D. Bố cục của đề tài
1.3. Những kết quả nghiên cứu về sấy hồng ngoại
1.3.1. Các nghiên cứu trong nước
Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm bằng cách sử dụng nhiệt phát ra từ tia hồng ngoại là tác nhân chính để làm bay hơi nước có trong thực phẩm. Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dày hơn ánh sáng nhìn thấy, với bước sóng điện từ dao động từ 0,76 μm - 1.000 μm. Máy sấy hồng ngoại là máy sấy được bố trí bằng những bóng đèn hồng ngoại bên trong buồng sấy. Các bóng đèn này sẽ phát ra năng lượng bức xạ liên tục với cường độ cao. Đèn sấy hồng ngoại có dây tóc đèn làm bằng vonfram, công suất đèn đạt mức từ 150 W/h – 500 W/h, nhiệt độ môi trường sấy (bức xạ) có thể điều chỉnh từ 30°C-1500°C; thời gian sấy từ 6 giờ đến 12 giờ tùy theo loại vật liệu sấy, cường độ bức xạ có thể điều chỉnh 0,25 kW/m2 đến 10,5 kW/m2 có cấu tạo khá đơn giản, cách sử dụng và vận hành đơn giản. Khả năng truyền nhiệt và tốc độ truyền nhiệt vào sản phẩm của các loại đèn sấy hồng ngoại này phụ thuộc vào 3 yếu tố: Nhiệt độ bên ngoài của bóng đèn phát nhiệt và vật nhận nhiệt, tính chất bề mặt và hình dáng của bóng đèn và sản phẩm nhận nhiệt lượng [11].
Tác giả Lê Văn Hoàng đã nghiên cứu sử dụng công nghệ sấy hồng ngoại trong sấy bánh tráng vào năm 2010. Kết quả cho thấy giảm khoảng cách giữa các đèn thì công suất đèn có thể bị giảm xuống do bức xạ của các đèn riêng biệt. Vì vậy các chọn tối ưu quá
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học
Chương 1: Tổng quan Trang 31
trong quá trình thí nghiệm thì tác giả đã đề xuất chọn khoảng cách giữa các đèn bằng với khoảng cách từ nguồn phát đến bề mặt chiếu [12].
Tác giả Ngô Đăng Nghĩa đã nghiên cứu sấy mực ống lột da xuất khẩu bằng phương pháp sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh. Kết quả là đã xác định được chế độ sấy tối ưu cho sản phẩm mực ống là: nhiệt độ sấy 400oC, vận tốc gió 1,2 m/s khoảng cách từ nguồn phát bức xạ hồng ngoại đến bề mặt sản phẩm là 15 cm [13].
Tác giá Nguyễn Công Hiếu đã nghiên cứu và sấy thịt bò khô với nhiệt độ sấy là 650oC, sấy trong 210 phút và độ dày của vật liệu là 0,4 cm. Theo chế độ sấy này thì sản phẩm bò khô thu được đạt chất lượng loại tốt theo TCVN 3215-79 [14]
Theo Nguyễn Văn Phúc, Trần Đại Tiến và Lê Như Chính về bài báo trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo thiết bị sấy thủy sản sử dụng thanh gốm nhiệt hồng ngoại kết hợp với đối lưu gió cưỡng bức. Kết quả nghiên cứu đã chế tạo được thiết bị sấy với các thông số: năng suất đạt khoảng 5 kg/mẻ, sử dụng thanh gốm nhiệt hồng ngoại có bước sóng từ (2,6 ÷ 26) μm, nhiệt độ tác nhân sấy từ 35oC đến 60ºC, vận tốc tác nhân sấy từ (0,5 ÷ 5) m/s, khoảng cách từ nguồn phát tia bức xạ đến vật liệu sấy có thể điều chỉnh được từ 10 cm đến 40 cm, được trang bị tự động hóa sử dụng các thiết bị đo lường nhiệt độ và độ ẩm. Ngoài ra bài báo đưa ra kết quả thu được khi sử dụng thiết bị sấy trên để sấy thử mẫu tôm đất và đánh giá chất lượng của sản phẩm khô. [15]
Theo Nguyễn Tấn Dũng của trường ĐH Sư phạm kỹ thuật TPHCM đã chế tạo ra máy sấy hồng ngoại có năng suất từ (20 kg – 30kg nguyên liệu/mẻ) nhiệt độ môi trường sấy (bức xạ) có thể điều chỉnh từ 30oC-1500C; thời gian sấy từ (6-12) giờ tùy theo loại vật liệu sấy; cường độ bức xạ có thể điều chỉnh (0,25÷10,5) kW/m2. [16]
Năm 2016, tác giả Nguyễn Tấn Dũng và Đoàn Thị Hồng Hải, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và ĐH Công Nghiệp TP.HCM đã công bố bài báo “The Multi- Objective Optimization by the Utopian Point Method to Determine the Technological Mode of Infrared Radiation Drying Process of Jackfruit Product in Viet Nam”. Kết quả đã tìm ra các thông số tối ưu cho phương pháp sấy hồng ngoại: độ ẩm ban đầu của mít W1=72,34%, nhiệt độ tối ưu của buồng sấy bức xạ hồng ngoại là t= 63,43oC, thời gian sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít τ=7,13 giờ, cường độ bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy I=6.4 kW/m2 [17].
1.3.2. Các nghiên cứu nước ngoài
Theo báo cáo của Nindo, Kudo và Bekki đã thiết kế và thử nghiệm máy sấy hồng ngoại hỗ trợ rung bằng cường độ bức xạ (3100÷4290) W/m2 và độ sâu hạt gạo (12÷16) mm.Họ nhận thấy rằng đối với độ dày này và đối với một cường độ bức xạ hồng ngoại nhất định, độ sâu hạt có ảnh hưởng không đáng kể đến tốc độ sấy của tất cả ba giống gạo đã được sử dụng trong nghiên cứu [18].
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học
Chương 1: Tổng quan Trang 32
Nghiên cứu về sấy khô lát hành tây của Sharma, Verma và Pathare trong hầu hết các nghiên cứu, rõ ràng là cho phép nhiệt độ tăng quá cao hoặc đốt nóng một thời gian dài sẽ gây hại đến chất lượng của hành.[19]
Nghiên cứu Rui Wang và cộng sự về phương pháp làm khô lụa hiện có, làm khô bằng ống hơi nước, tiêu thụ một lượng lớn năng lượng và làm tăng thêm chi phí đáng kể về nguyên liệu. Để khắc phục khuyết điểm này, các lát lụa cuộn lại được làm khô thông qua bức xạ hồng ngoại và tính khả thi của việc làm khô bằng tia hồng ngoại trong quy trình này đã được kiểm chứng. So với làm khô bằng ống hơi nước thông thường, sấy bằng tia hồng ngoại không có tác động xấu đến sự hình thành của các lát lụa, chất lượng và cấu trúc vi mô của tơ thô. Hơn nữa, nhiệt độ sấy bên trong cuộn hồng ngoại khoang máy có thể được hạ thấp hơn 10oC và tiêu thụ năng lượng ít hơn một phần sáu cách làm khô ống hơi thông thường. Các kết quả chỉ ra rằng làm khô bằng tia hồng ngoại đối với các lát lụa được cuộn lại dường như khả thi và có ý nghĩa trong việc giảm tiêu thụ năng lượng và cải thiện điều kiện làm việc của công nhân [20].
1.4. Các biến đổi trong quá trình sấy 1.4.1. Biến đổi vật lí 1.4.1. Biến đổi vật lí
Hiện tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng
Giảm khối lượng do sự bay hơi của lượng nước trong vật liệu
Biến đổi tính chất cơ lý của sự biến dạng hiện tượng co, tăng độ giòn, bị nứt nẻ của vật liệu sấy.
1.4.2. Biến đổi hoá lí
Khuếch tán ẩm trong giai đoạn đầu, ẩm khuếch tán từ lớp ngoài nguyên liệu vào bên trong nguyên liệu do giãn nở vì nhiệt. Đây là sự dời ẩm gây nên sự chênh lệch nhiệt độ các thành phần khác nhau của vật liệu sấy.
Việt bốc hơi từ bề mặt tạo ra sự chênh lệch ẩm giữa lớp bề mặt và các lớp bên trong sản phẩm kết quả là ẩm dịch chuyển từ các lớp bên trong ra các lớp bên ngoài.
Quá trình chuyển ẩm từ bên trong sản phẩm sấy thực hiện được nhờ lực khuếch tán thẩm thấu, lực mao quản,…gọi là độ dẫn ẩm. Nhờ có độ dẫn ẩm, ẩm sẽ chuyển từ hướng trung tâm ra bề mặt vật liệu.
Ngoài sự khuếch tán ẩm trong quá trình sấy còn có hiện tượng chuyển pha từ lỏng sang hơi của nước trong quá trình sấy.
Biến đổi hóa học xảy ra theo 3 xu hướng:
Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng lên: phản ứng Oxi hóa khử, phản ứng Maillard
Tốc độ phản ứng hóa học chậm đi do môi trường nước giảm dần, ví dụ: phản ứng thủy phân.
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học
Chương 1: Tổng quan Trang 33
Hàm ẩm giảm dần trong quá trình sấy. Do lượng nước phân bố không đều trong vật liệu.
1.4.3. Biến đổi sinh hoá
Giai đoạn đầu của quá trình sấy. Nhiệt độ tăng dần và chậm tạo ra sự hoạt động mạnh mẽ của các hệ enzyme oxy hóa khử. Gây ảnh hưởng xấu đến nguyên liệu. Giai đoạn sấy, hoạt động enzyme giảm vì lượng nước giảm. Giai đoạn cuối, enzyme oxy hóa khử tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản. Đến giai đoạn nào đó có thể phục hồi khả năng hoạt động
Giai đoạn sau của quá trình sấy một số enzyme nhất là enzym oxy hóa khử không bị đình chỉ hoàn toàn, vẫn còn tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản và tới một giai đoạn giới hạn nhất định có thể dẫn đến hậu quả tạo màu của polyphenol.
Cấu tạo tế bào thường xảy ra hiện tượng tế bào sống biến thành tế bào chết. Do nhiệt độ làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh và nước.
1.4.4. Biến đổi cảm quan
Màu sắc: Do tác dụng của nhiệt độ cường độ màu tăng lên làm sản phẩm sấy có màu thẩm. Màu sắc thay đổi do phản ứng melanoidin và oxy hóa các polyphenol. Chỉ tiêu màu sắc của sản phẩm là một trong các chỉ tiêu quan trọng khi đã chọn được nhiệt độ thích hợp nó có tác dụng cải thiện được màu sắc của sản phẩm sấy và tạo hình dáng thích hợp với thị hiếu của người tiêu dùng hơn.
Mùi: Một số mùi thơm của vật liệu bay hơi do nhiệt độ phân hủy gây tổn thất chất thơm. Một số chất mùi mới được hình thành do phản ứng Maillard…Mùi cháy khét của đường. Ngoài ra, trong sản phẩm có hàm lượng đường khá cao có thể bị quá bão hòa đường dẫn đến sự kết tinh đường. Hiện tượng này còn được gọi là “lại đường”.
Vị: Do độ ẩm giảm nên nồng độ chất vị tăng lên cường độ vị cũng tăng theo nhất là vị ngọt.
Trạng thái: Gắn liền với các biến đổi vật lý và hóa học như: tăng tính đàn hồi, tính dai, tính giòn, hoặc có thể bị biến đổi hình dạng, màu sắc. Về kích thước trong quá trình sấy một số sản phẩm có thể bị co lại như các loại thực phẩm xốp, sự co xảy ra trong suốt quá trình sấy. Sự do có thể diễn ra không đều do lượng ẩm phân bố trong vật liệu không đồng đều. Độ ẩm ở bề mặt có thể nhỏ hơn nhiều so với bên trong vật. Sự co không đều chính là nguyên nhân gây ra sự cong vênh, nứt nẻ của vật liệu.
❖ Kết luận:
Qua phần tổng quan của tài liệu cho thấy sản lượng dứa ở nước ta rất nhiều nhưng lại rộ theo mùa vụ nên sản lượng giữa các mùa vụ chênh lệch lớn, lượng cung cầu không hợp lí nên nhóm chọn dứa là nguyên liệu để sấy nhằm bảo quản và sử dụng lâu dài. Những tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy dứa được sấy ở nhiều chế độ khác nhau tuy nhiên về việc sấy dứa bằng thiết bị sấy hồng ngoại còn ít, chưa được rõ.
Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh Khóa luận tốt nghiệp đại học
Chương 1: Tổng quan Trang 34
Hơn hết phương pháp sấy hồng ngoại giúp giữ lại hàm lượng dinh dưỡng, hương vị, màu sắc khi sấy, đảm bảo vệ sinh thực phẩm, không sử dụng các sản phẩm xúc tác khác giúp đảm bảo an toàn. Mặt khác chi phí lắp đặt và thiết kế tương đối thấp, vận hành và sử dụng khá đơn giản→ Vì vậy nên nhóm quyết định chọn đề tài Thiết kế máy sấy hồng ngoại nguyên liệu dứa năng suất 10 kg/mẻ. Dứa dùng để sấy ở đây là giống dứa Queen được trồng tại tỉnh Tiền Giang.