Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát xác định các thơng số ảnh hưởng
(*) Chỉ xác định với mơ hình sấy đối lưu khơng khí cưỡng bức
Xác định các nhân tố ảnh hưởng:
- Ảnh hưởng của tốc độ giĩ *
- Mật độ chitin trên đơn vị diện tích
khay sấy.
- Khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn chitin trong quá trình sấy.
Lựa chọn thơng số, mơ hình sấy thích hợp Tính tốn thiết kế thiết bị sấy 500 kg nguyên liệu/mẻ Đánh giá nhanh chất lượng chitin
Chitin từ phế liệu tơm Xác định độ ẩm ban đầu
Sấy bằng năng lượng
mặt trời Đối chứng: phơi trên nền xi măng Trong mơ hình đối lưu khơng khí tự nhiên Trong mơ hình đối lưu khơng khí cưỡng bức Chitin đạt độ ẩm yêu cầu (< 10%)
Đánh giá hiệu quả mơ
hình sấy Độ ẩm Màu sắc Vi sinh vật Cát sạn Khả năng hút nước Khả năng hấp phụ màu Khả năng hấp phụ chất béo Độ nhớt Độ ẩm Màu sắc
So sánh chất lượng chitin sấy bằng mơ
hình sấy thích hợp với phơi nắng
Thuyết minh: Chitin được sản xuất tại trường Đại học Nha Trang. Trước khi sấy tác giả tiến hành lấy mẫu xác định độ ẩm ban đầu để làm cơ sở cho quá trình tính tốn sau này, sau đĩ tiến hành sấy bằng hai mơ hình sấy đối lưu khơng khí cưỡng bức, một mơ hình sấy đối lưu khơng khí tự nhiên và mẫu đối chứng phơi trên nền xi măng, với các thơng số tốc độ giĩ, mật độ chitin sấy và khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn theo chế độ nghiên cứu.
Thời gian sấy kết thúc khi chitin đạt đến độ ẩm < 10% (KFDA, 1995), sau đĩ tác giả tiến hành đánh giá nhanh chất lượng chitin trong các mơ hình sấy về màu sắc và thời gian làm khơ để làm cơ sở để lựa chọn các nhân tố sấy tối ưu và mơ hình sấy thích hợp.
* Sau khi lựa chọn được mơ hình sấy thích hợp, chúng tơi tiến hành so sánh chất lượng của chitin sấy bằng mơ hình sấy thích hợp với mẫu đối chứng phơi trên nền xi măng về các chỉ tiêu như: độ ẩm, cát sạn, màu sắc, khả năng hút nước, độ nhớt, khả năng hấp phụ màu, khả năng hấp phụ chất béo và vi sinh vật.
* Tính tốn thiết kế mơ hình sấy 500kg nguyên liệu/mẻ.
* Nhiều cơng trình nghiên cứu thực nghiệm về ứng dụng năng lượng vào sấy rau xanh và trái cây đã được nghiên cứu trên thế giới, cụ thể như: cơng trình nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời để sấy gạo [17]; cơng trình nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời để sấy nho [51]; hay cơng trình nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời vào sấy quả mơ và phơi khơ trái cây [47, 48]; cơng trình nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời vào sấy chuối [50]. Kết quả đều cho thấy nhiệt độ, tốc độ giĩ, độ dày của nguyêu liệu sấy và độ ẩm tương đối của khơng khí cĩ ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy bằng năng lượng mặt trời.
Chính vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tơi chọn ba nhân tố để khảo sát là tốc độ giĩ, mật độ chitin sấy và khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn trong quá trình sấy chitin. Hàm mục tiêu là thời gian sấy chitin đạt đến độ ẩm < 10% là ngắn, mật độ chitin đem sấy được nhiều nhất, chitin sau khi sấy cĩ màu trắng sáng và phải đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả trong sử dụng điện.
Để xác định được ảnh hưởng của nhân tố tốc độ giĩ, mật độ chitin và khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn trong quá trình sấy chitin, chúng tơi tiến hành bố trí thí nghiệm theo phương pháp truyền thống.
2.2.2 Bố trí thí nghiệm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy chitina. Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tốc độ giĩ đến quá trình sấy chitin a. Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tốc độ giĩ đến quá trình sấy chitin
- Mục đích: Mục đích của thí nghiệm này là xác định được tốc độ giĩ thích hợp
trong quá trình sấy chitin.
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của tốc độ giĩ đến quá trình sấy chitin
- Thuyết minh: Trong thí nghiệm này, chitin được làm khơ bằng hai mơ hình sấy đối lưu khơng khí cưỡng bức và mẫu đối chứng phơi trên nền xi măng.
Trong quá trình sấy tốc độ chuyển động của khơng khí cĩ ảnh hưởng đến quá trình sấy, tốc độ giĩ quá lớn hoặc quá nhỏ đều khơng cĩ lợi cho quá trình sấy. Tốc độ giĩ quá lớn làm cho khĩ giữ được nhiệt lượng trên bề mặt nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy, thậm chí cịn làm tăng chi phí tiêu thụ điện năng, cịn tốc độ giĩ quá nhỏ sẽ
Xác định được tốc độ giĩ
và mơ hình sấy thích hợp
Chitin từ phế liệu tơm Xác định độ ẩm ban đầu
Đánh giá nhanh chất lượng chitin Sấy Chitin đạt độ ẩm yêu cầu (< 10%) - Mật độ chitin sấy 2 kg/m2 - Khoảng cách thời gian đảo trộn 30 phút Độ ẩm Màu sắc Đối chứng: phơi trên nền xi măng Trong mơ hình
đối lưu khơng khí cưỡng bức
Với tốc độ giĩ khác
nhau lần lượt là 1m/s, 2m/s, 3m/s, 4m/s (*)
làm cho quá trình thốt ẩm ở vật liệu chậm do đĩ thời gian sấy kéo dài. Vì vậy, cần phải cĩ một tốc độ giĩ thích hợp cho quá trình sấy chitin.
Trong cơng đoạn khảo sát ảnh hưởng của tốc độ giĩ đến quá trình sấy chitin, căn cứ vào kết quả phương pháp thăm dị cổ điển cho thấy khi vận tốc giĩ nhỏ thời gian sấy kéo dài, khi vận tốc giĩ lớn thời gian sấy được rút ngắn nhưng chi phí điện năng lại cao, đồng thời kết hợp với cơng trình nghiên cứu của Trần Đại Tiến (2010) với quá trình sấy mực, chúng tơi tiến hành khảo sát tốc độ giĩ từ 1 m/s đến 4 m/s. Mật độ chitin sấy cố định 2,0 kg/m2 và cố định thời gian giữa các lần đảo trộn là 30 phút.
Sấy đến khi chitin đạt độ ẩm < 10% thì dừng, sau đĩ tiến hành đánh giá nhanh chất lượng chitin ở từng mơ hình tương ứng với mỗi tốc độ giĩ và mẫu đối chứng về màu sắc và độ ẩm. Tiến hành thí nghiệm theo phương pháp thống kê sinh học, mỗi thí nghiệm tiến hành 3 lần. Kết quả là trung bình cộng của các lần thí nghiệm.
- Kết quả cần đạt: Để chọn thơng số tốc độ giĩ thích hợp tác giả căn cứ vào thời gian làm khơ ngắn nhất, chitin cĩ màu sắc trắng sáng và tính hiệu quả trong tiêu thụ điện năng.
b. Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của mật độ chitin trên đơn vị diện tích khay sấyđến quá trình sấy chitin tích khay sấyđến quá trình sấy chitin
- Mục đích: Mục đích của thí nghiệm này là xác định mật độ chitin trên đơn vị diện tích khay sấy thích hợp nhất.
- Thuyết minh: Trong thí nghiệm này, chitin được làm khơ bằng hai mơ hình sấy đối lưu khơng khí cưỡng bức, một mơ hình sấy đối lưu khơng khí tự nhiên và mẫu đối chứng phơi trên nền xi măng.
Mật độ chitin sấy cĩ ảnh hưởng lớn đến màu sắc cũng như thời gian sấy. Mật độ chitin sấy ít quá thì thời gian sấy chitin ngắn, màu sắc chitin sau khi sấy trắng sáng nhưng lại làm giảm cơng suất sấy của thiết bị. Ngược lại, mật độ chitin sấy nhiều quá làm kéo dài thời gian sấy đồng thời màu sắc của chitin sau khi sấy khơng được trắng. Vì vậy phải cĩ mật độ chitin sấy thích hợp.
Qua khảo sát ảnh hưởng của mật độ chitin sấy đến quá trình sấy, căn cứ vào kết quả phương pháp thăm dị cổ điển cho thấy mật độ chitin trên đơn vị diện tích khay sấy thấp cho màu sắc chitin trắng sáng và thời gian sấy ngắn, với mật độ chitin trên đơn vị diện tích khay sấy nhiều thì màu sắc chitin sau khi sấy cĩ màu trắng đục hoặc màu trắng hồng và thời gian sấy kéo dài. Căn cứ vào kết quả đĩ, chúng tơi tiến hành khảo sát
với mật độ chitin trên đơn vị diện tích khay sấy lần lượt 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 và 3,0 kg/m2, với khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn cố định là 30 phút và tốc độ giĩ thích hợp được xác định theo sơ đồ Hình 2.3.
Sấy đến khi chitin đạt độ ẩm < 10% thì dừng, sau đĩ tiến hành đánh giá nhanh chất lượng chitin ở từng mơ hình tương ứng với mỗi mật độ chitin sấy và mẫu đối chứng về màu sắc và độ ẩm. Tiến hành thí nghiệm theo phương pháp thống kê sinh học, mỗi thí nghiệm tiến hành 3 lần. Kết quả là trung bình cộng của các lần thí nghiệm.
Hình 2.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của mật độ chitin trên đơn vị diện tích khay sấy đến quá trình sấy chitin
- Kết quả cần đạt: Để chọn thơng số mật độ chitin sấy thích hợp tác giả căn cứ
vào thời gian làm khơ ngắn nhất và chitin cĩ màu sắc trắng sáng.
Xác định mật độ chitin trên đơn vị
diện tích khay sấy và mơ hình sấy
thích hợp Chitin từ phế liệu tơm, cân Xác định độ ẩm ban đầu Đánh giá nhanh chất lượng chitin Sấy Chitin đạt độ ẩm yêu cầu (< 10%) - Vận tốc giĩ thích hợp* - Khoảng cách thời gian đảo trộn
30 phút Độ ẩm Màu sắc Đối chứng: phơi trên nền xi măng Trong mơ hình
đối lưu khơng khí cưỡng bức
Trong mơ hình
đối lưu khơng
khí tự nhiên
1,0 kg 1,5 kg 2,0 kg 2,5 kg 3,0 kg
c. Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn đến quá trình sấy chitin các lần đảo trộn đến quá trình sấy chitin
- Mục đích: Mục đích của thí nghiệm này là xác định khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn thích hợp nhất.
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn đến quá trình sấy chitin
- Thuyết minh: Trong thí nghiệm này, chitin được làm khơ bằng hai mơ hình sấy đối lưu khơng khí cưỡng bức, một mơ hình sấy đối lưu khơng khí tự nhiên và mẫu đối chứng phơi trên nền xi măng.
(*) Chỉ áp dụng với mơ hình sấy đối lưu khơng khí cưỡng bức
Xác định khoảng cách thời gian đảo trộn và mơ hình thích hợp
Chitin từ phế liệu tơm Xác định độ ẩm ban đầu
Đánh giá nhanh chất lượng chitin Sấy - Vận tốc giĩ thích hợp* - Mật độ chitin sấy thích hợp Độ ẩm Màu sắc Đối chứng: phơi trên nền xi măng Trong mơ hình
đối lưu khơng
khí cưỡng bức
Trong mơ hình
đối lưu khơng
khí tự nhiên
20 phút 30 phút 40 phút 50 phút Với khoảng cách thời gian giữa
các lần đảo trộn khác nhau
Chitin đạt độ ẩm yêu cầu (< 10%)
Khoảng cách thời gian đảo trộn cĩ ảnh hưởng lớn đến thời gian sấy và màu sắc của chitin. Khi khoảng cách thời gian đảo trộn càng ngắn thì thời gian sấy càng ngắn và màu sắc chitin trắng sáng, ngược lại khi khoảng cách thời gian đảo trộn lớn thì thời gian sấy kéo dài và màu sắc chitin cĩ màu trắng hồng nhạt hoặc đậm màu. Vì vậy việc chọn khoảng cách thời gian đảo trộn hợp lý là rất quan trọng.
Trong cơng đoạn khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn đến quá trình sấy chitin, căn cứ vào kết quả phương pháp thăm dị cổ điển cho thấy khi khoảng cách thời gian đảo trộn càng ngắn thì thời gian sấy càng ngắn và màu sắc chitin cĩ màu trắng sáng.
Từ kết quả này chúng tơi tiến hành khảo sát khoảng cách thời gian đảo trộn lần lượt là 20, 30, 40 và 50 phút với với mật độ chitin trên đơn vị diện tích khay sấy thích hợp được xác định theo sơ đồ Hình 2.4 và tốc độ giĩ thích hợp được xác định theo sơ đồ Hình 2.3.
Sấy đến khi chitin đạt độ ẩm < 10% thì dừng, sau đĩ tiến hành đánh giá nhanh chất lượng chitin ở từng mơ hình tương ứng với mỗi khoảng cách thời gian đảo trộn và mẫu đối chứng về màu sắc và độ ẩm. Tiến hành thí nghiệm theo phương pháp thống kê sinh học, mỗi thí nghiệm tiến hành 3 lần. Kết quả là trung bình cộng của các lần thí nghiệm.
- Kết quả cần đạt: Để chọn thơng số khoảng cách thời gian đảo trộn thích hợp tác giả căn cứ vào thời gian làm khơ ngắn nhất và chitin cĩ màu sắc trắng sáng.
2.2.3 So sánh chất lượng chitin sấy bằng mơ hình sấy thích hợp với phơi nắng trên nền xi măng trên nền xi măng
Sau khi lựa chọn được mơ hình sấy và các thơng số vận tốc giĩ, với mật độ chitin trên đơn vị diện tích khay sấy và khoảng cách thời gian giữa các lần đảo trộn thích hợp, chúng tơi tiến hành so sánh chất lượng chitin sấy bằng mơ hình sấy thích hợp với phơi nắng trên nền xi măng về các chỉ tiêu độ ẩm, màu sắc, hàm lượng cát sạn, khả năng hút nước, khả năng hấp phụ chất béo, khả năng hấp phụ màu, độ nhớt và vi sinh vật.
2.2.4 Phương pháp phân tích
- Xác định Độ ẩm, hàm lượng cát sạn theo phương pháp của AOAC (1990). Trong đĩ:
+ Độẩm được xác định theo cơng thức: ( ).100 (%) P B A X Trong đĩ:
A: Trọng lượng cốc + mẫu trước khi sấy (g). B: Trọng lượng cốc + mẫu sau khi sấy (g).
P: Khối lượng mẫu đem sấy (g).
+ Hàm lượng cát sạn được tính theo cơng thức:
(%) 100 2 1 p G G X Trong đĩ:
G1: Khối lượng cốc và cát sạn sau khi sấy (g). G2: Khối lượng cốc sau khi sấy (g).
P: Khối lượng mẫu phân tích (g).
- Xác định màu sắc theo phương pháp cảm quan.
- Xác định khả năng hấp phụ nước, hấp phụ chất béo theo phương pháp của No và cộng sự (2000) và được xác định theo cơng thức:
100(%)
D C X
Trong đĩ:
C: Lượng chất béo hoặc nước hấp phụ (g). D: Khối lượng mẫu cân đem phân tích (g).
- Xác định khả năng hấp phụ màu theo phương pháp của Cho và cộng sự (1998) và được xác định theo cơng thức:
( 0).100 (%) C C C R Trong đĩ:
C: Nồng độ chất màu ban đầu (mg/l).
C0: Nồng độ chất màu sau khi hấp phụ (mg/l).
- Tốc độ sấy được tính theo cơng thức:
t W W
V ( 1 2)
Trong đĩ:
W1, W2: Độ ẩm của nguyên liệu trước và sau một khoảng thời gian sấy nhất định (%).
t: Khoảng thời gian sấy nhất định (phút).
- Xác định vận tốc chuyển động của khơng khí tại phịng sấy bằng lưu tốc kế số Testo 405V1.
- Xác định nhiệt độ chuyển động của khơng khí tại phịng sấy bằng nhiệt kế hiện số đầu dị cảm ứng Anymetre JR900A.
- Xác định độ nhớt được thực hiện trên nhớt kế Brookfield theo phương pháp Rao và cộng sự (2007).
- Xác định vi sinh vật theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN:
+ Phân tích Tổng số vi sinh vật hiếu khí theo theo TCVN 4884:2005 + Phân tích Escherichia coli bằng theo TCVN 6846:2007
+ Phân tích Staphylococcus aureus theo TCVN 4830-3:2005 + Phân tích Salmonella theo TCVN 5153:1990
+ Phân tích nấm mốc theo TCVN 5166:1990
- Kết quả thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm Excel. Kết quả trình bày là trung bình của ba lần thực hiện. Giá trị p < 0,05 được xem là cĩ ý nghĩa về mặt thống kê.
2.3 Tính tốn thiết kế thiết bị sấy 500 kg nguyên liệu/mẻ
Sau khi lựa chọn được mơ hình thiết bị sấy thích hợp và các chế độ sấy tối ưu, tiến hành tính tốn thiết kế mơ hình thiết bị sấy 500 kg nguyên liệu/mẻ.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Thành phần hĩa học của chitin đem sấy