lý vùng miền Trung du và miền núi Bắc Bộ, Tây Nguyên lần lượt là hai khu vực dẫn đầu về diện tích trồng ngô

Bảng 3: Diện tích trồng ngô ở Việt Nam

Diện tích trồng ngô vẫn tăng đều nhưng không thay đổi đáng kể theo thời gian Đây là kết quả của chính sách khuyến khích trồng ngô để cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi tại địa phương mà chính phủ đã đề ra Tuy nhiên, ngô trong nước đang phải đối mặt với những thách thức cạnh tranh về giá từ những nước sản xuất ngô lớn như Ấn Độ, Ác-hen-ti-na và Bra-xin

Bảng 4: Tình hình sản xuất – nhập khẩu – tiêu thụ ngô ở Việt Nam

Số liệu chính thức từ USDA

Số liệu mới

Số liệu chính thức từ USDA

Số liệu mới

Số liệu chính thức từ USDA

Số liệu mới

Xuất khẩu theo năm

Khu vực miền Nam, chủ yếu gồm các vùng Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long thường chỉ trồng một vụ ngô mỗi năm, bắt đầu từ giữa tháng 5 Các khu vực phía Bắc, chủ yếu là đồng bằng sông Hồng, trung du và miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ và khu vực ven biển miền Trung có từ 2 đến 3 vụ ngô mỗi năm: vụ Xuân, vụ Thu và vụ Đông Theo Bộ NN & PTNT, vụ Xuân bắt đầu từ nửa đầu tháng 2 đến nửa cuối của tháng 5; vụ Thu bắt đầu từ cuối tháng 5 đến đầu tháng 9 và vụ Đông bắt đầu từ cuối tháng 9 đến đầu tháng 1 năm sau

Bảng 5: Phân bổ diện tích trồng ngô phía Bắc Việt Nam năm 2010

Giá ngô trong nước

Giá ngô trong nước đã liên tục giảm và chạm mức thấp nhất vào tháng 9 năm 2015

do lượng ngô nhập khẩu sụt giảm Ngoài ra, giá ngô trong nước luôn cao hơn giá nhập khẩu từ các thị trường Nam Mỹ Đây là nguyên nhân khiến nước ta nhập khẩu một lượng lớn ngô từ khu vực này

Nguồn: Văn phòng đại diện Grain Council tại Việt nam

hang-ngo-cua-viet-nam-nam-2016-va-du-bao-nam-2017.html][14]

[http://www.vietrade.gov.vn/nong-sn-khac/5720-tinh-hinh-san-xuat-mat-II Tính chất của vật liệu sấy ( Ngô)

2.1 Phân loại

Ở nước ta, cây ngô xuất hiện từ lâu, ngô được trồng cả ở miền đồng bằng, trung du

và miền núi Năng suất ngô của ta mới chỉ đạt khoảng 15 tạ/ha, còn rất thấp so với năng suất của nhiều nước trên thế giới

Dựa vào cấu tạo tinh bột của nội nhũ hạt, ngô được chia thành 5 loại sau đây:

* Ngô răng ngựa(Z.M Indentata)

Bắp ngô răng ngựa khá to, dài tơi 20-25 cm Hạt to,dẹt, đầu hạt có vết lõm như hình cái răng Hai bên sườn hạt là tinh bột miền sừng, đầu và giữa hạt là chất tinh bột mềm ( miền bột) Vỏ hạt màu vàng, đôi khi màu trắng

Ngô răng ngựa có hàm lượng tinh bột từ 60-65% khối lượng hạt, trong đó 21% là amylose 79% amylopectin Ngô răng ngựa chủ yếu dùng để sản xuất thức ăn gia súc, và còn dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp hay thức ăn cho người

* Ngô đá (Z.M.Indurata)

Ngô đá có bắp lớn, đầu hạt tròn, hạt có màu trắng ngà hoặc màu vàng, đôi khi có màu tím Nội nhũ của ngô đá có cấu tạo trong và chỉ có phần nhỏ ở lõi hạt có cấu tạo đục

Ngô đá có hàm lượng tinh bột chiếm từ 56 – 75% khối lượng hạt, trong đó 21% là amylose, 79% là amylopectin Ngô đá được dùng để chế biến thức ăn cho người, và gia súc, hay dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp

* Ngô bột (Z.M.Amylaceae)

Bắp ngô bột dài khoảng 17-20 cm Hạt bẹt và tròn đầu, mặt hạt nhẵn, nội nhũ có màu trắng đục, cấu tạo xốp, dễ hút nước Hàm lượng tinh bột chiếm từ 55-80% khối

lượng hạt, trong đó 20% amylose, 80% amylopectin Hạt ngô bột có cấu tạo mềm do đó

dễ nghiền ra bột Ngô bột dùng hầu hết làm thức ăn cho người

* Ngô đường (Z.M Saccharata)

Hạt thường nhăn nheo, vỏ có màu vàng, trắng, phôi tương đối lớn, nội nhũ cứng Hàm lượng tinh bột của nội nhũ khoảng 25-47% khối lượng hạt, hàm lượng đường và dextrin khá cao (13-31% khối lượng hạt)

Thành phần tinh bột của ngô đường gồm: 60-90% amylose, 10-40% amylopectin Ngô đường được dùng làm thức ăn cho người và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm

* Ngô nếp (Z.M Ceratina)

Ngô nếp còn được gọi là ngô sáp, hạt ngô tròn, to, bề mặt nhẵn, màu trắng đục hoặc màu vàng.Hàm lượng tinh bột chiếm khoảng 60% khối lượng hạt Thành phần tinh bột gồm gần 100% amilopectin, tỷ lệ amiloza coi như không đáng kể Khi nấu chín, nội nhũ ngô nếp khá dẻo và dính Ngô nếp chủ yếu dùng làm thức ăn cho người và làm nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất bánh kẹo

* Ngô nổ (Z.M Everta)

Hạt ngô nổ đầu hơi nhọn, nội nhũ có cấu tạo trong Hàm lượng tinh bột khoảng 62-82% Hạt ngô nổ khá cứng, khó nghiền ra bột Hạt ngô nổ thường dùng để sản xuất bỏng

Thành phần tinh bột gồm 23% amiloza và 77% amilopectin

Ngoài cách phân loại trên còn có nhiều cách phân loại khác

[http://123doc.org/documents/home/document_download_sms.php?id=14512 71&t=1489379159&aut=1a2ab553d3e38c2abdfca03410413fba][15]

Hình 1: Năm loại ngô bắp 1-ngô răng ngựa; 2-ngô đá; 3-ngô bột; 4-ngô đường; 5-ngô nổ 2.2 Cấu tạo và tính chất của hạt ngô

Hạt ngô là phần chủ yếu của bắp ngô Bắp ngô gồm có hạt, bẹ, cúi và râu Đối với bắp ngô tươi thì bẹ và râu chiếm 20% khối lượng toand bắp, cùi chiếm 20% và hạt chiếm 60% khối lượng bắp

Hạt ngô nằm ở vị trí khác nha của bắp thì thường có một số đặc tính không giống nhau Hạt ở cuống bắp thường tròn, hạt ở giữa bắp thường dẹt Hạt ở cuối bắp thường nhỏ và có độ ẩm cao hơn

Ngay trong hạt ngô, lượng nước phân bố cũng không đều, thường thì có phần ở gần cuống hạt có độ ẩm cao hơn phần đầu hạt Chênh lệch về độ ẩm giữa các phần của hạt có thể lên đến 10-15%

Do sự chín và sự phân bổ ẩm không đều trong hạt ở các phần khác nhau của bắp

và trong bản thân mỗi hạt cho nên chất lượng của đống hạt ngô thường không đồng nhất

Đó cũng là một trong những nguyên nhân gây khó khăn cho việc bảo quản hạt ngô, nhất

là ngô mới thu hoạch chưa kịp làm khô

Hạt ngô là loại hạt trần, không có vỏ trấu bao bọc mà chỉ có các lớp vỏ ngoài (vỏ quả) và vỏ trong (vỏ hạt) Khác hẳn với các hạt lương thực khác, hạt ngô có phôi rất lớn,

có thể chiếm đến 8-15% khối lượng hạt Các lớp vỏ chiếm 4-5% Mày ngô khoảng 1,8% Nội nhũ chiếm khoảng 80-83%

1,2-Các giống ngô khác nhau thì tỉ lệ các phần của hạt cũng khác nhau Ngô đá và ngô rặng ngựa có phôi nhỏ hơn, trái lại ngô bột có phôi rất lớn

Nội nhũ hạt ngô có cấu tạo trong hoặc đục Nội nhũ ngô đá hầu như trong, chỉ có một phần nhỏ ở giữa hạt là có cấu tạo đục Nhưng ngô bột thì hầu như toàn bộ nội nhũ đều có cấu tạo đục Trong hạt ngô răng ngựa lớp nội nhũ phía ngoài có cấu tạo trong, lớp nội nhũ phía trong và đầu hạt có cấu tạo đục Chính vì vậy, khi phơi khô phần có cấu tạo đục co lại nhiều hơn, do đó đầu hạt ngô răng ngựa có vết lõm xuống Nọi nhũ hạt ngô nổ

có cấu tạo hoàn toàn

Tùy theo hạt ngô có độ trong cao hat thấp và vị trí phần câu tạo trong mà người ta

sử dụng ngô vào các mục đích khác nhau Những giống ngô có độ trong cao mơi được dùng để sản xuất gạo ngô ( ngô mảnh) Những giống ngô có độ trong thấp thường được dùng để sản xuất bột, tinh bột, rượu

Hình 2: Cấu tạo của hạt ngô 1-vỏ, 2-lớp alơron; 3a-nội nhũ đục; 3b-nội nhũ trong; 4-phôi;

5-cuống hạt; 6-ngù, 7-mầm phôi- 8-rễ phôi

Vỏ ngoài (vỏ quả) của hạt ngô chứa các chất màu (vàng, tím hồng hoặc tím)

Những lớp vỏ ở gữa hạt thì dày, càng gần phôi thì càng mỏng dần Vỏ hạt: gồm 3 lớp

- Lớp ngoài cùng: tế bào xếp theo chiều dọc của hạt nên gọi là lớp tế bào dọc

- Lớp giữa: gồm những tế bào tương tự như lớp ở ngoài nhưng tế bào xếp theo chiều ngang Khi hạt còn xanh những tế bào của lớp giữa chứa những hạt diệp lục Khi hạt chín trong tế bào trống rỗng

- Lớp trong: gồm từ nhiều tế bào dài hình ống xếp theo chiều dài của hạt

Lớp alơron của ngô chỉ gồm những tế bào lớn, thành dày, chứa đầy tinh bột Tế

bào của phần nội nhũ cấu tạo trong thì bé và thành dày, còn của phần nội nhũ cấu tạo đục thì mỏng hơn

Phôi: Phôi nằm ở gần cuống hạt và dính liền với nội nhũ Trong những điều kiện

thích hợp, cây non được phát triển ra từ phôi Phôi của hạt ngô rất lớn, có thể chiếm

8-15% khối lượng hạt

Những hạt ngô của cùng một bắp có kích thước và khối lượng rất khác nhau Những hạt ở giữa và gần cuống bắp thì lớn và mẩy Những hạt ở đầu bắp thì nhỏ, lép và thường có dạng cầu Khối lượng 1000 hạt dao động trong khoảng 50-110g

2.3 Thành phần hóa học của ngô

Thành phần hóa học của ngô chủ yếu gồm tinh bột, protein Ngoài ra trong hạt ngô còn có một số chất như đừờng, xeluloza, chất béo, chất khoáng, sinh tố

Bảng 7 Thành phần hóa học trung bình của hạt ngô (% chất ngô)

Loại ngô Protein

(Nx6,25) Tinh bột Đường Chất béo Tro

Trong hạt ngô còn có nhiều loại sinh tố khác nhau, đặc biệt là trong hạt ngô vàng

có chứa khá nhiều caroten, khoảng 0,3-0,9 mg/100g chất khô Hàm lượng các sinh tố nhóm B trong hạt ngô được trình bày ở bảng 4

Bảng 8 Hàm lƣợng các sinh tố nhóm B trong hạt ngô (mg/kg chất khô)

Loại ngô B2 Inozit Colin B6 Biotin B3 PP B1

Ngô đường 1,68 263 695 4,82 0,095 5,82 48,4 1,29 Trong ngô còn có sinh tố E, chủ yếu tập trung ở phôi ngô Trong hạt ngô non còn

có một lượng nhỏ sinh tố D và C

Qua các số liệu về thành phần hóa học của hạt ngô, thấy rằng trong hạt ngô có lượng chất béo cao hơn hẳn các loại hạt lương thực khác Giống ngô chứa nhiều chất béo nhất có thể có đến 14-15% chất béo so với khối lượng chất khô toàn hạt Lượng chât béo này chủ yếu tập trung ở phôi hạt, do đó trong quá trình chế biến hạt ngô ra các dạng sản phầm khác nhau người ta tìm mọi cách để tách phôi ngô riêng ra, và dùng phôi ngô để ép dầu

Bảng 9 Sự phân bố thành phần hóa học trong các bộ phận của hạt ngô (%)

Thành phần hóa học của ngô phụ thuộc vào giống, chất đất, thời tiết và điều kiện canh tác Cùng một giống ngô nhưng trồng ở các vùng đất khác nhau có thành phần hóa

học không giống nhau Viện quy hoạch tr ồng trọt của Nga đã nghiên cứu trồng cùng một giống ngô ở 6 vùng khác nhau trong 2 năm liền và rút ra kết luận là chênh lệch về hàm lượng protein giữa các vùng lên tới 4,1% giữa các năm lên tới 1,6% Kết quả nghiên cứu của Genter ở Mỹ cũng rút ra kết luận tương tự

Qua nhiều công trình nghiên cứu, người ta rút ra kết luận là năm nào mưa ít thì hàm lượng protein trong hạt ngô thường cao hơn những năm mưa nhiều

Nước: Chiếm khoảng 12- 15% trọng lượng của hạt khi đạt độ chín hoàn toàn, để

khô tự nhiên Thu hoạch tươi ẩm đạt 19- 35%

Gluxid: Hàm lượng các gluxit trong hạt ngô vào khoảng 84-86% trong đó tinh bột

chiếm 60-70%, đường 1,5-5,0%, dextrin 1,0-6,0

Hạt tinh bột ngô có cấu tạo đơn, hình dạng rất khác nhau, thường có dạng cầu hoặc đa diện tùy theo giống và vị trí của hạt tinh bột trong hạt ngô Kích thước của hạt tinh bột ngô dao động trong khoảng 6-30µm Khối lượng riêng của tinh bột ngô vào khoảng 1,5756 – 1,6398, trung bình là 1,6100 Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột ngô là 55,0-67,5 ºC Góc quay cực của tinh bột ngô là 201,5 độ

Hàm lượng amiloza trong các giống ngô kháu nhau thì cũng khác nhau, nói chung trong các giống ngô có chứa khoảng 21-23% amiloza Riêng ở Mỹ, người ta đã lai giống tạo nên một giống ngô có hàm lượng amiloza gần 80%

Protein: Protein của hạt ngô gồm có cả 4 nhóm: albumin, globulin, glutelin và

prolamin Trong protein ngô, prolamins( zein) là thành phần chính trong ngô, gần ½ zein tích trong nội nhũ, phôi chủ yếu chứa glubulin và chỉ 1 số ít zein

Bảng 10 Hàm lượng trung bình các nhóm protein trong hạt ngô

(% theo lượng nito chung) Giống ngô

Qua bảng 6 ta thấy giống ngô có chứa các nhóm protein với hàm lượng xấp xỉ nhau, riêng giống ngô đường có nhiều albumin và ít prolamn hơn các giống khác

Bảng 11 Các chỉ số của dầu ngô thô và dầu ngô tinh chế

Độ axit ( theo axit oleic) 1,37-2,02

Phần trăm dầu tinh khiết (%) 95,8 -99,0

trình chế biến hạt ngô ra các sản phẩm lương thực (bột,mảnh) cần cố gắng tách phôi càng sạch càng tốt, có như vậy mới bảo quản bột ngô và mảnh ngô được lâu

+) Các Vitamin tan trong chất béo:

Ngô chứa 2 loại vitamin tan trong chất béo là tiền vitamin A và vitamin E: Vitamin A được tìm thấy chủ yếu ở các giống ngô vàng Phần lớn carotenoids có ở nội nhũ sừng và có rất ít ở phôi Vitamin E chứa nhiều trong phôi Nguồn gốc của vitamin E

là 4 loại tocopherols trong đó có anpha-tocopherols có hoạt tính sinh học mạnh nhất

+) Các Vitamin tan trong nước:

Vitamin tan trong nước tìm thấy chủ yếu trong lớp aleurone, kế đến trong phôi và nội nhũ Vitamin B: trong hạt ngô chứa nhiều vitamin B1 nhưng chứa rất ít vitamin B2 , B6 , 60-80% vitamin này nằm ở protein hay tinh bột Vitamin PP: ngô có ít vitamin PP hơn lúa mì và gạo Hàm lượng trung bình từ 7-54,1mg/kg (FAO)

2.4 Giá trị của ngô

Hạt ngô có giá trị sử dụng rất cao Nó không những là thức ăn tốt cho con người

và gia súc mà còn được dung làm nguồn nhiên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau Người ta đã thống kê, từ cây ngô có thể chế biến ra khoảng 200 mặt hàng khác

nhau Sản phẩm chủ yếu từ hạt ngô là bột ngô, gạo ngô (mảnh), bỏng ngô, cốm ngô, bánh ngô, tinh bột ngô…

Theo Bêliaep thì th ành phần hóa học và độ calo của một số sản phẩm chế biến từ ngô như ở bảng 23

Qua bảng trên ta thấy hàm lượng protein của gạo ngô và bột ngô tuy ít hơn ngô hạt

và bột mỳ nhưng lại cao hơn so với gạo lúa Tuy nhiên cần phải chú ý tới hàm lượng axit amin không thay thế trong thành phần protein của hạt ngô Trong thành phần protein của ngô có chứa rất ít lizin và hầu như không có tryptophan, do đó giá trị dinh dưỡng của ngô

có phần nào thua kém bột mì và gạo

Bảng 13 So sánh thành phần hóa học và độ calo của các loại sản phẩm

chế biến từ ngô và các hạt lương thực khác

Sản phẩm Độ ẩm

(%)

trong 100g Protein Chất béo Xenluloza Gluxit Tro

Về hàm lượng gluxit và độ calo của ngô thì tương tự như gạo và bột mì Ngô cũng

là nguồn chính cung cấp năng lượng cho cơ thể người và súc vật

Hiện nay trên thế giới người ta dùng khá nhiều tinh bột ngô để sản xuất mật và đường glucoza Tinh bột ngô còn được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp như dệt,pin, dược phẩm , giặt là, bánh kẹo … Ngô còn được dùng làm nguyên liệu chính của các nhà máy rượu, bia, axeton

Ngoài ra ngô còn là thức ăn rất tốt cho gia súc Người ta đã chế biến toàn bộ cây ngô hoặc dùng các phần khác nhau của cây ngô để chế biến ra những loại thức ăn khác nhau cho gia súc

Đối với bắp ngô , càng già thì hàm lượng chất béo, protein và tinh bột tăng lên Do

đó dùng bắp ngô già làm thức ăn gia súc thì tốt hơn Ngược lại đối với thân và lá cây ngô càng già thì hàm lượng protein và chất béo càng giảm, do đó nên chế biến thức ăn gia súc

từ thân lá cây ngô non

2.5 Sản xuất và sử dụng ngô

Vấn dề nguồn gốc cây ngô đã được rất nhiều nhà bác học đi sâu tìm hiểu nhiều công trình nghiên cứu đã khẳng định rằng cây ngô vốn gốc Châu Mỹ, vùng lưu vực song Amazon hoặc vùng đồi núi Peru ở Nam Mỹ Nhiều nhà bác học khác lại cho rằng nguồn gốc cây ngô là ở Tây bán cầu, vùng trung tâm Châu Mỹ(Mehico và Guatemala)

Theo giáo sư Royen (1954)thì những người Châu Âu đầu tiên đặt chân lên đất Cuba họ đã thấy ở đó có giống ngô hoang Dần dần những người dân ở đây bắt đầu dùng hạt ngô hoang đó để ăn và gieo trồng loại cây này

Trong nhiều thế kỷ, tiếp theo, các giống nô mới xuất hiên và được gieo trồng ở Nam

Mỹ ngô ở bắc và Nam Mỹ đã trở thành nguồn thức ăn quan trọng của các bộ lạc da đỏ

Theo tài liệu của bresman(1949) ngô đã lan tràn từ miền nam Chile đến Canada và

từ tây Thái bình Dương đến Đại Tây Dương Những người Châu Âu đầu tiên được biết cây ngô là đoàn người đi cùng Crisophe Côlombo

Cuối thế kỷ XV, ngô được gieo trồng ở Châu Âu và tiếp theo đó là ở tây Ban Nha , Ý, vùng bán đảo Ban Căng, Thổ Nhĩ Kỳ.Mãi đến đầu thế kỷ XVII ngô mới được trồng

ở nước Nga Ở nước ta, ngô được trồng từ rất lâu đời, và nó đã thực sựu trở thành nguồn lương thực quen thuộc của nhân dân ta

Xét về mặt diện tích gieo trồng cũng như tổng sản lượng lương thực của thế giới thì ngô đứng thứ ba sau lúa mì và thóc Trong những năm gần đây , diện tích gieo trồng ngô toàn thế giới lên tới gần 100 triệc hecta, tổng sản lượng khoảng 350 triệu tấn hạt

Những nước trồng nhiều ngô nhất : Mỹ , Ấn Độ, Achentina, Ý ,mehico, Trung Quốc, Rumani, Nam tư…

Diện tích trồng ngô nước ta còn thấp , riêng miền Bắc vào khoảng 187.000 triệu hecta với sản lượng 247.000 tấn (số liệu 1959)

Tính trung bình , hàng năm toàn thế giới sử dụng ngô vào các mục đích khác nhau theo tỉ lệ sau dây:

- Dùng làm thực phẩm 20-25%

- Dùng làm thức ăn gia súc :60-65%

- Dùng cho các ngành công nghiệp:15-20%

Ngô là một loại thức ăn tốt cho tất cả các loài gia súc Ta đã biết, giá trị của thức

ăn gia súc được đánh giá bằng hàm lượng protein tiêu, gluxit, chất béo chất khoáng , và các vitamin Muốn định giá trị dinh dưỡng của thức ăn gia súc người ta dùng đơn vị thức

ăn gia súc Nếu theo như qui định của một số nước, một đơn vị thức ăn gia súc tương đương với 1kg yến mạch có độ ẩm là 13%, dung trọng 450-480 g/l thì trong 100 kg cám lúa mì có 79,2 đơn vị thức ăn, khô dầu hướng dương có 108,8, đại mạch có 120,5, còn cs 100kg ngô hạt có 136,5 đơn vị thức ăn Chính vì giá trị của ngô như vậy nên người ta dùng nhiều làm nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất thức ăn hỗn hợp cho gia súc

Ngô còn được sử dụng rộng rãi cho nhiều ngành công nghiệp Trong công nghiệp thực phẩm , ngô được dùng để đóng hộp, làm bỏng ngô, các loại bánh kẹo , đồ uống , dầu ngô …

Ngô hạt còn được chế biến ra mảnh và bột dùng vào mục đích lương thực Thân cây ngô là nguyên liệu của công nghiệp giấy Dầu ngô được dùng trong công nghiệp sản xuất sơn, véc ni, cao su nhân tạo… từ ngô còn sản xuất ra các dung môi, ête, rượu êtylic,

và butyic, axeton, chất kháng sinh, các chất màu … Có thể dùng tinh bột ngô để hồ vải, làm khuôn đúc, làm pin, và dùng nguyên liệu sản xuất dextrin và đường matoza, glucoza

Tóm lại, ngô là một loại nguyên liệu có giá trị về mặt thực phẩm cũng như về mặt công nghiệp Hơn nữa phát triển trồng ngô sẽ tạo một cơ sở vững chắc cho ngành chăn nuôi gia súc Muốn đưa chăn gia súc lên thành một nhành sản xuất chính thì phải mở rộng diện tích và đẩy mạnh thâm canh ngô

III Máy sấy và thiết bị sấy ngô

3.1 Khái niệm về sấy

Quá tình sấy là quá trình làm khô một vật thể bằng phương pháp tách nước

Quá trình sấy đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như trong thực phẩm ,hóa học, dược phẩm … Mục đích của quá trình sấy là là tách ẩm khỏi vật liệu

để làm khô vật liệu tùy theo mức độ làm khô vật liệu mà người ta có nhiều phương pháp tách nước khỏi vật liệu như :ép , lọc , ly âm (phương pháp cơ học), hút nước trong vật

liệu (phương pháp hóa lý ) hoặc dùng nhiệt để bốc hơi nước trong vật liệu (phương pháp

nhiệt hay còn gọi là sấy vật liệu)

Trong công nghiệp , để giảm nhiệt lượng sử dụng cho công nghệ sấy sản phẩm thường người ta kết hợp các phương pháp như ép tách nước vật liệu trước khi sấy hoặc

hút bớt ẩm trong vật liệu để sấy nhanh hơn

Sấy có thể là sấy tự nhiên hay sấy nhân tạo Sấy tự nhiên tiến hành ở ngoài trời dùng năng lượng mặt trời làm bay hơi nước trong vật liệu Phương pháp đơn giản , rẻ song không điều chỉnh được quá trình , vật liệu sau sấy độ ẩm không đạt yêu cầu , mất vệ sinh Còn sấy nhân tạo khắc phục được các nhược điểm của sấy tự nhiên là nhiệt , gió điều chỉnh được khi cấp cho thiết bị sấy nên sản phẩm sau sấy có chất lượng cao, thời

gian sấy nhanh, năng suất cao hơn

Vật liệu sấy thường có nguồn gốc thực vật, động vật , khoáng vật Sản phẩm sấy được đem sử dụng ngay hoặc bán thành phẩm cho một sản phẩm nào đó

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng của vật liệu (giảm công vận chuyển cũng như tăng được chất lượng sản phẩm ), làm tăng giá trị của sản phẩm , bảo

quản tốt hơn

Lựa chọn công nghệ sấy phải dựa trên tính chất của vật liệu ẩm trước , trong khi sấy và sản phẩm sấy cũng như trình độ trang thiết bị , khả năng đầu tư Để lựa chọn công nghệ sấy cho mỗi sản phẩm, ta dựa trên kinh nghiệm lâu đời của nhân dân trên cơ sở các

lý thuyết về sấy và các kết quả thực nghiệm, những tiến bộ của khoa học kỹ thuật liên

quan đến quá trình sấy

3.2 Vật ẩm

3.2.1 Phân loại vật ẩm

Có nhiều cách phân loại vật ẩm Cách phân loại được sử dụng nhiều trong kỹ thuật là cách phân loại dựa vào các tính chất vật lý của vật thế A.V.Lưcôp Theo cách phân loại này, các vật ẩm được chia làm ba nhóm là : vật xốp mao dẫn , vật keo và vật keo xốp mao dẫn Sự phân loại này cũng chỉ có ý nghĩa tương đối vì các vật sấy đa dạng , nhiều vẻ Tuy nhiên sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn khi khảo sát quá trình sấy và

chỉnh lý các kết quả nghiên cứu để áp dụng cho những vật liệu và nhóm khác nhau

- Vật xốp mao dẫn

Những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật liệu chủ yếu bằng mối liên kết mao dẫn được gọi là vật xốp mao dẫn Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng Các vật liệu xây

dựng , than củi ,cát thạch anh … là những ví dụ về vật xốp mao dẫn Ở những vật này lực mao dẫ lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng ẩm chứa trong vật và quyết định hoàn toàn

sự lan truyền ẩm trong vật Trong trường hợp trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì những vật này gọi là vật xốp Đặc điểm của những vật xốp mao dẫn là sau khi sấy khô nó trở nên giòn và có thể bị vỡ thành bột

- Vật keo

Vật keo là vật có có tính dẻo do cấu trúc hạt Trong vật keo ẩm liên kết ở dạng hấp phụ và thẩm thấu ví dụ : keo động vật,vật liệu xenlulo, tinh bột, đất sét các vật keo có

đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều và vẫn giữ được tính chất dẻo

Để đơn giản công việc nghiên cứu và tính toán ,trong kỹ thuật sấy người ta khảo sát các vật keo như các vật giả xốp mao dẫn Khi đó các vật keo được xem như vật xốp

mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ

- Vật keo xốp mao dẫn

Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong cả vật keo và vật xốp mao dẫn.các vật loại này như gỗ , than bùn, các loại hạt và một số thực phẩm Về cấu trúc , các vật này thuộc loại xốp mao dẫn nhưng về bản chất lại là các vật keo có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trương lên, khi sấy khô thì co lại Phần lớn các vật xốp mao dẫn khi sấy khô trở nên giòn như bánh mỳ, rau xanh…

3.2.2 Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu ẩm

Khi nghiên cứu quá trình sấy, một vấn đề quan trọng là phải xác định được các dạn tồn tại và hình thức liên kết giữa ẩm với vật khô Vật ẩm thường là tập hợp của ba pha rắn, lỏng và hơi Các vật rắn đem sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cùng với hỗn hợp hơi – khi có thể rất lớn (thể tích xốp) nhưng tỷ lệ khối lượng của nó so với phần rắn và phần ẩm lỏng có thể bỏ qua Do vậy trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và ẩm lỏng

Hình 3 Đồ thị quan hệ giữa độ ẩm cân bằng của vật liệu và độ ẩm không khí

Diễn biến quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩm trong vật Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm trong đó cách phân loại của P.H Robinde được sử dụng rộng rãi hơn vì nó nêu được bản chất hình thành các dạng liên kết

ẩm khác nhau Theo cách này, tất cả các dạng liên kết ẩm được chia thành ba nhóm chính là: liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý

Môi trường xung quanh vật liệu chỉ là hơi nước hoặc hỗn hợp của hơi nước và khí,

ta ký hiệu áp suất của hơi nước ở môi trường xung quanh là Ph còn áp suất hơi nước trên

bề mặt vật liệu là PM thì điều kiện để ẩm từ vật liệu bay hơi ra môi trường là PM > Ph

Áp suất của hơi nước trên bề mặt vật liệu PM phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và dạng liên kết của ẩm với vật liệu, khi nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu tăng thì

PM tăng, lực liên kết ẩm với vật liệu càng lớn thì PM càng giảm ( Hình 3)

Đường cong chia đồ thị thành hai miền, miền gạch chéo là miền hút ẩm, vật liệu

có khả năng hút nước ( C < Co) để chuyển về trạng thái cân bằng, còn phía bên phải của đường cong là miền sấy ( C > Co) Điểm C ứng với φ = 100% Khi đó PM=Ph=Pbh ( áp suất hơi bão hòa) Vật liệu có độ ẩm lớn hơn độ ẩm hút nước gọi là vật liệu ướt

Tất cả các dạng liên kết ẩm được chia thành ba nhóm: liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý

- Liên kết hóa học

Liên kết hóa học giữa ẩm và vật khô rất bền vững trong đó các phần tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần của phân tử vật ẩm Loại ẩm này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thường phải nung nóng vật đến nhiệt độ cao Sau khi tách ẩm tính chất hóa lý của vật thay đổi Ví dụ, dưới tác dụng của nhiệt độ cao sẽ xảy ra qúa trình phân hủy:

CuSO4.5H2O -> CuSO4 +5H2O Quá trình này gọi là quá trình nung Trong quá trình sấy ẩm liên kết hóa học không bị tách ra Quá trình sấy yêu cầu giữ nguyên các tính chất hóa lý của vật, biểu thị bằng đoạn OA trên đồ thị hình 3

- Liên kết hóa lý

Trong cốc vật ẩm ta gặp những vật keo Vật keo có cấu tạo dạng hạt Bán kính tương đương của hạt từ 0,001 đến 0,1μ Do cấu tạo hạt nến vật có bề mặt bên trong rất lớn Vì vậy nỗ cỗ năng lượng bề mặt tự đo đáng kể Khi tiếp xúc với không khí ẩm hay trực tiếp vói nước, ẩm sẽ xâm nhập vào vật thể các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp phụ giữa nước và bề mặt

Lực liên kết ẩm này khá lớn, biểu thị bằng đoạn AB Khi sấy chỉ tách được một phần ẩm này

- Liên kết thẩm thấu:

Liến kết thẩm thấu là sự liên kết hóa lý giữa nước với vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tề bào, tức là có sự chênh lệch áp suất hơi nước Quá trình thẩm thấu không kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và không làm cho vật biến dạng Về bản chất, ẩm thẩm thấu trong các tế bào không khác với nước bình thường

và không chứa các chất hòa tan vì các chất hòa tan sẽ không thể khuếch tán vào trong tế bào cùng với nước

- Liên kết cơ lý

Đây là dạng liên kết giữa nước và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật Liên kết cơ học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao đẫn và liên kết dính ướt

* Liên kết cấu trúc:

Liên kết cấu trúc là liên kết giữa nước và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành vật Ví dụ nước trong các tế bào động vật, do vật đông đặc khi nó có chứa sẵn nước Để tách nước trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho nước bay hơi,

nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật Sau khi tách nước vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính chất, thậm chí thay đổi cả trạng thái pha

* Liên kết mao dẫn:

Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản, ví dụ gỗ, vải Trong các vật thể này có vô số các mao quản Các vật thể này khi để trong nước sẽ theo các mao quản xâm nhập vào vật thề Khi vật thể này để trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao dẫn và theo các mao quản xâm nhập vào vật thể Muốn tách ẩm có liên kết mao dẫn, ta cần làm cho ẩm bay hơi hoặc đẩy ẩm ra bằng áp suất mao dẫn Vật sau khi tách ẩm mao dẫn nói chung vẫn giữ được kích thước, hình dáng và các tính chất hóa lý Lực liên kết ẩm loại này không lớn lắm, khi sấy có thể tách được kết, biểu diễn bằng đoạn BC

* Liên kết dính ướt:

Liên kết dính ướt là liên kết do nước bám dính váo bề mặt vật Ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học như: lau, thấm, thổi, vắt ly tâm Lực liên kết không đáng kể nên khi sấy có thể tách kểt ẩm loại này

Quá trình sấy thường chỉ tách được các loại liên kết dính, mao quản và một phần liên kết đa phân tử, phần ẩm tách được gọi là phần ẩm tự do

Quá trình ẩm bay hơi từ vật liệu thường có hai giai đoạn:

+) Ẩm trên bề mặt vật liệu bay hơi vào môi trường, giai đoạn này tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào áp suất PM, Ph và nhiệt độ, tốc độ của môi trường

+) Khi độ ẩm trên mặt vật liệu nhỏ hơn độ ẩm ở trong vật liệu, ẩm sẽ di chuyển từ trong ra nhờ chênh lệch độ ẩm (gradien ẩm) ở dạng lỏng hoặc dạng hơi khi độ ẩm của vật liệu nhỏ hơn độ ẩm hút nước

3.2.3 Sấy vật ẩm nông sản

Những năm gần đây nông nghiệp nước ta đã đạt được những thành tựu to lớn Ngoài nhu cầu trong nước, chúng ta đã bắt đầu tổ chức xuất khẩu nông sản và chế phẩm của nó Sấy là một trong những khâu quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch, chế biến

và bảo quản nông sản Trong chương này chúng tôi sẽ phân loại các dạng nông sản như là đối tượng của quả trình sấy, tính chẩt hóa lý cơ bản và đạỉ cương về công nghệ sấy các dạng nông sản đó

- Phân loại:

Là một đối tượng sấy ta có thể chia nông sản ở Việt Nam ra các dạng sau đây:

+) Dạng hạt: lúa, ngô, các loại đậu, lạc, cà phê…

+) Dạng củ: khoai lang, sắn, khoai tây Khi sấy các nông sản loạỉ này thường tiến hành dưới dạng lát hoặc sợi

+) Dạng quả: chuối, mơ, mận Khi sấy chuối, mơ, mận người ta vẫn để nguyên

cả quả hoặc chỉ bóc vỏ như chuối

+) Dạng rau, lá: su hào, chè, thuốc lá sấy cấc nông sản dạng này thường để nguyên dạng (thuốc lá) hoặc băm nhỏ (bắp cải)

+) Dạng tinh bột hay nhũ tương hoặc purê Đây là những chế phẩm từ nông sản Sấy các sản phẩm loại này thường dùng các loại sấy phun hoặc sấy tầng sôi

Cần nhấn mạnh rằng, việc phân loại này chỉ có tính chất tương đối để ta cỏ thể dễ dàng chọn thiết bị sấy thích hợp

- Tính chất hóa học của một số nông sản

Chế độ sấy ảnh hưởng rẩt lớn đến chất lượng sản phẩm vì sấy là một quá trình trao đổi nhiệt - chất phức tạp và làm thay đổi không những cấu trúc vật lý mà còn cả thành phần hóa học

- Các tính chất vật lý- Nhiệt của nông sản

+) Các tính chất nhiệt vật lý của nông sản:

Trong các tính chất nhiệt vật lý của nông sản thường dùng khi tính toán nhiệt quá trình sấy là nhiệt dung riêng và hệ số dẫn nhiệt

Nhiệt dung riêng của nông sản cũng như của vật liệu ẩm nói chung tính theo công thức:

CV=

100

) 100 (

Ck C a hoặc CV=Ck + .

100

k

a C C

Ở đây: Ck - Nhiệt dung riêng của vật liệu khô;

Ca - Nhiệt dung riêng ẩm;

- Độ ẩm của vật liệu.

Hệ sô đẫn nhiệt vchủ yếu phụ thuộc vào chính bản chất và cẩu trúc củạ một hạt, mật

độ khối hạt, nhiệt độ và độ ẩm của vật lỉệu Đo đó hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ẩm có dạng:

) , ,

(t

f

v

Trong thực tế tính toán thường dùng hệ số dẫn nhiệt của khối hạt

Chẳng hạn hệ số dẫn nhiệt của một khối hạt lúa mỳ phụ thuộc vào độ ẩm có dạng:

K m

v 0 09 0 000481 , /

3.3 Biến đổi vật liệu trong qua trình sấy

3.3.1 Biến đổi vật lý

- Có hiện tượng co thể tích, khối lượng tăng lên - giảm khối lượng nước bay hơi

- Có sự biến đổi nhiệt độ: là sự tạo gradient nhiệt độ ở mặt ngoài và mặt trong vật

liệu (Hình 4)

Biểu đồ nhiệt độ của vật liệu và tác nhân sấy theo thời gian thể hiện ở hình 5

Hình 4 Biểu diễn grandient nhiệt độ

mặt ngoài và mặt trong vật liệu

Hình 5 Biến đổi t o vật liệu sấy

- Biến đổi tính chất cơ lý: như sự biến dạng, hiện tượng co, hiện tượng tăng độ

gỉòn (một số sản phẩm dễ bị gãy, vỡ, ví dụ mì sợi, mì ống, rau, ) hoặc bị nứt nẻ

Hình 6 Hiệu ứng cơ học của quá trình sấy

a Đối với chất rắn b Đối với các giọt chất lỏng

- Có thế có hiện tượng nóng chảy và tụ tập các chất hòa tan lên bề mặt làm ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm (ví dụ sấy các loại hoa quả) vì chúng làm tắc nghẽn các mao quản thoát nước Kèm theo đó là sự đóng rắn lên bề mặt Trên hình 6 thể hiện hiệu ứng

cơ học của quá trình sấy đối với chất rắn và các giọt chất lỏng

3.3.2 Biến đổi hóa lý

Khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, ẩm khuếch tán từ lớp ngoài vào trong vật liệu do giãn nở vì nhiệt Đây là sự dời ẩm gây nên do sự chênh lệch nhiệt

độ các phần khác nhau của vật liệu sấy (Gradient t°) Quá trình này được thực hiện dưới tác dụng của nhiệt khuếch tán và do kết quả co giãn của không khí trong các mao quản, nhiệt chuyển dời theo hướng có t° thấp hơn tức là là bề mặt nóng nhất bên ngoài vào sâu trong vật liệu và kèm theo ẩm: Hiện tượng dẫn nhiệt ẩm làm cản trở chuyển động của ẩm

từ trong vật liệu ra ngoài bè mặt, tức là cản trở quá trình sấy

Lượng ẩm chuyển dờỉ đo dẫn nhiệt ẩm m t= Kt

b

t

t1 2

, kg/m2•h Trong đó: Kt - Hệ số dẫn nhiệt ẩm

t1>t2

b - Khoảng cách 2 điểm có nhiệt độ t1 và t2

Sau khi có hiện tượng bay hơi nước ở bề mặt, ẩm chuyển dời từ bề mặt vật liệu đến tác nhân sấy, lượng ẩm chuyển đời đó được bù vào bằng lượng ẩm bên trong vật liệu

ra đến bề mặt nếu không trên bề mặt vật liệu nóng quá và sẽ phủ kín bằng lớp vỏ cứng, ngăn cản quả trình thoát ẩm dẫn đến sấy không đều, vật liệu bị nứt

Việc bốc hơi từ bề mặt tạo ra sự chênh lệch ẩm giữa lớp bề mặt và các lớp bên trong vật liệu, kết quả là ẩm chuyền từ lớp bên trong ra đến bề mặt

Quá trình chuyển ẩm từ bên trong sản phẩm sấy thực hiện được nhờ lực khuếch tán thẩm thấm, lực mao quản gọi là độ dẫn ẩm Nhờ có độ dẫn ẩm, ẩm sẽ chuyển dời theo hướng từ trung tâm ra bề mặt vật liệu

Lượng ẩm đó phụ thuộc vào chênh lệch độ ẩm giữa 2 điểm khác nhau:

h m kg b

W W K

m w w.( 1 2), / 2.

Ở đây: W1,W2- Độ ẩm của vật liệu;

b - khoảng cách giữa haỉ điểm có độ ầm khác nhau

Kw- Hệ số dẫn ẩm phụ thuộc vào lực liên kết ẩm và tính chất vật liệu sấy

Lượng ẩm chuyển dời trong quá trình sấy là hiệu số lượng ẩm do độ dẫn ẩm và lượng ẩm do nhiệt khuếch tán:

m=m w m t

Ngoài sự khuếch tán ẩm, trong quá trình sấy còn có hiện tượng chuyển pha từ lỏng sang hơi của ẩm và có ảnh hưởng của hệ keo trong quá trình sấy, tùy tính chất vật liệu có chứa keo háo nước hoặc keo ghét nước Nếu keo ghét nước liên kết lỏng lẻo, dễ khuyếch tán

Keo háo nước khuếch tán chậm chạp Nếu ngậm nước không tách được

Trong quá trình sấy còn có thể tạo ra lớp màng vật liệu có tính chất keo, hạn chế

sự khuếch tán ẩm

3.3.3 Biến đổi hóa học

Xảy ra hai khuynh hướng:

- Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng như phản ứng Oxy hóa khử, phản ứng Maye - là phản ứng tạo màu không enzim của protein và đường khử; phản ứng phân hủy protein giảm khả năng thích nghi với sự tách nước

- Tốc độ phản ứng hóa học chậm đi do môi trường nước bị giảm dần, vì dụ một số phản ứng thủy phân Thông thường trong 2 xu thế trên, xu thế 1 trội hơn

- Hàm ẩm giảm dần trong quá trình sấy Thường ẩm phân bố không đều trong vật liệu có kích thước lớn

3.3.4 Biến đổi sinh hóa

- Giai đoạn đầu của qúa trình sấy, nhiệt độ vật liệu tăng dần và chậm tạo ra sự hoạt động mạnh mẽ của các hệ enzim nhất ỉà các enzim oxy hóa khử, gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu Vì vậy thường diệt peroxydaza hay polyfenoloxydaza trước khi sấy