1. Khái niệm về sấy bức xạ hồng ngoại
Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm bằng nguồn nhiệt hồng ngoại. Tia hồng ngoại là sóng nhiệt bức xạ, khi vật liệu bị chiếu xạ thì quang tốc năng lượng bức xạ của tia hồng ngoại sẽ chuyển thành nhiệt năng rất nhanh chóng và làm nước trong nguyên liệu bốc hơi, từ đó làm khô nguyên liệu cần sấy.
Hiện nay có nhiều phương pháp có thể sản sinh ra tia hồng ngoại, phương pháp được ứng dụng nhiều nhất là sử dụng bóng đèn sản sinh tia hồng ngoại, dùng không khí nóng để đốt nóng kim loại hoặc đồ sứ để tạo ra nguồn bức xạ của tia hồng ngoại.
2. Cơ chế sấy khô bằng tia bức xạ hồng
Ở mỗi bước sóng nhất định, chất hữu cơ sẽ trở thành “vật trong suốt” – không hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mà nước sẽ trở thành “vật đen” – hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại tối đa. Do đó khi chiếu tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 2.5 – 3.5 µm tương ứng với bước sóng mà nước có thể hấp thụ tối đa năng lượng bức xạ. Kết quả là các phần tử nước sẽ dao động mạnh tạo ma sát và sinh nhiệt rất lớn.
Dưới tác động của năng lượng bức xạ phân tử nước dễ dàng bị phân ly thành các ion H+ và OH- nên làm cho ẩm trong vật liệu sấy thoát ra rất nhanh. Lúc này, chiều chuyển động của dòng ẩm trùng với chiều chuyển động của dòng nhiệt (từ
trong vật liệu sấy đi ra ngoài bề mặt) làm tăng quá trình khuyếch tán nội, điều này trái ngược hẳn với các phương pháp gia nhiệt thông thường là dòng nhiệt di chuyển từ bề mặt vật liệu vào trong tâm vật liệu, còn ẩm thì di chuyển từ trong vật liệu ra ngoài bề mặt.
Người ta chứng minh được rằng, dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại có tần số tương ứng với tần số dao động riêng của liên kết hóa học, các nhóm chức có khả năng phản ứng cao như: -OH, -COOH...Sẽ tác dụng trực tiếp đến liên kết hóa học tạo ra tình huống cộng hưởng làm đứt các liên kết hóa học. Kết quả là luôn tăng nhanh vận tốc phản ứng.
3. Ưu, nhược điểm của sấy bức xạ hồng ngoại
Ưu điểm
Công nghệ sấy bằng bức xạ hồng ngoại là công nghệ mới, về nguyên lý công nghệ này có ngững ưu điểm sau:
Sản phẩm thu được trong quá trình sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại không bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng các vitamin được bảo toàn đồng thời sản phẩm lại đảm bảo về mặt vệ sinh thực phẩm tốt.
- Duy trì được màu sắc mùi vị và các vitamin.
- Công nghệ sấy bằng bức xạ hồng ngoại cho phép tiết kiệm cả thời gian lẫn năng lượng. Phương pháp này hoàn toàn không gây nguy hiểm và không sử dụng hoá chất, chất độc hại, quán tính nhiệt thấp.
- Công nghệ sấy bằng bức xạ hồng ngoại có ý nghĩa to lớn và tính thiết thực cao, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: Trong nông nghiệp ứng dụng sấy các loại hạt, rau quả, hạt giống để bảo quản và gieo trồng. Trong lĩnh vực chế biến thuỷ sản ứng dụng để sấy cá, sấy mực và các mặt hàng khô khác. Trong y học sử dụng công nghệ sấy này cho phép sấy đối tượng sinh học quan trọng như enzyme, mô động thực vật, máu, protein, trong đó tính chất chúng được bão toàn đầy đủ, sản phẩm đạt chất lượng vệ sinh cao.
- Gradien nhiệt độ và ẩm độ ở lớp sát bề mặt vật là cùng chiều, do đó tăng cường tốc độ khuyếch tán nội dẫn tới tốc độ sấy tăng. Tránh được quá trình nhiệt cục bộ và làm trai bề mặt sản phẩm trong quá trình sấy.
- Bức xạ hồng ngoại là một phương pháp gia nhiệt sạch sẽ, an toàn, vô hại đối với người và môi trường.
- Dễ dàng điều khiển theo khu vực, hiệu suất sử dụng nhiệt cao. - Chi phí vận hành, lắp đặt thấp, không tồn tại diện tích mặt bằng.
- Đặc biệt bức xạ hồng ngoại có khả năng tiêu diệt côn trùng, vi sinh vật có hại ngay ở nhiệt độ thấp…
Nhược điểm
Khả năng xuyên thấu kém 7 – 30 mm nên thích hợp cho việc sấy các sản phẩm có khích thước nhỏ, mỏng và dạng dời, không thích hợp cho việc sấy các sản phẩm co chiều dầy lớn hơn 50 mm.
4. Một số nghiên cứu ứng dụng công nghệ bức xạ hồng ngoại trong công nghiệp thực phẩm
Đỗ Thị Bích Thủy – Đại học Nông Lâm Huế đã chủ trì đề tài: “Nghiên cứu quá trình sấy khô một số nguyên liệu nông sản có độ ẩm cao bằng bức xạ hồng ngoại”. Kết quả nghiên cứu đã tìm thấy được chế độ sấy thóc, lạc tối ưu bằng máy sấy băng chuyền dùng đèn hồng ngoại như sau:
+ Vận tốc băng tải: 7mm/s.
+ Khoảng cách từ đèn hồng ngoại đến vật liệu sấy là 45cm. + quá trình ủ ẩm là 3 phút.
+ Chiều dày lớp vật liệu sấy là 1.2cm.
Với các thông số trên thì năng suất sấy lúa đạt 93kg/h và lạc 64kg/h. Sau khi sấy thì độ tiêu hóa của lúa tăng lên, hàm lượng protein tăng từ 10,21% đến 10,33% do một phần tinh bột bị thủy phân làm tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.
Phạm Đức Việt và các cộng sự - Viện công nghệ sau thu hoạch Hà Nội đã nghiên cứu sấy chuối, xoài, thóc…bằng máy sấy gốm bức xạ hồng ngoại, cho kết quả và thời gian sấy giảm 2 – 3 lần và mầu sắc chất lượng chất lượng sản phẩm sấy bằng bức xạ hồng ngoại tốt hơn rất nhiều
Đào Trọng Hiếu đã ứng dụng công nghệ gốm bức xạ hồng ngoại giải tần hẹp chọn lọc kết hợp với không khí có nhiệt độ thấp để sấy cá cơm săng xuất khẩu kết
quả thời gian sấy nhanh (3 – 4h). Tuy nhiên qua kết quả nghiên cứu thì chi phí sản xuất còn quá cao do chi phí điện năng và gas cho hệ thống lạnh hoạt động trong suốt quá trình sấy, vận hành phức tạp, thiết bị cồng kềnh khó xây dựng với quy mô công nghiệp và không phù hợp để sấy các loại thủy sản có giá trị kinh tế không cao.
Nguyễn Quang Vinh đã nghiên cứu động học sấy bằng gốm bức xạ hồng ngoại, tìm hiểu sự biến động vi sinh vật trong quá trình sấy và đã tìm ra được chế độ sấy tối ưu cho sản phẩm cá cơm săng size 4 – 6cm. Đó là:
+ Khoảng cách từ các thanh gốm đến sản phẩm là 7cm. + Vận tốc gió: 1,7 m/s
+ Thời gian sấy 3,2h.
+ Độ ẩm cuối cùng của sản phẩm đạt 23%
Lê Văn Hoàng, Trường đại học Đà Nẵng đã nghiên cứu ứng dụng tia hồng ngoại trong bảo quản thóc. Kết luận của đề tài là sự tác dụng của trường nhiệt từ 49 ÷500C của bức xạ hồng ngoại trong 15 phút không chỉ duy trì được độ ẩm cho phép của thóc bảo quản mà còn giữ được chất lượng của thóc giống( tiêu diệt côn trùng, tỷ lệ nảy mầm của lúa và độ nứt của gạo giảm không đáng kể.