Hình 1.9. Hệ thống sấy hồng ngoại: Có ƣu điểm và nhƣợc điểm sau:
Ưu Điểm: Do đây là một trong những loại máy sấy có ứng dụng cơng nghệ cao
nên chúng có hiệu quả trong những khía cạnh nhất định. Một sản phẩm đƣợc sấy bằng các máy sấy hồng ngoại thƣờng có những ƣu điểm nhƣ:
+ Sản phẩm thu đƣợc sau q trình sấy khơ bằng hồng ngoại có chất lƣợng không thay đổi so với trƣớc khi sấy: Hƣơng thơm, vị ngon và hàm lƣợng vitamin hầu nhƣ đƣợc bảo toàn, nhất là đối với các sản phẩm sấy là thực phẩm, trái cây, hải sản và đồ ăn đƣợc.
+ Q trình sấy khơng làm thức ăn bị nhiễm khuẩn: Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm luôn ở mức rất cao.
+ Công nghệ sấy bằng tia hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sản xuất, giúp tiết kiệm chi phí cho mỗi thành phẩm.
17
+ Phƣơng pháp này hồn tồn khơng có sự tác động của các chất xúc tác (hóa chất) đặc biệt: Không gây ô nhiễm môi trƣờng và không gây ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời.
+ Tia hồng ngoại cịn có khả năng tiêu diệt cơn trùng và tiệt trùng sản phẩm sấy: Giúp đảm bảo chất lƣợng cho sản phẩm sấy.
+ Quá trình trao đổi nhiệt giữa bóng đèn sấy hồng ngoại và sản phẩm xảy ra với cƣờng độ cao hơn bất kỳ phƣơng pháp sấy nào khác nên thời gian sấy khô sản phẩm rất nhanh.
+ Cƣờng độ bốc hơi ẩm trên sản phẩm sấy có thể lớn hơn vài lần so với đối lƣu và tiếp xúc tuần hồn khí nóng.
+ Tránh đƣợc q nhiệt cục bộ và làm chai, nứt nẻ bề mặt.
+ Hiệu suất sử dụng nhiệt cao giảm sự tổn hao năng lƣợng, do năng lƣợng bức xạ hồng ngoại phần lớn chuyển biến thành nhiệt năng cần thiết để làm cho nƣớc trong sản phẩm bốc hơi. Vì vậy Gradien nhiệt độ và độ ẩm ở lớp sát bề mặt sản phẩm sấy cùng chiều, do đó tăng cƣờng tốc độ khuếch tán nội dẫn đến tốc độ sấy tăng.
+ Dễ điều chỉnh nguồn nhiệt độ trên bề mặt sản phẩm sấy, thao tác, sử dụng thuận tiện, nhất là sấy bằng bóng đèn có thể ngƣng q trình sấy một cách dễ dàng.
+ Dễ lắp đặt, vận hành, điều khiển, chi phí ít tốn kém, chiếm ít diện tích mặt bằng.
+ Chúng chỉ tác động đến vật cần sấy chứ không ảnh hƣởng gì đến mơi trƣờng và khơng khí xung quanh. Đây là phƣơng pháp sấy rất sạch sẽ và cấu tạo của máy sấy dùng đèn hồng ngoại rất đơn giản, dễ sử dụng.
+ Ngoài ra các máy sấy sử dụng hồng ngoại cịn có khá nhiều các ƣu điểm vƣợt trội. Ví dụ nhƣ chi phí lắp đặt và thiết kế một hệ thống sấy hồng ngoại tƣơng đối thấp, phù hợp với nhiều quy mô sản xuất và kinh doanh khác nhau. Cuối cùng là việc vận hành và sử dụng các máy sấy hồng ngoại cũng khá đơn giản, có thể dễ dàng học, thực hành ngay tại nhà.
18
Nhƣợc điểm: Tuy nhiên, hầu nhƣ khơng hề có một phƣơng pháp sấy khơ nào
là hồn hảo. Ngoài rất nhiều ƣu điểm kể trên, các máy sấy này cũng có những khuyết điểm nhất định. Các nhƣợc điểm của máy sấy hồng ngoại có thể đƣợc kể đến nhƣ:
+ Khả năng xuyên thấu của các tia hồng ngoại khá kém: Chúng chỉ có thể sấy khơ các sản phẩm có độ dày nhỏ từ 7 - 30 mm [31].
+ Tùy theo mỗi loại sản phẩm cần sấy, cần xác định công suất hồng ngoại phù hợp
1.4. Tổng quan các cơng trình nghiên cứu đã cơng bố trên thế giới và tại Việt Nam về sấy tôm và ứng dụng của bức xạ hồng ngoại trong sấy thủy hải sản, nơng sản
1.4.1. Các cơng trình nghiên cứu đã công bố trên thế giới * Trong sấy tôm và thủy hải sản * Trong sấy tôm và thủy hải sản
Zhang và các cộng sự [6] đã nghiên cứu về các thuộc tính mùi thơm ở tơm sấy khơ trong khơng khí nóng và của các bộ phận khác của tôm bằng cách sử dụng phân tích cảm quan và sắc ký khí - khối phổ. Nghiên cứu đã kết luận hợp chất hoạt tính tạo mùi thơm ở thịt đƣợc sấy khơ bằng khơng khí nóng giảm xuống khi loại bỏ biểu bì tơm.
Murali và các cộng sự [7] tiến hành thiết kế và phát triển một máy sấy năng lƣợng mặt trời, tiết kiệm năng lƣợng phù hợp cho quá trình sấy. Trong máy sấy này, nƣớc đƣợc sử dụng nhƣ một phƣơng tiện lƣu trữ nhiệt năng và truyền nhiệt, và khơng khí nhƣ một chất trung gian; hệ thống năng lƣợng mặt trời cung cấp 73,93% nhiệt năng và máy nƣớc nóng hỗ trợ phần cịn lại của nhu cầu năng lƣợng khi bức xạ mặt trời thấp hơn trong quá trình bắt đầu và kết thúc quá trình sấy.
Hosseinpour và các cộng sự [8] thực hiện các thí nghiệm sấy đƣợc thực hiện trên máy sấy kết nối với máy tính, sử dụng nhiệt độ sấy khơ bằng khơng khí nóng 50 – 90°C và sấy hơi nƣớc quá nhiệt, nhiệt độ 110 – 120°C ở tốc độ sấy trung bình 1 – 2
19
m/s. Kết quả cho thấy các thông số màu của sản phẩm tôm khô bị ảnh hƣởng đáng kể bởi nhiệt độ sấy
Josafat và các cộng sự [9] nghiên cứu sự hình thành cholesterol, sự thay đổi của hàm lƣợng chất chống oxy hóa (astaxanthin) và thành phần axit béo trong tôm muối khơ trong q trình phơi nắng và bảo quản. Kết quả trong quá trình phơi nắng, hầu hết astaxanthin (75%) bị phân hủy, cholesterol gia tăng đáng kể (8,6 lần), lipid đạt tổng nồng độ 372,9 ± 16,3 μg/g; trong bảo quản sẽ làm tăng hơn nữa các quá trình trên.
Pranav Mehta và các cộng sự [10], ơng thiết kế phát triển và phân tích hiệu suất của máy sấy năng lƣợng mặt trời để làm khô cá. Kết quả cho thấy: độ ẩm của cá đƣợc giữ trong máy sấy năng lƣợng mặt trời giảm từ khoảng 89% xuống 10% trong 18 giờ nắng, trong khi đó, phải mất 38 giờ để làm khơ cá ở ngồi nắng tự nhiên.
Ohijeagbon và các cộng sự [11] thực hiện nghiên cứu dữ liệu về động học sấy của máy sấy cá bằng khí đốt bán tự động. Một máy sấy đƣợc chế tạo chủ yếu từ tấm kim loại nhẹ và thép không gỉ, và đƣợc sử dụng để sấy các mẫu cá đã chế biến. Máy có ƣu điểm là kiểm sốt đƣợc các thơng số vận hành chính bao gồm khối lƣợng cá, khối lƣợng khí hóa lỏng đƣợc sử dụng, nhiệt độ bên trong máy sấy, thời gian sấy, độ ẩm, mức sử dụng năng lƣợng…
Hamdani và các cộng sự [12] chế tạo và thử nghiệm thiết bị sấy năng lƣợng mặt trời đƣợc trang bị hệ thống sƣởi khơng khí bằng nhiên liệu. Kết quả quá trình sấy cá đƣợc rút ngắn thời gian, tiết kiệm năng lƣợng, chi phí đầu vào.
Zhen-hua Duan và các cộng sự [13] nghiên cứu ảnh hƣởng của việc gia nhiệt bằng lị vi sóng khơng khí nóng đến q trình sấy khơ và các đặc tính chất lƣợng của cá rô phi philê tƣơi. Kết quả cho thấy sự gia tăng cơng suất vi sóng dẫn đến giảm độ ẩm cuối cùng khi sấy trong cùng một khoảng thời gian.
Hosain Darvishi và các cộng sự [14] thực hiện nghiên cứu ảnh hƣởng của sấy vi sóng đến tốc độ sấy, khả năng khuếch tán hiệu quả và tiêu thụ năng lƣợng của cá
20
sardine ở các cơng suất vi sóng khác nhau (200, 300, 400 và 500 W). Kết quả, cho thấy độ ẩm, thời gian sấy của các mẫu đã giảm đáng kể khi cơng suất vi sóng đầu vào tăng.
* Trong sấy nông sản kết hợp hồng ngoại
Fatemeh Jafari và các cộng sự [15] ông tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng của sấy hồng ngoại đến chất lƣợng của các lát cà tím. Kết quả là q trình sấy khơ đã làm
tăng đáng kể hàm lƣợng phenolic và hàm lƣợng kali. Tổng chênh lệch màu (ΔE) nằm trong khoảng 10,22–25,14
Kay Khaing Hnin và các cộng sự [16] thực hiện nghiên cứu làm khô hoa hồng bằng phƣơng pháp sấy lạnh hồng ngoại ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả cho thấy ở nhiệt độ sấy cao có thể làm giảm thời gian sấy và tiêu thụ năng lƣợng.
Yiting Guo và các cộng sự [17] nghiên cứu ảnh hƣởng của việc tăng cƣờng cơng suất siêu âm đối với q trình sấy khơ bằng tia hồng ngoại đối với các lát cà rốt. Kết quả quá trình sấy khơ bằng tia hồng ngoại có sự hỗ trợ sóng siêu âm làm tăng khả năng loại bỏ nƣớc và khuếch tán độ ẩm hiệu quả.
Xiaowei Shi và các cộng sự [18], ông và các cộng sự đã nghiên cứu một phƣơng pháp làm khô mới với sự kết hợp của siêu âm tiếp xúc và bức xạ hồng ngoại đến sự chuyển ẩm và thay đổi cấu trúc của các lát chuối. Kết quả cơng suất của sóng siêu âm tiếp xúc cao hơn có thể tạo ra hiệu ứng tăng cƣờng mạnh hơn đối với bức xạ hồng ngoại lên lát chuối.
Yue Zhang và các cộng sự [19] nghiên cứu về việc kết hợp tia hồng ngoại với tác động khơng khí nóng (IR-HAD) làm khơ lát bầu xốp (mƣớp hình trụ). Kết quả các mẫu sấy bằng tia hồng ngoại (IR-HAD) và khơng khí nóng cho thấy IR-HAD là một kỹ thuật phù hợp để giữ lại các đặc tính chất lƣợng của rau với độ dày phù hợp với độ xun tia hồng ngoại đƣợc tính tốn (5,30–7,25 mm).
Vahid Baeghbali và các cộng sự [20] kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của sóng siêu âm và sấy khô bằng tia hồng ngoại, sấy đơng lạnh và sấy bằng lị nƣớng lên các
21
đặc tính hóa lý của lát đậu bắp cho thấy sấy khơ bằng sóng siêu âm và tia hồng ngoại vẫn giữ đƣợc chất lƣợng hóa lý của đậu bắp khơ, chất lƣợng sản phẩm sấy khơ bằng sóng siêu âm và tia hồng ngoại tốt hơn sấy bằng lò nƣớng và tƣơng đƣơng với sấy đông lạnh.
Deependra Rajoriya và các cộng sự [21] nghiên cứu về sấy lát táo bằng bức xạ hồng ngoại. Kết quả phƣơng pháp sấy lát táo bằng bức xạ hồng ngoại giảm thời gian sấy khô và yêu cầu năng lƣợng so với sấy khơ bằng khơng khí nóng, táo khơ sấy lát bằng bức xạ hồng ngoại có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn và táo bảo quản tốt hơn về màu sắc, hƣơng vị và cấu trúc vi mô của lát táo.
Yabin Feng và các cộng sự [22] ông cải thiện quy trình sấy khơ bằng bức xạ hồng ngoại và các đặc tính chất lƣợng của các lát tỏi khơ bằng q trình tiền xử lý rƣợu có hỗ trợ siêu âm. Kết quả cho thấy quá trình tiền xử lý rƣợu có hỗ trợ siêu âm làm giảm đáng kể thời gian sấy so với các xử lý sơ bộ khác; chất lƣợng tỏi khô đã đƣợc cải thiện rõ rệt.
Chao Ding và các cộng sự [23], kết quả quá trình nghiên cứu ảnh hƣởng của sấy hồng ngoại đến các đặc tính bảo quản của gạo lứt: Sấy hồng ngoại đạt hiệu quả cao mà không làm mất khả năng nảy mầm của lúa, ổn định màu sắc, cấu trúc vi mơ của gạo lứt, duy trì tốt các đặc tính nhiệt và nhão của gạo lứt, làm giảm những thay đổi trong q trình nấu và đặc tính kết cấu của gạo lứt trong quá trình bảo quản.
Fakhreddin Salehi và cộng sự [24] ông kết hợp sấy chân không với bức xạ hồng ngoại đƣợc cải tiến nhƣ một kỹ thuật sấy mới giúp rút ngắn thời gian làm khô của lát chanh, khả năng khuếch tán độ ẩm tăng lên khi công suất tăng.
Longyang Yao và cộng sự [25] tiến hành nghiên cứu về sự ảnh hƣởng của các quá trình xử lý sơ bộ khác nhau sau đó là sấy khơ bằng khơng khí nóng và hồng ngoại lên các hợp chất hoạt tính sinh học, đặc tính hóa lý và cấu trúc vi mơ của lát xồi. Tính mới của bài báo này là đánh giá ảnh hƣởng của sấy khơ bằng khơng khí nóng và sấy hồng ngoại đến các đặc tính hóa lý và cấu trúc vi mơ của lát xồi đƣợc xử lý trƣớc giúp
22
gia tăng đáng kể lƣợng đƣờng khử, axit ascorbic, duy trì hàm lƣợng axit phenolic, tăng khả năng lƣu giữ chất dinh dƣỡng, màu sắc và cấu trúc vi mô.
Weiwei Cheng và các cộng sự [26] đã so sánh phƣơng pháp làm khơ xồi bằng năng lƣợng mặt trời, bằng quang phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại. Kết quả của quang phổ khả kiến và cận hồng ngoại cho thấy chất lƣợng của các mẫu xoài thu đƣợc từ máy sấy là đồng đều nhất và bảo tồn đƣợc hàm lƣợng carotenoid và sắc tố diệp lục cao nhất.
Seyed-Hassan Miraei Ashtiani và cộng sự [27], họ phân tích đặc điểm làm khơ và mơ hình hóa các lớp mỏng của lá bạc hà trong sấy bằng khơng khí nóng và bức xạ hồng ngoại. Kết quả lá bạc hà đƣợc sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại hiệu quả hơn khơng khí nóng.
Meliza Lindsay Rojas và cộng sự [28] đã nghiên cứu về việc xử lý trƣớc bằng etanol và sóng siêu âm để cải thiện q trình sấy khơ bằng bức xạ hồng ngoại đối với các lát khoai tây. Kết quả các xử lý sơ bộ đều giảm thời gian khô, trong khi Ethanol và sóng siêu âm mang lại mức giảm cao nhất.
Ratseewo và các cộng sự [29] tiến hành nghiên cứu về sự thay đổi các axit amin và các hợp chất hoạt tính sinh học của gạo lứt khi bị ảnh hƣởng bởi bức xạ hồng ngoại và sấy khơ bằng khơng khí nóng đã đƣợc áp dụng cho các loại gạo có sắc tố chƣa đƣợc đánh bóng và đánh bóng. Kết quả, cho thấy bức xạ hồng ngoại và sấy khơ bằng khơng khí nóng có thể có ảnh hƣởng đáng kể đến cấu trúc bên trong của hạt, có thể làm tăng năng suất chiết xuất một số thành phần, bao gồm cả hoạt chất sinh học.
Onwude và các cộng sự [30] thực hiện nghiên cứu thực nghiệm và mơ phỏng tốn học về sấy đối lƣu kết hợp hồng ngoại gián đoạn đối với khoai lang. Kết quả sấy hồng ngoại gián đoạn và sấy đối lƣu là một phƣơng pháp sấy mới có thể nâng cao hiệu quả năng lƣợng và chất lƣợng của sản phẩm sấy.
1.4.2. Các cơng trình nghiên cứu trong nƣớc
Nguyễn Đức Bảo các cộng sự [31] nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại gián đoạn để sấy tôm thẻ chân trắng xuất khẩu. Kết
23
quả cho thấy chế độ sấy có nhiệt độ nằm trong khoảng 35oC ÷ 45oC, vận tốc là từ 1÷4 (m/s), khoảng cách bức xạ: 35 ÷ 50 (cm) là tối ƣu giúp quá trình sấy diễn ra nhanh và chất lƣợng sản phẩm tôm sấy khơ cao, mang tính kinh tế.
Lê Nhƣ Chính và các cộng sự [32] Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội nghiên cứu quá trình truyền nhiệt, truyền chất và xác định chế độ sấy tôm thẻ chân trắng Việt Nam bằng bơm nhiệt kết hợp với hồng ngoại. Kết quả đã xây dựng đƣợc mơ hình tốn, làm cơ sở để mơ phỏng q trình truyền nhiệt, truyền chất bên trong con tôm thẻ sấy bằng bơm nhiệt kết hợp với hồng ngoại.
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại gián đoạn để sấy hành lá, tác giả Lê Thị Đoan Thủy [33], đã chứng minh khi kết hợp hai hƣơng pháp sấy này với nhau rất hiệu quả đối với vật liệu sấy có bề dày nhỏ và đã giúp giảm thời gian sấy nhờ việc tăng quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại , màu sắc tự nhiên của ngun liệu ít bị biến đổi, duy trì đƣợc mùi thơm đặc trƣng khi ở cùng điều kiện sấy so với mẫu chỉ dùng sấy bơm nhiệt.
Nghiên cứu chế độ sấy khơ thóc, đậu phộng trên băng chuyền ứng dụng gia nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại, tác giả Nguyễn Thị Bích Thủy [34], đã xác định đƣợc chế độ sấy tối ƣu: khoảng cách bức xạ tới sản phẩm sấy là 450mm, vận tốc băng tải: 7mm/s và thời gian sấy 3 phút.
1.5. Phân tích, đánh giá các cơng trình trên, điểm mới cho đề tài đang nghiên cứu. nghiên cứu.
1.5.1 Phân tích, đánh giá các cơng trình trong nước và trên thế giới Bảng 1.4. Bảng tổng hợp các cơng trình nghiên cứu trên thế giới
Tên tác giả Tên nghiên cứu Kết quả nghiên cứu Ghi
chú
[6] Di Zhang, Hongwu Ji, Jing Gao
Similarity of aroma attributes in hot – air -
dried shrimp (Penaeus
Nghiên cứu đã kết luận hợp chất hoạt