Nguyên lý hoạt động của tủ sấy điện trở (Hình 1.5): Khí nóng đƣợc tạo ra nhờ khơng khí tƣơi đƣợc thổi qua nguồn gia nhiệt (Điện trở, đèn hồng ngoại…). Quạt thổi đƣa khí nóng đi ngang qua bề mặt sản phẩm cần sấy. Nƣớc từ trong sản phẩm sẽ theo dịng khí nóng ẩm ra ngồi mơi trƣờng. Các bộ phận của tủ sấy điện trở bao gồm: buồng sấy, điện trở cấp nhiệt, khay chứa sản phẩm, quạt .
* Ƣu điểm:
- Chất lƣợng an toàn vệ sinh thực phẩm tốt so với phƣơng pháp phơi nắng. - Tủ sấy có cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng.
- Có thể chủ động điều khiển nhiệt độ sấy theo yêu cầu, tiết kiệm đƣợc nhân lực lao động.
12
- Có thể sử dụng nhiều dạng năng lƣợng để làm nóng khơng khí nhƣ: điện năng, hơi nƣớc nóng, các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá…..
* Nhƣợc điểm:
- Khi sấy khơng khí nóng khi tiếp xúc với sản phẩm, theo cơ chế dẫn nhiệt thì nhiệt sẽ dẫn từ bề mặt vào tâm sản phẩm, và đối với các sản phẩm nhƣ tơm cá, thủy hải sản và nơng sản thì q trình dẫn nhiệt xảy ra rất kém vì hệ số dẫn nhiệt của thủy hải sản và nông sản rất nhỏ do đó ở nhiệt độ thấp thì thời gian sấy kéo dài làm cho sản phẩm dễ bị biến đổi màu sắc, sản phẩm dễ bị mất nhiều dƣỡng chất, giảm chất lƣợng sản phẩm. Khi cần rút ngắn thời gian sấy thì ta tăng nhiệt độ sấy lên cao nhƣng khi nhiệt độ cao tạo điều kiện cho các phản ứng phân hủy protein, oxy hóa lipid, oxy hóa các hợp chất màu làm cho sản phẩm sau khi sấy bị khô cứng, màu sắc chất lƣợng sản phẩm giảm.
1.2.3. Phương pháp dùng máy sấy bơm nhiệt
Sấy lạnh bơm nhiệt (Hình 1.6) là quá trình sấy tiến hành ở áp suất khí quyển, tác nhân sấy là khơng khí đƣợc đƣa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh bơm nhiệt để hạ nhiệt độ xuống điểm động sƣơng. Hơi nƣớc trong khơng khí bị ngƣng tụ tách ra làm cho khơng khí có độ chứa hơi giảm về 0, áp suất riêng phần hơi nƣớc trong khơng khí giảm về 0 (nhƣng khơng thể bằng 0) và đƣợc dẫn qua thiết bị ngƣng tụ của hệ thống lạnh bơm nhiệt, sau đó đƣợc đốt nóng, nhiệt độ khơng khí tăng lên đến nhiệt độ ngƣng tụ của môi chất lạnh ở thiết bị ngƣng tụ. Sau đó, chúng đƣợc dẫn vào buồng sấy chứa sản phẩm.
13
Hình 1.6. Sấy tơm ngun vỏ bằng máy sấy bơm nhiệt [4]
Dƣới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nƣớc trên bề mặt sản phẩm với áp suất riêng của hơi nƣớc trong khơng khí (tác nhân sấy), hơi nƣớc ở sản phẩm tự bốc hơi và làm khô sản phẩm. Do nhiệt độ môi trƣờng sấy thấp, nên chất lƣợng sản phẩm ít bị ảnh hƣởng so với ban đầu, đảm bảo giá trị kinh tế cao cho nguyên liệu. Cấu tạo của một máy sấy lạnh gồm một máy bơm nhiệt đƣợc lắp đặt gọn gàng, tạo ra hƣớng cấp nhiệt và thoát ẩm phù hợp nhất nhằm đảm bảo vật sấy khô đều.
Ưu điểm: Sản phẩm thân thiện với môi trƣờng; đẹp màu sắc; thời gian sấy nhanh; q trình sấy khơng làm hƣ hại sản phẩm; máy sấy bơm nhiệt sấy khô tôm bằng công nghệ sấy bơm nhiệt cho chất lƣợng sản phẩm tốt.
Hạn chế: Giá thành cao thiết bị phụ tùng đắt tiền; phải bảo dƣỡng bảo hành định kì; lệ thuộc đội ngũ kỹ thuật chun mơn khi có sự cố hƣ hỏng; khơng sấy đƣợc nhiệt độ cao.
14
1.2.4. Phƣơng pháp sấy thăng hoa
(a) (b)
Hình 1.7. Hình a là sản phẩm tơm sú sấy thăng hoa, hình b là sản phẩm tôm sấy nhiệt
thông thƣờng [4].
* Nguyên lý hoạt động: Khi sản phẩm hoặc tôm đã đƣợc đông lạnh ở -300 C trong thời gian đủ dài để tồn bộ nƣớc trong sản phẩm đơng đá, tiếp đến áp suất buồng sấy đƣợc hút chân khơng để q trình thăng hoa bắt đầu xảy ra. Nhiệt độ của khay sấy đƣợc tăng dần giúp cho quá trình thăng hoa xảy ra hiệu quả, hơi nƣớc sẽ đƣợc ngƣng tụ trong một buồn phụ trƣớc khi đi qua bơm chân không.
Ưu điểm: hình dạng và màu sắc tơm đƣợc giữ ngun, giá trị dinh dƣỡng đƣợc
bảo tồn, khác biệt rất nhiều so với tơm sấy khô bằng các phƣơng pháp khác.
Hạn chế: Do các thiết bị cấu tạo nên hệ thống của máy sấy thăng hoa rất đắt
tiền, phức tạp, nhiều thiết bị, điều khiển sấy nhiều giai đoạn do đó những hộ sản xuất tƣ vừa và nhỏ khó tiếp cận cơng nghệ này, mà hầu nhƣ chỉ có trong các cơng ty có vốn đầu tƣ lớn.
15
Hình 1.8. Các loại đèn hồng ngoại [4]
Tia hồng ngoại là các tia bức xạ điện từ có bƣớc sóng dài hơn ánh sáng khả kiến (ánh sáng có thể nhìn thấy đƣợc bằng mắt thƣờng), nhƣng ngắn hơn tia vi sóng (sóng tần số siêu cao). Chữ “hồng ngoại” trong đó có nghĩa là “ngồi màu đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bƣớc sóng dài nhất trong ánh sáng thƣờng. Bƣớc sóng của tia hồng ngoại nằm trong khoảng từ 700nm cho đến 1mm. Ngƣời ta có thể sấy khơ sản phẩm bằng các tia hồng ngoại vì tia hồng ngoại có tác dụng nhiệt. Lƣợng nhiệt sinh ra bởi các tia hồng ngoại này có thể thổi bay hơi ẩm, hoặc dƣ lƣợng nƣớc tồn tại trong các loại thực phẩm. Do đó, các máy sấy tia hồng ngoại là các máy sấy hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng lƣợng nhiệt sinh ra từ các tia hồng ngoại để làm khô sản phẩm cần sấy.
16
Hình 1.9. Hệ thống sấy hồng ngoại [5]
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 quá 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 hoàn 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 tơm 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 rơ 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 q 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 khơ 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 khô, chất lƣợng sản phẩm sấy khô 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