Trong thời gian gần đây, việc tiêu thụ các sản phẩm sấy đang ngày càng gia tăng. Các phương pháp sấy truyền thống dựa trên không khí nóng đã được sử dụng một cách rộng rãi nhưng chúng có thể làm giảm chất lượng của sản phẩm cuối cùng, một số hợp chất hương, màu và vitamin bị phá huỷ, và thất thoát một số các acid amin cần thiết. Vì vậy, ngày nay người ta quan tâm đến các phương pháp sấy mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm. Giữa các kỹ thuật mới nổi bật thì sấy siêu âm là một kỹ thuật đầy hứa hẹn, bởi vì quá trình sấy siêu âm ở nhiệt độ thấp sẽ làm giảm thiểu sự thất thoát các cấu tử quí nhạy cảm với nhiệt độ. Ngoài ra siêu âm cho phép loại ẩm từ thể rắn mà không cần chuyển qua thể lỏng. Ngoài ra siêu âm còn được ứng dụng trong sấy những nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt độ
Nguyên lý: khi sóng siêu âm cường độ cao tiếp xúc trực tiếp với vật liệu, chúng sẽ xuyên qua môi trường rắn và tạo ra hàng loạt các hoạt động nén giãn liên tục. Các lực nén trên các bề mặt làm tạo ra các kênh rãnh nhỏ giúp cho quá trình thoát hơi nước được dễ dàng hơn. Ngoài ra, siêu âm sẽ tạo ra bọt giúp làm tăng khả năng thoát ẩm liên kết. Và một số ảnh hưởng khác được quan tâm đó là sự biến đổi của độ nhớt, sự biến dạng của các vật liệu rắn xốp, các ảnh hưởng này giúp tạo ra các rãnh siêu nhỏ, làm giảm sự khuếch tán ở các lớp biên, và làm gia tăng sự đối lưu vật chất trong thực phẩm. Tuy nhiên, chưa có bằng chứng thực nghiệm nào xác định cơ chế nào là có ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình sấy siêu âm. Đây chính là lý do chính giải thích tại sao tính khả quan của phương pháp này vẫn dưới dạng tiềm năng.
Từ những kết quả hứa hẹn đã nhận được từ mô hình thí nghiệm, đã làm tăng tiềm năng sử dụng năng lượng rung siêu âm. Tuy nhiên trong công nghiệp thì hệ thống sấy siêu âm đòi hỏi phải điều khiển được các thông số trong quá trình sấy. Có nghĩa là chúng ta cần tập trung vào:
- Những hiểu biết sâu hơn về những cơ chế chính giúp làm thoát ẩm bên trong vật liệu bằng siêu âm
- Phát triển các mô hình sấy siêu âm mẫu trong thời kỳ tiền kỹ nghệ
Theo nhóm tác giả S. de la Fuente-Blanco *, E. Riera-Franco de Sarabia, V.M. Acosta-Aparicio, A. Blanco-Blanco, J.A. Gallego-Juárez (2006) [13] đã tiến hành nghiên cứu sấy mẫu cà rốt hình trụ, tuy nhiên công việc này có thể mở rộng cho một số sản phẩm khác như khoai tây và táo. Trong nghiên cứu này các vật liệu có cấu trúc đặc trưng khác nhau (thân củ, rễ, quả) sẽ được xử lý.
Các vật mẫu sẽ được cắt thành dạng hình trụ (đường kính 24 mm, dày 8 mm). Để chuẩn bị sấy mẫu cà rốt chúng ta phải tuân theo một số qui định chung: chọn rau quả non, rửa sạch , loại bỏ phần hư hỏng và cắt chúng thành các mẫu nhỏ đồng đều, ngoài ra mẫu còn được chần một thời gian trong nước nóng truớc khi sấy. Tất cả các quá trình chuẩn bị này nhằm tránh enzym tấn công và sự oxi hoá sản phẩm. Sau đó mẫu sẽ được trữ đông.
Hình 2.17 :Mô hình hệ thống sấy siêu âm trực tiếp, bao gồm: Buồng sấy, hệ thống phát năng lượng siêu âm, bộ điều khiển , đơn
vị thu thập dữ liệu và máy tính. [13]
Hệ thống bao gồm một số phần như sau: (a) buồng sấy, (b) hệ thống phát năng lượng siêu âm, (c) bộ điều khiển, (d) đơn vị thu thập dữ liệu và (e) máy tính để xác định và điều khiển các thông số của quá trình sấy.
(a) Buồng sấy: quá trình sấy diễn ra trong buồng sấy. Máy biến năng siêu âm đặt phía trên buồng sấy. Buồng chân không đặt trong buồng sấy song song với máy biến năng, bề mặt xốp phía trên của buồng chân không được đặt các mẫu trên đó và cũng được sử dụng để thoát ẩm ra khỏi mẫu. Một trụ khí áp suất được điều kiển bởi một máy điều chỉnh được đặt dưới buồng chân không và chúng tạo ra một áp lực ổn định giữa bề mặt phân cách giữa máy biến áp và vật thể. Một thiết bị thổi không khí cưỡng bức với tốc độ dòng khí và nhiệt độ được điều khiển, giúp làm tăng khả
năng thoát ẩm trên bề mặt vật thể. Tốc độ không khí được điều khiển bởi PWM (điều rộng xung). Nhiệt độ của mẫu được đo bằng cặp nhiệt điện và được theo dõi trong suốt quá trình thông qua máy tính.
(b) Hệ thống phát năng lượng siêu âm: gồm một hộp trở kháng thích hợp, một bộ phận khuếch đại và một hệ thống điều khiển tần số cộng hưởng. Hệ thống này đươcï điều khiển đặc biệt để giữ cho năng lượng cung cấp được ổn định ở tần số cộng hưởng của máy biến năng trong suốt qúa trình sấy, không phụ thuộc vào sự thay đổi của trở kháng âm thanh của tải trọng. Hệ thống phát siêu âm có công suất tối đa là 250 W. Các thông số của máy biến năng (tần số, hiệu điện thế, dòng điện và pha) được điều khiển ổn định liên tục thể hiện trên máy tính
Tất cả các hệ thống cơ điện và khí được đặt trong buồng sấy được điều khiển trực tiếp bằng máy tính bằng các phần mềm đặc biệt( LabView và Mathematica code), và máy điều hoà tín hiệu và năng luợng bằng PWM. Ngoài ra hệ thống sấy siêu âm có thể tiến hành các bước khác nhau của quá trình sấy tự động bằng phần mềm tự động. Việc đánh giá các thông số của quá trình cũng được phân tích. Ngoài ra quá trình này cho phép áp dụng, giám sát, điều khiển các thông số của quá trình
Kết quả và bàn luận
Thí nghiệm đầu tiên được tiến hành để khảo sát ảnh hưởng của năng lượng siêu âm ( 0 W, 25W, 50 W, 75 W và 100 W) vào động lực quá trình sấy. Trong các thí nghiệm thì một số thông số đuợc giữ cố định như: