CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN VÀ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG RAU CỦ QUẢ TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY RAU CỦ QUẢ TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN VÀ KIỂM SỐT CHẤT LƯỢNG RAU CỦ QUẢ TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY RAU CỦ QUẢ TRONG CHẾ BIẾN THỰC PHẨM GVHD: Nguyên Phuongw Nhóm Nhàn Thắm Nguyễn Viết Quỳnh Thy (2022140156) Trần Thị Vân Trâm TP HỜ CHÍ MINH, NĂM 2017 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở khoa học 1.2 Mục đích cơng nghệ phạm vi thực 1.3 Các biến đổi nguyên liệu .9 1.3.1 Vật lý .9 1.3.2 Hóa học 1.3.3 Hóa lý 10 1.3.4 Sinh học 11 1.3.5 Hóa sinh 11 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy .11 1.4.1 Các yếu tố liên quan tới điều kiện sấy 11 1.4.2 Các yếu tố liên quan đến nguyên liệu 13 1.5 Ảnh hưởng trình sấy đến chất lượng sản phẩm .13 1.5.1 Ảnh hưởng đến cấu trúc 15 1.5.2 Ảnh hưởng đến mùi vị 15 1.5.3 Ảnh hưởng đến màu sắc 16 1.5.4 Ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng 16 1.5.5 Ảnh hưởng đến hồi nguyên sản phẩm .17 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY 19 2.1 Phơi sấy lượng mặt trời 19 2.2 Sấy đối lưu 20 2.2.1 Nguyên lý hoạt động 20 2.2.2 Thiết bị sấy đối lưu 22 2.2.2.1 Thùng sấy (bin dryer) .22 2.2.2.2 Buồng sấy .22 2.2.2.3 Lò sấy .22 2.2.2.4 Hầm sấy 22 2.3 Sấy băng chuyền 23 2.4 Sấy tầng sôi (fluidized bed dryer) 24 2.5 Sấy khí động 25 2.6 Sấy phun 26 2.7 Sấy tiếp xúc (contact dryer) .26 nhiệt cung cấp dẫn nhiệt 26 2.8 Sấy tang trống (sấy trục lăn) (roller dryer) 27 2.9 Sấy cầu nóng .28 2.10 Sấy băng chuyền chân không kệ sấy chân không (vacuum band dryer, vacuum shelf dryer) 28 2.11 Sấy nổ phồng (explosion puff drying) 29 2.12 Sấy thăng hoa .29 2.12.1 Các giai đoạn sấy thăng hoa 30 2.12.1.1 Giai đoạn làm lạnh đông 30 2.12.1.2 Giai đoạn thăng hoa .30 2.12.2 Tốc độ truyền nhiệt 31 2.12.3 Tốc độ truyền khối 32 2.12.4 Thiết bị sấy thăng hoa 32 2.12.5 Ảnh hưởng trình sấy thăng hoa đến chất lượng sản phẩm .33 2.13 Sấy xạ 34 2.14 Sấy điện trường dòng cao tần (dielectric) 36 Quá trình làm nóng điện trường dịng cao tần 36 CHƯƠNG AN TOÀN THỰC PHẨM TRONG SẤY RAU CỦ QUẢ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .41 DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở khoa học Sấy trình sử dụng nhiệt để tách nước khỏi mẫu nguyên liệu Trong trình sấy, nước tách khỏi nguyên liệu theo nguyên tắc bốc thăng hoa Có nhiều phương pháp sấy chúng thực theo nguyên tắc khác Các phương pháp sấy chia thành nhóm: - Sấy đối lưu: phương pháp người ta sử dụng khơng khí nóng để làm tác nhân sấy Mẫu nguyên liệu tiếp xúc trực tiếp với khơng khí nóng buồng sấy, phần ẩm nguyên liệu bốc Như vậy, mẫu nguyên liệu cần sấy cấp nhiệt theo nguyên tắc đối lưu Khi động lực trình sấy do: Sự chênh lệch áp suất bề mặt nguyên liệu tác nhân sấy, nhờ mà phân tử nước bề mặt nguyên liệu bốc Sự chênh lệch ẩm bề mặt tâm nguyên liệu, nhờ mà ẩm tâm nguyên liệu khuếch tán vùng bề mặt - Sấy tiếp xúc: mẫu nguyên liệu cần sấy đặt lên mặt gia nhiệt, nhờ mà nhiệt độ nguyên liệu gia tăng làm cho phần ẩm nguyên liệu bốc mơi trường bên Trong phương pháp, mẫu nguyên liệu cần sấy cấp nhiệt theo nguyên tắc dẫn nhiệt - Sấy xạ: phương pháp này, người ta sử dụng nguồn nhiệt xạ để cung cấp cho mẫu nguyên liệu cần sấy Nguồn xạ sử dụng phổ biến xạ hồng ngoại nguyên liệu hấp thu lượng tia hồng ngoại nhiệt độ tăng lên Trong phương pháp sấy xạ, mẫu nguyên liệu cấp nhiệt nhờ tượng xạ, thải ẩm từ mẫu ngun liệu mơi trường bên ngồi xảy theo nguyên tắc đối lưu Thực tế cho thấy trình sấy xạ xuất Gardient nhiệt lớn bên mẫu nguyên liệu Nhiệt độ vùng bề mặt cao nhiệt độ tâm mẫu nguyên liệu từ 20-50oC.Gardient nhiệt lại ngược chiều với Gardient ẩm, điều gây khó khăn cho khuếch tán ẩm từ tâm mẫu nguyên liệu đến vùng bề mặt, đồng thời ảnh hưởng đến tính chất cấu trúc sản phẩm sau trình sấy Để khắc phục nhược điểm người ta điều khiển trình sấy xạ theo chế độ luân phiên - Sấy vi sóng dịng điện cao tần : vi sóng sóng điển tử với tần số 300300.000 MHz.dưới tác động vi sóng, phân tử nước mẫu nguyên liệu cần sấy chuyển động quay cực liên tục Hiện tượng phát sinh nhiệt nhiệt độ bề mặt nguyên liệu bốc Còn trường hợp sử dụng dòng điện cao tần, nguyên tắc gia nhiệt mẫu nguyên liệu cần sấy tương tự trường hợp sử dụng vi sóng, nhiên tần số sử dụng thấp (27-100 MHz) - Sấy thăng hoa: phương pháp này, mẫu nguyên liệu cần sấy trước tiên đem lạnh đông để phần ẩm nguyên liệu chuyển sang trạng thái rắn Tiếp theo, người ta tạo áp suất chân không nâng nhẹ nhiệt độ để nước thăng hoa, tức nước chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái mà không qua trạng thái lỏng Hiện ngành công nghiệp thực phẩm, phương pháp sấy đối lưu phổ biến 1.2 Mục đích cơng nghệ phạm vi thực Khai thác: trình sấy tách bớt nước khỏi nguyên liệu Do đó, hàm lượng chất có đơn vị khối lượng sản phẩm sấy tăng lên Theo quan điểm này, trình sấy có mục đích cơng nghệ khai thác làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng đơn vị khối lượng sản phẩm Chế biến: trình sấy làm biến đổi nguyên liệu tạo nhiều tính chất đặc trưng cho sản phẩm Ví dụ công nghệ sản xuất loại trái sấy, q trình sấy tạo tính chất vật lý hóa lý cho sản phẩm, làm cho sản phẩm khácbiệt hẳn so với nguyên liệu ban đầu cịn cơng nghệ sản xuất sữa bột, cà phê hịatan, trà hịa tan, bột rau quả… q trình sấy khơng chuyển hóa mẫu ngun liệu dạng lỏng thành sản phẩm dạng bột mà làm thay đổi sâu sắc tính chất vật lý hóa lý sản phẩm Trong tất trường hợp nói trên, mục đích cơng nghệ q trình sấy chế biến Bảo quản: trình sấy làm giảm giá trị hoạt độ nước nguyên liệu nên ức chế hệ vi sinh vật số enzyme, giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Ngoài ra, số trường hợp sử dụng nhiệt độ tác nhân sấy cao số vi sinh vật enzyme nguyên liệu bị vô hoạt nhiệt Ví dụ thu hoạch ngũ cốc, độ ẩm hạt dao động khoảng 17-18% hạt nhanh bị hư hỏng trình bảo quản Nguyên nhân hư hỏng chủ yếu hoạt động hệ enzyme vi sinh vật hạt Nếu sấy hạt dếnđộ ẩm 13% thời gian bảo quản hạt cyclo kéo dài đến năm dài Hoàn thiện: q trình sấy làm cải thiện vài tiêu chất lượng sản phẩm Xét ví dụ q trình sấy malt đại mạch Mục đích cơng nghệ q trình bảo quản Ngồi ra, trình sấy hình thành nên hợp chất melanoidine malt vàng, góp phần cải thiện màu sắc mùi vị malt Trên sở đó, trình sấy malt cịn có mục đích cơng nghệ khác hoàn thiện sản phẩm 1.3 Các biến đổi nguyên liệu 1.3.1 Vật lý Trong trình sấy xuất gradient nhiệt nguyên liệu Nhiệt độ tăng cao vùng bề mặt nguyên liệu giảm dần vùng tâm Sự khuếch tán ẩm xãy chênh lệch ẩm vùng khác bên mẫu nguyên liệu Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, phân tử nước vùng trung tâm nguyên liệu dịch chuyển vùng biên Các tính chất vật lý nguyên liệu thay đổi hình dạng , kích thước, khối lượng, tỷ trọng, độ giòn… Tùy thuộc vào chất nguyên liệu thông số công nghệ trình sấy mà biến đổi nói diễn theo quy luật mức độ khác Ví dụ: Trong q trình sấy thơm cắt miếng, thể tích snar phẩm co lại, tiêu vật lý khác khối lượng, tỷ trọng… giảm đi, nhiên độ giòn sản phẩm tăng lên.Những biến đổi vật lý ảnh hưởng đến tiêu cảm quan sản phẩm sấy 1.3.2 Hóa học Khi tăng nhiệt độ tốc độ phản ứng háo học tăng theo Do đó, trình sấy xảy nhiều phản ứng hóa học khác nguyên liệu Những biến đổi hóa học ảnh hưởng có lợi có hại đến chất lượng snar phẩm sấy Phản ứng oxy hóa: Các trục rỗng thép quay chậm đun nóng bên nước áp suất cao o đến 120-170 C Một lớp mỏng nguyên liệu trải lên bề mặt bên phương pháp nhúng, phun, trải trục lăn nạp liệu phụ Trước trục lăn hồn thành vịng quay (khoảng 20 giây đến phút) sản phẩm sấy cào lưỡi dao tiếp xúc với mặt trục theo chiều dài Thiết bị sấy có trục, trục trục kép Thiết bị đơn trục sử dụng rộng rãi, chúng linh động, tỷ lệ diện tích bề mặt trục sử dụng để sấy lớn, dễ dàng tiếp cận để bảo dưỡng khơng có nguy bị hư hại kim loại rơi vào hai trục Thiết bị sấy trục có tốc độ sấy cao, hiệu lượng cao, chúng thích hợp với ngun liệu dạng sệt có kích thước cấu tử lớn mức để sấy phun Sấy trục lăn dùng sản xuất khoai tây dạng mãnh (flake), ngũ cốc nấu sẵn, mật đường, xúp bột, pu rê trái sữa tách kem (whey) Tuy nhiên, giá thành trục lăn cao thành phần nguyên liệu nhạy cảm nhiệt dễ bị hư hại, nên sản xuất lớn chúng bị thay phương pháp sấy phun 2.9 Sấy cầu nóng Buồng sấy gắn với vít tải quay chậm có chứa cầu sứ, làm nóng khơng khí nóng, thổi vào buồng sấy Ngun liệu dạng viên, cục sấy chủ yếu dẫn nhiệt tiếp xúc với cầu nóng dịch chuyển qua buồng sấy vít tải, để thoát đáy Thời gian sấy kiểm sốt tốc độ vít tải nhiệt độ cầu nóng 2.10 Sấy băng chuyền chân không kệ sấy chân không (vacuum band dryer, vacuum shelf dryer) Nguyên liệu dạng sệt trải phun lên băng chuyền thép chạy qua trục lăn rỗng buồng chân khơng có áp suất 1-70 mmHg Lúc đầu nguyên liệu sấy trục lăn làm nóng nước sau ống xoắn trao đổi nhiệt có nước làm nóng thiết bị cấp nhiệt xạ đặt phía băng chuyền Sản phẩm sấy làm nguội trục lăn thứ có nước lạnh tách lưỡi dao Kệ sấy chân không gồm kệ đặt buồng chân không với áp súât 1-70 mmHg Nguyên liệu đặt thành lớp mỏng khay thép phẳng làm cẩn thận để đảm bảo tiếp xúc tốt với kệ Hơi nước nước nóng chạy qua kệ để cấp nhiệt cho trình sấy Quá trình sấy nhanh hư hại nhiệt đến sản phẩm hạn chế giúp cho phương pháp thích hợp với nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt Tuy nhiên, cần cẩn thận để tránh sản phẩm khỏi bị cháy khay kệ sấy chân khơng co ngót làm giảm tiếp xúc nguyên liệu với bề mặt nóng thiết bị Chúng có giá thành cao, chi phí vận hành cao suất thấp, dùng chủ yếu để sản xuất sản phẩm sấy phồng (puff dried) 2.11 Sấy nổ phồng (explosion puff drying) Bao gồm sấy sơ nguyên liệu đến độ ẩm trung bình, sau đóng kín buồng áp suất Nhiệt độ áp suất buồng tăng lên đến mức "giải phóng" tức Do áp suất giảm nhanh, sản phẩm nở ra, tạo cấu trúc xốp mịn Điều giúp cho trình sấy kết thúc sau q trình hồi nguyên sản phẩm xảy nhanh Giá trị dinh dưỡng cảm quan lưu giữ tốt Phương pháp lúc đầu áp dụng loại sản phẩm ngũ cốc nổ phồng dùng cho điểm tâm, dến chúng áp dụng cho loạt sản phẩm rau trái sấy 2.12 Sấy thăng hoa Sấy thăng hoa trình tách ẩm khỏi vật sấy thăng hoa nước Quá trình thăng hoa trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể Ở điều kiện bình thường, ẩm thực phẩm dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần chuyển sang thể rắn phương pháp lạnh đơng Chính nên cịn gọi phương pháp Sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation) Quá trình sấy thăng hoa bao gồm hai giai đoạn : làm lạnh đông sấy khô chân không thấp Cả hai hệ thống hoạt động tốn thiết bị sấy thăng hoa hoạt động theo mẻ, chi phí vận hành tăng cao Hiện có thiết bị làm việc liên tục, chi phí đầu tư cao Vì phương pháp sấy thăng hoa hạn chế sử dụng sản phẩm đắt tiền, sản phẩm mà sấy phương pháp khác Bên cạnh khơng phải ngun liệu sấy phương pháp lạnh đơng Đối với ngun liệu có cấu trúc dễ bị hư hại q trình lạnh đơng sản phẩm sấy thăng hoa hồi nguyên có kết cấu tồi Sấy thăng hoa, phương pháp sấy nhanh (AFD : accelerated freeze drying) áp dụng rộng rãi Mỹ để sấy loại nguyên liệu đắt tiền thịt gia súc, gia cầm Ngồi sử dụng để sấy sản phẩm khác : cà phê, gia vị, dược phẩm v.v 2.12.1 Các giai đoạn sấy thăng hoa 2.12.1.1Giai đoạn làm lạnh đông Giai đoạn trình sấy thăng hoa làm lạnh đơng sản phẩm Q trình làm lạnh đơng thực hai cách Cách thứ thiết bị làm lạnh đông thông thường nitơ lỏng để làm lạnh đông sản phẩm bên buồng sấy thăng hoa Cách thứ hai vật sấy tự lạnh đông buồng sấy thăng hoa buồng sấy hút chân không Sản phẩm cần làm lạnh đơng nhanh để hình thành tinh thể băng nhỏ gây hư hại đến cấu trúc tế bào sản phẩm Đối với sản phẩm dạng lỏng, làm lạnh đông chậm sử dụng để băng tạo thành lớp, lớp tạo nên kênh giúp cho nước dịch chuyển dễ dàng 2.12.1.2Giai đoạn thăng hoa Giai đoạn tách nước suốt trình sấy để làm khô sản phẩm Nếu áp suất nước giữ 4,58 mmHg (610,5 Pa) nước dạng băng, sản phẩm cung cấp nhiệt, băng rắn thăng hoa trực tiếp thành mà khơng bị tan chảy (hình vẽ : đồ thị pha nước) Hơi nước tiếp tục tách khỏi sản phẩm cách giữ cho áp suất buồng sấy thăng hoa thấp áp suất nước bề mặt băng, đồng thời tách nước máy bơm chân khơng ngưng tụ ống xoắn ruột gà lạnh, dẹt lạnh hố chất Khi q trình sấy tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên sản phẩm đông lạnh, làm nước sản phẩm sấy khô Nhiệt lượng cần thiết để dịch chuyển bề mặt thăng hoa (ẩn nhiệt thăng hoa) truyền đến sản phẩm dẫn nhiệt vi sóng cung cấp Hơi nước di chuyển khỏi sản phẩm qua kênh hình thành băng thăng hoa lấy Như vậy, khơng tính q trình ẩm phương pháp để vật ẩm tự lạnh đông buồng sấy hút chân khơng sản phẩm sấy hai giai đoạn : trước tiên trình thăng hoa xuống khoảng 15 % độ ẩm sau bay phần nước khơng đóng băng đến 2% độ ẩm q trình nhả ẩm đẳng nhiệt Quá trình nhả ẩm đẳng nhiệt (desorption) đạt cách nâng nhiệt độ máy sấy lên gần nhiệt độ môi trường xung quanh giữ áp suất thấp giống trình sấy thiết bị sấy chân không thông thường 2.12.2 Tốc độ truyền nhiệt Có ba phương pháp truyền nhiệt đến bề mặt thăng hoa Nhiệt truyền xuyên qua lớp đóng băng Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào độ dày độ dẫn nhiệt lớp băng Khi trình sấy xảy ra, chiều dày lớp băng giảm xuống tốc độ truyền nhiệt tăng lên Nhiệt độ bề mặt thiết bị cấp nhiệt giới hạn để tránh làm tan băng Nhiệt truyền qua lớp khô Tốc độ truyền nhiệt đến bề mặt thăng hoa phụ thuộc vào chiều dày diện tích bề mặt sản phẩm, độ dẫn nhiệt lớp khô chênh lệch nhiệt độ bề mặt sản phẩm bề mặt băng Khi áp suất buồng sấy không đổi, nhiệt độ bề mặt băng trì khơng đổi Lớp khơ sản phẩm có độ dẫn nhiệt thấp (tương tự vật liệu cách nhiệt) gây cản trở lớn với dòng nhiệt Khi trình sấy tiếp diễn, lớp trở nên dày cản trở nhiệt tăng lên Làm giảm kích thước nguyên liệu tăng chênh lệch nhiệt độ làm tăng tốc độ truyền nhiệt Tuy nhiên, sấy o thăng hoa, nhiệt độ bề mặt bị giới hạn đến 40-65 C để tránh biến tính protein thay đổi hố học khác, làm giảm chất lượng sản phẩm Truyền nhiệt vi sóng Nhiệt tạo bề mặt băng tốc độ truyền nhiệt không bị ảnh hưởng độ dẫn nhiệt băng chất khô hay độ dày lớp khơ Tuy nhiên, nhiệt vi sóng khó kiểm sốt có nguy bị tình trạng qúa nóng cục dẫn đến tan chảy băng 2.12.3 Tốc độ truyền khối Khi nhiệt truyền tới bề mặt thăng hoa, nhiệt độ áp suất nước băng tăng lên Hơi nước di chuyển xuyên qua chất khơ đến vùng có áp suất thấp buồng sấy Ở áp suất 67 Pa, 1g băng hình thành m đó, máy sấy thăng hoa cần phải lấy hàng trăm mét khối giây qua lổ hổng chất khơ Các yếu tố kiểm sốt chênh lệch áp suất nước : - Áp suất buồng sấy - Nhiệt độ thiết bị ngưng tụ hơi, hai cần để thấp đến mức chi phí cho phép - Nhiệt độ băng bề mặt thăng hoa, cần cao tốt không để tan chảy Trong thực tế để đảm bảo tính kinh tế, áp suất buồng sấy thấp vào khoảng 13Pa o nhiệt độ thiết bị ngưng tụ thấp khoảng -35 C Về lý thuyết, nhiệt độ băng cần nâng lên mức vừa điểm đóng băng Tuy nhiên, nhiệt độ tới hạn định, gọi nhiệt độ sụp đổ (collapse temperature), cấu trúc sản phẩm bị phá huỹ Trong thực tế, tồn nhiệt băng tối đa, nhiệt độ ngưng tụ tối thiểu áp suất buồng sấy tối thiểu thông số kiểm soát tốc độ chuyển khối 2.12.4 Thiết bị sấy thăng hoa Các máy sấy thăng hoa bao gồm buồng chân khơng có chứa khay đựng sản phẩm thiết bị đun nóng để cấp ẩn nhiệt thăng hoa Các ống xoắn ruột gà lạnh dẹt lạnh sử dụng để ngưng tụ nước trực tiếp thành băng Chúng gắn với thiết bị tự động làm tan băng để giữ cho bề mặt dây xoắn ruột gà trống tối đa cho việc ngưng tụ nước Điều cần thiết phần lớn lượng đầu vào dùng làm lạnh đông thiết bị ngưng tụ tính kinh tế sấy thăng hoa xác định hiệu suất thiết bị ngưng tụ 2.12.5 Ảnh hưởng trình sấy thăng hoa đến chất lượng sản phẩm Sản phẩm sấy thăng hoa lưu lại tốt đặc tính cảm quan chất lượng dinh dưỡng thời gian bảo quản dài bao gói cách Các chất dễ bay không bị vào nước sinh trình thăng hoa mà bị mắc lại khung sản phẩm Kết 80-90 % mùi giữ lại Kết cấu sản phẩm tốt : bị co ngót khơng bị tượng cứng vỏ Cấu trúc xốp cho phép trình làm ướt trở lại nhanh chóng hồn tồn, dễ vỡ cần bảo vệ tránh bị hư hại học Chỉ có thay đổi nhỏ chất lượng protein, tinh bột hydrocacbon khác Tuy nhiên cấu trúc xốp sản phẩm oxy xâm nhập gây oxy hố lipit Vì vậy, sản phẩm bao gói khí trơ Những thay đổi thiamin axit ascorbic trình sấy thăng hoa mức vừa phải thất thoát vitamin khác không đáng kể (xem bảng) Tuy nhiên, thất chất dinh dưỡng q trình chuẩn bị trước sấy, đặc biệt chần hấp rau ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng dinh dưỡng sản phẩm sấy thăng hoa Bảng 2.3 : Thực phẩm Đậu xanh Đậu Hà lan Nước cam Tổn thất vitamin q trình sấy thăng hoa Thất (%) Vitamin Vitamin Thiamin Riboflavin Axit C 26-60 8-30 A 0-24 3-5 - - - folic Niacin 10 - Axit - Pantothenic 10 - Thịt bò Thịt heo - -