L ỜI MỞ ĐẦU
1.3.5.Sự khuếch tán và thẩm thấu:
1.3.5.1 Sự khuếch tán:
Sự khuếch tán là hiện tượng tự san bằng nồng độ của vật chất. Trong một phạm vi nhất định các phân tử chất tan di động từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp gọi là quá trình khuyếch tán. Sự di động đó tiến hành đến khi nào nồng độ chất tan hai bên bằng nhau thì dừng lại.
Quá trình khuyếch tán được phát biểu bằng định luật Fick như sau: Trong một đơn vị thời gian số lượng vật chất khuếch tán qua một đơn vị diện tích tỷ lệ thuận với gradien nồng độ và được biểu thị bằng phương trình:
dt dx dc DS dQ Trong đó: Q :Lượng vật chất khuyếch tán S : Diện tích khuếch tán.
dx dc
: Gradien nồng độ.
T: Thời gian khuếch tán D: Hệ số khuếch tán.
Động lực của quá trình khuyếch tán chính là sự chênh lệch nồng độ chất tan theo khoảng cách.
1.3.5.2 Sự thẩm thấu
Thẩm thấu là quá trình di chuyển tự động của các phân tử dung môi khắc phục trở lực của màng bán thấm để đi từ dung dịch có nồng độ thấp đến nơi dung dịch có nồng độ cao.
Động lực của quá trình thẩm thấu là sự chênh lệch áp suất thẩm thấu ở hai bên màng bán thấm. Áp suất thẩm thấu trong dung dịch lớn hay nhỏ là nhân tố quyết định tốc độ thẩm thấu nhanh hay chậm. Áp suất thẩm thấu tỷ lệ thuận với nồng độ của chất tan và nhiệt độ của dung dịch, áp suất thẩm thấu được tính theo công thức Van-Hốp là:
P0 = RTC
Trong đó:
P0: Áp suất thẩm thấu của dung dịch. C: Nồng độ chất tan trong dung dịch. T: Nhiệt độ tuyệt đối trong dung dịch. R: Hằng số lý tưởng.
Đối với các chất có khả năng phân cực thành các ion trong dung dịch thì công thức trên tính theo:
P0 = iRTC
Đối với màng tế bào động vật và thực vật không phải là màng bán thấm hoàn toàn mà chỉ có tính chất gần như màng bán thấm vì ngoài dung môi chúng còn cho các chất tan đi qua. Do đó trong quá trình ướp muối,đường,… đối với nguyên liệu thủy sản thì có một phần muối, đường,… ngấm vào trong tế bào và nước thấm qua màng tế bào đi ra. Lợi dụng tính chất đó của màng tế bào để ướp muối, gia vị các nguyên liệu thủy sản và các sản phẩm khác.
1.3.6 Các nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ ướp muối và gia vị. 1.3.6.1 Phương pháp ướp muối. 1.3.6.1 Phương pháp ướp muối.
Có ba phương pháp ướp muối và gia vị bao gồm: Ướp muối khô, ướp ướt, ướp hỗn hợp. Tốc độ ướp muối và gia vị sẽ càng nhanh nếu phương pháp có sử dụng hệ thống lưu động tuần hoàn.
Đối với phương pháp ướp ướt thì đòi hỏi dung dịch ướp phải có nồng độ chất tan thích hợp. Nếu nồng độ chất tan quá thấp thì tốc độ ướp sẽ chậm.
1.3.6.2 Nồng độ và thời gian ướp.
Trong cùng một thời gian ướp, nếu dung dịch có nồng độ chất tan càng cao thì lượng chất tan ngấm vào nguyên liệu càng nhiều.
Nếu trong cùng một điều kiện ướp nhất định, khi thời gian ướp càng dài thì lượng chất tan ngấm vào nguyên liệu càng lớn. Nhưng khi lượng chất tan ngấm đến một giới hạn nào đó thì chúng sẽ cân bằng.
1.3.6.3 Nhiệt độ.
Nếu nhiệt độ càng tăng thì sẽ rút ngắn được thời gian ướp. Tuy nhiên việc kiểm soát nhiệt độ phải ở giới hạn cho phép. Vì khi nhiệt độ tăng thì enzyme và vi sinh vật hoạt động phát triển mạnh làm cho nguyên liệu dễ bị hư hỏng biến chất. Vì vậy khi ướp cần chọn nhiệt độ thích hợp.
1.3.6.4 Ảnh hưởng của thành phần và kích thước gia vị.
Thành phần và kích thước gia vị cũng ảnh hưởng đến tốc độ ướp. Các loại gia vị càng tinh khiết thì tốc độ ướp càng nhanh. Còn nếu trong thành phần gia vị có lẫn tạp chất thì tốc độ ướp sẽ bị chậm lại là ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Đối với muối nếu trong thành phần có chứa nhiếu CaCl2, MgCl2, thì tốc độ ướp muối của NaCl sẽ giảm, đồng thời làm cho sản phẩm có vị chát.
Ngoài ra tốc độ ướp muối cũng tăng khi kích thước gia vị nhỏ và ngược lại.
1.3.6.5 Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với nguyên liệu có kích thước, chiều dày, cấu trúc cơ thịt, thành phần hóa học khác nhau thì tốc độ ướp gia vị cũng khác nhau.
Nếu nguyên liệu có nhiều mỡ thì vận tốc ướp muối và gia vị giảm, còn các loại nguyên liệu có cấu trúc cơ thịt săn chắc thì vận tốc ngấm muối và gia vị chậm hơn so với các loại nguyên liệu có cấu trúc cơ thịt lỏng lẻo.
Đối với nguyên liệu có diện tích bề mặt riêng lớn, chiều dày nhỏ hơn thì tốc độ ướp sẽ tăng do đó để rút ngắn thời gian ướp người ta thường cắt xẻ nguyên liệu (đối với nguyên liệu dày) đế tăng diện tích tiếp xúc.
1.4 Tổng quan về làm khô thủy sản. 1.4.1 Định nghĩa. 1.4.1 Định nghĩa.
♦ Sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nuớc. Trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy. Quá trình truyền ẩm từ trong vật sấy vào môi trường. Các quá trình truyền nhiệt truyền chất trên xảy ra đồng thời trên vật sấy, chúng có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau.
Với sự phát triển của các loại vi sinh vật mạnh mẽ nhất ở điều kiện thích hợp hàm lượng nước trong các loài thủy sản tươi vào khoảng 70÷80%. Do đó chúng ta phải có phương pháp làm giảm hàm lượng nước trong sản phẩm thủy sản xuống
đến mức thấp khoảng 20÷22% thì sự phát triển của vi sinh vật sẽ bị hạn chế, bảo quản sản phẩm được lâu. Mặt khác sản phẩm đã được làm khô thì việc vận chuyển sẽ dễ dàng và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Việc tách ẩm ra khỏi nguyên liệu thủy sản thường sử dụng 3 phương pháp:
+Phương pháp cơ học: Ép, li tâm, nén,…để tách ẩm ra khỏi nguyên liệu. Phương pháp này chỉ tách đuợc một phần nước trong nguyên liệu mà trước hết là nước tự do.
+Phương pháp hóa học: Người ta dùng một số hóa chất có tác dụng hút nước để tách ẩm ra khỏi nguyên liệu. Phương pháp này dùng để bảo quản khô, chống hiện tượng hút ẩm hoặc dùng trong phòng thí nghiệm.
+Phương pháp vật lý: Bằng cách sử dụng nhiệt để sấy hoặc phơi khô triệt để, được áp dụng rộng rãi nhất.
Sấy tức là làm khô nguyên liệu nhờ vào tác nhân sấy và thiết bị sấy. Nguồn tác nhân sấy là: Không khí nóng, lò than. Tác nhân sấy sẽ cung cấp năng lượng cho nguyên liệu làm cho nước trong nguyên liệu bốc hơi ra ngoài môi trường và được quạt gió mang đi.
1.4.2 Mục đích.
Trong sản xuất, quá trình sấy được sử dụng rất rộng rãi nhằm các mục đích sau:
Tách bớt nước để ngâm, tẩm dung dịch, sấy để giảm khối lượng để chuyên chở.
Tăng hàm lượng chất khô, chất dinh dưỡng.
Sấy để tăng cường độ giòn, dẻo, giữ được đặc tính của sản phẩm.
Sấy khô đến khối lượng không tối thiểu vi sinh vật khó phát triển để bảo quản sản phẩm được lâu, tăng thời gian bảo quản sản phẩm.
1.4.3 Sự liên kết của nước trong nguyên liệu.
Sự liên kết của nước trong nguyên liệu có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy khô nguyên liệu. Các loại nước trong nguyên liệu được chia ra:
Nước kết hợp: Thường tồn tại ở hai dạng.
+Nước kết hợp keo đặc: Đây là nước kết hợp với protein ở trạng thái không tan, nó tạo thành giá đỡ trong kết cấu tổ chức của nguyên liệu, nằm sâu bên trong kết cấu hình lưới.
+Nước kết hợp keo tan: Đây là nước kết hợp với protein, muối vô cơ hoặc các chất khác ở trạng thái hòa tan hoặc gần với trạng thái đó.
Nước kết hợp không thể hòa tan các chất tan trong điều kiện bình thường, không đông dặc ở 0oC, không sôi ở 100oC, muốn làm bay hơi cần năng lượng lớn.
Nước tự do:
+Nước tự do cố định: Đây là loại nước bị ràng buộc trong kết cấu hình lưới của dung dịch keo đặc, nước đứng trong vị trí cố định có thể làm dung môi cho các chất tan.
+Nước kết cấu tự do: Đây là loại nước tự do tồn tại trong các khe nhỏ, trong các ống rỗng của các tổ chức cơ, loại nước này có thể di chuyển dễ dàng bằng cách ép. Khi phơi khô thì nước tự do kết cấu mất đi và làm cho kết cấu hình lưới trở lên dày đặc, tổ chức cơ thịt bị thay đổi hình dáng. Nước tự kết cấu bị loại ra khỏi nguyên liệu dễ dàng hơn nước cố định.
+Nước tự do dính ướt: Là lớp mỏng dính trên bề mặt nguyên liệu, lớp nước này ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình chế biến như phơi khô.
1.4.4 Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu sấy.
Quá trình khuếch tán ẩm ra khỏi vật liệu sấy chia làm hai quá trình: 1. Qúa trình khuếch tán nội: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bên trong ra lớp bên ngoài vật ẩm. Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong và lớp bề mặt, ngoài ra quá trình khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và lớp bề mặt. Qua nghiên cứu thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Vì vậy tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau.
2. Qúa trình khuếch tán ngoại:
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào môi trường không khí xung quanh. Động lực của quá trình này là do chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật ẩm và áp suất riêng phần hơi nước của môi trường không khí.
3. Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán nội và quá trình khuếch tán ngoại.
Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quá trình khuếch tán nội là động lực cho quá trình khuếch tán ngoại và ngược lại. Tức là khi quá trình khuếch tán ngoại được tiến hành thì quá trình khuếch tán nội mới có thể tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần. Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải làm sao cho hai quá trình này ngang bằng nhau, tránh trường hợp khuếch tán ngoại lớn hơn khuếch tán nội. Vì khi đó sẽ làm cho nước trên bề mặt bay hơi mãnh liệt làm cho bề mặt của sản phẩm bị khô cứng, hạn chế sự thoát ẩm. Khi xảy ra hiện tượng đó ta khắc phục bằng sấy gián đoạn (quá trình ủ ẩm) mục đích là để thúc đẩy quá trình khuếch tán nội.
1.4.5 Các giai đoạn trong quá trình sấy
Trong quá trình làm khô vật liệu ẩm được chia làm ba giai đoạn: 1. Giai đoạn nung nóng vật liệu sấy.
Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy tăng từ nhiệt độ ban đầu cho đến nhiệt độ bầu ướt tương ứng với môi trường không khí xung quanh, trong giai đoạn này trường nhiệt độ biến đổi không đều và nó tùy thuộc vào phương pháp sấy. Ẩm bay hơi chủ yếu là ẩm liên kết cơ lý do đó tốc độ sấy tăng dần. Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy trong giai đoạn này là một đường cong do năng lượng liên kết của nước liên kết cơ lý nhỏ vì vậy đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy thường là đường cong lồi.
2. Giai đoạn sấy đẳng tốc.
Là giai đoạn ẩm bay hơi ở nhiệt độ không đổi (nhiệt độ bầu ướt), do sự chênh lệch nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh không đổi nên tốc độ sấy là không đổi, do đó đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy trong giai đoạn này là một đường thẳng, ẩm tách ra trong giai đoạn này chủ yếu là ẩm liên kết cơ lý và liên kêt hóa lý.
3. Giai đoạn sấy giảm tốc.
Ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít và chủ yếu là nước liên kết do đó năng lượng liên kết lớn. Vì vậy việc tách ẩm cũng khó khăn hơn nên đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy thường có dạng cong. Tuy nhiên, hình dạng của đường cong là phụ thuộc vào dạng liên kết ẩm trong vật liệu và tùy thuộc vào dạng vật liệu sấy. Độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy tùy thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí xung quanh.
1.4.6 Các phương pháp làm khô. 1.4.6.1 Phương pháp sấy tự nhiên: 1.4.6.1 Phương pháp sấy tự nhiên:
Đây là phương pháp làm khô dựa vào nguồn năng lượng tự nhiên thường là năng lương mặt trời. Nước trong nguyên liệu dịch chuyển từ trong ra ngoài và bay hơi, làm nguyên liệu mất nước nên khô dần. Bên cạnh đó người ta còn làm khô nguyên liệu nhờ gió hay còn gọi là phơi mát.
1.4.6.2 Phương pháp sấy khô bằng chân không thăng hoa:
Phương pháp sấy khô bằng chân không thăng hoa là một phương pháp sấy hiện đại. Nó được ứng dụng trong công nghiệp để sấy các vật liệu quí, các loại nguyên liệu ở thể keo và keo xốp khó sấy. Phương pháp này có ưu điểm là giữ được các đặc tính sinh học của sản phẩm cũng như các tính chất khác. Nhưng nó có nhược điểm là thiết bị sấy phức tạp, yêu cầu kĩ thuật cao, tốn kém về kinh tế nên ít được ứng dụng rộng rãi.
1.4.6.3 Phương pháp sấy khô bằng chân không
Phương pháp sấy khô bằng chân không là phương pháp tiên tiến nhất trong công nghiệp sấy khô hiện nay. Phương pháp này có thể đảm bảo rất tốt phẩm chất của sản phẩm. Sấy khô bằng chân không là dưới độ chân không thấp nhiệt độ bốc hơi của nước trong nguyên liệu sẽ thấp, nếu độ chân không rất thấp thì nước sẽ đông kết và thăng hoa ở nhiệt độ rất thấp do đó quá trình sấy khô được nhanh và chất lượng sản phẩm cao
Tiêu chuẩn để đánh giá sản phẩm khô tốt hay xấu là khi cho chúng vào nước có thể phục hồi được trạng thái tươi ban dầu hay không.
Phương pháp sấy khô bằng chân không chia ra làm hai phương pháp: Sấy khô chân không ở nhiệt độ thường (0÷60oC) và sấy khô chân không ở nhiệt độ thấp (<0oC).
1.4.6.4 Phương pháp sấy sử dụng tia bức xạ hồng ngoại.
Phương pháp này lợi dụng đặc tính sóng nhiệt bức xạ của tia hồng ngoại để sấy khô sản phẩm. Các tia hồng ngoại này đuợc tạo ra từ các bóng đèn sản sinh tia hồng ngoại hoặc là đốt nóng các kim loại, đồ sứ tạo nguồn bức xạ của tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại có thể xuyên qua sương mù, lớp sơn, thớ thịt, cellulose,… vì vậy nó được dùng rộng rãi trong công nghiệp để sấy khô sản phẩm.
Sấy khô bằng hồng ngoại phần lớn năng lượng bức xạ chuyển biến thành nhiệt năng cần thiết làm cho nước bốc hơi. Cường độ nhiệt lưu của nhiệt năng đó lớn hơn đối lưu tới 30 lần.
1.4.7 Biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy.
Biến đổi vật lý:
+ Có hiện tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng, giảm khối lượng do nước bay hơi. Nếu gọi khối lượng đưa vào sấy là G1, độ ẩm của nguyên liệu là W1, khối lượng sản phẩm tách ra khỏi quá trình G2, độ ẩm W2
Ta có: G1(100 – W1) = G2(100 – W2)
Sở dĩ viết được như vậy vì trong quá trình sấy tổng lượng chất khô không thay đổi. Từ phương trình trên ta có:
+ Có sự biến đổi nhiệt độ: Là do sự tạo gradient ở mặt ngoài và mặt trong nguyên liệu
+ Biến đổi có tính chất cơ lý như sự biến dạng, hiện tượng co, hiện tượng tăng độ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});