Tùy thuộc vào năng suất tách ẩm và sản phẩm cụ thế ta có các thông số kỹ thuật thích hợp. tuy nhiên, có các thông số chung như sau:
- Điện thế: 380V - 50Hz – 3 pha.
- Nhiệt độ sấy: Điều chỉnh tự động trong khoảng 30-3000C. - Chế độ làm việc: Liên tục.
- Điều khiển: Bảo vệ chống quá nhiệt.
1.4.2.4. Các yếu tốảnh hưởng đến quá trình sấy [10]. - Nồng độ chất khô của nguyên liệu
Nồng độ cao: Giảm được thời gian bốc hơi, nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn trong quá trình phun mẫu sấy.
Nồng độ thấp: Tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình sấy phun. Thực tế thì nồng độ chất khô để sấy khoảng 45-52%.
- Nhiệt độ tác nhân sấy
Đây là yếu tố quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun. Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu gia tăng nhiệt độ tác nhân sấy và ngược lại. Tuy nhiên, việc gia tăng nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình.
- Kích thước và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy.
- Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy phun là tốc độ bơm đưa dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo và kích thước buồng sấy...
1.4.3. Phân loại thiết bị sấy phun [10].
- Phân loại theo tác nhân sấy: + Cùng chiều.
+ Ngược chiều. + Kết hợp.
Hình 1.6. Phân loại thiết bị theo chiều của tác nhân sấy
a)- cùng chiều; b)- ngược chiều; c)- kết hợp
- Phân loại theo cấp độ sấy: + Sấy cấp 1.
+ Sấy cấp 2.
1.4.4. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ sấy phun [10].
1.4.4.1. Ưu điểm
- Quá trình sấy nhanh.
- Có thể điều khiển được tỉ trọng cả sản phẩm.
- Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90- 100%), độ ẩm thấp (3-4%) dễ dàng cho việc vận chuyển ảo quản và sử dụng.
- Vận hành liên tục và có thể tự động hóa hoàn toàn. - Chi phí nhân công thấp.
- Vận hành và bảo dưỡng đơn giản.
- Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng quy mô nhà máy.
- Áp dụng được cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dạng dung dịch, gel, paste, huyền phù...
- Chất lượng bột được đảm bảo trong suốt quá trình sấy.
1.4.4.2. Nhược điểm
- Chi phí đầu tư ban đầu cho thiết bị cao.
- Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng, kích thước của các hạt huyền phù không được quá lớn (≤ 0.5mm), vì có thể gây tắc vòi phun.
- Chi phí năng lượng cao hơn (để tách ẩm). - Thất thoát các chất dễ bay hơi cao hơn.
1.4.5. Một số thiết bị dùng trong sấy phun
1.4.5.1. Máy sấy phun sương [10].
Hình 1.7. Máy sấy phun sương
Khái quát và phạm vi ứng dụng:
Khái quát: thân máy sấy, đường ống và toàn bộ thiết bị tiếp xúc với nguyên
liệu được làm bằng thép không gỉ 0cr19(304), bảo đảm chắc chắn không bị hư hại. Nhìn chung chủng loại máy sấy phun khuếch tán này được dùng cho sấy phun các loại sản phẩm dung dịch có độ ẩm cao khoảng 50-80%. Một số loại nguyên liệu đặc biệt, thậm chí khi độ ẩm lên đến 90%, thiết bị máy có thể sấy một lần mà không cần cô đặc dịch cần sấy trước khi sấy.
Phạm vi ứng dụng:
Thiết bị này phù hợp để sấy các loại nguyên liệu như: hóa chất, thực phẩm, dược phẩm.... Những nguyên liệu phù hợp cho sấy như sau: polymer và nhựa thông, chất màu, gốm, thủy tinh, deruster, chất diệt nấm, thuốc diệt cỏ, tổng hợp cacbon, các sản phẩm bơ sữa, sản xuất bột ngọt, trà, cà phê hòa tan, tinh bột trái cây, các sản
phẩm từ thịt, các sản phẩm từ cá, từ huyết, bột tẩy rửa, xử lý bề mặt, phân bón, các chất hữu cơ và vô cơ...
Nguyên lý làm việc:
Sau khi qua bộ phận lọc, không khí được làm sạch và dẫn đến bộ gia nhiệt.
Quy trình gia nhiệt: Lò tạo khí nóng, gia nhiệt bằng điện, gia nhiệt bằng hơi…. Khi
không khí được gia nhiệt đến nhiệt độ cài đặt, sau đó được đưa đến bộ phận chia khí nóng tiếp tuyến. Sau khi được phân chia, khí nóng thổi vào buồng sấy một cách ổn định và theo kiểu xoáy. Cùng lúc đó, dung dịch nguyên liệu sấy được phun khuếch tán thành những giọt dung dịch hoặc thành những hạt nhỏ như sương mù với kích thước khoảng 25- 60mm.
Khi hạt dung dịch tiếp xúc với khí nóng trong buồng sấy, phần tử nước sẽ bị bốc hơi và còn lại là những hạt bột khô hoặc hạt cốm. Những hạt bột khô này sẽ rơi xuống phần hình nón của buồng sấy và trượt rơi xuống thùng thu sản phẩm ở phía đáy buồng, một lượng nhỏ bột mịn theo luồng khí vào bộ phận tách bụi kiểu phun mưa.
Thiết bị này được thiết kế theo kiểu sấy theo luồng song song. Các hạt sương dung dịch được thổi cùng chiều với luồng khí nóng. Tuy nhiên, nhiệt độ của khí nóng cao hơn, khí nóng sẽ tiếp xúc với các giọt sương dung dịch ngay khi chúng được phun vào buồng sấy. Các giọt dung dịch trong buồng rơi xuống nhanh vì vậy nguyên liệu sấy không bị sấy nóng quá mức. Vì thế thiết bị sấy này phù hợp cho sấy khô các loại sản phẩm nguyên liệu dễ hỏng. Nhiệt độ của sản phẩm ra thấp hơn một chút so với khí thoát ra ngoài.
1.4.5.2. Máy sấy phun ly tâm tốc độ cao [10].
Khái quát và phạm vi ứng dụng:
Máy sấy phun li tâm tốc độ cao LPG là thiết bị sấy thích hợp cho các nguyên liệu dạng dịch sữa, dung dịch sữa, dung dịch huyền phù, dạng bột đặc, dung dịch lỏng... các chất tổng hợp và các loại nhựa keo: thuốc nhuộm, bột màu, gốm thủy tinh, chất tẩy gỉ, thuốc trừ sâu, hợp chất hydrat cacbon, chế phẩm từ sữa, chất tẩy
rủa và các loại hoạt động bề mặt, xà phòng; dung dịch hợp chất hữu cơ, vô cơ...đều cho kết quả rất tốt.
Hình 1.8. Máy sấy phun ly tâm tốc độ cao LPG
Nguyên lý làm việc:
Không khí đi qua bộ lọc và bộ gia nhiệt được đưa vào bộ phân phối không khí ở trên đỉnh thiết bị, khí nóng được đưa vào buồng sấy đều theo hình xoắn ốc. Nguyên liệu dạng lỏng từ máng nguyên liệu đi qua bộ lọc, được bơm lên bộ phun sương ở trên đỉnh của buồng sấy, làm nguyên liệu trở thành dạng sương mù, khi tiếp xúc với không khí nóng, lượng nước có trong nguyên liệu nhanh chóng bay hơi, nguyên liệu dạng lỏng được sấy khô thành thành phẩm trong thời gian cực ngắn. Thành phẩm được phần đáy của buồng sấy và bộ phận li gió xoáy đùn ra ngoài, phần khí thừa còn lại được quạt gió hút và đẩy ra ngoài.
1.4.5.3. Máy sấy phun tạo hạt áp lực cao [10] Khái quát máy: Khái quát máy:
Thiết bị phù hợp cho các ngành thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, bột màu, gốm, hóa chất nông nghiệp, nhựa...
Hình 1.9. Máy sấy phun áp lực cao ký hiệu YPG
Dung dịch nguyên liệu hay dạng kem được phun qua vòi phun đa điểm nhờ áp lực cao của bơm tiếp liệu. Nguyên liệu được tạo thành dạng hạt và được sấy khô trong vòng từ 10 – 90 giây, cuối cùng thu được dạng sản phẩm hạt khô.
Đặc tính của máy:
- Tốc độ sấy rất nhanh, phù hợp cho các loại nguyên liệu nhạy nhiệt.
- Sản phẩm sau khi sấy có dạng hạt tròn, kích thước đồng đều, độ trơn chảy tốt. Sản phẩm có độ tinh khiết và chất lượng cao.
- Phạm vi ứng dụng của thiết bị rộng rãi. Tùy theo tính chất nguyên liệu mà có thể ứng dụng nhiệt nóng để sấy hay dùng khí mát, thiết bị thực sự hoàn hảo cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau.
- Vận hành đơn giản, máy chạy luôn ổn định. Máy vận hành tự động hóa cao. Tại quy mô phòng thí nghiệm cũng sử dụng một số loại máy mini. Và với điều kiện nghiên cứu của phòng thí nghiệm trường Đại Học Nha Trang có máy đó nên xin giới thiệu loại máy dùng để thực hiện nghiên cứu này: Máy Sấy Phun SD-05.
1.4.5.4. Máy sấy phun SD-05
Hình 1.10. Máy sấy phun SD-05
Khái quát và phạm vi ứng dụng:
Các bộ phận chính của máy như buồng sấy, cyclon, bình thu mẫu...tất cả đều được làm bằng vật liệu thủy tinh nên không gây bất kỳ ảnh hưởng gì đến thành phần của sản phẩm sau sấy.
Máy sấy phun SD-05 có thể sử dụng để sấy phun nhiều dạng sản phẩm khác nhau: - Thực phẩm: sữa bột, cà phê, chè, trứng, ngũ cốc, gia vị, hương liệu, tinh bột và các chất dẫn xuất tinh bột, vitamin, enzyme, chất tạo màu ....
- Dược phẩm: thuốc kháng sinh, thành phần y tế, phụ gia.
- Công nghiệp: chất màu sơn, vật liệu gốm, chất xúc tác hỗ trợ, vi tảo.
Máy SD-05 đã xử lý thành công mẫu trong các lĩnh vực sau: Đồ uống, hương vị và màu thực phẩm, sản phẩm sữa và trứng, chất chiết xuất từ thực vật và động vật, dược phẩm, các chất tổng hợp, những nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt, nhựa, nhựa thông, nước hoa, máu, gốm sứ và chất siêu dẫn, chất hóa sinh, thuốc nhuộm, xà phòng và chất tẩy rửa, thực phẩm, chất kết dính (chất keo), oxit, sản phẩm dệt, xương, răng và răng hỗn hợp và nhiều sản phẩm khác [17].
Đặc tính của máy [17]:
- Sản xuất những sản phẩm với nguyên liệu ở dạng lỏng, dung dịch, dạng huyền phù, dạng keo.
- Sản phẩm thu được một cách nhanh chóng, ở dạng phân tán, mịn.
- Sản xuất được các sản phẩm với kích thước khác nhau có thể điều chỉnh. - Tất cả các bộ phận của máy đều làm bằng thủy tinh, nên có thể dễ dàng giám sát quá trình sấy khô và trạng thái của sản phẩm.
- Dễ dàng lắp ráp và làm sạch các bộ phận của thiết bị. - Chỉ cần một lượng mẫu nhỏ để có thể thu được kết quả. - Được ứng dụng để sấy nhiều loại sản phẩm cho kết quả tốt.
Nguyên lý hoạt động [33]:
a b
Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy sấy phun SD-05
a: Sơ đồ đường đi của không khí sấy. b: Sơ đồ đường đi của mẫu sấy.
Không khí được hút vào máy qua đường (1), sau đó được đun nóng tại bộ phận đun nóng (2), dòng khí nóng được đưa đến buồng sấy qua (3). Vòi phun bơm dung dịch dưới dạng sương mù vào buồng sấy, tại đây dung dịch cần sấy được sấy khô. Cyclone (4) tách các hạt bột đã được sấy ra khỏi buồng sấy và hỗn hợp khí, tại đầu ra của cyclone được trang bị một ống thoát khí thải (5). Nhiệt độ không khí ở đầu ra và đầu vào của buồng sấy được đo bằng cảm biến nhiệt độ (6) và(7). Sản phẩm của quá trình sấy được thu ở phía dưới của cyclone (8).
Việc bố trí cơ chế sấy phun được thể hiện ở hình 3.1b. Bao gồm một bình A chứa dung dịch mẫu cần sấy. Một bơm nhu động B chuyển mẫu từ A đến vòi phun C. D và E là cơ cấu nối với vòi phun để cung cấp khí nén và nước làm mát khi cần thiết.
Bảng 1.1.Thông s k thu t c a máy s y phun SD-05
Sử dụng nhiệt độ đầu vào buồng sấy là 2500C để làm nhiệt độ tiêu chuẩn cho quá trình bay hơi nước.
Khoảng 1500ml/giờ
Khoảng nhiệt độ khí vào 40 đến trên 2500C Thông lượng không khí sấy Từ 38-73m3/giờ
Công suất nhiệt 3 kw
Máy nén 1,4 m
3
/giờ tại áp suất 1bar đến 0.25 m3/giờ tại áp suất 4bar
Lưu lượng mẫu Bơm nhu động với tốc độ dòng chảy lên đến 65ml/phút.
Kim chống tắc Có thể thay đổi tần sồ của kim chống tắc với khí nén cung cấp tách rời áp suất 3bar
Hệ thống vòi phun
2 vòi phun chất lỏng với áp lực cao với đường kính tiêu chuẩn là 0.5mm và các tùy chọn đường kính lớn hơn.
Vòi phun/dòng không khí nóng Điều chỉnh theo thông số hiện tại. Nguồn điện cung cấp 220/250 V - 50/60 Hz – 13 A
Kích thước 1050 x 620 x 500 mm (H×W×D)
1.4.6. Cơ sở xác định điều kiện sấy phun
Đã có nhiều nghiên cứu về điều kiện sấy phun tạo bột từ dịch chiết thực vật như dịch ép từ trái cấy, rau, củ để tạo bột hòa tan hay làm nước giải khát: bột cam, cà rốt, rau má..., ngoài ra còn có sấy tạo bột trà hòa tan, cà phê hòa tan từ dịch chiết trích ly từ lá trà, cà phê.
Trong công nghệ thực phẩm phương pháp sấy phun đã được áp dụng để sản xuất rất nhiều loại thực phẩm khác nhau. Ngoài yêu cầu chung về chất đem sấy phun phải là dịch lỏng hoặc huyền phù, thì đối với mỗi loại thực phẩm lại có yêu cầu riêng khác nhau đặc thù cho từng loại sản phẩm. Về các điều kiện sấy để đảm bảo giữ được các đặc tính tốt nhất của thực phẩm đó.
Đối với những thực phẩm có chứa các chất chống oxy hóa cũng vậy, quá trình sấy cần phải đảm bảo giữ được hoạt tính chống oxy hóa của thực phẩm đó càng ít biến đổi càng tốt. Mỗi hợp chất chống oxy hóa cũng có tính chất khác nhau, tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, do đó cần phải tìm hiểu về tính chất của chúng trước khi sấy để có thế đạt được kết quả mong muốn.
Trong cà chua có chứa lycopen một chất chống oxy hóa mạnh, là một carotenoid có cấu trúc phân tử chuỗi dài (molecular structure), gồm 13 nối đôi, nhiều hơn tất cả các carotenoids nào khác. Về hình dạng với nhiều nối đôi như thế, lycopene được kiểm nghiệm là rất hữu hiệu trong việc ngăn chặn các gốc tự do và các oxygen đơn trong cơ thể của con người một cách rất có hiệu quả [36]. Đã có các nghiên cứu về quá trình sấy phun tạo bột cà chua nhằm xác định điều kiện tối ưu quá trình sấy phun tạo bột từ cà chua để đạt hiệu suất thu hồi sản phẩm cao nhất và sản phẩm có hàm lượng lycopen cao nhất. Kết quả thu được là: Tỷ lệ maltodextrin/Chất khô dịch quả 52%, nhiệt độ không khí sấy 1330C, tốc độ bơm nhập liệu 27ml/phút. Khi đó hiệu suất đạt 74,2% và hàm lượng lycopen của sản phẩm đạt 43,334 mcg% [8].
Trà xanh được biết đến như một loại thực phẩm tốt cho sức khỏe và tim mạch, vì vậy mà các sản phẩm được chế biến từ trà xanh luôn được người tiêu dùng ưa thích và lựa chọn. Trong trà xanh có chứa hợp chất tannin là một loại polyphenol
có hoạt tính chống oxy hóa rất mạnh, mạnh gấp 25 lần Vitamin C. Do đó có rất nhiều những nghiên cứu về tách chiết, cũng như chế biến các dạng thực phẩm từ trà xanh, như nước uống đóng chai hay trà hòa tan. Trong đó có áp dụng phương pháp sấy phun để sản xuất trà hòa tan, sao cho vẫn giữ được những tính chất tốt của sản phẩm cũng như hoạt tính chống oxy hóa của polyphenol.
Các nghiên cứu đã chỉ ra được điều kiện tối ưu của quá trình sấy phun dịch chiết trà xanh: Tỉ lệ maltodexxtrin/chất khô là 4/1, nhiệt độ sấy là 1700C, áp suất 4bar tốc độ bơm 12. Với những thông số trên thì hiệu suất thu hồi sản phẩm là 83,3%, độ ẩm 1,92%, độ hòa tan 85,6%, hàm lượng polyphenol: 16,63% [11]. Dịch chiết phlorotannin từ Sargassum là một tannin đặc biệt, có cấu trúc tương tự như tannin trong trà xanh. Theo các nhà khoa học đã nghiên cứu về cấu trúc và tính chất của tannin thì hợp chất này bị phân hủy do tác động của nhiệt độ