1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.3. Công nghệ sấy
1.3.1. Sấy tự nhiên
Sấy tự nhiên là một phương pháp sử dụng nhiệt bức xạ từ mặt trời để nung nóng không khí và ẩm trong vật liệu thoát ra ngoài môi trường.
Ưu điểm:
- Công nghệ đơn giản
- Chi phí đầu tư và vận hành thấp
- Không đòi hỏi cung cấp năng lượng lớn và công nhân lành nghề - Có thể sấy lượng lớn mùa vụ với chi phí thấp
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 29 Nhược điểm:
- Kiểm soát điều kiện sấy rất kém, phụ thuộc thời tiết.
- Tốc độ sấy chậm hơn nhiều so với việc sấy bằng thiết bị sấy. - Chất lượng sản phẩm kém.
- Tốn nhiều nhân công.
1.3.2. Sấy bằng thiết bị.
Để bảo được hoặc dùng để chế biến các sản phẩm có chất lượng cao, các loại nông sản cần được sấy khô xuống độ ẩm bảo quản hoặc độ ẩm chế biến. Để thực hiện quá trình sấy, có thể dùng nhiều hệ thống sấy khác nhau : hầm sấy, buồng sấy, sấy chân không, sấy lạnh,…Mỗi chế độ công nghệ sấy khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến chất lượng của sản phẩm.
Ưu điểm;
- Kiểm soát được nhiệt độ.
- Tốc độ sấy nhanh hơn sấy tự nhiên. - Tốn ít nhân công.
- Sản phẩm đạt chất lượng cao (giữ được màu sắc và mùi vị như ban đầu). - Sản phẩm đảm bảo vệ sinh.
Nhược điểm:
- Chi phí đầu tư hơi cao so với sấy tự nhiên. - Chi phí vận hành cao.
- Không sấy được số lượng lớn cùng lúc như sấy tự nhiên.
1.3.2.1. Sấy đối lưu
Sấy đối lưu được thực hiện nhờ vào sự chuyển động của luồng không khí dùng làm tác nhân sấy. Không khí nóng được tạo ra chuyển động tuần hoàn trong buồng sấy, tiếp xúc với bề mặt vật cần sấy và làm cho hơi ẩm có trong vật bốc hơi, rồi chuyển động ra ngoài theo chính đường không khí nóng. Luồng khí nóng này có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc vuông góc với chiều chuyển động của
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 30 sản phẩm trong buồng sấy. Sấy đối lưu có thể được thực hiện từng phần hoặc thực hiện liên tục tùy vào nhu cầu sử dụng. Do đó, các thành phẩm sau sấy cũng có thể được chuyển ra khỏi buồng sấy theo từng đợt (mẻ), hoặc đưa vào bằng hệ thống băng chuyền chuyển động liên tục.
Để thực hiện quá trình sấy đối lưu, có thể dùng nhiều hệ thống sấy khác nhau với chung một nguyên tắc như : phòng sấy, hầm sấy, buồng sấy, thiết bị sấy tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy phun…Mỗi chế độ công nghệ sấy khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến chất lượng của sản phẩm và phù hợp với từng loại vật liệu sấy khác nhau.
Phòng sấy: trong phòng sấy vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển, vật liệu được xếp trên những khay hoặc xe đẩy. Việc nạp liệu và tháo liệu được thực hiện ở ngoài phòng sấy. Phòng sấy loại này có một số nhược điểm như thời gian sấy dài vì vật liệu không được đảo trộn, sấy không đều, khi nạp và tháo liệu bị mất nhiệt qua cửa, khó kiểm tra quá trình sấy
Hầm sấy: được dung khá rộng rãi trong công nghiệp, dung để sấy các vật liệu dạng hạt, cục, lát,…với năng suất cao, dễ dàng cơ giới hóa, vật liệu được đưa vào liên tục. Hầm sấy làm việc ở áp suất khí quyển và dùng tác nhân sấy là không khí hay khói lò.
Hầm sấy thường dài 10 – 15m hoặc lớn hơn, chiều cao và chiều ngang phụ thuộc vào xe goong và khay tải vật liệu sấy.
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 31
Thiết bị sấy băng tải: dung để sấy các vật liệu như rau quả, ngũ cốc, than đá,…Cấu tạo gồm một phòng hình chữ nhật, trong đó có một vài băng tải chuyển động nhờ tay quay, các băng tải này tựa trên các con lăn để không bị võng xuống.
Hình 1.21. Thiết bị sấy băng tải
Thiết bị sấy buồng: dung sấy các vật liệu dạng hạt, cục, tấm,… Cấu tạo chủ yếu của hệ thống là buồng sấy, trong buồng sấy có bố trí các thiết bị giá đỡ gọi chung là thiết bị chuyên tải. Nhược điểm là năng xuất nhỏ.
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 32
Thiết bị sấy tháp: là thiết bị chuyên dụng để sấy các loại hạt cứng như thóc, ngô, đậu,… có độ ẩm không lớn lắm và có thể tự dịch chuyển từ trên đỉnh tháp xuống dưới nhờ trọng lượng của chúng. Đặc điểm của thiết bị là có kênh gió nóng và kênh gió thải ẩm được bố trí xen kẽ ngay trong lớp vật liệu. Tác nhân sấy đi qua kênh gió nóng thực hiện quá trình sấy rồi nhận thêm ẩm đi vào các kênh thải và đi ra ngoài.
Thiết bị sấy thùng quay: là thiết bị chuyên dung để sấy các vật liệu có dạng hạt hoặc bột nhão, cục có độ ẩm ban đầu lớn. Khi thùng quay, vật liệu sấy được mang lên cao tới góc rơi rồi rơi xuống, cùng lúc đó tác nhân sấy là lớp không khí nóng thổi xuyên qua lớp vật liệu và làm khô. Ưu điểm của loại thiết bị này là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc tốt giữa vật liệu và tác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao, tuy nhiên do vật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ bị gãy vụn, tạo ra bụi, do đó trong một số trường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm.
Hình 1.23. Thiết bị sấy thùng quay
Thiết bị sấy phun: chuyên dung để sấy các dịch thể. Sản phẩm sấy dạng bột hòa tan như sữa bò, sữa đậu nành, bột trứng, cafe tan,…
Dung dịch lỏng được phun thành dạng sương vào trong phòng sấy, quá trình sấy diễn ra rất nhanh đến mức không kịp đốt nóng vật liệu quá giới hạn cho phép do
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 33 đó có thể sử dụng tác nhân sấy ở nhiệt độ cao. Ưu điểm của thiết bị sấy phun là sấy nhanh, sản phẩm thu được ở dạng bột mịn, nhiệt độ vật liệu không tăng cao nên có thể sử dụng để sấy loại vật liệu không chịu được nhiệt độ cao. Chi phí điều hành tương đối thấp, đặc biệt tháp sấy có năng suất lớn hơn. Nhược điểm là vitamin dễ bị phá hủy dưới tác dụng của nhiệt độ, kích thước của phòng sấy lớn mà vận tốc của tác nhân sấy lại nhỏ nên cường độ sấy nhỏ, tốn năng lượng, thiết bị phức tạp nhất là ở cơ cấu phun bụi, hệ thống thu hồi bụi sản phẩm
Hình 1.24. Thiết bị sấy phun
1.3.2.2. Sấy bức xạ hồng ngoại
Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm sử dụng nguồn phát ra tia hồng ngoại là tác nhân chính để làm bay hơi nước có trong thực phẩm
Hầu hết các loại vật liệu ẩm đều được cấu tạo từ nước và các hợp chất hữ cơ. Bên cạnh đó ở cùng một điều kiện giống nhau thì nước và các loại hợp chất hữu cơ này hấp thụ năng lượng cực đại của bức xạ hồng ngoại do nguồn phát phát ra, ở những
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 34 bước sóng khác nhau. Đây là đặc điểm quan trọng để điều chỉnh năng lượng bức xạ về bước sóng thích hợp mà tại đó nước ở trong vật liệu ẩm bay hơi càng nhiều càng tốt
Khi cấp điện cho bóng đèn hồng ngoại thì đèn sẽ phát sáng và sản sinh ra các tia hồng ngoại chiếu tới vật liệu ẩm trong phòng sấy. Do đó khi nhận được nguồn năng lượng bức xạ mà đèn hồng ngoại chiếu tới, nội năng của nước trong vật liệu ẩm sẽ tăng lên nhanh chóng, vì thế ma sát giữa các phân tử nước sẽ tăng lên dẫn đến nhiệt độ của nước tăng lên dần tới nhiệt độ sôi, cắt đứt các liên kết giữa các phân tử nước với phân tử nước, giữa các phân tử nước với các cấu trúc hữu cơ. Kết quả nước sẽ chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi và bốc hơi theo chiều ly tâm bên trong vật liệu ẩm ra ngoài môi trường sấy. Trong khi đó các hợp chất hữu cơ cấu thành nên các vật liệu ẩm đó giống như những vật trong suốt và hấp thụ không đáng kể bức xạ hồng ngoại chiếu tới. Vì thế nếu các hợp chất hữu cơ cấu tạo nên vật liệu ẩm đó là các loại thực phẩm thì chúng cũng không bị ảnh hưởng của bước sóng hồng ngoại.
Bên cạnh khả năng làm bay hơi nước tự do bằng bước sóng thì nhiệt độ cũng đóng vai trò quan trọng vào quá trình làm khô vật liệu ẩm, do tính chất nhiệt mà tia hồng ngoại sinh ra. Vậy chúng ta có thể thấy rõ ràng là có hai tác nhân chính để làm khô vật liệu ẩm đó là: bước sóng và nhiệt độ do tia hồng ngoại phát ra
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 35 Ưu điểm:
- Sấy vật liệu mỏng rất nhanh. - Thiết bị rất gọn.
- Dễ điều chỉnh nhiệt độ. - Tổn thất nhiệt ít.
Nhược điểm:
- Thiêu tốn nhiều năng lượng.
- Vật liệu được đốt nóng không đều, dễ bị cháy bề mặt. - Không sấy được các loại vật liệu dày.
1.3.2.3. Sấy chân không
Sấy chân không là quá trình sấy mà trong đó ẩm tách khỏi vật liệu sấy được thực hiện trong môi trường chân không. Sấy chân không gồm hai loại: sấy chân không nhiệt độ thường và sấy chân không nhiệt độ thấp.
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 36 Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc nhiệt độ sôi của nước vào áp suất mặt thoáng. Nếu làm giảm áp suất môi trường trong thiết bị sấy xuống đến một áp suất mà ở đó nước trong vật liệu cần sấy bắt đầu sôi, sẽ tạo ra một chênh lệch áp suất rất lớn trong lòng vật liệu sấy và qua đó hình thành dòng ẩm chuyển động từ trong lòng vật liệu sấy ra ngoài bề mặt. Ở điều kiện áp suất này, nước trong vật liệu sẽ sôi. Khi nước trong vật liệu sấy sôi, hóa hơi và làm tăng áp suất trong vật liệu thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm từ trong ra ngòai bề mặt vật liệu sấy. Chính vì vậy, ở điều kiện chân không vật liệu sẽ khô rất nhanh rút ngắn thời gian sấy và cải thiện được chất lượng sấy.
Nhờ quá trình hút chân không mà nhiệt độ sấy thấp hơn rất nhiều so với các phương pháp sấy khác.
Ưu điểm:
- Có thể sấy ở nhiệt độ thấp
- Sản phẩm giữ được hầu hết các tính chất đặc trưng ban đầu của vật liệu sấy (tính chất sinh học, hương vị, màu sắc,…).
- Sản phẩm bảo quản được lâu, ít bị tác động bởi môi trường. Nhược điểm:
- Giá thành thiết bị cao. - Vận hành phức tạp.
- Chỉ làm được ở quy mô nhỏ do khó đảm bảo độ kín cho hệ thống lớn.
1.3.2.4. Sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách nước ra khỏi sản phẩm từ thể rắn (lạnh đông) sang thể hơi trong điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất, dưới điểm ba thể O (0,0098 oC; 4,58 mmHg), tức là nhiệt độ dưới điểm kết tinh của độ ẩm trong sản phẩm (Tk< 0 oC, áp suất dưới 4,58 mmHg). Nhờ vậy, sản phẩm sau khi sấy gần như vẫn giữ nguyên được chất lượng tự nhiên ban đầu của nguyên liệu: protein không bị biến tính và thủy phân, glucid không bị hồ hóa, lipid không bị oxi hóa, vitamin và các hoạt chất sinh học không bị phá hủy, màu sắc và mùi vị không thay đổi, các chất xơ và
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 37 chất khoáng được bảo toàn,…Sản phẩm có cấu trúc xốp, đặc biệt khi ngâm vào nước sẽ hoàn nguyên trở lại trạng thái ban đầu, điều mà các phương pháp khác không thể thực hiện được.
Hình 1.27. . Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông DS – 7 [7]. Ưu điểm:
- Sản phẩm chất lượng cao (giữ nguyên màu sắc, cấu trúc, hương vị, tính thủy hóa,…)
- Giữ được hoạt tính sinh học, không làm mất các chất dinh dưỡng, vitamin của thực phẩm
- Năng lượng dùng để làm bay hơi ẩm thấp. Nhược điểm:
- Giá thành thiết bị cao.
- Người vận hành đòi hỏi có trình độ kỹ thuật cao.
- Quá trình gia công thiết bị phức tạp và khá khó khăn để tạo buồng kín chân không.
1.3.2.5. Lựa chọn công nghệ sấy vầ hệ thống sấy
Để sấy xoài lát, người ta có thể dùng thiết bị sấy chân không, hầm sấy, buồng sấy,... Ở đây, chúng tôi dùng thiết bị sấy buồng, là thiết bị sấy đối lưu chuyên dụng để
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 38 sấy các vật liệu có dạng cục, hạt hoặc lát với năng xuất không lớn lắm. Thiết bị sấy buồng là thiết bị làm việc theo chu kỳ. Do yêu cầu về an toàn thực phẩm, ta chọn buồng sấy làm bằng thép có cách nhiệt.
1.4. Công nghệ sấy đối lưu kiểu buồng sấy
1.4.1. Nguyên lý phương pháp sấy đối lưu kiểu buồng sấy
Hình 1.28. Nguyên lý phương pháp sấy đối lưu kiểu buồng sấy
Tác nhân trong thiết bị buồng sấy ta dùng không khí nóng, không khí được đốt nóng nhờ calorifer khí – khói, khói được tạo từ lò đốt than đá. Trong thiết bị buồng ta tổ chức cho tác nhân sấy lưu động cưỡng bức nhờ hệ thống quạt gió.
Buồng sấy cần bố trí giá đỡ, khay,… Sao cho tác nhân có thể dễ dàng đi qua vật liệu sấy để truyền nhiệt cho vật liệu và nhận thêm ẩm thải ra ngoài. Vì vậy mật độ vật
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 39 liệu sấy trên khay, khe hở giữa thành khay với tường thiết bị sấy, kích thước và vị trí lỗ thoát ẩm có ý nghĩa đặc biệt trong thiết bị sấy buồng. Khe hở giữa thành khay và tường thiết bị được bố trí đủ cho thao tác được dễ dàng. Mật độ vật liệu sấy trên khay cũng có một ý nghĩa đặc biệt. Nếu vật liệu có mật độ quá lớn thì tác nhân sấy khó lưu chuyển dẫn đến thời gian sấy lớn và vật liệu khô không đều, do đó chất lượng và năng suất có thể giảm. Ngược lại nếu mật độ vât liệu trên khay quá bé, điều kiện truyền nhiệt truyền chất được tăng cường thì thời gian sấy sẽ giảm, chất lượng sản phẩm sấy cao nhưng năng suất thiết bị không lớn. Do đó mật độ vật liệu trên khay có một giá trị tối ưu. Giá trị tối ưu này phụ thuộc vào từng loại vật liệu và thường được xát định bằng thực nghiệm.
Về kết cấu, phần trên của thiết bị sấy buồng được bố trí dạng chóp, đỉnh chop là lỗ thoát ẩm. kích thước lỗ thoát ẩm cân xứng với thiết bị và có cơ cấu điều chỉnh lượng tác nhân thoát ra bằng van con bướm. Thiết bị sấy buồng có kết cấu đơn giản, dễ vận hành, không yêu cầu mặt bằng lớn nhưng năng suất không cao, khó cơ giới hoá, vốn đầu tư không đáng kể. Do đó thiết bị buồng sấy thích hợp cho các xí nghiệp vừa và nhỏ, lao động thủ công là chính.
1.4.2. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sấy buồng
Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ chế tạo. - Dễ vận hành.
- Giá thành thấp.
- Việc sấy theo mẻ giúp việc lấy sản phẩm dễ dàng. Nhược điểm:
- Năng suất thấp.
- Tốn nhiều năng lượng vận hành.
- Mức độ cơ giới hóa và tự động hóa thấp. - Quá trình sấy không đồng đều trong buồng.
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 40
1.4.3. Quy trình công nghệ sấy đối lưu xoài
1.4.3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ
GVHD: PGS. Nguyễn Tấn Dũng 41
1.4.3.2. Mô tả quy trình
Chuẩn bị nguyên liệu :
Chọn xoài còn ương, dày quả, không mềm nát, không thối rửa.
Rửa sạch, để ráo nước, gọt vỏ bằng dao không rỉ, thái lát mỏng theo chiều dọc quả với kích thước yêu cầu 2 mm – 3 mm
Xử lý nhiệt độ : 80 – 900C trong 5 – 9 phút. Các bước thẩm thấu :
-Tạo dung dịch đường (sirô) có nồng độ 40 % : cho 0,6 lít nước sạch với 0,4 kg