CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.2. Quy trình công nghệ
1.2.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ
Hình 1.3. Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế biến cà rốt sấy 1.2.2. Thuyết minh quy trình 1.2.2. Thuyết minh quy trình
Nguyên liệu cà rốt chọn củ to, màu sáng, lõi nhỏ. Sau khi thu mua về, cần phải
được phân loại thủ cơng thành các kích thước khác nhau để đảm bảo độ đồng đều cho
sản phẩm sau này. Trong quá trình này, ta cũng loại bỏ những củ bị hư thối, sâu bệnh,....
Sau khi phân loại, phần cuống không sử dụng sẽ được cắt bỏ trước khi tiến
hành rửa cà rốt.
Rửa lần 1: Mục đích nhằm loại trừ hết tạp chất cơ học như: đất, cát, bụi và làm giảm phần nào vi sinh vật ngoài vỏ nguyên liệu cũng như lượng thuốc bảo vệ thực vật.
Tiến hành sấy khô
Xếp cà rốt vào khay và đưa vào buồng sấy Cắt lát cà rốt
Rửa lần 2 để đảm bảo loại bỏ toàn bộ tạp chất Gọt lọa bỏ vỏ lụa cà rốt
Rửa lần một loại bỏ tạp chất sơ bộ Lựa chọn nguyên liệu cà rốt Cắt cuống, loại bỏ tạp chất sơ bộ
8
Cạo vỏ và rửa lần 2: Tiến hành dùng dao loại bỏ lớp vỏ ngoài của cà rốt, quá trình cạo vỏ lưu ý khơng để dao phạm q nhiều vào phần thịt của cà rốt, làm tăng hao hụt của nguyên liệu, sau khi cạo vỏ xong tiến hành rửa lại lần 2 cho sạch những tạp chất dính vào cà rốt trong q trình cạo vỏ, sau đó để cà rốt ráo nước trước khi cắt.
- Cắt lát: Để tạo cảm quan cho sản phẩm cũng như tăng hiệu quả cho quá trình sấy, cà rốt thường được cắt thành lát mỏng hay thành sợi dày 1,5mm ÷ 2mm bằng dao. Yêu cầu của sản phẩm sau quá trình cắt phải đồng đều về kích thước, khơng bị dập nát, gãy, nứt,...
- Sấy khô: Tác nhân sấy đã được giảm ẩm và độ ẩm tương đối được đưa vào buồng sấy, do chênh lệch phân áp suất của hơi nước trong vật liệu sấy. Do đó ẩm sẽ tách ra khỏi vật liệu sấy đi vào tác nhân sấy. Khơng khí sau khi nhận ẩm của vật liệu sấy được thải bỏ ra môi trường một phần và một phần được hòa trộn với khơng khí tươi đi vào dàn lạnh để tách ẩm sau đó đi vào buồng sấy, khép kín chu trình.
- Đóng gói và bảo quản thành phẩm: Sau khi sấy xong, tùy từng mặt hàng, thời gian bảo quản và đối tượng sử dụng mà có quy cách đóng gói khác nhau. Ngồi ra,
điều kiện vận chuyển và bảo quản sản phẩm cũng có ý nghĩa quan trọng trong việc lựa
chọn bao bì, dạng vật liệu thường dùng để bảo vệ rau quả khô là giấy các tông và chất dẻo (PE, PVC, xenlophan...).
1.3. Một số kết quả nghiên cứu trong và ngồi nước. 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Các nhà khoa học tại Phân viện Cơ điện nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch: đã nghiên cứu công nghệ sấy lạnh và đã ứng dụng sấy một số sản phẩm nơng
sản như mít, mực… Kết quả thời gian sấy giảm đi rất nhiều, chỉ bằng một nửa thời gian sấy nóng, nhưng sản phẩm vẫn thỏa mãn yêu cầu về độ ẩm. Kết quả cảm quan cụ thể như sau:
Bảng 1.5. So sánh hai phương pháp sấy nóng và sấy lạnh đối với mít và mực
Sản phẩm sấy Phương pháp sấy Màu sắc
Mít Sấy lạnh Vàng tươi
Sấy nóng Vàng nâu
Mực Sấy lạnh Màu trắng
Sấy nóng Màu vàng
Phạm Văn Tuỳ và cộng sự (2003): đã nghiên cứu thành công công nghệ sấy
lạnh bằng bơm nhiệt và đã ứng dụng sấy một số sản phẩm như: cà rốt, củ cải, hành lá... Kết quả thu được là các sản phẩm sau khi sấy vẫn giữ được màu sắc tự nhiên dù đã sấy
9
rất khô, hàm lượng vitamin C ở mức cao hơn hẳn so với các sản phẩm rau quả sấy bằng các phương pháp khơng khí nóng hay hồng ngoại, chi phí năng lượng sử dụng cũng thấp hơn các công nghệ sấy khác (giảm 45%) [5].
Trần Đại Tiến và các cộng sự (2004): đã nghiên cứu công nghệ sấy lạnh cho
sản phẩm mực lột da. Kết quả là chất lượng sản phẩm rất tốt đồng thời rút ngắn được thời gian sấy [6].
Hoàng Ngọc Đồng (2009): đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trên mơ
hình thiết bị sấy thực tế ở nhiệt độ thấp sử dụng bơm nhiệt. Các kết quả nghiên cứu về
ảnh hưởng của cấu tạo của dàn lạnh đến khả năng tách ẩm và đến khả năng sấy của hệ
thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt. Từ đó đề xuất một số phương pháp làm tăng khả năng làm lạnh, tách ẩm của dàn lạnh nhằm nâng cao hiệu quả bơm nhiệt [7].
Phan Thị Hồng Thanh, Phạm Văn Tùy (2010): đã xác định các thông số chế
độ hợp lý khi sấy lạnh hành tây bằng hệ thống sấy bơm nhiệt máy nén BK- BSH1.4.
Các kết quả là chất lượng hành tây sấy tốt nhất và năng suất sấy cao nhất ở khối lượng vật sấy 10kg, hệ số hồi lưu 55%, tốc độ tác nhân sấy 2m/s, nhiệt độ tác nhân sấy 34°C [8].
Võ Mạnh Duy, Lê Chí Hiệp (2011): đã cơng bố trên Tạp chí Khoa học kết quả
nghiên cứu sấy cà rốt bằng máy sấy bơm nhiệt kiểu thùng quay cho chất lượng tốt khi sấy ở nhiệt độ 40°C, vận tốc khơng khí 2,5m/s và tốc độ quay thùng 15 vòng/phút [9].
Nguyễn Hay cùng các cộng sự (2011): đã công bố các kết quả nghiên cứu sấy
bằng nguyên lý bơm nhiệt cho một số nông sản tại Việt Nam tại hội nghị khoa học lần thứ 20 – ĐHBK Hà Nội [10].
Lê Như Chính, Trần Đại Tiến, Phạm Văn Tùy (2011): đã công bố đề tài nghiên cứu tối ưu hóa chế độ sấy tôm thẻ chân trắng bằng bơm nhiệt máy nén kết hợp với bức xạ hồng ngoại trên Tạp chí Năng lượng nhiệt [11].
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
M. Shafiur Rahman và cộng sự (1997): đã xác định đường giảm ẩm và tốc độ
sấy lớp mỏng của đậu Hà Lan khi sấy bằng máy sấy bơm nhiệt. Thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ khơng khí sấy từ 25 đến 65°C, độ ẩm khơng khí sấy từ 20% đến 60% và tốc độ khơng khí 1,5m/s [12].
S. Prasertsan; P. Saen-saby (1998): đã xác định hiệu quả kinh tế của máy sấy
dùng bơm nhiệt. Tốc độ tách ẩm MER và lượng tách ẩm riêng SMER của gỗ và chuối sấy giảm nhanh theo thời gian nhưng công suất máy nén gần như không đổi. Nếu độ
ẩm cuối của gỗ thấp hơn 10%, MER lớn nhất là 2,854 kg/h và SMER lớn nhất là 0,572
10
cao nhất là 0,540 kg/kWh. So với phương pháp sấy khơng khí nóng dùng điện trở hoặc
đốt trực tiếp thì sấy bằng bơm nhiệt cho chi phí thấp nhất [13].
Siva Achariyaviriya, Somchart Soponronnarit và Apichit Terdyothin (2000): kết quả cho thấy điều kiện môi trường xung quanh ảnh hưởng nhiều đến hiệu
suất của máy sấy dùng bơm nhiệt kiểu hở và kiểu kín một phần. Ngồi ra, hệ số bypass của khơng khí qua dàn lạnh ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất của tất cả máy sấy dùng bơm nhiệt. Hơn nữa, lưu lượng và nhiệt độ khơng khí sấy ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất của tất cả máy sấy dùng bơm nhiệt [14].
U. Teeboonma, J. Tiansuwan and S. Soponronnarit (2002): đã xác định chế
độ sấy tối ưu và chi phí sấy thấp nhất khi sấy trái cây bằng bơm nhiệt chịu ảnh hưởng
của các thông số như: hệ số khơng khí tái tuần hồn, hệ số khơng khí bypass qua dàn lạnh BP, lưu lượng khơng khí và nhiệt độ khơng khí sấy.. Kết quả thể hiện các chế độ sấy tối ưu của hai sản phẩm này là khác nhau, đặc biệt là lưu lượng khơng khí và hệ số BP. Tính chất vật lý của sản phẩm sấy ảnh hưởng nhiều đến lưu lượng khơng khí và hệ số BP tối ưu. [15].
R. Queiroz và các cộng sự (2004): đã nghiên cứu động học quá trình sấy cà chua được nghiên cứu bằng máy sấy dùng bơm nhiệt và máy sấy dùng điện trở với dịng khí song song và cắt ngang. Hệ số COP của bơm nhiệt khoảng 2,56 đến 2,68, tiết kiệm năng lượng khoảng 40% so với sấy bằng điện trở. [16].
Márcio N. Kohayakawa và các cộng sự (2004): đã xác định ảnh hưởng của tốc độ khơng khí (1,6 đến 4,4 m/s) và chiều dày lát xoài (0,58 đến 1,42cm) đến hệ số hiệu quả khuếch tán và sự gia tăng khả năng sấy và hiệu suất của hệ thống sấy bơm nhiệt. Hệ số hiệu quả COP trong khoảng 1,21 đến 1,71. Mơ hình Fick được sử dụng để dự đốn thời gian sấy của xồi. Phân tích thống kê chỉ ra các thơng số mơ hình chịu
ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ sấy [17].
Ana L. Gabas và các cộng sự (2004): đã nghiên cứu động học quá trình sấy
táo (var. Gala) bằng máy sấy dùng bơm nhiệt và máy sấy dùng điện trở với dịng khí sấy song song. Hệ số hiệu quả COP giữa 2,48 và 2,58, với tiết kiệm năng lượng khoảng 40% so với sấy bằng điện trở. Tỉ lệ hút ẩm và hệ số hình dáng của táo thì giống nhau đối với hai phương pháp sấy. Tổn hao lượng ascorbic acid nhỏ hơn khi sấy bơm nhiệt, đó là do điều kiện khơng khí sấy [18].
M. Fatouh, M.N. Metwally, A.B. Helali và M.H. Shedid (2005): đã thực hiện
các thí nghiệm sấy bằng bơm nhiệt trên cây cẩm quỳ Jew, bạc hà và ngò tây. Năng suất máy sấy lớn nhất khoảng 5,4 kg/(m2
.h) đạt được ở nhiệt độ khơng khí 55°C, tốc
độ gió 2,7m/s và tải trọng bề mặt 28kg/m2
. Kích thước các thảo dược khơng có thân nhỏ cần lượng tiêu hao năng lượng thấp và thời gian sấy ngắn. [19].
11
Warunee Tia, Somchart Soponronnarit và Warraboon Kaewassadorn (2001): đã nghiên cứu máy sấy trái cây bằng bơm nhiệt với năng suất 100kg/mẻ đã thí
nghiệm sấy dứa, chuối, bắp cải ở nhiệt độ điều khiển tối đa 55°C, lưu lượng gió 0,54m3/s, tỉ lệ hịa trộn khơng khí 78%. Kết quả màu sắc sản phẩm tốt, hiệu suất máy sấy cao khi sấy ở chế độ đầy tải. Tốc độ sấy cực đại là 1,95 kg hơi nước/giờ, SMER là 1kg ẩm bay hơi/kWh và COP của bơm nhiệt là 4,99. Tiêu hao năng lượng riêng thấp nhất là 3,62MJ/kg [20].
Hilaire Nahimana, Arun S. Mujumdar and Min Zhang (2011): nghiên cứu
biến đổi về hình dạng cùng với sự biến đổi màu sắc của tế bào carrot trong quá trình sấy. Nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình xử lý nhiệt sơ bộ (trần hoặc hấp) sẽ đẩy nhanh quá sấy khô sản phẩm, do việc cân bằng độ ẩm ban đầu của carrot làm cho quá trình sấy được nhanh hơn, ngồi ra nó giúp sự co rút của các tế bào carrot giảm, màu sắc và hàm lượng các vitamin và khoáng chất được giữa lại sau khi sấy tốt hơn [21].
Nguyen Tan Dzung và cộng sự: nghiên cứu chỉ ra rằng q trình sấy khơ các
sản phẩm là rất phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố này có mối quan hệ mật thiết với nhau, khi một yếu tố thay đổi thì sẽ kéo theo sự thay đổi của các yếu tố khác [22- 25].
Juan Carlos Gómez-Daza và Claudia Isabel Ochoa-Martínez (2015): nghiên cứu
sự ảnh hưởng của chiều dày lớp carrot sấy đến quá trình sấy. Nghiên cứu chỉ ra rằng chiều dày lớp carrot sấy ảnh hưởng đến sự lưu thơng khơng khí từ đó ảnh hưởng đến các thơng số nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy [26].
1.4. Kết luận
Qua tổng hợp và phân tích các cơng trình nghiên cứu từ trước đến nay đã cho thấy rằng phương pháp sấy sử dụng bơm nhiệt cho kết quả rất khả quan như sau:
- Chất lượng của SP sau khi sấy có màu sắc gần như ban đầu, hàm lượng Vitamin và khống chất ít tổn thất, tính kinh tế của bơm nhiệt hiệu quả cao.
- Nhiệt độ sấy từ 25°C- 65°C; vận tốc TNS 1m/s – 5m/s, COP là 2,56 - 4,99. - Phụ thuộc vào các yêu tố: nhiệt độ TNS, nhiệt độ buồng sấy, vận tốc của TNS,
thời gian sấy….vv
Trước đây chúng ta thường quan niệm sấy lạnh chỉ sử dụng cho các sản phẩm cao cấp, tuy nhiên hiện tại tất cả các sản phẩm khi ra thị trường thì yêu tố cảm quan và chất lượng rất quan trọng.
12
Hình 1.4: Một số sản phẩm hiện nay sử dụng áp dụng phương pháp sấy lạnh
Cà rốt có màu sắc đặc biệt và chứa hàm lượng β-carotene và α-carotene đây là các chất màu hòa tan trong chất béo, nó quyết định màu da cam đặc trưng của cà rốt thành phần này rất dễ biến đổi khi sấy vì nhạy với nhiệt độ của TNS. Do vậy sản phẩm sau khi sấy mà giữ được màu sắc tốt và các thành phần Vitamin và khoáng chất ít tổn thất, thì có thể làm cơ sở nghiên cứu cho các sản phẩm khác.
Hiện nay trên thị trường đã có rất nhiều đơn vị buôn bán máy sấy lạnh, tuy
nhiên các máy sấy này có cấu tạo và nguyên lý chung chung cho tất cả các loại sản phẩm, do vậy chất lượng của sản phẩm chưa tốt.
Hình 1.5. Một số máy sấy lạnh trên thị trường Việt Nam
Tuy nhiên, bài tốn tìm kiếm chế độ cơng nghệ tối ưu để khi tiến hành sấy tạo ra sản phẩm tốt nhất, độ ẩm đạt yêu cầu và chi phí năng lượng tốt nhất chưa được quan tâm nhiều.
13
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Cơ sở khoa học của phương pháp sấy
Quá trình sấy là quá trình chất lỏng hoặc hơi của nó chủ yếu là nước và hơi nước nhận được năng lượng để dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt và nhờ tác nhân mang thải ra ngồi mơi trường. Ẩm trong vật liệu ở dạng liên kết cơ - lý có thể tách khỏi vật liệu nhờ quá trình sấy, [27,28].
2.1.1. Động học quá trình sấy
Đường cong sấy là quan hệ giữa độ ẩm trung bình tích phân ωtb và thời gian
sấy 𝜏 [27,28], quan hệ nhiệt độ vật liệu sấy theo thời gian là đường cong nhiệt độ
sấy.
Sự thay đ ổi đ ộ ẩm và nhiệt đ ộ đốt nóng vật liệu ẩm theo thời gian sấy gọi
chung là động học quá trình sấy. ωtb = f1(𝜏) (tốc độ thoát ẩm theo thời gian dωtb /d𝜏 = f2(𝜏); nhiệt độ tâm t0; nhiệt độ bề mặt tb của vật liệu sấy theo thời gian t0 = f3(𝜏) và tb = f4(𝜏).
Đường cong sấy nói chung được biểu diễn trên Hình 1.3. Có thể chia đường
cong sấy thành 3 phần tương ứng với 3 giai đoạn sấy:
Hình 2.1. Đường cong sấy
Giai đoạn đốt nóng A—B: là giai đoạn bắt đầu quá trình sấy. Đây là giai đoạn đốt nóng vật liệu là nhiệt độ vật liệu sấy tăng, làm bay hơi nước bề mặt của vật
liệu sấy, chủ yếu xảy ra quá trình khuếch tán ngoại, độ ẩm của vật liệu sấy biến
thiên theo quy luật phi tuyến, thường là bậc 2.
14
sấy đạt đến nhiệt độ bay hơi của ẩm, lúc này quá trình bốc hơi ẩm xảy ra mãnh liệt cả về khuếch tán ngoại và khuếch tán nội, vận tốc tách ẩm gần như không thay đổi,
độ ẩm vật liệu sấy biến thiến ở dạng tuyến tính bậc 1, kết thúc giai đoạn này ẩm tự
do trong vật liệu sấy gần như bốc hơi hoàn tồn Vì vậy, giai đoạn này gọi là giai
đoạn tốc độ sấy không đổi.
Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần C-D: là giai đoạn cuối của quá trình sấy. Giai
đoạn này gọi là giai đoạn cân bằng ẩm, giai đoạn này làm bốc hơi một phần rất ít ẩm tự do còn lại và chủ yếu làm bốc hơi ẩm liên kết vật lý, loại ẩm này tách ra cần
một năng lượng lớn, thời gian bốc ẩm kéo dài, độ ẩm vật liệu sấy trong giai đoạn này biến thiên theo dạng phí tuyến, nó phụ thuộc rất nhiều dạng vật liệu xốp, keo và keo – xốp. Kết thúc giai đoạn này độ ẩm vật liệu sấy đạt đến độ ẩm cân bằng.
Người ta thấy rằng, đối với các quá trình sấy hạt ngũ cốc giai đoạn tốc độ sấy