b. Nhận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp
2.5.1 Cơ sở lý thuyết
Nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện nhằm xác định quá trình truyền khối bên trong tế bào thực phẩm, xảy ra trong suốt quá trình tách nƣớc thẩm thấu (Magee et al., 1983; Azuara et al., 1992; Kaymak-Erekin và sultanoglu, 2000, trích dẫn bởi Bahadur Singh, 2006).
Hai trở lực chống lại quá trình truyền khối trong quá trình tách nƣớc thẩm thấu sản phẩm nông sản bao gồm đối kháng trong và đối kháng ngoài. Trong đó, sự chuyển động của dung dịch ở bề mặt phân chia rắn-lỏng chi phối đối kháng ngoài, trong khi đối kháng trong chịu ảnh hƣởng bởi cấu trúc mô tế bào và sự tƣơng tác giữa các dòng dung dịch khác. Dƣới những điều kiện xử lý thông thƣờng đối kháng ngoài thì không đáng kể so với đối kháng trong (Spiazzi et al., 1997, trích dẫn bởi Matusek & Merész, 2002).
Định luật Fick cho quá trình khuếch tán không ổn định thƣờng đƣợc các nhà nghiên cứu đề nghị để ƣớc lƣợng sự khuếch tán của nƣớc và chất tan trên cơ sở mô phỏng các thí nghiệm với những điều kiện biên để khắc phục những giả thiết liên quan trong định luật Fick (Conway et al., 1983; Hough et al., 1993; Rastogi et al., 1994; Kaymak và Cakaloz, 1996) (trích dẫn bởi Matusek và Merész, 2002). Các giả định này bao gồm nồng độ không đổi của dung dịch ngoài và trở kháng bề mặt không đáng kể so với trở kháng khuếch tán bên trong (Lazarides et al., 1995, trích dẫn bởi Matusek và Merész, 2002).
Giả thuyết nồng độ dung dịch không đổi có thể đƣợc thỏa mãn bằng việc duy trì một tỷ lệ dung dịch ngâm nhiều hơn thực phẩm. Điều này có thể đƣợc thỏa mãn ở phạm vi phòng thí nghiệm. Tuy nhiên trong công nghiệp, sự chuyển động của một thể tích dung dịch có độ đậm đặc cao trong thiết bị là vấn đề cần đƣợc quan tâm. Theo đề nghị của Lenart và Flink (1984) (trích dẫn bởi Matusek
Chương 2. Lược Khảo Tài Liệu
SVTH: Huỳnh Văn Đạt 22
và Merész, 2002) tỷ lệ dung dịch và thực phẩm 4-6 là điều kiện tối ƣu cho hiệu quả của quá trình thẩm thấu.
Giả định trở kháng ngoài không đáng kể không thể luôn luôn đƣợc thỏa mãn ở độ nhớt cao, nhiệt độ thấp và nồng độ chất tan cao. Nói cách khác, trở kháng ngoài không thể xem nhƣ không đáng kể cho sự tách nƣớc thẩm thấu tiến hành tại những điều kiện có sự khuấy đảo dung dịch khác nhau (Mavroudis et al., 1998, trích dẫn bởi Matusek và Merész, 2002).
Định luật Fick đối với trạng thái khuếch tán không ổn định có thể mô tả bằng phƣơng trình vận chuyển khối lƣợng phân tử:
∂C ∂t =D ∂2 C ∂2 x Trong đó: C: nồng độ của thành phần khuếch tán. D: hệ số khuếch tán. t: thời gian.
x: tọa độ không gian, hƣớng khuếch tán.
Theo phƣơng thức này, sự truyền khối kép đƣợc bỏ qua và chỉ có một quá trình vận chuyển nƣớc hoặc chất tan.
Các phép giải tích khác của định luật Fick đƣợc xây dựng bởi Crank (1979) (trích dẫn bởi Matusek và Merész, 2002) cho một số dạng hình học và những điều kiện biên liên quan đến lƣợng khối lƣợng di chuyển, dƣới dạng một loạt những hàm mũ: 0 1*exp 2 2* = n = n t t D f f l = M M Trong đó:
- M: khối lƣợng của chất khuếch tán đi ngang qua màng tế bào.
- M∞: khối lƣợng của chất khuếch tán đi ngang qua màng tế bào ở điều kiện cân bằng.
- Hàm số f1 và f2 phụ thuộc n và tỷ lệ của khối lƣợng dung dịch và chất rắn. - l: kích thƣớc đặc trƣng của chất rắn.
Chương 2. Lược Khảo Tài Liệu
SVTH: Huỳnh Văn Đạt 23
Một loạt các giả định đƣợc dùng trong mô hình này cho các trƣờng hợp khác nhau, các hình dạng mẫu khác nhau:
- Các lát mỏng là những tấm phẳng với chiều rộng dài vô hạn = x*r
- Tỷ lệ sirô và trái cây là đủ lớn nên nồng độ sirô có thể đƣợc xem là hằng số.
- Nồng độ nƣớc và nồng độ chất rắn hòa tan ban đầu là đồng nhất. - Hệ số khuếch tán biểu kiến là hằng số (D = f (C)).
- Các dòng khuếch tán ngƣợc chiều đồng thời diễn ra. Chỉ xét đến khuếch tán của nƣớc và chất tan. Những sự truyền khối khác đƣợc bỏ qua.
- Ảnh hƣởng của trở kháng ngoài đến sự truyền khối không đáng kể.
- Trở kháng bề mặt là đáng kể và thông lƣợng tại bề mặt khung cố định tỷ lệ thuận với sự khác biệt nồng độ.
- Không có trở kháng tại bề mặt và lớp màng của dung dịch đƣờng đƣợc giả định tồn tại nhƣ một lớp ranh giới.
- Sự co ngót xảy ra với cùng tỉ lệ ở mọi hƣớng hay đƣợc bỏ qua trong thời gian tách nƣớc thẩm thấu.
- Quá trình là đẳng nhiệt.
Kích cỡ của M thay đổi tùy theo từng tác giả. Mặt khác, các tác giả đã thu đƣợc hệ số khuếch tán biểu kiến phù hợp nhất với số liệu thực nghiệm. Conway (1983) đã tìm đƣợc giá trị D của nƣớc dao động từ 15*10-9
đến 60*10-9 m2/s, Berstain (1990) thu đƣợc giá trị của D trong phạm vi từ 0.6*10-9
đến 2.5*10-9 m2/s (trích dẫn bởi Matusek và Merész, 2002).
Định luật Fick về sự khuếch tán trong thời gian tiếp xúc ngắn đƣợc áp dụng ở một số nghiên cứu trên táo, đậu xanh và một số loại trái cây (Hawkes và Flink, 1978; Magee et al., 1983; Biswal et al., 1983, trích dẫn bởi Matusek và Merész, 2002). Trong mô hình này, hệ số truyền khối tổng thể đƣợc sử dụng thay cho hệ số khuếch tán và nó đƣợc ƣớc tính dựa vào độ dốc của nồng độ và giá trị căn bậc hai của thời gian. Tuy nhiên, thông tin nhận đƣợc từ mô hình này bị giới hạn và không đúng đối với thời gian tiếp xúc dài (Parjoko et al., 1996, trích dẫn bởi Matusek và Merész, 2002).
Tóm lại, quá trình tách nƣớc thẩm thấu các sản phẩm nông sản phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố khác nhau, chính vì thế không thể sử dụng một mô hình
Chương 2. Lược Khảo Tài Liệu
SVTH: Huỳnh Văn Đạt 24
toán để biểu thị hết các cơ chế có thể xảy ra trong quá trình tách nƣớc thẩm thấu. Nhiều mô hình toán có khả năng đại diện cho số liệu thực nghiệm nhƣng việc sử dụng chúng bị hạn chế đối với những trƣờng hợp nhất định do không thể dự đoán hết các cơ chế có thể xảy ra hay yếu tố chi phối đến quá trình tách nƣớc này.