NGHIÊN cứu kỹ THUẬT sấy nấm LINH CHI tại VIỆT NAM tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHẠM VĂN KIÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT SẤY NẤM LINH CHI TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số: 9.52.01.03 T M TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP Hồ Chí Minh - năm 2020 - Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh - Trường N ng ng ng I ớng dẫn khoa học: GS TS NGUYỄN HAY PGS TS Ê NH ĐỨC N ời phản biện: ……………………………………… ……………………………………… Có thể tìm hiểu luận án t i: T n Trường Đại học Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, giới Việt Nam ứng dụng nhiều phương pháp sấy khác cho sản phẩm nông nghiệp lĩnh vực công nghệ thực phẩm Các phương pháp sấy đư c ứng dụng bao gồm sấy đối lưu khơng khí nóng, sấy bơm nhiệt, sấy chân khơng, sấy sóng hồng ngoại, sấy vi sóng sấy sóng radio (RF) Trong đó, sấy sóng RF cơng nghệ sấy đư c nhà khoa học nghiên cứu phát triển số ưu điểm bật như: i) chế gia nhiệt thể tích tồn thể tích vật liệu sấy nên tốc độ gia nhiệt nhanh; ii) nhiệt độ ẩm độ phân bố đồng tr n toàn thể t ch vật liệu sấy; iii) gradient nhiệt độ gradient ẩm chiều nên thuận l i cho trình khuếch tán ẩm vật liệu sấy gi p t ng tốc độ sấy (Yang ctv, 8) Nấm linh chi loại dư c phẩm thuộc nhóm sản phẩm nơng nghiệp có số tính chất như: chứa nhiều dư c chất nhạy nhiệt, có cấu tạo dạng thân gỗ, xốp, hệ số d n nhiệt thấp (Trigos ctv, ; attra ctv, ) o đó, để bảo tồn đư c hàm lư ng dư c chất nhạy nhiệt c ng màu sắc mùi vị nấm linh chi c n sấy nhiệt độ thấp Tuy nhiên, sấy nhiệt độ thấp thời gian sấy kéo dài Bên cạnh đó, nấm linh chi có hàm lư ng nước cao, hệ số d n nhiệt thấp nên trình sấy đối lưu, khả n ng truyền nhiệt kh ng hiệu Vì vậy, phương pháp sấy phù h p phải sấy nhiệt độ thấp nhằm giữ đư c dư c chất phải có biện pháp để t ng tốc độ sấy Vấn đề giải đư c cách kết h p gia nhiệt ứng dụng phương pháp khác gia nhiệt sóng RF Trên giới Việt Nam c ng có số nghiên cứu ứng dụng phương pháp sấy vào công nghệ sấy nấm linh chi sấy đối lưu sử dụng kh ng kh nóng, sấy bơm nhiệt sấy chân kh ng với kết đạt đư c khả quan Tuy nhiên, h u kh ng có cơng trình nghiên cứu sấy nấm linh chi phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF Trong đó, nguy n lý sấy bơm nhiệt với tác nhân sấy tu n hồn nhiệt độ thấp đảm bảo trì đư c hàm lư ng cao dư c chất nhạy nhiệt nấm linh chi, đồng thời giữ lại đư c mùi vị, màu sắc đặc trưng nấm Cơ chế gia nhiệt sóng RF chế gia nhiệt thể tích tồn VLS gi p t ng tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ ẩm độ phân bố tồn thể tích vật liệu, gradient nhiệt độ gradient ẩm chiều giúp cho trình khuếch tán ẩm diễn nhanh trình sấy rút ngắn thời gian sấy Luận án lựa chọn phương pháp sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p gia nhiệt sóng RF để thực nghiên cứu kỹ thuật sấy nấm linh chi Việt Nam Mục tiêu đề tài Nghiên cứu trình truyền nhiệt truyền ẩm trình sấy nấm linh chi phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng radio Trong đó, m hình tốn đư c xây dựng nhằm mơ truyền nhiệt truyền ẩm, phân tích lý thuyết động học trình sấy thực nghiệm sấy xác định chế độ sấy cho nấm linh chi Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu kỹ thuật sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p gia nhiệt sóng cao t n t n số radio Nội dung khoa học đề tài - Tìm hiểu tổng quan cơng trình nghiên cứu nước giới nấm linh chi c ng nghệ gia nhiệt sóng RF Trong đó, kỹ thuật sấy nấm linh chi sở cho việc phân t ch đánh giá đề xuất phương án sấy nấm linh chi phù h p với điều kiện thực tế Việt Nam - Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số nhiệt - vật lý nấm linh chi Việt Nam - Nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số công suất gia nhiệt phát RF trình sấy nấm linh chi - Xây dựng mơ hình tốn mơ tả trình truyền nhiệt truyền ẩm trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF với hệ phương trình truyền nhiệt truyền ẩm đư c thiết lập - Nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng mức độ phù h p mơ hình tốn mơ tả q trình truyền nhiệt truyền ẩm q trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF - Phân tích lý thuyết động học q trình sấy dựa kết mơ truyền nhiệt truyền ẩm trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF - Nghiên cứu thực nghiệm sấy nấm linh chi nhằm xác định chế độ sấy phù h p dựa tiêu chí hiệu tốc độ sấy hệ thống sấy chất lư ng sản phẩm sấy thực tế cho nấm linh chi Việt Nam bơm nhiệt kết h p sóng RF Điểm đề tài Xác định đư c thông số nhiệt - vật lý nấm linh chi Việt Nam thực nghiệm Các thông số bao gồm: khối lư ng riêng, nhiệt dung riêng, ẩm độ cân bằng, ẩn nhiệt hóa ẩm vật liệu, hệ số khuếch tán ẩm hệ số d n nhiệt Xác định đư c thông số công suất gia nhiệt phát RF q trình sấy nấm linh chi Trong đó, giá trị công suất gia nhiệt phát phụ thuộc vào ẩm độ nấm linh chi Xây dựng đư c mơ hình tốn mơ tả q trình truyền nhiệt truyền ẩm trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF có xét đến nguồn sinh nhiệt bên VLS ẩm VLS hấp thụ n ng lư ng sóng RF ảnh hưởng dòng khuếch tán ẩm đến dòng nhiệt Xây dựng đư c đường cong động học trình sấy nấm linh chi phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF Xây dựng đư c mơ hình hồi quy đa yếu tố cho q trình sấy nấm linh chi Việt Nam phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF Xác định đư c chế độ sấy phù h p cho nấm linh chi nhằm đảm bảo đư c chất lư ng sản phẩm sấy nấm Linh chi điều kiện thực tế Việt Nam CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nấm linh chi 1.1.1 Khái niệm nấm linh chi Linh chi loại thuốc quý đư c nghi n cứu sử dụng từ lâu Nấm linh chi có tên khoa học Ganoderma lucidum, thuộc họ nấm Lim M nấm hố gỗ, x e tròn, non có hình trứng, lớn d n có hình quạt, hình b u dục Trên mặt m có vân gạch đồng tâm màu sắc đa dạng vàng chanh, vàng nghệ, vàng nâu, vàng cam, đỏ nâu, nâu t m, đư c phủ lớp sắc tố bóng láng vecni M nấm có đường kính 120 – 150 mm, dày 12 - 15 mm 1.1.2 Thành phần hoạt tính nấm linh Chi Nấm linh chi loại dư c phẩm q có cơng dụng bồi bổ sức khỏe hộ tr điều trị bệnh hiệu (Trigos ctv, ) Thành ph n hoạt tính nấm linh chi đư c thể bảng 1.1 ( atra ctv, ) Bảng 1.1 Thành phần chiết chất hoạt tính nấm linh Chi Nhóm chất Hoạt chất Hoạt tính Alcaloid *** Polysaccharides b-D-glucan Ganoderan A, B, C, D-6 Steroid Triterpenoid Nucleosid Protein Acid béo Ganodosteron Lanosporeric acid A Lonosteron Ganodermic acid Mf, T-O Ganodermic acid R, S Ganodermic acid B, D, F, H, K, S, Y… Ganodermadiol Ganosporelacton A, B Lucidon A Lucidol Adenosine d n suất Lingzhi – Oleic acid Tr tim Chống ung thư, t ng t nh miễn dịch Hạ đường huyết T ng tổng h p protein, t ng chuyển hóa acid nucleotic Giảm độc gan Ức chế sinh tổng h p cholesterol Ức chế sinh tổng h p cholesterol Ức chế giải phóng Histamin Hạ huyết áp, ức chế ACE Chống khối u Bảo vệ gan Ức chế kết dính tiểu c u, thư giãn cơ, giảm đau Chống dị ứng phổ rộng, điều hòa miễn dịch Ức chế giải phóng Histamin 1.2 Tổng quan ứng dụng phƣơng pháp sấy nhiệt h nông sản, thực phẩm Nghi n cứu ứng dụng phương pháp sấy bơm nhiệt cho n ng sản, thực phẩm đư c trình bày bảng ảng Ứng dụng phƣơng pháp sấ nhiệt h n ng sản, thực phẩm STT 10 Tá giả Nguyễn Đức L i (1998) Oktay ctv (2003) Kohayakawa ctv (2004) Adapa ctv (2005) Hawlader ctv (2006) Chegini ctv (2007) Aktas ctv (2009) Vật iệu sấy kẹo sấy s i sấy xoài củ sâm loại rau thơm sấy đậu xanh sấy ổi sấy táo hệ thống sấy bơm nhiệt kết h p với n ng lư ng mặt trời Nguyễn Mạnh Hùng (2012) sấy khoai tây Gokul ctv ( 7) sấy hạt đậu xanh phương pháp sấy kết h p bơm nhiệt - t ng s i Perera (2001) sấy táo Phạm V n Tùy ctv sấy cà rốt, hành tây, củ cải (2003) ết uả sấy bơm nhiệt đạt hiệu sấy cao tốc độ sấy khả n ng tiết kiệm điện n ng tiêu thụ sấy bơm nhiệt với nhiệt độ TNS thấp giúp 11 12 13 14 Phani ctv (2005) Hawlader ctv (2006) Guochen ctv (2009) Lê Thị Đoan Thùy ( ) 15 Yue ctv (2013) 16 Chien ctv ( 17 Lê Quang Huy (2017) ) sấy vật liệu nhạy nhiệt sấy táo, ổi khoai tây sấy tôm sấy hành phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p xạ hồng ngoại sấy chuối bơm nhiệt kết h p hồng ngoại sấy táo cắt lát phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p chân kh ng - vi sóng sấy phấn hoa giữ đư c thành ph n chất dinh dưỡng, đặc tính lý hóa c ng màu sắc mùi vị sản phẩm sấy 1.3 Tổng quan cơng nghệ sấy ứng dụng sóng radio 1.3.1 Nguyên lý gia nhiệt ng sóng radio Sóng RF có t n số hoạt động dải từ MHz đến MHz Trong có ba giá trị t n số hoạt động đư c ứng dụng công nghiệp 13 MHz, 27 MHz 40 MHz (Electron Code Fed.Regul (ECFR), 2017) Trong hệ thống sấy ứng dụng sóng RF, phát sóng RF tạo điện trường thay đổi hai điện cực Vật liệu ẩm tồn ion dương, ion âm, điện tử phân tử phân cực o đó, vật liệu ẩm đư c đặt hai điện cực RF điện trường thay đổi hai điện cực tác dụng khiến ion điện tử liên tục đổi chiều chuyển động phân tử phân cực liên tục đổi chiều quay Hiện tư ng ti u tốn n ng lư ng định điện trường sinh sóng RF biến n ng lư ng thành nhiệt n ng làm cho vật liệu ẩm nóng lên nhanh chóng tồn vật liệu Cơ chế gia nhiệt sóng RF chế gia nhiệt thể tích tồn VLS giúp t ng tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ phân bố tồn thể tích vật liệu giúp cho q trình khuếch tán ẩm diễn nhanh trình sấy gi p r t ngắn thời gian sấy (Yang ctv, 2018) 1.3.2 Ứng dụng sóng radio t ng ng nghệ sấ Nghi n cứu ứng dụng sóng radio c ng nghệ sấy đư c trình bày bảng 1.3 ảng Ứng dụng s ng radio t ng ng nghệ sấ STT Tá giả Balakrishnan ctv (2004) Yunyang Wang ctv (2012) Yunyang Wang ctv (2013) Wang ctv (2014) Zhou ctv (2018) Jumah (2005) Piyachat (2012) Jiao ctv (2016) Vật iệu sấy loại da tổng h p sấy hạt Mắc ca ết uả sấy RF kết h p RF với phương pháp sấy khác gi p t ng tốc độ gia sấy Hạnh Nhân nhiệt, nhiệt độ ẩm độ khơng khí nóng kết h p với phân bố tr n thể t ch VLS n ng lư ng sóng RF sấy Mắc ca khơng khí nóng kết h p sóng RF sấy óc chó sấy hạt ng cốc t ng sôi sấy RF kết h p kết h p sóng RF RF với phương pháp sấy sấy gạo đối lưu kh ng kh khác gi p cải thiện tốc độ nâng cao chất lư ng sản nóng kết h p với sóng RF sấy đậu phụng khơng khí phẩm sấy dinh dưỡng cảm quan nóng kết h p sóng RF 1.4 Tổng quan công nghệ làm khô nấm linh chi Việt Nam giới 1.4.1 Công nghệ làm khô nấm linh chi giới Wei Cui ctv (2006) thực nghiệm sấy nấm linh Chi theo phương pháp sấy đối lưu kh ng kh nóng, sấy chân kh ng sấy chân kh ng kết h p vi sóng Kết cho thấy phương pháp tốt thời gian sấy chất lư ng sản phẩm sấy sấy chân kh ng kết h p vi sóng Sản phẩm sấy v n giữ đư c màu sắc mùi vị nấm Christina Arun ( 8) thực nghiệm sấy nấm linh chi phương pháp sấy đối lưu kh ng khí nóng tu n hồn Kết cho thấy sấy nhiệt độ 600C tốt đảm bảo đư c cấu trúc bề mặt nấm đồng thời bảo toàn đư c hàm lư ng dư c chất cao Chin ctv ( ) thực nghiệm sấy nấm linh chi bốn phương pháp: sấy đối lưu kh ng kh nóng, sấy lạnh, sấy chân khơng sấy bơm nhiệt Kết cho thấy sấy bơm nhiệt nhiệt độ 30oC trì đư c 88,5% hàm lư ng Polysaccharide rút ngắn đư c thời gian sấy đáng kể so với sấy lạnh sấy chân không Sấy đối lưu kh ng kh nóng trì đư c % hàm lư ng Polysaccharide Liuping Fan ctv ( ) thực nghiệm sấy nấm linh chi ba phương pháp sấy kh ng kh nóng, sấy chân kh ng sấy lạnh chân kh ng Kết cho thấy phương pháp sấy lạnh chân kh ng hiệu nấm linh chi v n giữ đư c dư c chất quan Polysaccharide, hydroxyle peoxide Chin ctv ( ) thực nghiệm sấy nấm linh chi phương pháp sấy đối lưu kh ng kh nóng Kết thực nghiệm cho thấy chế độ sấy để đạt thời gian sấy thấp bảo toàn đư c lư ng cao dư c chất axit Ganoderic Polysaccharies sấy với nhiệt độ TNS nằm dải từ 50 - 65oC, vận tốc TNS 1,66 m/s, bề dày vật liệu 0,1 cm Bai ctv (2013) thực nghiệm sấy nấm linh chi khơng khí nóng nhiệt độ khoảng 55 - 70°C Kết cho thấy hàm lư ng Polysaccharide t ng nhiệt độ t ng từ 55 - 65°C giảm nhiệt độ đạt 65 - 70°C Chin ctv ( ) thực nghiệm sấy nấm linh chi thể thái lát theo phương pháp sấy hai giai đoạn (giai đoạn đ u sấy chân kh ng giai đoạn sấy bơm nhiệt) Phương pháp sấy hai giai đoạn giúp cải thiện đư c trình động học sấy, c ng việc bảo toàn hai loại dư c chất axit Ganoderic Polysaccharides đồng thời gi p t ng tốc độ sấy, rút ngắn tổng thời gian sấy đáng kể so với phương pháp sấy giai đoạn Hayati và ctv ( 6) thực nghiệm sấy nấm linh chi phơi nắng, phơi nắng có che đen, phơi bóng râm, sấy đối lưu sấy đối lưu kh ng khí nóng tu n hồn Kết cho thấy sấy đối lưu kh ng kh nóng tu n hồn nhiệt độ 50°C vận tốc TNS 1.65 m/s cho kết hàm lư ng Polysaccharides cao Prasetyo ctv (2017) thực nghiệm sấy nấm linh chi đối lưu kh ng kh nóng tu n hồn Kết cho thấy sấy nhiệt độ 50°C vận tốc TNS 1,3 m/s phù h p để trì hàm lư ng Polysaccharides, nhiệt độ sấy 40°C kéo dài thời gian sấy làm giảm hàm lư ng Polysaccharides Tại nhiệt độ 70°C rút ngắn thời gian sấy lại làm giảm hàm lư ng Polysaccharide ảnh hưởng nhiệt độ cao Tại Trung uốc, phương pháp sấy thiết bị sấy đối lưu kh ng kh nóng phương pháp phơi nắng đư c sử dụng để làm kh nấm linh chi Tại Hàn Quốc, nấm linh chi chủ yếu đư c làm kh theo phương pháp sấy đối lưu khơng khí nóng với khay sấy bố trí thành nhiều t ng bên khoang sấy Tại số nước châu Âu, nấm linh chi sau thu hoạch v n đư c phơi kh làm khô thiết bị sử dụng n ng lư ng mặt trời sấy th ng hoa 1.4.2 C ng nghệ h nấ linh hi Việt Na Sở khoa học công nghệ Bến Tre sử dụng phương pháp phơi kh nấm nắng từ - nắng để bảo quản Trung tâm Công nghệ sinh học Thực vật, Viện Di truyền Nông nghiệp tiến hành làm khô nấm linh chi hai phương pháp ch nh như: phương pháp phơi kh phương pháp sấy thiết bị sấy đối lưu sử dụng khơng khí nóng Tại cơng ty Trách nhiệm hữu hạn Sài Gòn Linh Chi (SAGO) Quận Tân Bình, TP.HCM sấy nấm linh chi đối lưu khơng khí nóng nhiệt độ 50 – 600C Viện Nghi n cứu C ng nghệ Sinh học M i trường, Trường Đại học N ng âm TP HCM thực sấy nấm linh chi tủ sấy đối lưu, sử dụng nhiệt điện trở, nhiệt độ sấy khoảng 50 – 55oC, thời gian sấy khoảng 12 – 14h Nguyễn Hay ctv (Trường Đại học N ng âm TP HCM, ) thực nghiệm sấy nấm linh chi dựa tr n phương pháp phơi nắng, sấy kh ng kh nóng sấy bơm nhiệt Kết cho thấy sấy bơm nhiệt đạt đư c thời gian sấy ngắn đáng kể nấm linh chi sau sấy v n giữ đư c màu sắc, mùi vị đặc trưng nấm Hiện thị trường có xuất nhiều thiết bị sấy nấm linh chi ứng dụng phương pháp sấy đối lưu khơng khí nóng, vật liệu sấy đư c bố trí khay, nhiệt độ sấy điều chỉnh theo yêu c u 1.5 Thả uận v đề xuất phƣơng án sấy nấm linh chi Các kết nghiên cứu ứng dụng phương pháp sấy bơm nhiệt vào kỹ thuật sấy nông sản, thực phẩm cho thấy sấy bơm nhiệt với nhiệt độ TNS thấp giúp giữ đư c thành ph n chất dinh dưỡng, đặc tính lý hóa c ng màu sắc mùi vị sản phẩm sấy (Perera, 2001; Phạm V n Tùy, 2003; Hawlader ctv, 6; Guochen ctv, 9; Yue ctv, 2013; Lê Quang Huy, 2017) Sấy bơm nhiệt c ng đạt hiệu sấy cao tốc độ sấy khả n ng tiết kiệm điện n ng ti u thụ (Kohayakawa ctv, 2004; Adapa ctv, 2005; Hawlader ctv, 2006; Chegini ctv, 2007; Aktas ctv, 2009) Phương pháp sấy bơm nhiệt c ng đư c nghiên cứu ứng dụng cho sấy nấm linh chi với kết cho thấy sấy bơm nhiệt giúp rút ngắn thời gian sấy trì đư c hàm lư ng cao Polysaccharide nấm (Chin ctv, ) Cơng nghệ gia nhiệt sóng RF đư c nghiên cứu ứng dụng rộng rãi kỹ thuật sấy Trong đó, kết nghiên cứu cho thấy với chế gia nhiệt thể tích, sóng RF giúp tốc độ gia nhiệt nhanh toàn thể tích vật liệu sấy Sấy sóng RF giúp giảm thời gian sấy nâng cao chất lư ng sản phẩm sấy dinh dưỡng cảm quan (Balakrishnan ctv, 2004; Yunyang Wang ctv, 2012, 2013; Wang ctv, 2014; Zhou ctv, 2018; Jumah, 2005; Piyachat ctv, 2012; Jiao ctv, 2016) Nấm linh chi loại dư c phẩm chứa lư ng đáng kể dư c chất Polysaccharides, Tannin, Triterpenoid, Steroid, Saponin… Trong đó, Polysaccharides nhóm chất quý quan trọng với t nh n ng bồi bổ sức khỏe, t ng cường hệ miễn dịch, chống khối u, chống viêm, chống virus, chống ung thư kháng HIV (Perumal, 2009) Tuy nhi n, Polysaccharides dư c chất nhạy nhiệt nên c n đư c lưu ý trình sấy nấm linh chi Đã có nhiều nghiên cứu phương pháp sấy chế độ sấy nhằm trì tốt hàm lư ng Polysaccharides nấm linh chi với kết cho thấy mức giá trị thông số đ u vào phù h p giúp giảm thời gian sấy mà v n trì hàm lư ng Polysaccharides mức nhiệt độ TNS khoảng từ 45 - 65oC vận tốc TNS khoảng từ 1,3 - 1,65 m/s (Chin ctv, ; ctv, ; Hayati ctv, 6; Prasetyo ctv, 7) Bên cạnh đó, nấm linh chi loại vật liệu có hàm lư ng nước cao, hệ số d n nhiệt thấp nên phương pháp sấy phù h p phải sấy nhiệt độ thấp nhằm giữ đư c dư c chất phải có biện pháp để t ng tốc độ sấy Vấn đề giải đư c cách kết h p gia nhiệt ứng dụng phương pháp khác gia nhiệt sóng RF ựa tr n sở đặc t nh y u c u sản phẩm sấy nấm linh chi, chế sấy bơm nhiệt chế gia nhiệt sóng RF, phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF coi phù h p với luận điểm phân t ch sau: i) Ti u ch quan trọng sản phẩm nấm linh chi - Chất lư ng dinh dưỡng: hàm lư ng dư c chất b n nấm - Chất lư ng cảm quan: màu sắc, mùi vị đặc trưng nấm thẩm mỹ bề mặt nấm giảm thiểu bị cong v nh ii) Đặc t nh phương pháp sấy bơm nhiệt với nhiệt độ TNS thấp gi p: ảo toàn đư c hàm lư ng dư c chất nhạy nhiệt nấm linh chi uy trì đư c màu sắc mùi vị đặc trưng nấm iii) Đặc t nh phương pháp sấy ứng dụng sóng RF với chế gia nhiệt thể t ch b n l ng V S gi p: + Tốc độ gia nhiệt nhanh, gradient nhiệt độ gradient ẩm chiều n n thuận l i cho trình khuếch tán ẩm gi p t ng tốc độ sấy + Khi thời gian sấy đư c r t ngắn giảm thời gian tiếp x c dư c chất nhạy nhiệt với nhiệt độ gi p bảo toàn đư c hàm lư ng dư c chất nấm + Nhiệt độ phân bố đồng toàn thể t ch V S gi p giảm thiểu cong v nh bề mặt sản phẩm sấy Trên giới Việt Nam, thực trạng sở nuôi trồng nhỏ lẻ hộ gia đình ch sở vừa lớn v n thường sử dụng phương pháp làm kh truyền thống phơi nắng để bảo quản nấm linh chi Phương pháp phơi với số lư ng nhiều nhiên vấn đề vệ sinh thực phẩm kém, chất lư ng sản phẩm giảm dinh dưỡng cảm quan Hiện phương pháp sấy đối lưu sử dụng kh ng kh nóng c ng nhanh chóng đư c ưa chuộng sử dụng rơng rãi số ưu điểm chi phí khơng cao, dễ vận hành, thời gian sấy nhanh Tuy nhiên sấy khơng khí nóng với nhiệt độ TNS cao làm dư c chất nấm, bề mặt nấm dễ bị cong vênh không giữ đư c màu sắc nấm Trên giới v n chưa có nghi n cứu phương pháp sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF Luận án lựa chọn phương pháp sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF để thực nghiên cứu kỹ thuật sấy nấm linh chi Việt Nam Trong đó, m hình tốn mơ tả q trình truyền nhiệt truyền chất qua trình sấy đư c xây dựng Thực nghiệm sấy đư c tiến hành nhằm kiểm chứng mơ hình tốn lý thuyết xác định chế độ sấy phù h p cho nấm linh chi với hai ti u ch đ u thời gian sấy chất lư ng sản phẩm sấy nấm linh chi CHƢƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu Nấm linh chi sử dụng nghiên cứu loại nấm linh chi đỏ (Ganoderma Lucidum) Đây loại nấm linh chi đư c nuôi trồng phổ biến Việt Nam giới Nấm đư c chọn sử dụng cho thực nghiệm trồng trại nấm Đ ng Thành, Thị xã Tân Uyên, Bình ương, sau ngày thu hoạch, có màu đỏ nâu óng với đường k nh m nấm đạt từ 120 150 mm, bề dày trung bình 15 mm Nấm tươi sau thu hoạch có độ chứa ẩm TB ± 0,05 (kg Â/ kg VLK) Khối lư ng nấm linh chi cho mẻ sấy kg 2.2 Phƣơng pháp nghiên ứu lý thuyết Quá trình TNTA đư c nghiên cứu nhằm thiết lập HPT TNTA dựa tr n chế sấy bơm nhiệt kết h p gia nhiệt sóng RF Trong đó, TNS sau qua hệ thống bơm nhiệt đư c trao đổi nhiệt - ẩm đối lưu với VLS buồng sấy Cùng l c đó, sóng RF kết h p gia nhiệt cho VLS với chế gia nhiệt thể tích lòng VLS o đó, q trình truyền nhiệt có xét đến nguồn sinh nhiệt bên VLS ẩm VLS hấp thụ n ng lư ng sóng RF Nguồn sinh nhiệt đư c đặc trưng thông số công suất gia nhiệt, qRF (W/m3) thay đổi liên tục theo ẩm độ VLS suốt trình sấy Quá trình TNTA xem trình truyền nhiệt truyền ẩm phẳng chiều có xét đến tư ng khuếch tán ẩm ảnh hưởng đến truyền nhiệt Như vậy, toán TNTA đư c xây dựng c n vào lý thuyết TNTA ứng dụng kỹ thuật sấy, chế gia nhiệt thể tích sóng RF VLA mơ hình vật lý q trình sấy nấm linh chi đối lưu kết h p gia nhiệt sóng RF Hệ phương trình TNTA đư c giải phương pháp sai phân hữu hạn thuật tốn giải hệ phương trình đư c lập trình máy tính sử dụng ph n mềm Matlab Nghiệm hệ phương trình TNTA đư c sử dụng để so sánh, đánh giá kết luận vấn đề li n quan đến động học trình sấy ảnh hưởng thông số đ u vào (nhiệt độ TNS, vận tốc TNS công suất phát sóng RF) đến thay đổi nhiệt độ ẩm độ VLS trình sấy Phƣơng pháp nghiên ứu thự nghiệ Thực nghiệm xác định thông số nhiệt - vật lý nấm linh chi Thực nghiệm xác định th ng số công suất gia nhiệt phát sóng RF Thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết uy hoạch thực nghiệm xác định th ng số chế độ sấy phù h p 2.4 Thiết bị thực nghiệm Để phục vụ cho nghi n cứu thực nghiệm luận án, thiết bị thực nghiệm sấy nấm linh chi đư c sử dụng máy sấy bơm nhiệt kết h p với sóng RF Máy sấy đư c tính tốn thiết kế chế tạo để ứng dụng cho sấy thực nghiệm loại dư c liệu cao cấp có nấm linh chi Đẳng sâm (Nguyen Hay ctv, 8) Mô hình máy sấy hình 2.1 Sơ đồ mơ hình máy sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF đư c trình bày hình Trong đó, máy nén; dàn ngưng tụ phụ ; van tiết lưu; dàn ngưng tụ ; dàn bay hơi; tủ điều khiển bơm nhiệt; quạt hút TNS; khay sấy; buồng sấy; 10 điện cực RF; 11 tủ điều khiển phát RF; 12 c n điều khiển công suất phát RF; 13 công tắc cấp nguồn điện Máy sấy đư c đặt xưởng thực hành môn Máy sau thu hoạch, khoa Cơ khí Cơng nghệ, trường Đại học N ng âm TP HCM Thời gian thực nghiệm từ đến 8 11 x lượng nhiệt khỏi phân tố theo phương x Ta có: Tương tự ta có: ( ậ : Đặt ) t - Tốn tử Laplace, ta có: (3.4) t (3.5) Trong q trình sấy có kết h p gia nhiệt sóng RF nguồn nhiệt lư ng phát sinh lòng VLS ẩm VLS hấp thụ n ng lư ng sóng RF nguồn sinh nhiệt Khi c ng suất gia nhiệt phát RF, q m ch nh n ng suất sinh nhiệt thể t ch Khi nhiệt sinh phân tố sau khoảng thời gian đư c tính theo cơng thức: q q (3.6) Khi phương trình ( ) đư c viết lại sau: t q hay: t (3.7) Dựa tr n sở lý thuyết quan hệ tuyến tính Onzager cân nhiệt ẩm cho phân tố vô nhỏ hệ phương trình TNTA cho V A đư c tác giả trước thiết lập [A.Luikov, 1980; Hoàng V n Chước, 1999; Tr n V n Ph , ], tác giả Nguyễn Mạnh Hùng (2012) thiết lập hệ phương trình TNTA trình sấy bơm nhiệt cho lát mỏng khoai tây kh ng có nguồn sinh nhiệt lòng VLS có xét đến tư ng khuếch tán ẩm ảnh hưởng đến truyền nhiệt Hệ phương trình TNTA sau: { t r i ii (3.8) Trong luận án, trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt có kết h p gia nhiệt sóng radio trình bày với luận giả thuyết bên hệ phương trình TNTA (3.8) phù h p cho mơ hình tốn TNTA q trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p gia nhiệt sóng RF phương trình truyền nhiệt (i) hệ phương trình ( 8) phải xét thêm nguồn nhiệt lư ng phát sinh lòng VLS ẩm VLS hấp thụ n ng lư ng sóng RF o đó, kết h p phương trình ( 7) hệ phương trình (3.8), hệ phương trình TNTA cho trình sấy n m linh chi bơm nhiệt có kết h p gia nhiệt sóng radio đư c thiết lập hệ phương trình ( 9) Trong đó, q trình TNTA trình sấy xem trình truyền nhiệt truyền ẩm phẳng chiều với phương truyền theo phương mặt cắt ngang bề dày VLS { r q (3.9) 12 Để thiết lập điều kiện bi n cho m hình truyền nhiệt truyền ẩm, ta áp dụng lý thuyết điều kiện bi n loại truyền nhiệt kh ng ổn định qua vách phẳng với chế truyền nhiệt khuếch tán ẩm bi n V S chế trao đổi nhiệt - ẩm đối lưu bề mặt V S TNS (Đặng uốc Ph , 6; Gokhan, 2008; Preeda, 2014; Ahmet, 2015) Ta có phương trình trao đổi nhiệt lớp bi n vật liệu phương trình ( 10): | t t | r | (3.10) Tương tự trao đổi nhiệt, trao đổi ẩm lớp bi n c ng đư c thể d ng khuếch ẩm từ ph n tử lớp bi n VLS vào TNS trao đổi ẩm đối lưu ph n tử lớp bi n TNS VLS đạt ẩm độ cân Ta có phương trình trao đổi ẩm lớp bi n có dạng phương trình ( 11) | | (3.11) Điều kiện đơn trị sau: - Điều kiện ban đ u t x t ; x - Điều kiện đối xứng | | ; (3.12) (3.13) 3.2 Kết xá định thông số nhiệt - vật lý nấm linh chi 3.2.1 Khối ƣợng riêng nấm linh chi Khối lư ng riêng vật liệu đư c xác định phương pháp chỗ chất lỏng ứng dụng định luật Archimedes với dung môi hữu đư c sử dụng Toluen Nấm inh chi đư c thực nghiệm với mức giá trị độ chứa ẩm TB VLS , 8; , ; ,6 ; , ; ,78 2,33 (kg Â/ kg VLK) Từ số liệu thực nghiệm thu đư c khối lư ng riêng nấm linh chi phụ thuộc vào ẩm độ nấm, xử lý số liệu thực nghiệm ph n mềm SPSS để xác định quan hệ khối lư ng riêng ẩm độ nấm linh chi Kết xác định đư c mối quan hệ hàm phi tuyến theo công thức (3.14) 599,9+57,287.M+16,351.M2 (3.14) (R = 0,99) 3.3.2 Nhiệt dung riêng nấm linh chi Nhiệt dung riêng nấm linh chi đư c xác định phương pháp h a trộn hỗn h p sử dụng nhiệt lư ng kế (Aviara ctv, ) Nấm linh chi đư c thực nghiệm với mức giá trị độ chứa ẩm T V S , 8; , ; ,6 ; , ; ,78 , (kg kg V K) Từ kết thực nghiệm thu đư c nhiệt dung riêng nấm linh chi phụ thuộc vào ẩm độ nấm, xử lý số liệu thực nghiệm ph n mềm SPSS để xác định quan hệ nhiệt dung riêng ẩm độ nấm linh chi Kết xác định đư c mối quan hệ hàm phi tuyến theo công thức (3.15) Ln (3.15) (R = 0,99) 3.3.3 Ẩ độ cân b ng nấm linh chi Dữ liệu thực nghiệm đặc tính hấp thụ ẩm nấm linh chi đư c thực với ba mức nhiệt độ 30, 40 50oC Các muối bão h a đư c ứng dụng cho thực nghiệm bao gồm: Lithium Chloride, Potassium Fluoride, Magnesium Chloride, Magnesium Nitrate, 13 Potassium Lodide, Sodium Chloride, Potassium Bromide, Potassium Nitrate Dữ liệu thực nghiệm đư c thu thập để phân t ch đánh giá mức độ phù h p m hình tốn lựa chọn bao gồm: phương trình hiệu chỉnh Henderson (MHE) (Thompson, 1968); phương trình hiệu chỉnh Chung – Pfost (MCP) (Pfost, 1976); phương trình hiệu chỉnh Oswin (MOS) (Iglesias, 1976) phương trình hiệu chỉnh Halsey (MHA) (Oswin, 1946) Kết thực nghiệm xác định ẩm độ cân nấm linh chi theo nhiệt độ ẩm độ m i trường thực nghiệm đư c xử lý theo phương pháp hồi quy khơng tuyến tính ph n mềm quy hoạch thực nghiệm SPSS để phân t ch đánh giá mức độ phù h p m hình tốn lựa chọn Kết cho thấy hai thơng số sai số SEE RSS có giá trị thấp hệ số tương quan R2 cao phương trình modified Chung–Pfost Vậy, phương trình modified Chung–Pfost đư c chọn để biểu diễn mối quan hệ ẩm độ cân nấm linh chi theo nhiệt độ ẩm độ tương đối m i trường đư c thiết lập phương trình (3.16) phương trình ( 7) ] ln[ T ln (3.16) + exp * exp (3.17) 3.3.4 Ẩn nhiệt h a ẩm nấm linh chi Ẩn nhiệt hóa th ng số ảnh hưởng đến n ng lư ng yêu c u cho trình sấy Ẩn nhiệt hóa ẩm vật liệu (r) đư c xác định dựa tr n sở ứng dụng công thức Brokker cộng sự, 99 để xác định tỉ số: (3.18) Trong đó: h (J/kg) ẩn nhiệt hóa nước tự do; (%) ẩm độ tương đối TNS trạng thái 2; k a áp suất bão h a trạng thái Hai trạng thái đư c thể hai giá trị cận thông số nhiệt độ cụ thể sau: t1 = t Δt t2 = t – Δt (Δt = oC) (3.19) đư c xác định công thức (3.17) biểu diễn mối quan hệ ẩm độ tương đối tác nhân sấy ẩm cân nấm linh chi Ẩn nhiệt hóa nước tự áp suất bão h a đư c xác định phương pháp quy hoạch hồi quy khơng tuyến tính để hiệu chỉnh theo cơng thức Wilton Pereira da Silva (2012) dựa tr n giá trị tra bảng “Hơi nước bão hòa theo nhiệt độ” “Ẩn nhiệt hóa nước tự theo nhiệt độ” (Bùi Hải, 2006) Ta đư c: + e* (3.20) (R2 = 1,0) h t (3.21) (R = 1,0) Với mức giá trị nhiệt độ TNS ẩm độ cân nấm linh chi, áp dụng công thức (3.17), (3.18), (3.20) (3.21) l n lư t t nh đư c giá trị ẩm độ tương đối tác nhân sấy, áp suất bão h a, ẩn nhiệt hóa nước tự do, tỉ số r/h ẩn nhiệt hóa ẩm nấm linh chi Xử lý thống kê số liệu ph n mềm SPSS xác định đư c quan hệ ẩn nhiệt hóa ẩm nấm linh chi theo nhiệt độ TNS ẩm độ cân nấm linh chi c ng thức (3.22) r t t (3.22) (R = 1,0) 3.3.5 Hệ số khuếch tán ẩm hiệu nấm linh chi 14 Thực nghiệm sấy lớp mỏng nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF nhiệt độ TNS 40, 45 50oC, vận tốc TNS 1,2 m/s, công suất phát RF 0,65, 1,3 1,95 kW Tốc độ giảm ẩm (MR) đư c tính theo cơng thức (3.23) (3.23) Trong đó, M, Me Mi (kg Â/ kg VLK) l n lư t độ chứa ẩm TB VLS thời điểm τ , độ chứa ẩm cân VLS độ chứa ẩm ban đ u VLS Công thức t nh đư c rút từ mơ hình lý thuyết xác định hệ số khuếch tán ẩm lát mỏng vật liệu dạng dựa tr n định luật Fick c ng thức (3.24) (Alibas, 2014) Ln Ln ( ) (3.24) Trong đó, nửa độ dày lớp vật liệu (m) ; τ thời gian (s) Từ số liệu thực nghiệm tốc độ giảm ẩm theo thời gian, thiết lập đồ thị dạng đường thẳng thể mối quan hệ LnMR theo τ D đư c xác định theo độ nghiêng: ( ) Công thức Arrhenius thể ảnh hưởng nhiệt độ số khuếch tán hoạt độ n ng lư ng n hai vế ta đư c: ( ) Ln Ln (3.25) Trong đó, số khuếch tán hay hệ số Arrhenius (m2/s) ; Ta nhiệt độ tuyệt đối TNS (K) ; Ea hoạt độ n ng lư ng (kJ/mol) ; R số khí (8,3143 kJ/mol.K) Thiết lập đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ln 1/Ta sử dụng giá trị thông số thực nghiệm Ta Từ ta xác định đư c giá trị -Ea/R Do Thực quy hoạch thực nghiệm xác định đư c hàm quan hệ hệ số khuếch tán ẩm D theo nhiệt độ bảng 3.1 Bảng 3.1 Hàm hệ số khuếch tán ẩm hiệu theo chế độ sấy Công suất phát RF Hệ số khuếch tán ẩm hiệu (m2/s) 0,65 kW xp ( 1,3 kW xp ( 1,95 kW xp ( t t t ) ) ) 3.3.6 Hệ số dẫn nhiệt nấm linh chi Choi Okos (1986) có kết nghiên cứu hệ số d n nhiệt thành ph n chất vật liệu ẩm dải nhiệt độ – 90 oC sau t t t t t t t t t t 15 t t Trong đó, , , l n lư t hệ số d n nhiệt thành ph n ẩm, đạm, chất béo, Cacbonhydrate, tro thớ s i vật liệu Rao cộng (2005) trình bày c ng thức tính hệ số d n nhiệt thực phẩm dựa tr n sở hệ số d n nhiệt thành ph n chất vật liệu ẩm Choi Okos (1986) sau: x x x x x x (3.26) Trong đó, x ; x xi ( ) x với m x hệ số d n nhiệt thành ph n ph n tr m thành ph n chất vật liệu ẩm Trong luận án, công thức (3.26) đư c sử dụng để xác định hệ số d n nhiệt nấm linh chi Sau thử nghiệm m u Viện Công nghệ sinh học, trường ĐH N ng âm TP.HCM, thành ph n ph n tr m ban đ u thành ph n chất nấm linh chi đư c trình bày cụ thể bảng 3.2 Bảng 3.2 Thành phần phần t ă an đầu thành phần chất nấm linh chi Thành ph n chất x x x x x x % thành ph n (giá trị TB) 0,0003 3.3.7 Công suất gia nhiệt phát sóng RF Cơng suất gia nhiệt đư c xác định theo độ t ng nhiệt độ vật liệu tương tác vật liệu sấy điện trường đư c tính theo cơng thức (3.27) (Nelson ctv, 6; Shrestha ctv, ) q (kW/m3) (3.27) Trong đó, khối lư ng riêng vật liệu, kg/m ; nhiệt dung ri ng đẳng áp o o vật liệu, J/kg C; t độ t ng nhiệt độ bên vật liệu, C; khoảng thời gian gia nhiệt (s) Thực nghiệm xác định công suất gia nhiệt phát ba mức công suất phát 0,65; 1,3 1,95 kW Ứng với mức công suất điện phát tiến hành thực nghiệm với mức ẩm độ m u vật liệu 0,18; 0,33; 0,61; 1,00; 1,78 2,33 (kg Â/ kg VLK) Từ số liệu thực nghiệm giá trị công suất gia nhiệt phát RF mức ẩm độ vật liệu giá trị công suất điện phát RF, tiến hành phân tích liệu thực nghiệm ph n mềm quy hoạch thực nghiệm SPSS để xác định hàm quan hệ công suất gia nhiệt, qRF (kW/ m3) theo ẩm độ vật liệu giá trị công suất điện phát RF, PRF Kết hàm quan hệ đư c trình bày c ng thức (3.28) q (3.28) (R = 0,996) 3.4 Lý thuyết giải phƣơng t ình vi phân t u ền nhiệt truyền chất sấ nhiệt kết hợp gia nhiệt b ng sóng radio Hệ phương trình vi phân riêng ph n (PDEs) lớp toán hệ phương trình vi phân có biến độc lập Phương trình tổng quát hệ phương trình P E có dạng: 16 x x x x (3.29) Với biến x, y miền: x x x Và thỏa mãn điều kiện bi n hàm điều kiện dọc theo biên x y Thông thường, tốn vi phân riêng ph n thường có loại bi n bi n irichlet: , biên Neumann biên hỗn h p biên Dirichlet Neumann Tùy theo điều kiện , ta có loại tốn PDE Elip, Parabol hay Hyperbol: lip n : ara ol n : (3.30) per ol n : Để giải toán này, phương pháp sai phân đư c áp dụng Trước hết, ta chia miền không gian x [0; xf] thành N ph n tử với chiều dày x=xf/N chia miền thời gian  thành K ph n tử với thời gian  = T/K, với T tổng thời gian Việc tìm hàm t(x,) M(x,) trở thành việc tìm nghiệm điểm nút t với i= , ,…,N; j= , ,…,K (ký hiệu T t) Ta xét xấp xỉ phương trình vi phân ri ng ph n hàm u(x,) xấp xỉ sai phân bậc bậc hai (cụ thể theo sơ đồ sai phân hiện): | Với i = , ,…,N- ; j= , ,…,K (3.31) | { ài tốn có điều kiện biên dạng Neumann dạng: | | j ; ta có xấp xỉ: (3.32) j Đưa ( 30), (3.31) vào (3.32), ứng với bước thời gian , ta thu đư c hệ phương trình N phương trình với N ẩn tik giải đư c thuật toán khử Gauss t * +, từ Trên thực tế, (3.31) hệ phương trình t M Nếu đặt biến hệ phương trình vi phân ri ng ph n ta thu phương trình vi phân ri ng ph n với biến vector u Bài toán truyền nhiệt truyền ẩm thực chất hệ phương trình vi phân parabol P E Với trường h p toán truyền nhiệt ẩm chiều, tốn tìm hàm nhiệt ẩm theo không gian (chiều dày vật liệu) thời gian Trong phạm vi đề tài, hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất phương trình điều kiện bi n đư c viết dạng sai phân cụ thể sau: - Dạng sai phân hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất: r q (3.33) { - Dạng sai phân phương trình điều kiện biên: t t r (3.34) 17 (3.35) Trong thực tế, để thuận tiện cho tính tốn sử dụng, Matlab ph n mềm bổ trở cho Matlab có toolbox mạnh để giải toán PDEs Trong Matlab, toán vi phân riêng ph n chiều đư c giải hàm pdepe Hàm pdepe thực chất biến thể hàm giải phương trình vi phân thường ode15s Trong phạm vi toán truyền nhiệt truyền ẩm đư c đề suất luận án c n giải quyết, chương trình Heattransfer đư c phát triển Matlab để giải toán tr n Trong hàm Heattransfer, toán P Es đư c giải dựa tr n hàm pdepe có điều chỉnh phát triển bổ xung thêm 3.5 Lý thuyết động học trình sấy nấm linh chi b ng nhiệt kết hợp sóng RF 3.5.1 Phân tích ảnh hƣởng thơng số cơng suất phát RF Để phân tích ảnh hưởng thơng số cơng suất phát RF q trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF, giá trị thơng số đ u vào cụ thể như: nhiệt độ TNS 50oC; vận tốc TNS 1,2 m/s công suất phát RF 0; 0,65; 1,3 1,95 kW Trong c ng suất phát RF, PRF = kW tương ứng với chế độ sấy sử dụng bơm nhiệt 3.5.1.1 Đƣờng cong sấy Đồ thị biểu diễn mối quan hệ thay đổi độ chứa ẩm TB VLS theo thời gian trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF đư c mơ dựa kết giải HPTTNTA hình Độ hứa ẩ T VLS (kg Â/ kg VLK) HP HP + RF_0.65 kW HP + RF_1,3 kW HP + RF_1,95 kW 0 100 200 300 400 Thời gian (phút) 500 600 Hình 3.5 Đường cong sấy tương ứng với chế độ sấy xét đến ảnh hưởng công suất phát RF Kết đường cong sấy hình 3.5 cho thấy xu hướng giảm ẩm nấm linh chi trình sấy bơm nhiệt kết h p sóng radio tương ứng với chế độ sấy tương đối giống Kết cho thấy t ng c ng suất phát RF giúp rút ngắn đáng kể thời gian sấy Điều đư c giải th ch t ng c ng suất phát RF, VLS hấp thụ n ng lư ng sóng RF nhiều gi p t ng tốc độ gia nhiệt Khi đó, q trình khuếch tán ẩm VLS diễn nhanh gi p t ng tốc độ sấy Cơ chế tương tự chế gia nhiệt sóng RF loại nơng sản óc chó bột ngơ tác giả nghiên cứu trước ( ixia ctv, 6; Samet ctv, 7) Tại mức công suất phát RF kW tương ứng với chế độ sấy sử dụng bơm nhiệt, thời gian sấy để độ chứa ẩm TB nấm linh chi đạt 0,15 (kg Â/ kg VLK) 547 phút Tại mức công suất 0,65; 1,3 18 1,95 kW, thời gian sấy 441, 403 367 phút, giảm 19%, 26% 33% so với sấy bơm nhiệt Chứng tỏ kết h p bơm nhiệt sóng RF giúp rút ngắn thời gian sấy nhiều so với sấy bơm nhiệt Đây ch nh ưu điểm phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF 3.5.1 Đƣờng cong nhiệt độ sấy Đồ thị biểu diễn mối quan hệ thay đổi nhiệt độ TB VLS theo thời gian trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF đư c mô dựa kết giải HPTTNTA hình 70 Nhiệt độ VLS ( C) 60 50 HP HP + RF_0.65 kW HP + RF_1,3 kW HP + RF_1,95 kW 40 30 20 100 200 300 400 Thời gian (phút) 500 600 Hình 3.6 Đường cong nhiệt độ T V S tương ứng với chế độ sấy xét đến ảnh hưởng công suất phát RF Hình 3.6 cho thấy phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF gi p t ng đáng kể tốc độ gia nhiệt so với sấy bơm nhiệt Điều lý giải với chế gia nhiệt thể tích sóng RF t ng c ng suất phát RF t ng n ng lư ng hấp thụ sóng RF VLS khiến cho phân tử lưỡng cực nước ion tự VLS dao động nhanh khiến nhiệt phát sinh V S nhanh gi p cho trình gia nhiệt diễn nhanh Kết tương tự chế gia nhiệt RF loại nơng sản óc chó bột ngô tác giả trước ( ixia ctv, 6; Samet ctv, 2017) Thời gian gia nhiệt để nấm linh chi đạt nhiệt độ °C , ph t tương ứng với mức công suất RF 0,65; 1,3 1,95 kW Tại mức công suất phát RF kW tương ứng với chế độ sấy sử dụng bơm nhiệt, thời gian gia nhiệt để nhiệt đ T nấm linh chi đạt 49,9 °C 217 phút Đối với phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF, sau nhiệt độ V S đạt nhiệt độ TNS, nhiệt độ VLS tiếp tục t ng vư t giá trị nhiệt độ TNS ẩm VLS tiếp tục hấp thụ n ng lư ng sóng RF Cơ chế tương tự kết nghiên cứu trình sử lý nhiệt RF loại nông sản thực phẩm hạnh nhân loại đậu tương, đậu nành tác giả trước đây( Zhi Huang ctv, 6; Wang ctv, ) Sau đó, nhiệt độ VLS có xu hướng giảm d n đến nhiệt độ TNS giai đoạn kéo dài đến cuối trình sấy Nhiệt độ VLS giảm d n hai nguyên nhân chính: i) ẩm độ VLS giảm khiến cho mức độ hấp thụ n ng lư ng sóng RF VLS giảm Đây ch nh phụ thuộc công suất gia nhiệt phát theo ẩm độ VLS; ii) nhiệt lư ng VLS hấp thụ giai đoạn để trì q trình hóa cho ẩm V S Cơ chế 19 tương tự nghi n cứu Samet Ozturka ctv (2016) với nghiên cứu đặc t nh điện môi trình gia nhiệt sóng RF rau củ (Samet ctv, 6) 3.5.1 Đƣờng cong tố độ sấy Đồ thị đường cong tốc độ sấy trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF đư c mơ dựa kết giải HPTTNTA hình Hình 3.7 cho thấy đường cong tốc độ sấy xác định chế độ tốc độ sấy giảm d n mà không tồn giai đoạn tốc độ sấy kh ng đổi giai đoạn đốt nóng VLS Tố độ sấ , dM/dt (kg Â/kg VLK.phút) 0,06 HP + RF_0,65 kW HP + RF_1,3 kW 0,05 HP + RF_1,95 kW 0,04 0,03 0,02 0,01 0 0,5 Độ hứa ẩ 1,5 T VLS ( g Â/ g VL ) 2,5 Hình 3.7 Đường cong tốc độ sấy tương ứng với chế độ xét đến ảnh hưởng công suất phát RF 3.5.2 Phân tích ảnh hƣởng thơng số nhiệt độ tác nhân sấy Đồ thị đường cong sấy trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng radio đư c mơ dựa kết giải HPTTNTA hình Trong đó, giá trị thơng số đ u vào như: nhiệt độ TNS 40, 45 50oC; vận tốc TNS 1,2 m/s công suất phát RF 1,3 kW Độ hứa ẩ T VLS (kg Â/ kg VLK) HP + RF_40oC HP + RF_45oC HP + RF_50oC 2,5 1,5 0,5 0 100 200 300 Thời gian (phút) 400 500 Hình 3.8 Đường cong sấy tương ứng với chế độ sấy xét đến ảnh hưởng nhiệt độ TNS Kết đường cong sấy hình 3.8 cho thấy t ng nhiệt độ TNS giúp rút ngắn đáng kể thời gian sấy Điều đư c giải th ch t ng nhiệt độ TNS t ng lư ng nhiệt hấp thụ V S gi p t ng tốc độ gia nhiệt Khi đó, q trình khuếch tán ẩm VLS diễn nhanh Tại nhiệt độ TNS 50oC, thời gian sấy để độ chứa ẩm TB 20 nấm linh chi đạt 0,15 (kg Â/ kg VLK) 402 phút, giảm 11% 21% so với nhiệt độ TNS 45oC 40oC với thời gian sấy l n lư t 454 402 phút 3.5.3 Phân tích ảnh hƣởng thơng số vận tốc tác nhân sấy Đồ thị đường cong sấy trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng radio đư c mơ dựa kết giải HPTTNTA hình Trong đó, giá trị thơng số đ u vào như: nhiệt độ TNS 50oC; vận tốc TNS 1,2; 1,6 2,0 m/s công suất phát RF 1,3 kW Độ hứa ẩ T VLS (kg Â/kg VLK) HP+RF_1,2m/s HP+RF_1,6m/s HP+RF_2,0m/s 2,5 1,5 0,5 0 100 200 300 Thời gian sấ (phút) 400 Hình 3.9 Đường cong sấy tương ứng với chế độ sấy xét đến ảnh hưởng vận tốc TNS Kết đường cong sấy hình 3.9 cho thấy t ng vận tốc TNS kéo dài thời gian sấy Điều đư c giải th ch t ng vận tốc TNS làm t ng lưu lư ng TNS tiếp xúc với bề mặt V S Trong chế gia nhiệt thể tích sóng RF h u gi p trì nhiệt độ V S cao nhiệt độ TNS suốt trình sấy nên TNS tiếp xúc với VLS khiến nhiệt độ bề mặt VLS giảm khiến cho nhiệt độ trung bình VLS thấp so với chế độ vận tốc TNS thấp Điều khiến kéo dài thời gian sấy Kết với chế tương tự chế sấy loại nông sản cà chua tỏi tác giả c ng bố trước có ứng dụng loại sóng hồng ngoại vi sóng (Celma ctv, 9; Mahmoud ctv, 7; Sharma ctv, 9) Tuy nhiên thời gian sấy tương ứng với ba chế độ sấy chênh lệch kh ng đáng kể khoảng 10 - 15 phút Chứng tỏ vận tốc TNS ảnh hưởng kh ng đáng kể đến tốc độ sấy với đường cong sấy tương ứng với chế độ sấy trình bày hình 3.9 g n trùng CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Kết thực nghiệm kiểm chứng phù hợp mơ hình tốn TNTA q trình sấy nấm linh chi b ng nhiệt kết hợp RF Trong nội dung luận án, để thực nghiệm kiểm chứng phù h p mơ hình toán TNTA, thực nghiệm sấy nấm linh chi đư c thực với giá trị thông số đ u vào như: vận tốc TNS: va = 1,2 m/s, nhiệt độ TNS: ta = 50oC, công suất phát thay đổi PRF = 0,65; 1,3 1,95 kW nhằm thu thập giá trị độ chứa ẩm TB VLS, nhiệt độ TB VLS q trình sấy Từ thực so sánh kết thực nghiệm với kết tính toán lý thuyết (kết dự đoán) Kết thực nghiệm dự đoán đư c thể tr n hình 4.1 hình 4.2 Hình cho thấy tốc độ giảm ẩm giai đoạn sấy thực nghiệm ban đ u thấp so với tính tốn lý thuyết Tuy nhiên sau khoảng ph t kéo dài đến cuối trình sấy, tốc độ giảm ẩm sấy thực nghiệm lại cao so với tính tốn lý thuyết Trong sai 21 khác nhiệt độ TB VLS thực nghiệm lý thuyết (hình ) c ng theo quy luật tương tự Trong giai đoạn sấy thực nghiệm ban đ u khoảng 200 phút giá trị nhiệt độ TB VLS cao so với lý thuyết sau hết trình sấy thực nghiệm, nhiệt độ TB VLS lại thấp so với lý thuyết Điều đư c giải thích khay sấy ảnh hưởng cản trở d ng TNS làm giảm mật độ tiếp xúc TNS với bề mặt so với bề mặt VLS giả thuyết bỏ qua chênh lệch Điều khiến cho tốc độ trao đổi nhiệt - ẩm đối lưu VLS TNS giảm nên tốc độ giảm ẩm sấy thực nghiệm thấp Tuy nhi n sau khoảng 200 phút ảnh hưởng tư ng co ngót VLS khiến hệ số khuếch tán ẩm t ng trình sấy thực nghiệm nên tốc độ giảm ẩm t ng cao m hình lý thuyết V S coi kh ng bị biến dạng q trình sấy Trong đó, sai khác nhiệt độ TB VLS thực nghiệm lý thuyết đư c giải th ch giai đoạn sấy thực nghiệm ban đ u khoảng 200 phút với ẩm độ VLS sấy thực nghiệm cao n n nhiệt phát sinh ẩm VLS hấp thụ n ng lư ng sóng RF nhiều Tuy nhi n sau khoảng 200 phút, tốc độ giảm ẩm trình sấy thực nghiệm cao so với lý thuyết Khi đó, ẩm độ VLS sấy thực nghiệm thấp nên nhiệt phát sinh ẩm VLS hấp thụ n ng lư ng sóng RF thấp so với lý thuyết Thực nghiệm_0,65 kW Độ hứa ẩm TB VLS (kg Â/kg VLK) ự đoán_0,65 kW Thực nghiệm_ , kW ự đoán_1,3 kW 0 80 160 240 320 400 480 80 160 240 320 Thời gian (phút) Thời gian (phút) Độ hứa ẩm TB VLS (kg Â/kg VLK) Độ hứa ẩm TB VLS (kg Â/kg VLK) Thực nghiệm_1,95 kW ự đoán_1,95 kW 0 80 160 240 320 Thời gian (phút) 400 480 Hình Đường cong sấy kiểm chứng phù h p mơ hình tốn 400 480 65 60 55 50 45 40 35 30 25 Thực nghiệm_0,65kW ý thuyết_0,65kW 100 200 300 Thời gian (phút) Nhiệt độ (oC) Nhiệt độ (oC) Nhiệt độ (oC) 22 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 Thực nghiệm_ , kW ý thuyết_1,3kW 400 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 100 200 300 Thời gian (phút) 400 Thực nghiệm_1,95kW ý thuyết_1,95kW 100 200 Thời gian (phút) 300 400 Hình Đường cong nhiệt độ TB VLS kiểm chứng phù h p mơ hình tốn Thực phân t ch so sánh hai tổ h p số liệu thực nghiệm dự đoán ph n mềm Stapraphics centuri để xác định giá trị P-value hai thơng số so sánh bao gồm sai số bình phương trung bình RMSE sai số tuyệt đối trung bình MAE Giá trị đư c trình bày bảng 4.1 Kết bảng 4.1 cho thấy mức công suất RF khác nhau, giá trị P-value > 0,05 cho thấy khơng có sai khác rõ rệt mặt thống k hai tổ h p số liệu Bên cạnh đó, giá trị thơng số so sánh sai số bình phương trung bình RMSE sai số tuyệt đối trung bình MAE tương đối nhỏ cho thấy kết hai tổ h p số liệu có sai khác thấp chấp nhận đư c Bảng 4.1 Giá trị thông số so sánh hai tổ hợp số liệu độ chứa ẩ T VLS v nhiệt độ TB VLS thực nghiệ v dự đ án Mức c ng suất RF PRF = 0,65 kW PRF = 1,3 kW PRF = 1,9 kW  Thông số so sánh độ chứa ẩm TB VLS P-value RMSE MAE 0,805 0,122 10,5% 0,8 0,119 10% 0,792 0,118 9% Thông số so sánh nhiệt độ TB VLS P-value RMSE MAE 0,917 0,918 1,4% 0,906 0,949 1,3% 0,892 0,97 1,3% Lý sai khác kết thực nghiệm tính tốn lý thuyết Kết thực nghiệm tính tốn lý thuyết có sai khác số nguyên nhân sau: i) VLS sấy trình sấy thực nghiệm bị thay đổi hình dạng k ch thước Điều khiến hệ số khuếch tán ẩm thay đổi q trình sấy Trong đó, m hình 23 toán lý thuyết đư c thiết lập với giả thiết V S coi kh ng bị biến dạng trình sấy ii) uá trình trao đổi nhiệt - ẩm TNS VLS trình sấy bị ảnh hưởng khay sấy gây sai khác trình trao đổi nhiệt - ẩm TNS với bề mặt bề mặt V S Trong đó, m hình tốn lý thuyết bỏ qua sai khác 4.2 Kết thực nghiệ xá định chế độ sấy phù hợp nấm linh chi b ng nhiệt kết hợp RF 4.2.1 Bài toán hộp đen - Th ng số đ u ra: thời gian sấy (TGS) hàm lư ng Polysaccharides nấm (PA) - Thông số đ u vào: nhiệt độ TNS (ta), vận tốc TNS (va) công suất phát RF (PRF) 4.2 Xá định vùng nghiên cứu - Nhiệt độ TNS: ta = 40 - 50oC với khoảng biến thi n: Δta = 5oC - Vận tốc TNS: va = 1,2 - 2,0 m/s với khoảng biến thi n: Δva = 0,4 m/s - Công suất điện phát RF: PRF = 0,65 - 1,95 kW với khoảng biến thi n: ΔPRF = 0,65 kW 4.2.3 Lập ma trận thực nghiệm Ma trận thí nghiệm đư c thiết lập máy tính ph n mềm Stagraphics Centurion 17 Các chế độ thí nghiệm ng u nhiên dựa tr n sở thiết kế Box-Behnken design với số thí nghiệm 15 bao gồm thí nghiệm lặp mức sở Các thông số đ u vào đ u đư c mã hóa cụ thể sau: + Nhiệt độ TNS đư c mã hóa là: X1 + Vận tốc TNS đư c mã hóa là: X2 + Cơng suất phát RF đư c mã hóa là: X3 + Hàm lư ng Polysaccharide đư c mã hóa là: Y1 + Thời gian sấy, TGS đư c mã hóa là: Y2 4.2.4 Kết phân tí h phƣơng sai Tiến hành thực nghiệm theo ma trận thiết lập Từ số liệu thực nghiệm, tiến hành phân t ch phương sai dạng đa thức bậc II đ y đủ hàm hàm lư ng Polysccharides hàm thời gian sấy Kết phân t ch phương sai cho thấy tất hệ số hồi quy đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa , (P-Value < 0,05) Giá trị Lack-of-fit = 0,3057 > 0,05 (đối với hàm hàm lư ng Polysccharides) Ggiá trị Lack-of-fit = 0,4588 > 0,05 (đối với hàm thời gian sấy) chứng tỏ mơ hình hồi quy hàm lư ng Polysccharides hàm thời gian sấy phù h p Thực phân tích hồi quy đa yếu tố hàm hàm lư ng Polysccharides hàm thời gian sấy theo giá trị thực nghiệm, phương trình hồi quy cho hàm hàm lư ng Polysaccharide hàm thời gian sấy dạng thực có dạng phương trình (4.1) (4.2) t v (4.1) T t v (4.2) 4.2.5 Xá định thơng số tiêu thích hợp cho thiết bị sấy nấm linh chi b ng nhiệt kết hợp RF Bài toán tối ưu đư c thiết lập dựa hai hàm mục ti u PA TGS đặc trưng cho tiêu chất lư ng sản phẩm sấy hiệu vận hành thiết bị sấy Chỉ tiêu tối ưu chung hay gọi đa mục ti u toán đư c giải nhằm đạt chất lư ng sản 24 phẩm hiệu tốc độ sấy thiết bị cao Khi giá trị thông số đ u hàm lư ng Polysaccharide c n đạt mức cao thời gian sấy c n đạt mức thấp Bài toán tối ưu c n đư c giải đư c trình bày cụ thể sau:  H đa ụ tiêu: PA→Max v TGS→Min t v T t v →Min Hàm điều kiện: ≤ ta ≤ ; , ≤ va ≤ , ,65 ≤ PRF ≤ ,95 Giải toán tối ưu đa yếu tố ph n mềm Excel , kết đư c xử lý dựa hàm đa mục ti u, hàm điều kiện giá trị thông số bảng ma trận thực nghiệm Kết xử lý đư c trình bày đây: Thông số chế độ sấy phù h p: + Nhiệt độ TNS: ta = 47oC + Vận tốc TNS: va = 1,53 m/s + Công suất phát RF: PRF = 1,61 kW + Giá trị hàm lư ng Polysaccharide: PA = 9,39 mg/g + Giá trị thời gian sấy: TGS = 409 phút KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ KẾT LUẬN Dựa kết nghiên cứu luận án, mục tiêu nội dung nghiên cứu luận án đạt đư c yêu c u đề Từ kết nghiên cứu luận án, số nội dung kết luận đư c rút trình bày đây: Dựa kết nghiên cứu tổng quan cơng trình nghiên cứu nước giới nấm linh chi c ng nghệ gia nhiệt sóng RF đề xuất đư c phương án nghiên cứu luận án kỹ thuật sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF Bằng thực nghiệm xây dựng đư c phương trình xác định công suất gia nhiệt phát RF phương trình xác định thơng số nhiệt - vật lý nấm linh chi khối lư ng riêng, nhiệt dung riêng, độ ẩm cân bằng, ẩn nhiệt hóa hệ số khuếch tán ẩm Mơ hình tốn học mơ tả q trình TNTA q trình nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF đư c xây dựng Trong đó, q trình TNTA trình sấy đư c xem chiều có xét đến tư ng khuếch tán ẩm ảnh hưởng đến truyền nhiệt nguồn sinh nhiệt b n V S n ng lư ng sóng RF đư c hấp thụ ẩm lòng VLS Hệ phương trình TNTA đư c giải phương pháp sai phân hữu hạn dựa thuật toán sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab Kết giải HPTTNTA đư c sử dụng để phân tích lý thuyết động học trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng radio có xét đến ảnh hưởng thông số công suất phát RF, nhiệt độ tác nhân sấy vận tốc tác nhân sấy Kết cho thấy t ng c ng suất phát RF t ng nhiệt độ TNS giúp rút ngắn đáng kể thời gian sấy t ng vận tốc TNS kéo dài thời gian sấy Thực nghiệm kiểm chứng đư c mức độ phù mơ hình tốn TNTA q trình sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF Trong đó, thay đổi độ chứa ẩm TB VLS nhiệt độ TB VLS theo thời gian sấy dựa kết giải HPTTNTA theo mơ hình tốn đư c thiết lập có biên dạng xu hướng phù h p với diễn biến suốt trình sấy thực tế 25 Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm xác định đư c mơ hình hồi quy biểu diễn phụ thuộc hàm thời gian sấy hàm hàm lư ng Polysaccharide theo thông số đ u vào nhiệt độ TNS, vận tốc TNS công suất phát RF Trong đó, thơng số nhiệt độ TNS cơng suất phát RF có ảnh hưởng rõ rệt vận tốc TNS có ảnh hưởng kh ng đáng kể Dựa tr n sở quy hoạch thực nghiệm giải toán tối ưu xác định đư c chế độ sấy phù h p phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF cho nấm linh chi KHU ẾN NGHỊ Nội dung luận án đạt đư c mục tiêu nội dung nghiên cứu đề Luận án tập trung vào nghiên cứu vấn đề li n quan đến trình TNTA trình sấy nấm Linh chi phương pháp sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF hai tiêu hiệu q trình sấy tiêu kỹ thuật hiệu vận hành hệ thống sấy (đư c đặc trưng thông số thời gian sấy) tiêu chất lư ng sản phẩm sấy (đư c đặc trưng hàm lư ng Polysaccharide nấm Linh chi) Vì vậy, c n triển khai nghiên cứu thực nghiệm quy mô lớn để đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật sấy nấm Linh chi sấy bơm nhiệt kết h p sóng RF DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG Ố LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Phạm V n Ki n, Anh Đức, Nguyễn Hay, 2018 Nghiên cứu tính chất nhiệt - vật lý nấm Linh chi Tạp chí Năng lượng nhiệt, 142: 11 – 15 Nguyen Hay, Le Anh Duc, Pham Van Kien, 2018 Study on Designing and Manufacturing a Radio Frequency Generator Using in Drying Technology IEEE, (2018) ISBN: 978-1-5386-5125-4, DOI: 10.1109/GTSD.2018.8595618, pp 416 - 422 Pham Van Kien, Nguyen Hay, Le Anh Duc, 2019 Equilibrium Moisture Content of Ganoderma Lucidum Journal of Applied Mechanics and Materials 889: 266-274 Nguyen Hay, Le Anh Duc, Pham Van Kien, 2019 Chapter: “Study On Designing And Manufacturing A Radio Frequency Generator Using In Drying Technology and Efficiency Of A Radio Frequency Assisted Heat Pump Dryer In Drying of Ganoderma Lucidum” In Green Technologies book, DOI: 10.5772/intechopen.88825 IntechOpen, The Shard, 32 London Bridge Street, London SE1 9SG, United Kingdom ... nghi n cứu phương pháp sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF Luận án lựa chọn phương pháp sấy nấm linh chi bơm nhiệt kết h p sóng RF để thực nghiên cứu kỹ thuật sấy nấm linh chi Việt Nam Trong... độ sấy phù h p cho nấm linh chi nhằm đảm bảo đư c chất lư ng sản phẩm sấy nấm Linh chi điều kiện thực tế Việt Nam CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nấm linh chi 1.1.1 Khái niệm nấm linh chi Linh chi. .. phẩm sấy nấm linh chi 8 CHƢƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu Nấm linh chi sử dụng nghiên cứu loại nấm linh chi đỏ (Ganoderma Lucidum) Đây loại nấm linh chi đư c nuôi