Nghiên cứu sấy cải bó xôi bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại

DANH MỤC HÌNH2.3 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 232.4 Sơ đồ quy trình nghiên cứu dự kiến sấy cải bó xôi sấy khô 24 3.1 Hình ảnh cải bó xôi chần ở các

GVHD: TS LÊ VĂN MINH ThS LÊ NHƯ CHÍNH

KHÁNH HÒA -06/ 2015

Nguyễn Thị Thanh Thư

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC HÌNH vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CẢI BÓ XÔI 4

1.1.1 Giới thiệu về cải bó xôi 4

1.1.2 Thành phần hóa học của cải bó xôi 4

1.1.3 Giá trị của cải bó xôi 4

1.2 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY 6

1.2.1 Khái niệm chung về sấy 6

1.2.2 Các phương pháp sấy 9

1.3 TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 10

1.3.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại 10

1.3.2 Một số ứng dụng của bức xạ 11

1.3.3 Nhiệt bức xạ hồng ngoại 12

1.3.4 Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại 13

1.4.5 Tính ưu việt của công nghệ sấy hồng ngoại 13

1.4 TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH 14

1.5 SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 14

1.5.1 Mục đích sấy kết hợp 14

1.5.2 Thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh 15

1.5.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình làm khô 15

1.6 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 17

1.6.1 Nghiên cứu trong nước 17

1.6.2 Nghiên cứu nước ngoài 18

1.7 HÀM MỤC TIÊU VÀ XÁC ĐỊNH MIỀN TỐI ƯU CỦA CÁC THÔNG SỐ 19

1.7.1 Hàm mục tiêu 19

1.7.2 Miền tối ưu của các thông số 20

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 21

2.2 THIẾT BỊ PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU 21

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.3.1 Quy trình tổng quát sản xuất sản phẩm cải bó xôi sấy 23

2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu sấy khô cải bó xôi 25

2.3.3 Phương pháp phân tích 28

2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 34

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA QUY TRÌNH 35

3.1.1 Kết quả thực nghiệm xác định chế độ chần 35

3.1.2 Xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu 36

3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHẾ ĐỘ SẤY KHÁC NHAU 37

3.2.1 Mẫu chần 37

3.2.2 Mẫu không chần 38

3.3 TỐI ƯU HÓA KHẢ NĂNG TÁCH ẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH

THỰC NGHIỆM 42

3.3.1 Các thông số kỹ thuật 42

3.3.2 Các mức thí nghiệm 42

3.3.3 Mẫu chần 42

3.3.4 Mẫu không chần 51

3.5 TỐI ƯU HÓA LƯỢNG VITAMIN C 55

3.5.1 Mẫu chần 55

3.5.2 Mẫu không chần 59

3.6 SO SÁNH KẾT QUẢ VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ SẤY TỐI ƯU 63

3.6.1 Khả năng tách ẩm của mẫu tối ưu 64

3.6.2 Điểm đánh giá cẩm quan của hai mẫu tối ưu 65

3.6.3 Tỷ lệ hút nước phục hồi mẫu sấy tối ưu 67

3.6.4 Kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm 69

3.7 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẤY CẢI BÓ XÔI 71

3.6 TÍNH GIÁ THÀNH CHO SẢN PHẨM 72

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 75

I KẾT LUẬN 75

II ĐỀ XUẤT Ý KIẾ N .75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC BẢNG

2.1 Bảng bố trí thí nghiệm thay đổi đồng thời 3 yếu tố 28

2.3 Bảng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm cải

3.5 Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thu được cho (mẫu chần) 43

3.8 Kết quả tính hệ số hồi quy và tiêu chuẩn Student (mẫu chần) 45

3.11 Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thu được (mẫu không chần) 51

3.13 Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả hàm lượng vitamin C (mẫu chần) 56

3.15 Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả hàm lượng vitamin C

3.16 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa vitamin C (mẫu không chần) 61

DANH MỤC HÌNH

2.3 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 232.4 Sơ đồ quy trình nghiên cứu dự kiến sấy cải bó xôi sấy khô 24

3.1 Hình ảnh cải bó xôi chần ở các chế độ thời gian khác nhau 353.2 Sự biến đổi độ ẩm của cải bó xôi chần trong các thí nghiệm tối ưu

3.3 Sự biến đổi độ ẩm của cải bó xôi không chần trong các thí nghiệm

3.4 Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần trong thí nghiêm

3.5 Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi không chần trong thí

nghiêm tối ưu theo thời gian sấy (mẫu không chần) 623.6 Sự thay đổi độ ẩm của cải bó xôi chần và không chần theo thời gian

3.7 Sự thay đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần và không chần

3.10 Sơ đồ quy trình đề xuất sấy cải bó xôi chần và không chần 71

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với một quốc gia thuần nông như Việt Nam chúng ta, việc chuyển đổi nền kinh

tế theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vẫn không thể nào thiếu sự đónggóp của ngành nông nghiệp nói chung và sản xuất rau quả nói riêng Trong những nămgần đây khi mà công cuộc đổi mới đang có những bước tiến rõ rệt nhất, ngành sản xuấtrau quả cũng có một phần đóng góp của mình trong đó Theo số liệu thống kê của Tổngcục Hải quan, năm 2010 Việt Nam xuất khẩu hàng rau quả là 460 triệu USD, chỉ tăng4,9% nhưng đến năm 2011 đạt 622 triệu USD, tăng 35%; năm 2012 đạt 827 triệu USD,tăng 33% đến năm 2013 đạt trên trên 1 tỷ USD, tăng gần 27% so với cùng kỳ năm trước.Đặc biệt, năm 2014 mặc dù gặp rất nhiều khó khăn nhưng lĩnh vực xuất khẩu rau quả đãđạt được thành công lớn với kim ngạch xuất khẩu khoảng 1,5 tỷ USD

Là quốc gia có lợi thế về điều kiện tự nhiên, thổ nhưỡng và tập tục canh tác lâu đời,chúng ta có đầy đủ khả năng để phát triển ngành sản xuất rau quả lớn mạnh Hơn nữa, rauquả lại là một trong những mặt hang tiêu dùng thiết yếu của con người Nhu cầu tiêu dùngmặt hàng này trên thế giới luôn có xu hướng gia tăng Điều này đang tạo ra một cơ hội hếtsức thuận lợi cho rau quả Việt Nam

Riêng về công nghệ chế biến rau quả khô hiện nay của nước ta còn lạc hậu và thủcông, chưa được chú trọng đầu tư một cách đúng mức, chủ yếu là sấy bằng không khínóng từ lò than và phơi nắng Các phương pháp này phụ thuộc nhiều vào thời tiết, thờigian sấy kéo dài nhiệt độ cao làm cho chất lượng sản phẩm không cao, tỷ lệ hao hụt lớn,đặc biệt vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm không được đảm bảo làm giảm giá trị sử dụng,giảm giá trị kinh tế, không phù hợp cho việc xuất khẩu vào thị trường lớn, khó tính như

Mỹ, Nhật, EU

Do vậy việc ứng dụng các công nghệ, phương pháp sấy mới vào việc sấy khô cácsản phẩm rau củ nói chung và cải bó xôi nói riêng là điều hết sức cần thiết và phù hợp với

thực tiễn hiện nay khi chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm ngày càng được chứ ýquan tâm nhiều hơn.

Cải bó xôi là loại rau chứa nhiều chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe như: vitamin A,

C, K và nhiều loại chất khoáng nhưng nó rất khó bảo quản vì cấu trúc giòn dễ hư hỏngdẫn đến việc phát triển sản phẩm cải bó xôi bị hạn chế Vì vậy, nghiên cứu một phươngpháp hiệu quả để bảo quản cải bó xôi nhằm kéo dài thời gian bảo quản là rất cần thiết.Công nghệ sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại là một trong những công nghệmới trong lĩnh vực sấy khô các sản phẩm thực phẩm Công nghệ này có ưu điểm vượt trội

và đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội Riêng tronglĩnh vực sấy khô nông sản, thủy sản, thực phẩm về cơ bản nó có ưu điểm hơn hẳn cáccông nghệ sấy thông thường như:

- Giảm thời gian sấy, nhiệt độ sấy thấp do đó sản phẩm không bị tổn thất và chất lượng sản phẩm dược đảm bảo

- An toàn, vệ sinh cho thực phẩm cũng như cho người vận hành và môi trường

- Ý nghĩa kinh tê- xã hội lớn

Xuất phát từ ý nghĩa và yêu cầu thực tiễn trên tôi đã tiến hành đề tài “N ghiên cứu sấy cải bó xôi bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại” nhằm hiện đại hóa

công nghiệp sấy rau quả, tiết kiệm thời gian, năng lượng, nâng cao chất lượng, tăng giá trị sửdụng, giá trị kinh tế của mặt hàng được coi là mũi nhọn của nền kinh tế Việt Nam

 Mục tiêu của đề tài

Xác định được chế độ sấy (nhiệt độ, tốc độ gió và khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy) thích hợp cho việc sấy sản phẩm cải bó xôi (chần và không chần)

 Nội dung nghiên cứu của đề tài

 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy, tốc độ gió và khoảng cách từ nguồnbức xạ đến bề mặt giá sấy đến chất lượng của cải bó xôi chần và không chần

 Đề xuất quy trình sấy cải bó xôi chần và không chần

 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Kết quả của đề tài là dẫn liệu khoa học cho sinh viên cũng như các nhà nghiên cứu tham khảo

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Thành công của đề tài là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu sâu hơn từ đó đưa ramột phương pháp sản xuất sản phẩm mới nhằm nâng cao hiệu quả kinh kế cho cây cải bóxôi, góp phần nâng cao thu nhập cho người trồng cải và nhà chế biến

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CẢI BÓ XÔI

1.1.1 Giới thiệu về cải bó xôi

Cải bó xôi (Spinacia oleracea) hay còn được gọi là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi,

rau nhà chùa, bắp xôi, rau bina là một loài thân cỏ có hoa thuộc họ Dền (có tên khoa học

là Amaranthaceae), mọc nhiều ở vùng Trung và Tây Nam châu Á Rau chân vịt rất tốt chosức khỏe, dân gian thường sử dụng rau chân vịt làm vị thuốc Trước đây cải bó xôi chưađược chứ ý trồng trọt và nghiên cứu mặt dù cải bó xôi là loại rau rất giàu dinh dưỡng và

có giá trị kinh tế cao Hiện nay, cải bó xôi đã bắt đầu được chú ý hơn trong nghiên cứu vàtrồng trọt Cải bó xôi là loại rau giàu nguồn vitamin A, C, vitamin K, folate, magie, sắtmangan, canxi vitamin B, và vitamin E, các chất Ôxy hóa, có mùi vị thơm ngon khi nấuchín, và có cấu trúc giòn dễ hư hỏng khi bảo quản [42]

1.1.2 Thành phần hóa học của cải bó xôi

Cải bó xôi (còn gọi là rau chân vịt) được biết đến là một loại rau thần dược, bổdưỡng nhờ thành phần dinh dưỡng đa dạng, phong phú, chứa đến 20 loại vitamin vàkhoáng chất Theo kết quả phân tích, thành phần dinh dưỡng có trong 100g cải bó xôi:Protein (2,86mg), chất béo (0,39 mg), chất xơ (2,2 mg), canxi (99 mg), magie (79 mg),kali (558 mg), vitamin C (28,1 mg), Vitamin A (9377 IU), choline (19,3 mg) Chình vìcải bó xôi giàu thành phần dinh dưỡng và khoáng chất cũng như vitamin đa dạng như vậynên cải bó xôi rất tốt cho sự tuần hoàn máu, phòng các chứng bệnh thiếu canxi, tiêu hóa,giúp loại trừ độc tố trong cơ thể [42]

1.1.3 Giá trị của cải bó xôi

Cải bó xôi không chỉ giàu dinh dưỡng mà nó còn chứa nhiều hoạt tính sinh học và

đã được chứng minh có tác dụng tích cực đến sức khỏe[43]

Tất cả những chất dinh dưỡng này giúp bảo vệ cơ thể chống lại một loạt các bệnhnhư viêm khớp, ung thư ruột kết, bệnh tim mạch và loãng xương, táo bón, khó tiêu, bảo

vệ mạch máu

Thành phần: Bó xôi là một trong những loại rau có thành phần dinh dưỡng rất cao,giàu chất xơ và giàu nitrat sẽ chuyển thành nitrit nhờ vào enzym nước bọt, rất dễ tiêu hóa.Với 100 gr, cải bó xôi chứa những khoáng chất vô cùng ấn tượng: 529 mg potassium, 104

mg calcium và 58 mg magnésium Ngoài ra, bó xôi còn có nhiều vitamin như vitamin C,tiền vitamin A và acid folic Ngoài các sắc tố chlorophin và caroten, bó xôi còn cóflavonoid

Tính năng: Với những thành phần dồi dào như vừa kể trên, bó xôi có khả năngcủng cố hệ miễn dịch cao, bảo vệ các mạch máu nhỏ, bảo vệ các tế bào khỏi sự lão hóasớm (nhất là đối với bệnh thoái hóa võng mạc), ngăn ngừa sự phát triển của các bệnh ungthư vú, ung thư thực quản Cải bó xôi có vị ngọt cay, tính mát, không độc Loại rau nàyđược dùng để chữa các chứng: cao huyết áp, đau đầu, chóng mặt, nhức mắt, bệnh đái tháođường, táo bón…

 Cây cải bó xôi được nhiều người biết đến và tìm mua để chữa đau bụng kinh, huyếttrắng, đau nhức xương khớp, viêm xoang…Tại nơi bán thường để sẵn một nồi nướcsôi để cho chân vịt khô vào, sau 1-2 giờ nó sẽ nở to ra như cây rẽ quạt và có màuxanh tươi rất đẹp

 Với tác dụng chữa bệnh trên, cây chân vịt còn được gọi là cải tử hoàn thảo, hồi sinhthảo, trường sinh thảo Cây cũng có tên là móng lưng rồng, thạch bá chi, nhả nungngựa, vạn niên tùng, hoàng dương thảo, linh chi thảo… Tên khoa học của chân vịt làSelaginella Tamariscina Spring, thuộc họ quyển bá (Selaginellaceae) Đây là câythảo sống lâu năm, cao 15-30 cm, mọc trong rừng râm mát, rễ phụ bám chắc vào cácphiến đá

 Thân đứng hoặc tọa lạc, tròn, màu cánh gián, phân nhánh theo lối rẽ đôi Rễ phụ từgốc tỏa các nhánh đâm xuống đất Lá nhiều, nhỏ, có lưỡi nhỏ, hình trứng, đầu nhọn,mép lá có răng cưa thưa Đầu các cành có bông sinh bào tử, cấu tạo bởi các lá đặcbiệt, gọi là lá bào tử

1.2 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY

1.2.1 Khái niệm chung về sấy

Sấy là phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ sử dụng, nó làmgiảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết, do đó vi khuẩn, nấm mốc và nấm men bị

ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được Sấy cũng làm hoạt động của enzyme,giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm[1], [19]

Sấy là quá trình làm khô sản vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương phápbay hơi nước Trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụthể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy Quá trình truyền ẩm từ trong vấtsấy vào môi trường [6], [8] Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thờitrên vật sấy, chúng có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau

 Sự khuếch tán của nước từ nguyên liệu ra môi trường có 2 quá trình:

 Quá trình khuếch tán nội

 Là quá trình dịch chuyển ẩm từ các lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm.

 Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch độ ẩm giữa các lớp bên trong vàcác lớp bề mặt Nếu sự chênh lệch càng lớn tức gradien độ ẩm càng lớn thì tốc

độ khuếch tán nội càng nhanh [8] Được thực hiện nhờ lực khuếch tán, lực maoquản, thẩm thấu… Có thể biểu thị tốc độ khuếch tán bằng phương trình sai

dw = kF dc

Trong đó :

W : Lượng nước khuếch tán ra (kg)

τ : Thời gian khuếch tán (h)

dc

dx: Gradien độ ẩm

K : Hệ số khuếch tán

F : Bề mặt khuếch tán (m2)

 Ngoài ra, khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bêntrong và các lớp bề mặt Qua nghiên cứu cho thấy ẩm dịch chuyển từ nơi có nhệt

độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Vì vậy, tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết

bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịchchuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều vớinhau Nếu dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, làm kéodài thời gian sấy, ngược lại, nếu dịch chuyển cùng chiều sẽ thúc đẩy quá trìnhthoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy

 Quá trình khuếch tán ngoại

Là quá trình dịch chuyển ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào môi trường không khí xungquanh [8] Động lực của quá trình này là do chệnh lệch áp suất hơi trên bề mặt vật liệu ẩm(Pbh) và áp suất riêng phần hơi nước trong môi trường không khí (Phn), sự chênh lệch đó là:

∆P = Pbh – PhnLượng nước bay hơi do khuếch tán ngoại tỉ lệ thuận với ∆P, diện tích bay hơi vàthời gian làm khô, tức là:

dW = B.∆P.F.dτTrong đó:

W : Lượng nước bay hơi (kg)

B : Hệ số bay hơi

F : Diện tích bay hơi (m2)

τ : Thời gian bay hơi (h)

∆P : Chênh lệch áp suất hơi bão hòa trên bề mặt vật liệu và áp suất riêng phần hơi nước trong không khí

 Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán nội

Khuếch tán nội và ngoại có mối quan hệ mật thiết, tức là khuếch tán ngoại đượctiến hành thì khuếch tán nội mới được tiếp tục và độ ẩm của nguyên liệu mới giảm dần

Nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh nhưngđiều đó ít xảy ra Khuếch tán nội của nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn tốc độ bayhơi trên bề mặt Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ bịgián đoạn[9]

Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều,chênh lệch độ ẩm lớn, vì vậy khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại, do đótốc độ tương đối nhanh Nhưng ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu

ít, tốc độ bay hơi ở bề mặt ngoài nhanh nên quá trình khuếch tán ngoại lớn hơn khuếchtán nội, vì vậy sẽ tạo thành một màng cứng làm ảnh hưởng rất lớn đến khuếch tán nội Do

đó ảnh hưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu

 Đặc điểm quá trình sấy.

Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ sấy vàtốc độ chuyển động của không khí quá lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là gia đoạn làmnóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn sấy tốc độ giảm dần Đối với cáctrường hợp sấy với điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn nhưng cácgiai đoạn có thể đan xen khó phân biệt hơn

 Giai đoạn làm nóng vật.

Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật thể vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóngcho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước Trong quá trình sấy này toàn bộ vậtđược gia nhiệt ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi tương ứngvới phần áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy Do được làm nóngnên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nghiệt độ của vật thì tăng dần cho tớikhi bằng nhiệt độ kế ước Tuy vậy, sự tăng nghiệt độ trong quá trình xảy ra không

đều ở phàn ngoài và phần trong vật Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn này làm nóng vật xảy ra nhanh.

 Giai đoạn sấy tốc độ không đổi

Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vì bằng nhiệt độ kế ước Tiếp tục cung cấpnhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt cung cấp chỉ

để hóa hơi ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ chuyển

ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi Do đó nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vậtcũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng không đổi Điều nàylàm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độgió không đổi[6]

 Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần

Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vậtliệu là ẩm liên kết Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và càng tăng lênkhi độ ẩm của vật càng nhỏ Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giaiđoạn sấy tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và cànggiảm đi theo thời gian sấy Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độsấy củng giảm cho đến khi độ ẩm của vật bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trườngkhông khí ẩm trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại, có nghĩa là tốc độsấy bằng không

1.2.2 Các phương pháp sấy

Các phương pháp sấy [2], [4], [6], [9], [11]

 Phơi nắng

 Phòng sấy kiểu phòng thông gió tự nhiên

 Phòng sấy khô kiểu phòng thông gió nhân tạo

 Phòng sấy đường hầm

 Phòng sấy 1 đường hầm

 Phòng sấy 2 đường hầm

 Phòng sấy kiểu băng chuyền

 Sấy khô chân không ở nhiệt độ thường (0-60 °C)

 Sấy khô chân không ở nhiệt độ thấp dưới 0 °C

 Phương pháp sây khô chân thăng hoa

 Nguồn bức xạ nhân tạo

 Nguồn bức xạ tự nhiên (bức xạ mặt trời)

1.3.1.2 Các nguồn bức xạ hồng ngoại

 Nguồn tự nhiên: Mặt trời là nguồn sáng lớn nhất, trong ánh sáng mặt trời có 40%tia sáng nhìn thấy, 59% tia hồng ngoại và 1% tia tử ngoại Ngoài ra bức xạ hồngngoại còn phát ra từ các vì sao[9]

 Nguồn nhân tạo: Các nguồn sử dụng năng lượng điện để chuyển thành bức xạ hồng ngoại bao gồm:

 Dùng bóng đèn có dây tóc nóng sáng

 Đèn hơi thủy ngân

 Các tấm kim loại và thủy tinh

Trong các ngành công nghiệp, công nghệ sinh học, khoa học về trái đất và khoángvật học, môi trường, hóa chất, thực phẩm và đồ uống, pháp luật, phân tích khí, dụng cụvật lý, y học, an ninh quân sự và quốc phòng, phân tích độ ẩm, các nghiên cứu về dầu mỏ,khí đốt, nhiên liệu, công nghiệp dược, [13]

Cụ thể trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống đã ứng dụng bức xạ hồng ngoại trong các lĩnh vực như sau:[25], [26], [27], [29], [34], [39],

 Điều khiển các quá trình trong công nghiệp sản xuất mía đường

 Phân tích thời gian phân hủy của các chất vô cơ, hữu cơ trong thức ăn, phân bón

và các sản phẩm dược học

 Xác định hàm lượng ethnol trong rượu

 Đánh giá chất lượng của các sản phẩm thịt

 Xác định sự oxi hóa dầu ăn

 Phân tích hàm lượng nước, đường, protein, chất béo của sản phẩm phomat và theo dõi sự biến đổi hóa học trong quá trình sản xuất phomat cứng

 Xác định hàm lượng casein trong sữa

 Xác định các thông số chất lượng trong táo: kết cấu, RI, pH, các axit, chất rắn không tan, chất khô, rượu

 Xác định sự tương quan giữa hàm lượng mỡ và nước của cá hồi khi đang sống

 Phân tích và phân loại các sản phẩm lúa mì, lua mạch và mạch nha

 Sấy khô, gia nhiệt, làm ấm, cô đặc, tiệt trùng các sản phẩm thực phẩm và đồ uống

1.3.3 Nhiệt bức xạ hồng ngoại

Đốt nóng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của sóng điện từ.Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một đối tượng nào đó thì nó có thể hấp thụ hay phản xạlại với một bước sóng khác, khi đối tượng hấp thụ bức xạ thì nó sẽ bị nóng lên [12], [24]

Nhiệt bức xạ hồng ngoại thay đổi theo hiệu quả phát bức xạ của nguồn, bước sóng vàtính phản xạ của đối tượng Nhờ vào đặc tính này mà người ta có thể sử dụng nghiệt bức xạ

có hiệu quả hơn trong những úng dụng nhất định Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc vào vậtliệu của nguồn nhiệt Về cơ bản thì hiệu quả này là tỷ lệ giữa năng lượng phát xạ và nănglượng hấp thụ, ngoài ra còn có một số yếu tố khác củng ảnh hưởng đến hiệu xuất phát

xạ Một yếu tố nữa là giá trị phát xạ của nguồn dựa vào mức độ đen của vật, “vật đen tuyệt đối” có mức phát xạ là 1,0 Nếu vật phát xạ là gốm thì có thể đạt trên 90 %.

Trong phổ điện từ vùng hồng ngoại được chia ra thành ba khoảng bước sóng khác nhau là: sóng ngắn, sóng trung và sóng dài [40]

 Sóng ngắn (gần): từ 0,72-2 µm tương đươing với nhiệt độ 7000-2150 °F

 Sóng trung (trung bình): từ 2-4 µm tương đương với nhiệt độ 2150-845°F

 Sóng dài (xa): từ 4-1000 µm tương úng với nhiệt độ 845 - ˂ 32 °F

 Bước sóng hữu ích cho những ứng dụng của nhiệt bức xạ là từ 1,17-5,40 µmtương ứng với nhiệt độ 4000-500 °F Ứng với khoảng bước sóng này thì đa sốcác vật liệu sẽ bị đốt nóng và khô đi vì sự hấp thụ đạt đến cực đại

Bước sóng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tức là bước sóng càng dài thì nhiệt độ càng thấp

1.3.4 Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại

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

ở mỗi bước sóng nhất định, chất hữu cơ sẽ trở thành “vật trong suốt”- không hấp thụ nănglượng bức xạ hồng ngoại mà nước sẽ trỏ thành “vật đen”- hấp thụ năng lượng bức xạ hồngngoại tối đa Do đó khi chiếu tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 2,5-3,5 µmtương ứng với bước sóng mà nước có thể hấp thụ tối da năng lượng bức xạ Kết quả la cácphân tử nước sẽ dao động mạnh, tạo ma sát và sinh nhiệt rất lớn

1.4.5 Tính ưu việt của công nghệ sấy hồng ngoại

Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại là công nghệ mới, về nguyên lý công nghệ này

có những ưu điểm sau [16], [33]:

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

Bức xạ hồng ngoại là phương pháp gia nhiệt sạch sẽ, an toàn,vô hại đối với người

và môi trường

Dễ dàng điều khiển theo khu vục, hiệu suất sử dụng nhiệt cao

Đặc biệt bức xạ hồng ngoại có khả năng tiêu diệt côn trùng, vi sinh vật có hại ngay

ở nhiệt độ thấp

Tuy nhiên, nhiệt bức xạ hồng ngoại cũng có nhược điểm là khả năng xuyên thấukém 7-30 mm nên thích hợp cho việc sấy các sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng và ởdạng rời Không thích hợp cho việc sấy các sản phẩm có chiều dầy lớn hơn 50 mm

1.4 TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH

Sấy lạnh là phương pháp sấy đối lưu, tách ẩm vật liêu sấy bằng không khí lạnh có

độ ẩm thấp Ẩm trong vật liệu sấy di chuyển ra bề mặt, từ bề mặt vào môi trường, và đượcluân chuyển ra ngoài Trong phương pháp này người ta tạo ra sự chệnh lệch áp suất hơibão hòa trên bề mặt vật liệu sấy và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí bằngcách giảm lượng chứa ẩm Sấy lạnh được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệpthực phẩm cũng như các ngành công nghiệp khác do có nhiều ưu điểm như thời gian sấyngắn, chất lượng sản phẩm tốt, hiệu quả năng lượng cao.[11]

Tác nhân sấy là không khí ẩm được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ điểm đọng sương đểngưng tụ một phần ẩm Không khí ẩm sau khi được làm lạnh có độ ẩm và nhiệt độ thấp, do

đó phải gia nhiệt cho không khí bằng điện trở hay dàn nóng của máy lạnh đến nhiệt độ màcông nghệ yêu cầu rồi được quạt ly tâm hút và thổi qua vật liệu sấy Khi đó áp suất riêng phầncủa hơi nước trong không khí bé hơn áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt vật liêu sấy, ẩm từdạng lỏng trên bề mặt vật liệu sấy bay hơi đi vào môi trường không khí

1.5 SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI

1.5.1 Mục đích sấy kết hợp

Mỗi phương pháp sấy có một ưu điểm vượt trội Chính vì thế tận dụng kết hợp cả haiphương pháp để làm tăng nhanh tốc độ khuếch tán nội, khuếch tán ngoại do đó tăng tốc

độ sấy giảm được thời gian sấy Đặc biệt là điều này rất có ý nghĩa khi sấy các sản phẩm

có nguồn gốc từ thủy sản, giảm được nhiệt độ sản phẩm do đó tránh biến tính sản phẩm

và giữ được màu sắc, mùi vị, khả năng phục hồi lại khá.[35]

1.5.2 Thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh

Nguyên lý hoạt động của sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh: Không khí điqua dàn lạnh được làm lạnh tách ẩm, nước ngưng tụ được thải ra ngoài Không khí trướckhi được quạt ly tâm thổi vào tủ được nung nóng sơ bộ nhờ dàn nóng để không khí giảm

đi độ ẩm Sau đó không khí được thổi vào tử sấy tại đây không khí tiếp tục nhận nhiệt từbức xạ đèn hồng ngoại và nóng lên làm độ ẩm tương đối giảm đi Không khí có độ ẩmthấp tiếp xúc với vật liệu sấy để làm ẩm đi[5], [35] Còn bức xạ từ đèn hồng ngoại chiếulên sản phẩm để nung nóng nước trong sản phẩm Nước dịch chuyển ra bề mặt sản phẩm,hóa hơi và được không khí mang đi Không khí sau khi nhận ẩm từ nguyên liệu được quạt

ở trên hút ra ngoài

1.5.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình làm khô

1.5.3.1 Những biến đổi cảm quan

Biến đổi về khối lượng và thể tích: Khi làm khô do nước trong nguyên liệu mất đi chonên khối lượng giảm, thể tích bị co rút lại Sự giảm khối lượng và thể tích của nguyên liệuđúng ra bằng khối lượng và thể tích của nước mất đi nhưng thực tế lại nhỏ hơn Nguyên nhân

là do quá trình làm khô sản phẩm bị Ôxy hóa làm cho khối lượng có tăng lên chút ít đồng thời

tổ chức cơ thịt cá là thể keo xốp cho nên khi nước mất đi, các khoảng trống của mô cơ vẫntồn tại hoặc chỉ co rút phần nào nên thể tích co rút nhỏ hơn thể tích nước mất đi

Biến đổi về màu sắc: Trong quá trình làm khô màu sắc, mùi vị của sản phẩm bịbiến đổi nhiều so với nguyên liệu ban đầu Nguyên nhân là do mất nước làm nồng độ sắc

tố trên một đơn vị thể tích tăng lên dẫn đến sản phẩm có màu sẫm hơn Đồng thời nếu chế

độ làm khô không hợp lý như nhiệt độ quá cao, lipid bị Ôxy hóa làm sản phẩm có màusẫm, mùi ối khét khó chịu Vì vậy phải chọn chế độ làm khô hợp lý sản phẩm có màu đẹp,mùi thơm

Biến đổi trạng thái, tổ chức cơ thịt của nguyên liệu: Trong quá trình làm khô domất nước nên kết cấu tổ chức cơ thịt chặt chẽ hơn, khi ăn có cảm giác dai hơn, cứng hơn.

Sự biến đổi kết cấu cơ thịt phụ thuộc vào phương pháp làm khô

Nếu sấy ở điều kiện áp lực thường thì quá trình làm khô chậm, tổ chức cơ thịt corút nhiều, khả năng phục hồi trạng thái ban đầu kém Ngược lại khi sấy ở điều kiện chânkhông đặc biệt là sấy chân không thăng hoa thì cấu trúc của cơ thịt ít bị biến đổi, mức độhút nước của sản phẩm tốt Vì vậy nó có khả năng phụ hồi lại gần như trạng thái ban đầu

1.5.3.2 Biến đổi hóa học

 Sự thủy phân và ôxy hóa lipid

 Ôxy hóa lipid: Trong quá trình làm khô các acid béo, đặc biệt là các acid béokhông no dễ bị tạo thành các sản phẩm trung gian như: peroxyd, hydroperoxyd,rồi tạo ra aldehyl, cetol làm cho sản phẩm có mùi ôi khét khó chịu và có màusẫm tối Mức độ Ôxy hóa lipid phụ thược và phương pháp làm khô, nhiệt độ,thời gian làm khô và bản thân nguyên liệu [14]

 Sự thủy phân lipid: Trong quá trình làm khô đặc biệt ở giai đoạn đầu có thể xảy

ra quá trình thủy phân lipid tạo thành glyceril và acid béo làm giảm chất lượngsản phẩm [14], [17]

lipaseTriglycerid Glyceril + acid béo [14]

Nước

 Sự đông đặc và biến tính của protein

Khi làm khô ở áp lực thường, sự đông đặc và biến tính của protein phụ thuộc vàonguyên liệu Nếu nguyên liệu đã được gia nhiệt thì protein ít bị biến đổi vì nó đã biến đổi

từ trước Đối với nguển liệu ướp muối nếu điều kiện làm khô không tốt thì protein bị biếnđổi nhiều Đặc biệt với nguyên liệu tươi chưa qua xử lý nhiệt hoặc chưa ướp muối [14]

Protein ở trong nguyên liệu tồn tại chủ yếu ở hai dạng: myozin và myozen Nhiệt độđông đặc của chúng là 55-60 °C Khi làm khô ở điều kiện thường các protein này bị đông đặcchuyển từ trạng thái có tính đàn hồi sang trạng thái keo kết tủa làm mất tính đàn hồi.

 Biến đổi thành phần chất ngấm ra

Chất ngấm ra trong quá trình làm khô biến đổi rất nhiều, đặc biệt là đối với nguyênliệu còn tưới Sự biến đổi của chất ngấm ra sẽ tạo nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm khô

Vì vậy làm khô nhanh chóng là biện pháp tích cực làm giảm bớt tổn thất của chất ngấm ra

1.6 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.6.1 Nghiên cứu trong nước

Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng bức xạ hồng ngoại vào công nghệ sấy, đặc biệt trong lĩnh vực sấy khô nông sản, thủy sản, thực phẩm như:

 Viên ứng dụng công nghệ Tp Hồ Chí Minh đã chế tạo thành công các nguồn pháthồng ngoại dạng hình tròn với các kích thước dài ngắn khác nhau, thuận lợi cho việcthiết kế chế tạo thiết bị sấy dân dụng

Qua ứng dụng thử nghiệm trên các máy sấy, sử dụng các phương pháp sấy bằngnguồn phát hồng ngoại có thể tiết kiêm 30% năng lượng, thời gian sấy nhanh hơn cácphương pháp thông dụng khác 3 lần

Các sản phẩm sau khi sấy có chất lượng đồng đều, ít phế phẩm, màu sắc, hương vịhơn hẳn các phương pháp sấy thủ công khác

 Đỗ Thị Bích Thủy và cộng sự [13] đã nghiên cứu quá trình sấy khô một số nguyênliệu nông sản có độ ẩm cao bằng phương pháp bức xạ hồng ngoại Kết quả nghiên cứu đãtìm ra được chế độ sấy thóc và lạc tối ưu băng chuyền dùng đèn hồng ngoại với các thông

số sau: vận tốc băng tải: 7 m/s, khoảng cách bức xạ là 45 cm, quá trình ủ ấm: 3 phút,chiều dày lớp vật liệu sấy: 1,2 cm

 Trần Đại Tiến và các công sự [16] đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số chế độ sấybức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh đến chất lượng của mực ống kho lột da Kết quả

nghiên cứu đã đưa đến kết luân: hàm lượng mực ống khô được sấy khô bằng bức xạhồng ngoại kết hợp với sấy lạnh tốt hơn so với phương pháp sấy bức xạ kết hợp với đốilưu Chế độ sấy bức xạ kết hợp sấy lạnh tốt nhất là: Nhiệt độ sấy là 35 °C ± 1 °C, vận tốcgió 2 m/s ± 1 m/s, khoảng cách bức xạ là 40 cm.

 Phạm Đức Việt và các cộng sự [18], đã nghiên cứu sấy thóc, ngô, rau và rau gia vị

bằng máy sấy gốm bức xạ hồng ngoại đã đưa ra kết luận là sản phẩm thu được sau khiđược sấy không bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng vitamin được bảo toàn, sảnphẩm sấy được tiệt trùng Thời gian sấy rút ngắn nhiều lần Đặc biệt khi sấy hạt giống tỉ

lệ nảy mầm rất cao Nếu cùng điều kiện sử dụng năng lượng điện thì sấy nông sản bằnggốm hồng ngoại dải tần hẹp chọn lọc tiết kiệm thời gian và năng lượng Phương pháp nàykhông gây nguy hiểm, thiết bị có độ ổn định và độ bền cao

1.6.2 Nghiên cứu nước ngoài

 Zhongli Pan và các cộng sự [30], nghiên cứu quá trình mất nước của chuối khi sấyliên tục bằng bức xạ hồng ngoại và đông khô đã đưa ra kết quả: Khi loại bớt nước trongchuối cắt lát bằng cách sử dụng bức xạ hồng ngoại thì tỷ lệ khô cao hơn đáng kể so vớisấy bằng không khí nóng, tỷ lệ này sẽ tăng theo sự gia tăng cường độ bức xạ Tuy nhiên,nghiên cứu này cũng cho thấy những lát chuối được loại bớt nước trước bằng bức xạ hồngngoại sẽ khô chậm hơn trong quá trình đóng băng khô so với các mẫu không cần loạinước trước do sự thay đổi cấu trúc xảy ra trong quá trình loại nước

 Zhongli Pan và các cộng sự [31], nhiên cứu sấy khô hành tây bằng sấy hồng ngoại xúctác, kết quả cho thấy hành tây sấy bằng phương pháp hồng ngoại xúc tác cho hiệu quả hơnsấy bằng phương pháp đối lưu không khí cưỡng bức Nhiệt độ sấy đối với phương pháphồng ngoại xúc tác là 70 °C và 80 °C Nhiệt độ 80 °C nên được sử dụng vào đầu quá trìnhsấy để đạt được mức độ làm khô tối đa trong khi hư hỏng là tối thiểu Nếu sử dụng hệthống sấy đối lưu kết hợp bức xạ hồng ngoại thì sẽ bức xạ hồng ngoại trong giai đoạn đầu

và sấy đối lưu cưỡng bức trong giai đoạn sau

 Damir Jezek và các cộng sự [22], nhiên cứu quá trình mất nước của cần tây khi sấybằng bức xạ hồng ngoại ở nhiệt độ 50 °C và 75 °C đã chỉ ra rằng:

Thời gian mất nước phụ tuộc vào hàm lượng các thành phần dễ bay hơi trong cácmẫu cần tây, tức là hàm lượng các thành phần này càng cao thì thời gian loại bỏ chúngcàng dài.

Ở nhiệt độ cao 75 °C, thời gian loại nước giảm vì quá trình khuếch tán ẩm tăng.Đối với mẫu cần tây chần thì thời gian loại bỏ nước dài hơn so với mẫu cần tâytươi cùng kích thước Kích thước mẫy cần tây có ảnh hưởng đến thời gian và tỷ lệ bốc hơinước từ bề mặt mẫu

 Taner Baysal và các cộng sự [32], nghiên cứu ảnh hưởng của sấy vi sóng và bức xạhồng ngoại đến chất lượng của cà rốt và tỏi đã đưa ra kết luận:

Màu sắc thực phẩm thay đổi trong suốt quá trính sấy, nhưng khi sấy bằng khôngkhí nóng thì màu sắc của cà rốt gần giống nhất với mẫu cà rốt tươi tuy nhiên khả năng hútnước là cao nhất

Khi đánh giá hàm lượng chất khô của cà rốt, mẫu cà rốt bằng vi sóng có hàm lượngchất khô cao đáng kể với thời gian sấy ngắn nhất và độ co rút cao Kết quả nghiên cứu chothấy các đặc tính chất lượng của sản phẩm sẽ khác nhau tùy theo phương pháp sấy được

sử dụng Đối với tỏi, trong quá trình loại nước, ngoại trừ màu sắc, không tìm thấy sự khácnhau đáng kể nào giữa ba phương pháp sấy bằng không khí nóng, vi sóng và sấy hồngngoại

 Junling Shi vá các cộng sự [23], nghiên cứu quá trình sấy khô và các đặc tính chấtlượng của việt quất tươi và việt quất ngâm đường bằng bức xạ hồng ngoại, đã đưa ra kếtluận sấy bằng hồng ngoại cho sản phẩn có kết cấu vững chắc hơn đồng thời thời gian sấygiảm so với sấy bằng không khí nóng Đối với quả việt quất tươi, sấy bằng hồng ngoại ở

60 °C thời gian tiết kiệm được 40% Hiệu quả khuyết tán dao động từ 2,24x1010 m/s ứng với quả tươi, từ 0,61x1010 m/s đến 3,84x1010 m/s ứng với quả ngâm đường

1.7 HÀM MỤC TIÊU VÀ XÁC ĐỊNH MIỀN TỐI ƯU CỦA CÁC THÔNG SỐ

1.7.1 Hàm mục tiêu

Tối ưu hóa chế độ sấy có các mục tiêu là: tìm ra chế độ sấy tối ưu mà ở đó ta đạtđược các hiệu quả như: thời gian sấy ngắn, khối lượng ẩm tách ra trên một đơn vị thờigian lớn nhất, chất lượng sản phẩm cao Mà chế độ sấy phụ thuộc vào sự thay đổi của cácyếu tố như nhiệt độ, khoảng cách từ nguồn bức xạ tới nguyên liệu, vận tốc gió trongbuồng sấy, kích thước nguyên liệu,… Nhưng trong phạm vi nghiên cứu, ta chỉ nghiên cứu

sự ảnh hưởng của nhiệt độ, vận tốc gió và khoảng cách bức xạ trên cùng một điều kiện đó

là cùng kích thước nguyên liệu, độ ẩm không khí và được tiến hành trên máy sấy hồngngoại kết hợp sấy lạnh bơm nhiệt Ba yếu tố được tiến hành nghiên cứu là các thông sốquyết định đến hàm mục tiêu của quá trình sấy

Hàm mục tiêu của đối tượng nghiên cứu được biểu diễn như sau:

W = f (tTNS, vTNS, hBX)

1.7.2 Miền tối ưu của các thông số

Giá trị tối ưu của các thông số, vận tốc không khí trong buồng sấy, khoảng cách từnguồn bức xạ tới nguyên liệu sẽ nằm trong một miền giá trị nhất định của dải thông sốlàm việc Để hạn chế số thí nghiệm và tăng độ chính xác của kết quả tìm thông số tối ưu

ta sẽ phân tích lý thuyết và tiến hành làm thí nghiệm để xác định miền giá trị mà cácthông số tối ưu rơi vào càng hẹp càng tốt

Tiến hành thí nghiệm để xác định miền thông số tối ưu dựa vào một số đề tàinghiên cứu trước liên quan đến sấy bức xạ, sấy lạnh từ đó đưa ra miền nghiên cứu

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Cải bó xôi (Spinacia oleracea) còn gọi là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi, rau nhà

chùa, bắp xôi, rau bina là một loài thực vật có hoa thuộc họ Dền (Amaranthaceae),

Nguồn gốc ở miền Trung và Tây Nam Á Rau chân vịt là loại rau tốt cho sức khỏe,ngoài ra nó còn là một vị thuốc

Khác với cải xanh, cải bẹ hay cải thìa, cải bó xôi thường có cuống nhỏ và lá xanh đậm, lá mọc chụm lại ở một gốc bé xíu Thân và lá dòn, dễ gãy, dập

Hình 2.1: Cải bó xôi (Spinacia oleracea)

2.2 THIẾT BỊ PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU

 Tủ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh (thiết bị do bộ môn Kỹ thuật lạnh trường Đại học Nha Trang thiết kế chế tạo)

Hình 2.2: Tủ sấy sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại

 Tủ sấy kết hợp gồm hai phần chính:

 Phần máy lạnh có nhiệm vụ tạo ra không khí lạnh có độ ẩm tuơng đối thấp Sau đókhông khí được quạt hút thổi vào tủ tăng cường khuếch tán ngoại từ bề mặt vật sấyvào không khí

 Phần tủ chứa các bóng đèn hồng ngoại dùng để nung nóng nước trong sản phẩm tạođiều kiện khuếch tán nội và tăng nhiệt độ không khí Trong tủ gồm 4 bóng đèn hồngngoại, công suất mỗi bóng là 250W Tủ sấy dùng dòng điện xoay chiều 220V

 Nguyên lý hoạt động

Không khí đi qua dàn lạnh được làm lạnh tách ẩm, nước ngưng tụ được thải ra ngoài.Không khí trước khi được quạt gió thổi vào tủ thì nó được nung nóng sơ bộ nhờ dàn nóng đểkhông khí giảm đi độ ẩm Sau đó không khí được thổi vào tủ sấy tại đây không khí tiếp tụcnhận nhiệt từ bức xạ đèn hồng ngoại và nóng lên, độ ẩm tương đối giảm đi Không khí có độ

ẩm thấp tiếp xúc với vật liệu sấy để lấy ẩm đi Còn bức xạ từ đèn hồng ngoại chiếu lên sảnphẩm để nung nóng nước trong sản phẩm, nước dịch chuyển ra bề mặt sản phẩm, hoá hơi vàđược không khí mang đi Không khí nóng được quạt ở trên hút ra ngoài

 Thiết bị đo tốc độ gió điện tử.

 Cân điện tử.

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Quy trình tổng quát sản xuất sản phẩm cải bó xôi sấy

Dựa vào đặc điểm thành phần hóa học của cải bó xôi và sau khi tham khảo một sốtài liệu, quy trình tổng quát dự kiến sản xuất sản phẩm cải bó xôi sấy được thể hiện trênHình 2.4

Thuyết minh quy trình

 Nguyên liệu: Cải bó xôi nguyên liệu phải đảm bảo tươi, đồng đều, không dập nát

 Xử lý cơ học: Cải nguyên liệu sau khi đưa về phòng thí nghiệm được loại bỏ các tạpchất, các loại khác lẫn vào

 Rửa sạch và để ráo: Cải bó xôi sau khi xử lý cơ học được rửa sạch bằng nước Cải sau khi rửa sạch được để ráo trong 15 phút

+ Chần: Cải bó xôi sau khi rửa, cắt khúc đêm chần trong nước xôi ở nhiệt độ

70-80 °C trong 30s, sau đó để ráo và đêm đi sấy khô

+ Không chần: Cải bó xôi sau khi cắt khúc đêm đi sấy

 Sấy khô: Cải bó xôi sau khi để ráo được đặt trên các tấm lưới rồi đem đi sấy bằngphương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh Cải bó xôi được sấy đếnkhi đạt độ ẩm 10-13 % đem đi bao gói

 Bao gói và bảo quản: Sau khi sấy xong, sản phẩm được bao gói chân không trong túi PA với khối lượng tùy theo yêu cầu và được bảo quản tại nơi thoáng mát

2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu sấy khô cải bó xôi

2.3.2.1 Xác định chế độ chần

Dùng 4 mẫu thí nghiệm, một mẫu khoảng 200g cải bó xôi tươi chần trong nước xôivào các thời gian chần khác nhau mẫu 1 đối chứng, mẫu 2: 30s, mẫu 3: 1 phút, mẫu 4: 2phút

2.3.2.2 Bố trí thí nghiệm xác định chế độ sấy

Nguyên liệu sau khi xử lý xong tiến hành bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh ởchế độ nhiệt độ tTNS = 35 – 50 °C, vân tốc gió vTNS = 1,0 – 2,5 m/s và khoảng cách từnguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy hBX = 30 – 40 cm Sơ đồ bố trí thí nghiệm được thể hiệntrên Hình 2.5

vitamin C phục hồi

Hình 2.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ sấy tối ưu

Giải thích sơ đồ bố trí thí nghiệm

Nguyên liệu cải bó xôi được xử lý loại bỏ hết lá hư, rửa sạch và để ráo nước Sau

đó nguyên liệu được cắt khúc với chiều dài khoảng 2-3 cm và được chia làm hai nhóm.Một nhóm không chần và một nhóm được chần theo chế độ nhiệt độ và thời gian tìm được

ở mục 2.3.2.1 Nguyên liệu ở hai nhóm được cân với khối lượng như nhau mục đích đểđồng nhất độ dày của lớp nguyên liệu trên giá sấy Cải bó xôi được sấy trong thiết bị sấylạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại ở các chế độ nhiệt độ, vận tốc gió và khoảng cách từnguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy khác nhau Theo thới gian sấy, mẫu được thu nhận đểđánh giá cảm quan, xác định hàm lượng nước và hàm lượng vitamin C Kết quả thu được

sẽ được xử lý theo quy hoạch thực nghiệm để tìm chế độ sấy phù hợp nhất cho mỗi loạinguyên liệu (chần và không chần)

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy Ở đây tôi chọn 3 yếu tố ảnh hưởngđến thời gian sấy là: Khoảng cách từ nguồn chiếu bức xạ hồng ngoại đến giá sấy, nhiệt độkhông khí trong buồng sấy và tốc độ quạt gió

Số thí nghiệm N = 2k + 2k + n0 = 23 + 2.3 + 3 = 17

Bảng 2 1: Bảng bố trí thí nghiệm thay đổi đồng thời 3 yếu tố Thí Nhiệt độ (°C) Vận tốc gió Khoảng cách bức

Đánh giá cảm quan là kĩ thuật sử dụng các cơ quan cảm giác của con người

để nhận biết, mô tả và định lượng các tính chất cảm quan của một sản phẩm như

màu sắc, hình thái, mùi, vị và cấu trúc [7]

Để đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm Cải bó xôi sấy khô được sử dụng phương

pháp cho điểm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 3215-79) Đây là phương pháp được sửdụng phổ biến ở nước ta và trên thế giới hiện nay Trong phương pháp này các kiểmnghiệm viên dựa vào nhận xét của mình đối với sản phẩm để cho điểm theo một thangđiểm thống nhất [5].

Trong tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 3215-79) dùng hệ 20 điểm chia làm 6 bậc: 0, 1, 2,

3, 4 và 5 Điểm 5 là điểm cao nhất cho một chỉ tiêu

Dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam 3215-79 và dựa vào một số tài liệu tham khảo cùngvới quá trình làm thí nghiệm, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm cải bóxôi sấy khô được xây dựng và trình bày ở bảng 2.2

Bảng 2.2: Bảng mô tả điểm cho sản phẩm cải bó xôi sấy khô

trọng lượngMàu sắc 5 Màu xanh đậm đặc trưng của cải bó xôi, không lẫn vết

đen của cháy

2 Màu xanh hoa câu, xuất hiện màu vàng nâu

Mùi 5 Thơm rất đặc trưng của cải bó xôi ,không có mùi lạ

4 Mùi của cải bó xôi không có mùi lạ

3 Mùi cải bó xôi nhẹ, không có mùi lạ

2 Mùi ít thơm, có mùi lạ xuất hiện

4 Cải bó xôi khô giòn, bẻ không gãy vụn ít

3 Cải bó xôi khô ít giòn, bẻ gãy vụn

2 Cải bó xôi sau sấy còn ẩm, xuất hện vụn nát

1 Cải bó xôi sau sấy khô không giòn, vụn nát

0 Cải sau khi sấy vun nát hoàn toàn

Bảng 2.3: Bảng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm cải

bó xôi sấy khô.

Nguyên tắc: Dựa vào tính chất khử của acid ascorbic đối với chất màu để địnhlượng vitamin C trong nguyên liệu.

Cách làm: cho m (g) nguyên liệu vào cối chày sứ và 10ml HCl 2% vào, tiếp tụcnghiền và chắc nước chiết sang cốc Lặp lại lần thứ 3, kết thúc quá trình chiết Dùng 10

ml HCl 2% tráng lại cối chày sứ, sau đó chuyển toàn bộ dung dịch chiết sàg bình địnhmức 50ml, dùng nước cất đẵn đến mức của bình Để bình định mức trong bóng tối khoảng

10 phút để toàn bộ lượng acid ascorbic hòa tan, lọc lấy dịch trong Lấy khoảng 10 ml dịchlọc cho vào bình tam giác, rồi thêm vài giọt tinh bột 0,5% lắc nhẹ Dùng I2 0,01 N chuẩn

độ cho đến khi dung dịch có màu xanh lam thì dừng lại

Tính kết quả: X= Hàm lượng chất khô

. 1000Y

Trong đó:

X: hàm lượng vitamin C có trong nguyên liệu (mg)

M: khối lượng nguyên liệu đem đi phân tích (g)

0,00088: số g vitamin C tương đương 1ml I2 0,01N

Hàm lượng chất khô = (G1-W)*3 (g)

G1

G1 : là trọng lượng mẫu trước khi sấy (g)

W: độ ẩm cuối cùng của mẫu (%)

3: là trọng lượng mẫu sấy khô đêm đi xác định hàm lượng vitamin C (g)

2.3.3.4 Xác định các chỉ tiêu vi sinh vật

Phân tích các chỉ tiêu vi sinh vật theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5648 – 1992