Các sản phẩm nông nghiệp sau khi được sản xuất ra sẽ phải bảo quản thế nào để phục vụ xuất khẩu có giá trị cao trong khi các phương pháp truyền thống bị giới hạn về thời gian bảo quản, tốn nhiều nhân lực và mất nhiều diện tích sân bãi luôn đặt ra bài toán cho các giới chuyên gia
LỜI MỞ ĐẦU Các sản phẩm nông nghiệp sau sản xuất phải bảo quản để phục vụ xuất có giá trị cao phương pháp truyền thống bị giới hạn thời gian bảo quản, tốn nhiều nhân lực nhiều diện tích sân bãi ln đặt tốn cho giới chuyên gia Ngày nay, kỹ thuật sấy đa dạng với nhiều phương pháp sấy khác như: sấy thăng hoa, sấy lượng mặt trời, sấy xạ hồng ngoại,…tùy thuộc vào tính chất sản phẩm yêu cầu sản phẩm đầu mà ứng dụng phương pháp sấy phù hợp Tiểu luận này, chúng em tìm hiểu phương pháp sấy xạ hồng ngoại để hiểu sâu phương pháp sấy Em xin cảm ơn thầy Võ Văn Quốc Bảo tận tâm truyền tải kinh nghiệm quý báu cho chúng em giúp cho chúng em có kiến thức để thực tiểu luận Với thời gian khả hạn chế, tiểu luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận góp ý từ thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn! SẤY BỨC XẠ HỒNG NGOẠI I BỨC XẠ HỒNG NGOẠI Khái niệm: - Tia hồng ngoại tia xạ điện tử có bước sóng dài ánh sáng khả kiến (ánh sáng nhìn thấy mắt thường), ngắn tia vi sóng (sóng tần số siêu cao), loại ánh sáng đỏ khơng trơng thấy có chất sóng điện từ - Tia hồng ngoại có bước sóng khoảng từ 700nm đến 1mm với tần số khoảng từ 430THz đến 300GHz - Nguồn xạ hồng ngoại dùng có hiệu cao kỹ thuật sấy vật liệu mỏng (bánh tráng, loại củ xắt lát ) - Tia hồng ngoại phát nhiệt khơng đốt nóng khơng khí qua Năng lượng hồng ngoại sử dụng để tác động đến số đối tượng có khả làm kích thích, tạo dao động tương tác phân tử với Quá trình dao động sinh lượng, tạo nhiệt - Tỷ lệ truyền nhiệt phụ thuộc vào: • • • Các thuộc tính bề mặt hai tài liệu Các hình dạng quan phát nhận Nhiệt độ bề mặt vật liệu sưởi ấm nhận Tính chất: - Tia hồng ngoại truyền theo đường thẳng từ nguồn phát nó, tia hồng ngoại truyền với vận tốc ánh sáng, khơng đốt nóng khơng khí mà qua - Khi vật phát xạ hồng ngoại phần khơng đáng kể tia hồng ngoại hấp thụ CO2, nước số hạt khác khơng khí - Cường độ xạ hồng ngoại giảm dần theo khoảng cách từ nguồn phát đến vật phát, nhiệt độ thuộc tính vật lý định hiệu bước sóng phát - Khi lượng hồng ngoại tác động đến số đối tượng làm cho điện tử bị kích thích dao động, dao động tương tác với điện tử khác bên cạnh làm cho chúng dao động theo, trình dao động sinh lượng động năng, tạo nhiệt làm cho nhiệt độ phân tử nước tăng nhanh dẫn đến trình bốc nhanh Nguồn phát tia xạ: - Đèn gương : dây tóc đèn vonfram, cơng suất từ (150-500 W) Nhiệt độ đèn (2300 ± 100) oK Hệ số hiệu dụng lượng 70 % Đèn có nhược điểm dễ vỡ, quán tính nhiệt kém, tổn thất nhiệt lớn, chiếu khơng Tuy có tạo đơn giản, dễ sử dụng đèn dùng để sản phẩm thực phẩm cấu sấy - Đèn ống thạch anh: cấu tạo loại dây vonfram xoắn đặt tâm ống thạch anh hình trụ, cơng suất từ (0,1-20) kW Nhiệt độ đèn loại 2800 oK - Que đốt điện trở: cấu tạo que đốt gồm dây hợp kim nicrơm xoắn hình lị xo đặt ống kim loại, cách điện ôxit manhê, oxit nhôm cát thạch anh Công suất que đốt đạt đến 25 kW, nhiệt độ 800 oC Đây loại que đốt thơng dụng II CƠNG NGHỆ SẤY BỨC XẠ HỒNG NGOẠI Nguyên lý chung: Sấy xạ hồng ngoại phương pháp sấy vật liệu ẩm sử dụng nguồn phát tia hồng ngoại tác nhận để làm bay nước có thực phẩm Hầu hết loại vật liệu ẩm cấu tạo từ nước hợp chất hữu Bên cạnh điều kiện giống nước loại hợp chất hữu này, lại hấp thụ lượng cực đại xạ hồng ngoại nguồn phát phát ra, bước sóng khác Khi cấp điện cho bóng đèn hồng ngoại đèn phát sáng sản sinh tia hồng ngoại chiếu tới vật liệu ẩm phịng sấy Do nhận nguồn lượng xạ mà đèn hồng ngoại chiếu tới, nội nước vật liệu ẩm tăng lên nhanh chóng, ma sát phân tử nước tăng lên dẫn đến nhiệt độ nước tăng lên dần tới nhiệt độ sôi, cắt đứt liên kết phân tử nước với phân tử nước, phân tử nước với cấu trúc hữu Kết nước chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái bốc theo chiều ly tâm bên vật liệu ẩm ngồi mơi trường sấy Trong hợp chất hữu cấu thành nên vật liệu ẩm giống vật suốt hấp thụ khơng đáng kể xạ hồng ngoại chiếu tới Vì hợp chất hữu cấu tạo nên vật liệu ẩm loại thực phẩm chúng khơng bị ảnh hưởng bước sóng hồng ngoại Khả làm bay nước tự bước sóng nhiệt độ đóng vai trị quan trọng vào q trình làm khơ vật liệu ẩm, tính chất nhiệt mà tia hồng ngoại sinh Vậy thấy rõ ràng có hai tác nhân để làm khơ vật liệu ẩm là: Bước sóng tia hồng ngoại nhiệt độ tia hồng ngoại phát Và đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ trình sấy từ làm giảm đáng kể thời gian sấy, góp phần tăng hiệu q trình sấy lên nhiều Ưu điểm công nghệ thực phẩm: Sản phẩm thu sau q trình sấy khơ hồng ngoại có chất lượng khơng thay đổi so với trước sấy: Hương thơm, vị ngon hàm lượng vitamin bảo toàn, sản phẩm sấy thực phẩm, trái cây, hải sản đồ ăn Q trình sấy khơng làm thức ăn bị nhiễm khuẩn: Đảm bảo vệ sinh an tồn thực phẩm ln mức cao Cơng nghệ sấy tia hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sản xuất: Do giúp tiết kiệm chi phí cho thành phẩm Phương pháp hồn tồn khơng có tác động chất xúc tác (hóa chất) đặc biệt: không gây ô nhiễm môi trường không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người Tia hồng ngoại cịn có khả tiêu diệt trùng tiệt trùng sản phẩm sấy: giúp đảm bảo chất lượng cho sản phẩm sấy Ngoài máy sấy sử dụng hồng ngoại cịn có nhiều ưu điểm vượt trội Ví dụ chi phí lắp đặt thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại tương đối thấp, phù hợp với nhiều quy mô sản xuất kinh doanh khác Cuối việc vận hành sử dụng máy sấy hồng ngoại đơn giản, cò thể dễ dàng học thực hành nhà Hạn chế công nghệ thực phẩm: Khả xuyên thấu máy sấy dùng tia hồng ngoại kém: Chúng sấy khơ sản phẩm mỏng, kích thước nhỏ Sản phẩm sấy không giữ nguyên trạng ban đầu: Thành phẩm thường bị cong, vênh, bị nứt sau sấy Chỉ dùng cho loại thực phẩm cắt lát, mỏng: Không phù hợp với vật cần sấy khác gốm, men sứ, gỗ… III ỨNG DỤNG Công nghệ sấy hồng ngoại cân sấy ẩm: Trong cân sấy ẩm, ứng dụng sấy hồng ngoại ứng dụng để cấu tạo nên phận gia nhiệt thiết bị Các thiết bị gọi cân sấy ẩm hồng ngoại, chúng thực sấy nhiệt độ từ 50 - 1600 °C Đồng thời, người dùng tùy chỉnh nhiệt độ theo tính chất vật mẫu yêu cầu sấy, cho phép sấy vật mẫu cách nhanh chóng đồng Ưu điểm việc ứng dụng công nghệ hồng ngoại cân sấy ẩm: • Các tác động xạ hồng ngoại trình sấy khơng gây ảnh hưởng tới tính chất khác khơng làm biến dạng vật mẫu • Hệ thống đèn hồng ngoại cân sấy ẩm cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh • Các cân sấy ẩm hồng ngoại tích hợp nhiều tính tự động thông minh giúp việc sử dụng dễ dàng tiện lợi • Các thao tác thủ cơng lược bớt, đồng thời tăng độ xác kết đo Các ứng dụng công nghệ hồng ngoại có nhiều ưu điểm mang lại nhiều lợi ích sấy ẩm tiết kiệm chi phí, tiết kiệm thời gian Do vậy, tia hồng ngoại ngày ứng dụng rộng rãi phổ biến Trong sấy khô thực phẩm Sấy hồng ngoại dùng tia xạ hồng ngoại (giải tầng hẹp) để cung cấp lượng cho phần tử nước rau để thắng lực liên kết, thoát khỏi sản phẩm Nguồn hồng ngoại thiết bị phát với bước sóng 1,8 – 3,4 micron, sóng hồng ngoại sử dụng việc chế biến nông sản, thực phẩm xem thiết bị sấy khơ nơng sản dải biến thiên nhiệt độ thiết bị từ 37 oC – 200oC Nguồn lượng sóng hồng ngoại tiếp xúc với nông sản srx làm cho phần tử rung động dẫn đến tăng nhiệt độ bên sản phẩm cách nhanh chóng gia tăng áp suất nước Các hạt ngũ cốc, hạt đậu chiếu sóng hồng ngoại thời gian 50 giây, nhiệt độ bên hạt tăng lên 90 oC với thời gian 90 giây, nhiệt độ tăng lên 110oC Tác dụng sóng hồng ngoại chiếu vào nơng sản (đặc biệt loại hat) tạ sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, mùi vị thơm hơn, tinh bột hạt hồ hóa triệt để hơn, khơng có tượng lại bột khả tiêu hóa thực phẩm tốt Ví dụ hạt lúa mì chiếu sóng hồng ngoại khả tiêu hóa 90%, tiêu hóa hạt lúa mì khơng chiếu sóng hồng ngoại đạt 30% Sóng hồng ngoại chiếu vào nơng sản cịn làm tăng hàm lượng axit amin tự do, đồng thời ứng chế số enzyme bất lợi (như trypsin hạt đậu tương) làm tăng khả tiêu hóa đậu tương lên nhiều chiếu sóng hồng ngoại vào hạt ngũ cốc có chứa axit béo, làm giảm hoạt tính enzyme (men) oxi hóa chất béo hạn chế q trình oxi hóa chất béo bảo quản, hạt khơng bị ôi, khét đắng Mặt khác chế biến sản phẩm thực phẩm ăn liền, tia hồng ngoại có tác dụng diệt khuẩn tốt mà khơng làm giá trị dinh dưỡng nông sản thực phẩm Cơng nghệ sấy xạ có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn tính thiết thực cao, sử dụng nhiều lĩnh vực: Nông nghiệp: sấy loại hạt, rau quả, hạt giống để bảo quản gieo trồng • Chế biến thủy sản: sấy cá, mực, tơm, sản phẩm thủy sản có giá trị cao khác • Y học: sấy đối tượng sinh học quan trọng enzyme, mô động thực vật, máu, protein đảm bảo tính chất, sản phẩm đạt chất lượng vệ sinh cao • Xử lý loại hạt làm thức ăn gia súc, trùng sữa tươi (với thời gian ngắn 15 giây), gia nhiệt bề mặt sản phẩm để tạo màu sắc đẹp (ví dụ loại bánh nướng), sấy khô loại dược liệu, sấy khô loại gia vị mà màu sắc biến đổi Người ta dùng tia hồng ngoại để nướng bánh, sản xuất thực phẩm ăn nhanh ngũ cốc dinh dưỡng (cereals) dùng điểm tâm IV THIẾT BỊ Thiết bị bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại khử khuẩn: Cấu tạo: buồng sấy, khay sấy, đèn hồng ngoại, bánh xe, phân phân bố tác nhân sấy, dàn ngưng tụ, dàn bay hơi, quạt xả ẩm, quạt thổi, đèn khử khuẩn cực tím,… Ưu điểm: • Giữ màu sắc mùi • • • • vị tự nhiên sản phẩm Tốc độ truyền nhiệt lớn Khả trao đổi nhiệt tốt Dễ điều chỉnh nguồn nhiệt nhiệt độ bề mặt sản phẩm nên rút ngắn thời gian sấy Chi phí rẻ so với phương phương pháp sấy chân không nguồn xạ hồng nhiệt rẻ Nguyên tắt hoạt động: Thiết bị cài đặt nhiệt độ sấy, công suất hồng ngoại, lưu lượng tác nhân sấy, thời gian sấy khử khuẩn theo yêu cầu Sau khởi động quạt, bơm nhiệt đến hồng ngoại Đèn hồng ngoại bố trí nằm khay sấy Bức xạ từ đèn hồng ngoại làm nóng trái đến nhiệt độ yêu cầu Khi trái đạt đến nhiệt độ cài đặt, đèn hồng ngoại tắt Khi trái buồng sấy đạt độ ẩm theo yêu cầu ngừng trình sấy Lúc này, bơm nhiệt, quạt sấy, đèn hồng ngoại tắt, đèn khử khuẩn tự động mở hết thời gian khử khuẩn đặt Thanh long sau sấy khơ giữ mùi vị, màu sắc bị cong vênh Quy trình cơng nghệ sấy bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại khử khuẩn cho trái long thái lát thử nghiệm Công ty TNHH Thương mại Thanh long Thành Đạt (Bình Thuận) Kết quả, máy hoạt động ổn định với suất 50 kg/mẻ, nhiệt độ sấy 47°C, thời gian sấy 8,5 giờ, thời gian khử khuẩn 15 phút; tiêu thụ điện 0,64kWh/kg; đạt độ ẩm 12% Thanh long sau sấy khô khử khuẩn không bị nhiễm khuẩn, ký sinh trùng, vi sinh vật, đảm bảo tiêu vệ sinh an tồn thực phẩm, có mùi thơm đặc trưng, cong vênh Trong phương pháp sấy khí nóng mà doanh nghiệp sử dụng 14,5 giờ, điện tiêu thụ 0,96kWh/kg Đèn sấy công nghiệp hồng ngoại: Đặc điểm: Đèn sấy phát xạ nhiệt thường gọi đèn sấy hồng ngoại Các bóng đèn phát lượng xạ liên tục với cường độ cao Ánh sáng gọi “hồng ngoại” – nghĩa bên màu đỏ, xạ có bước sóng dài ánh sáng (thuộc vùng quang phổ bên ánh sáng đỏ) Trong ánh sáng mà mắt người nhìn thấy được, ánh sáng đỏ ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dài Cấu tạo: Đèn sấy hồng ngoại có dây tóc đèn làm vonfram, công suất đèn đạt mức từ 150 – 500 W/h, nhiệt độ đèn dao động mức từ 2.300 – 100 độ K Tuy có cấu tạo đơn giản, cách sử dụng vận hành đơn giản cơng nghệ sấy đèn hồng ngoại lại dùng cơng nghiệp sấy khơ thực phẩm lý định.Người ta mua bán bóng đèn sấy hồng ngoại chủ yếu dùng sấy sản phẩm cắt lát, dạng mỏng, dạng bột trà, bột mỳ, lúa, bột cacao… Ưu điểm: - Thời gian sấy khơ sản phẩm nhanh, nhanh hàng chục chí hàng trăm lần so với sấy đối lưu tuần hồn khí nóng - Là phương pháp sấy - Cấu tạo máy sấy dùng đèn hồng ngoại đơn giản, dễ sử dụng Nhược điểm: - Sản phẩm cần sấy dễ bị nứt, gãy, cong vênh…dẫn đến chất lượng sản phẩm sấy bị ảnh hưởng nặng nề - Chỉ phù hợp với vật cần sấy có dạng lát, mỏng - Sản phẩm nhận lượng nhiệt không đồng - Chi phí đầu tư lắp đặt bóng đèn sấy công nghiệp cao 10 Tủ sấy hồng ngoại: Đặc điểm: - Gia nhiệt tản nhiệt tầng dòng nhiệt đối lưu, giúp sản phẩm sấy đồng mà không cần phải đảo - Điều khiển điện tử khống chế nhiệt tự động - Cách nhiệt bảo ôn tốt, nhiệt độ cân nhiệt trải - Toàn hệ thống tản nhiệt theo nguyên lý tuần hoàn chạy tản buồng sấy Cấu tạo: - Khung Tủ cấu tạo chất liệu thép chất lượng cao Có lớp cách nhiệt làm sợi thủy tinh giữ nhiệt bên trong, chạm vào vỏ ngồi tủ khơng bị nóng - Bảng điều khiển dẫn dễ vận hành, tùy chỉnh nhiệt độ thời gian sấy, hẹn để dừng Tủ Sấy mít xạ hồng ngoại điều kiện tối ưu: 11 - Sau nghiên cứu để xác lập chế độ cơng nghệ sấy hồng ngoại, nhóm tác giả Lê Thu Thủy (CNTP K2008) - thầy Nguyễn Tấn Dũng tìm chế độ cơng nghệ tối ưu sau: Nhiệt độ môi trường sấy 64,25 oC; thời gian sấy 7,34h; cường độ xạ 5,64kW/m2; sản phẩm sau sấy có độ ẩm 6,1%; độ tổn thất β-carotene 48,91%; chi phí lượng 3,61kWh/kg Sản phẩm mít sấy hồng ngoại - Sản phẩm có màu sắc thay đổi, giịn khơng cứng, mùi vị tự nhiên thơm ngon, thỏa mãn giá trị cảm quan người tiêu dùng Sản sấy từ nguyên liệu tự nhiên không chiên trước sấy Vì thế, thành phần dinh dưỡng khơng bị phá hủy 12 13 ... cần sấy khác gốm, men sứ, gỗ… III ỨNG DỤNG Công nghệ sấy hồng ngoại cân sấy ẩm: Trong cân sấy ẩm, ứng dụng sấy hồng ngoại ứng dụng để cấu tạo nên phận gia nhiệt thiết bị Các thiết bị gọi cân sấy. .. nhiệt đến hồng ngoại Đèn hồng ngoại bố trí nằm khay sấy Bức xạ từ đèn hồng ngoại làm nóng trái đến nhiệt độ yêu cầu Khi trái đạt đến nhiệt độ cài đặt, đèn hồng ngoại tắt Khi trái buồng sấy đạt... Đây loại que đốt thông dụng II CÔNG NGHỆ SẤY BỨC XẠ HỒNG NGOẠI Nguyên lý chung: Sấy xạ hồng ngoại phương pháp sấy vật liệu ẩm sử dụng nguồn phát tia hồng ngoại tác nhận để làm bay nước có thực