Để tìm miền thí nghiệm cho quá trình tối ƣu hóa bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm em tiến hành làm các thí nghiệm thăm dò truyền thống ở đây cố định nhiệt độ 35ºC.
Tìm miền thí nghiệm là yếu tố vận tốc gió cách bố trí thí nghiệm nhƣ sau: Cố định khoảng cách từ gốm tới nguyên liệu là k = 20cm, đồng thời cho thay đổi vận tốc gió v = 1÷ 4 m/s, thu đƣợc kết quả là thời gian sấy để nguyên liệu đạt độ ẩm vào khoảng 22% trong bảng sau:
Bảng 3.1: Kết quả thời gian sấy ở thí nghiệm thăm dò truyền thống (h)
Khoảng cách bức xạ (cm) Vận tốc gió (m/s) 1 2 3 4 20 9 7.8 7.6 8 9 7.8 7.6 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 vận tốc gió (m/s) th ờ i g ia n s ấ y (h )
Hình 3.1: Sự biến đổi thời gian sấy của cá cơm săng khô theo vận tốc gió Nhận xét và thảo luận:
Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.1 và hình 3.1, cho thấy trong quá trình sấy, khi cố định nhiệt độ sấy 35ºC, khoảng cách chiếu xạ 20 cm và cho thay đổi vận tốc gió
thì thời gian sấy cá cơm săng khô cũng thay đổi. cụ thể trong quá trình sấy để nguyên liệu đạt độ ẩm vào khoảng 22% từ độ ẩm ban đầu 72.33% thì ở vận tốc gió 1 m/s thời gian sấy là 9h, vận tốc gió 2 m/s thời gian sấy là 7.8h, vận tốc gió 3 m/s thời gian sấy là 7.6h và ở vận tốc gió 4 m/s thời gian sấy là 8h.
Giải thích: Do trong quá trình sấy, xảy ra quá trình khuếch tán nội đƣa ẩm ra bề mặt và quá trình khuếch tán ngoại đƣa ẩm vào môi trƣờng đồng thời đƣợc tác nhân sấy (không khí) mang đi, do đó độ ẩm của cá trích giảm dần theo thời gian sấy. Nhƣ vậy, tốc độ gió tăng thì thời gian sấy giảm, tuy nhiên chỉ đúng khi tăng vận tốc gió trong khoảng v = 1÷3 m/s thì thời gian sấy giảm từ 9h xuống 7.8h và xuống 7.6h. khi tốc độ gió tăng cao thì thời gian sấy lại tăng lên. Cụ thể khi tăng vận tốc gió từ 3 m/s đến 4 m/s thì thời gian sấy tăng lên từ 7.6h lên 8h. Do khi tốc độ gió cao giai đoạn đầu sẽ hình thành lớp bề mặt cứng làm cản trở quá trình thoát ẩm của giai đoạn sau kết quả quá trình thoát ẩm chậm lại và kéo dài thời gian sấy.
Bảng 3.2: Kết quả tỷ lệ hút nƣớc phục hồi ở các thí nghiệm thăm dò truyền thống (%)
Khoảng cách bức xạ (cm) Vận tốc gió (m/s) 1 2 3 4 20 49.91 51.44 51.54 50.11 49.91 51.44 51.54 50.11 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 vận tốc gió (m/s) tỷ lệ h ú t n ư ớ c p h ụ c h ồ i (% )
Nhận xét và thảo luận:
Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.1 và hình 3.1, cho thấy trong quá trình sấy, khi cố định nhiệt độ sấy 35ºC, khoảng cách chiếu xạ 20 cm và cho thay đổi vận tốc gió từ thì kết quả tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm cũng thay đổi. Cụ thể ở vận tốc gió 1 m/s thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm là 49.91%, ở vận tốc gió 2 m/s thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm là 51.44%, ở vận tốc gió 3 m/s là 51.54% và ở vận tốc gió 4 m/s là 50.11%. Ta nhận thấy tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm tăng lên khi ta tăng vận tốc gió trong khoảng 1÷3 m/s. Khi đó tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm tăng từ 49.11% lên 51.54%. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng vận tốc gió thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm lại giảm xuống cụ thể khi tăng vận tốc gió lên 4 m/s thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi giẩm từ 51.54% xuống 50.11% .
Giải thích: khi sấy ở vận tốc gió thích hợp thì thời gian sấy giảm đồng thời ít làm ảnh hƣởng nhất tới cấu trúc của cá sau khi sấy. Ở chế độ sấy này quá trình khuếch tán nƣớc ra khỏi nguyên liệu nhanh và triệt để, thời gian sấy cũng tƣơng đối ngắn nên cấu trúc sản phẩm thay đổi rất ít. Do đó mà khả năng phục hồi lại cấu trúc nhƣ ban đầu của cá cao. Còn khi sấy ở vận tốc gió quá thấp hay quá cao thì thời gian sấy tăng cao đồng thời tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm là thấp hơn do khi sấy ở vận tốc gió nhỏ hay quá lớn thì quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại không phù hợp (nƣớc ở lớp bên trong chƣa kịp khuếch tán ra bên ngoài) dẫn tới tạo lớp màng ở bề mặt cá. Lớp màng này chính là lipid và chất ngấm ra đồng thời thời gian sấy dài sản phẩm bị oxi hoá làm oxi hoá lipid và các chất ngấm ra tạo thành lớp màng mỏng trên bề mặt cá nên ngăn cản quá trình hút nƣớc trở lại vì lipid là chất kỵ nƣớc.
Để Tìm miền thí nghiệm là yếu tố khoảng cách bức xạ cách bố trí thí nghiệm nhƣ sau: Cố định vận tốc gió là v = 2 m/s đồng thời cho thay đổi khoảng cách bức xạ từ gốm tới nguyện liệu k = 10 ÷ 50 cm, ta thu đƣợc kết quả là thời gian sấy để nguyên liệu đạt độ ẩm vào khoảng 22% trong bảng sau:
Bảng 3.3: Kết quả thời gian sấy ở thí nghiệm thăm dò truyền thống (h) Vận tốc gió (cm) Khoảng cách bức xạ (cm) 10 20 30 40 50 2 8 7.8 9 9.5 10
Hình 3.3: sự biến đổi thời gian sấy của cá cơm săng khô theo khoảng cách chiếu xạ Nhận xét và thảo luận:
Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.1 và hình 3.1, cho thấy trong quá trình sấy, khi cố định nhiệt độ sấy 35ºC, vận tốc gió 2 m/s và cho thay đổi khoảng cách chiếu xạ thì thời gian sấy cá cơm săng khô cũng thay đổi. Cụ thể trong quá trình sấy để nguyên liệu đạt độ ẩm vào khoảng 22% từ độ ẩm ban đầu 72.33% thì ở khoảng cách chiếu xạ 10 cm thì thời gian sấy là 8h, ở khoảng cách chiếu xạ 20 cm thời gian sấy là 7.8h, ở khoảng cách chiếu xạ 30 cm thời gian sấy là 9h, ở khoảng cách chiếu xạ 40 cm thời gian sấy là 9.5h và ở khoảng cách chiếu xạ 50 cm thì thời gian sấy là 10h.
Giải thích: Do trong quá trình sấy, xảy ra quá trình nguyên liệu hấp thụ dòng bức xạ phát ra từ dàn gốm làm tăng nhiệt độ nƣớc trong nguyên liệu, dẫn tới tăng áp suất hơi nƣớc riêng phần. Ẩm từ trong nguyên liệu khuếch tán nội ra lớp bề mặt và quá trình khuếch tán ngoại đƣa ẩm vào môi trƣờng đồng thời đƣợc tác nhân sấy
8 7.8 9 9.5 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10 20 30 40 50 khoảng cách bức xạ (cm) th ờ i g ia n s ấy ( h )
(không khí) mang đi, do đó độ ẩm của cá trích giảm dần theo thời gian sấy. Và ta nhận thấy khi khoảng cách chiếu xạ tăng lên từ 10 cm đến 20 cm thì thời gian sấy giảm từ 8h xuống 7.8h, tuy nhiên khi tiếp tục tăng khoảng cách chiếu xạ thời thời gian sấy lại tăng lên. Cụ thể khi tăng khoảng cách chiếu xạ từ mức 20 cm lên các mức 30, 40, 50 cm thì thời gian sấy tăng dần lên tƣơng ứng từ 7.8 lên 9h, 9.5h, và lên 10h ở khoảng cách chiếu xạ 50 cm. Do khi khoảng cách chiếu xạ càng gần thì khả năng đâm xuyên của tia hồng ngoại lên vật liệu càng lớn nƣớc trong nguyên liệu sẽ hấp thu năng lƣợng bức xạ, chúng sẽ dao động mạnh, tạo ma sát và sinh nhiệt lớn, sau đó chúng sẽ dịch chuyển ra ngoài do sự chênh lệch về độ ẩm tuy nhiên khi khoảng cách chiếu xạ quá gần làm cho bề mặt cá có thể bị cháy, khô cứng làm tăng thời gian sấy. Còn khi khoảng cách chiếu xạ quá lớn thì làm giảm hiệu xuất hấp thụ dòng tia bức xạ, thời gian sấy kéo dài hơn. Vậy khi khoảng cách gốm tới nguyên liệu thích hợp thì dòng bức xạ phát ra từ gốm sẽ đƣợc hấp thụ tối đa vào nguyên liệu
Bảng 3.4: Kết quả tỷ lệ hút nƣớc phục hồi ở các thí nghiệm thăm dò truyền thống (%)
Vận tốc gió (cm) Khoảng cách bức xạ (cm) 10 20 30 40 50 2 50.16 51.44 49.72 49.23 48.85 50.16 51.44 49.72 49.23 48.85 0 10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 khoảng cách bức xạ (cm) tỷ lệ hú t nư ớ c ph ục hồ i ( % )
Hình 3.4: Sự biến đổi tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của cá cơm săng khô theo khoảng cách chiếu xạ
Nhận xét và thảo luận:
Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.1 và hình 3.1, cho thấy trong quá trình sấy, khi cố định nhiệt độ sấy 35ºC, vận tốc gió 2 m/s và cho thay đổi khoảng cách chiếu xạ thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm cũng thay đổi. Cụ thể ở khoảng cách chiếu xạ 10 cm tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm là 50.16%, ở khoảng cách chiếu xạ 20 cm thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm là 51.44%, ở khoảng cách chiếu xạ 30 cm là 49.72%, ở khoảng cách chiếu xạ 40 cm là 49.23% và ở khoảng cách chiếu xạ 50 cm là 48.85%. Ta nhận thấy tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm tăng lên khi ta tăng khoảng cách chiếu xạ từ 10 cm lên 20 cm. Khi đó tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm tăng từ 50.16% lên 51.44%. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng khoảng cách chiếu xạ thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm lại giảm xuống cụ thể khi tăng khoảng cách chiếu xạ lên các mức 30, 40, 50 cm thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm giảm dần tƣơng ứng từ 49.72% xuống 49.23% và xuống 48.85% ở khoảng cách chiếu xạ 50 cm.
Giải thích: Khi sấy khoảng cách chiếu xạ thích hợp thì thời gian sấy giảm đồng thời ít làm ảnh hƣởng nhất tới cấu trúc của cá sau khi sấy. Ở khoảng cách bức xạ này thì quá trình khuếch tán nƣớc ra khỏi nguyên liệu nhanh và triệt để, thời gian sấy cũng tƣơng đối ngắn nên cấu trúc sản phẩm thay đổi rất ít. Do đó mà khả năng phục hồi lại cấu trúc nhƣ ban đầu của cá cao. Còn khi sấy ở khoảng cách chiếu xạ quá thấp hay quá cao thì thời gian sấy tăng cao đồng thời tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm là thấp hơn do khi sấy ở khoảng cách chiếu xạ nhỏ hay quá lớn thì thời gian sấy kéo dài, sản phẩm dễ sảy ra các phản ứng oxi hoá làm oxi hoá lipid và các chất ngấm ra tạo thành lớp màng mỏng trên bề mặt cá nên ngăn cản quá trình hút nƣớc trở lại. Hay bề mặt cá có thể bị cháy, khô cứng cản trở quá trình thẩm thấu nƣớc trở lại.
Kết luận:
Qua các kết quả nghiên cứu và nhƣ phần thảo luận ở trên ta nhận thấy yếu tố vận tốc gió và khoảng cách chiếu xạ khi thay đổi có ảnh hƣởng tới thời gian sấy của cá cơm Săng khô và tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm. khi thay đổi vận tốc gió trong khoảng 1÷ 4m/s thì thời gian sấy ban đầu giảm nhƣng có xu hƣớng tăng lên nếu tiếp tục tăng vận tốc gió. Còn tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm ban đầu tăng lên nhƣng khi tiếp tục tăng vận tốc gió thì có xu hƣớng giảm dần. Tƣơng tự
nhƣ vậy khi ta thay đổi khoảng cách chiếu xạ trong khoảng 10 ÷ 50 cm thì thời gian sấy ban đầu có giảm, khoảng cách chiếu xạ tăng lên từ 10 cm đến 20 cm thì thời gian sấy giảm từ 8h xuống 7.8h, tuy nhiên khi tiếp tục tăng khoảng cách chiếu xạ thời thời gian sấy lại tăng lên. Còn tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm ban đầu có tăng lên, nếu tiếp tục tăng khoảng cách chiếu xạ thì tỷ lệ hút nƣớc phục hồi có xu hƣớng giảm dần.
Nhƣ vậy em tiến hành tối ƣu hóa chế độ sấy bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm với sự thay đổi đồng thời 2 yếu tố đầu vào là yếu tố vận tốc gió và yếu tố khoảng cách chiếu xạ. Miền thí nghiệm đối với yếu tố vận tốc gió v = 1 ÷ 4 m/s, yếu tố khoảng cách chiếu xạ k = 10 ÷ 50 cm. Với hàm mục tiêu là thời gian sấy để cá đạt độ ẩm vào khoảng 22% là ngắn nhất, và tỷ lệ hút nƣớc phục hồi của sản phẩm cao nhất.