1.6.1. Phân tích lựa chọn thông số tối ƣu
1.6.1.1. Nhiệt độ
Trong điều kiện độ ẩm không khí, vận tốc gi … không đổi thì tăng nhiệt độ của không khí sẽ làm tăng tốc độ làm khô. Nhiệt độ càng cao, lƣợng nƣớc trong nguyên liệu giảm càng nhiều, do đ nhiệt độ sấy cao thì tốc độ khô sẽ nhanh hơn. Vì vậy, chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt t1 và nguyên liệu t2 là động lực làm bay hơi nƣớc trong quá trình sấy:
( )
Trong đ :
dW : Là lƣợng nƣớc bay hơi dτ : Thời gian sấy
K : Hệ số bay hơi
t1, t2: Nhiệt độ sấy và nhiệt độ nguyên liệu
Khi tăng nhiệt độ cũng chỉ tăng trong một giới hạn cho phép. Vì nhiệt độ làm khô cao sẽ ảnh hƣởng lớn tới chất lƣợng của sản phẩm, dễ làm cho sản phẩm nứt nẻ, tạo màng cứng ở bề mặt cản trở sự di chuyển của nƣớc từ trong ra ngoài.
Nhƣng nếu nhiệt độ quá thấp, dƣới giới hạn cho phép sẽ làm kéo dài thời gian sấy gây ra sự biến đổi trong vật liệu sấy, quá trình thối rửa sẽ xảy ra. Nhiệt độ làm khô
thích hợp đƣợc xác định dựa vào nhiều yếu tố khác nhau, trong đ loại nguyên liệu tác động rất lớn đến việc lựa chọn chế độ sấy thích hợp.
1.6.1.2. Vận tốc chuyển động của không khí
Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hƣởng lớn đến quá trình làm khô, tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ sẽ không có lợi cho quá trình làm khô. Nếu tốc độ chuyển động không khí lớn khó giữ đƣợc nhiệt lƣợng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy. Ngƣợc lại tốc độ nhỏ sẽ làm cho quá trình làm khô chậm lại, dẫn đến sự hƣ hỏng sản phẩm do quá trình biến đổi của vi sinh vật, cũng hƣ các enzyme nội tại.
Hƣớng gi cũng ảnh hƣởng tới quá trình làm khô, khi hƣớng gió thổ song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ khô nhanh nhất. Nếu hƣớng gió thổi tới nguyên liệu với g c 45 độ thì quá trình làm khô tƣơng đối chậm, còn th ng góc thì hiệu quả làm khô kém.
1.6.1.3. Độ ẩm không khí
Độ ẩm của không khí qua buồng sấy ảnh hƣởng quyết định đến quá trình làm khô. Độ ẩm không khí càng lớn thì quá trìh làm khô sẽ chậm do tốc độ khuếch tán ngoại chậm, gây ra sự biến đổi chất lƣợng dƣới tác động của vi sinh vật. Độ ẩm không khí 80% thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và xảy ra hiện tƣợng trái ngƣợc, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm.
Làm khô tự nhiên kh đạt đƣợc độ ẩm tƣơng đối của không khí (50% - 60%), để làm cho không khí c độ ẩm thích hợp cần tiến hành tách ẩm bằng cách hạ nhiệt độ không khí xuống dƣới nhiệt độ đọng sƣơng, hơi nƣớc sẽ ngƣng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng hạ xuống thấp. Nhƣ vậy để làm khô không khí ngƣời ta áp dụng phƣơng pháp làm lạnh.
1.6.1.4. Khoảng cách từ nguồn bức xạ tới vật liệu sấy
Ở cùng nhiệt độ sấy và các điều kiện sấy khác thì khi khoảng cách từ nguồn bức xạ tới vật liệu sấy tăng lên thì sự biến đổi hàm ẩm chậm hơn, tốc độ sấy cũng nhỏ hơn vì vậy thời gian gian sấy kéo dài làm ảnh hƣởng chất lƣợng sản phẩm sấy, hoạt động
của vi sinh vật và enzyme nội tại. Do khoảng cách xa thì khả năng xuyên thấu kém, sự hấp thu năng lƣợng bức xạ kém nên vật liệu sấy chậm tăng nhiệt độ làm cho quá trình thoát ẩm diễn ra chậm chạp.
Khi ở khoảng cách gần thì hấp thụ năng lƣợng bức xạ tốt hơn, làm tăng nhiệt độ của vật liệu sấy nhanh hơn làm cho quá trình bốc hơi ẩm mãnh liệt, dẫn đến tốc độ sấy nhanh, thời gian sấy giảm. Tuy nhiên, nếu khoảng cách quá gần thì trƣờng nhiệt độ không đều, làm giảm khả năng hấp thụ của vật, làm chai bề mặt cục bộ, ảnh hƣởng tới chất lƣợng cảm quan của sản phẩm.
1.6.2. Hàm mục tiêu và xác định miền tối ƣu của các thông số 1.6.2.1. Hàm mục tiêu 1.6.2.1. Hàm mục tiêu
Tối ƣu h a chế độ sấy có các mục tiêu là: tìm ra chế độ sấy tối ƣu mà ở đ ta đạt đƣợc các hiệu quả nhƣ: thời gia sấy ngắn, khối lƣợng ẩm tách ra trên mộ đơn vị thời gian lớn nhất, chất lƣợng sản phẩm cao. Mà chế độ sấy phụ thuộc vào sự thay đổi của cá yếu tố nhƣ nhiệt độ, khoảng cách từ nguồn bức xạ tới nguyên liệu, vận tốc gió trong buồng sấy, kích thƣớc nguyên liệu,…Nhƣng trong phạm vi nghiên cứu, ta chỉ nghiên cứu sự ảnh hƣởng của nhiệt độ, vận tốc gió và khoảng cách bức xạ trên cùng một điều kiện đ là cùng kích thƣớc nguyên liệu, độ ẩm không khí và đƣợc tiến hành trên máy sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh bơm nhiệt. Ba yếu tố đƣợc tiến hành nghiên cứu là các thông số quyết định đến hàm mục tiêu của quá trình sấy
Hàm mục tiêu của đối tƣợng nghiên cứu đƣợc biểu diễn nhƣ sau: W = f(tTNS, vTNS, hBX)
1.6.2.2. Miền tối ƣu của các thông số
Giá trị tối ƣu của các thông số, vận tốc không khí trong buồng sấy, khoảng cách từ nguồn bức xạ tới nguyên liệu sẽ nằm trong một miền giá trị nhất định của dải thông số làm việc. Để hạn chế số thí nghiệm và tăng độ chính xác của kết quả tìm thông số tối ƣu ta sẽ phân tích lý thuyết và tiến hành làm thí nghiệm để xác định miền giá trị mà các thông số tối ƣu rơi vào càng hẹp càng tốt.
Tiến hành thí nghiệm để xác định miền thông số tối ƣu dựa vào một số đề tài nghiên cứu trƣớc liên quan đến sấy bức xạ, sấy lạnh từ đ đƣa ra miền nghiên cứu.
CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
Hành lá tƣơi sau khi thu hoạch tại Diên Toàn, Diên Khánh, Khánh Hòa, đƣợc đem về phòng thí nghiệm, tiến hành xử lý trƣớc khi đƣa vào quá trình sấy. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vị trí trong hệ thống phân loại khoa học nhƣ sau: Giới: Plantae
Bộ: Asparagales Họ: Alliaceae Chi: Allium
Loài: A. fistulosum
Tên tiếng Anh: Welsh onion,green onion,bunching onion vàscallion.
2.2. THIẾT BỊ SẤY HỒNG NGOẠI KẾT HỢP SẤY LẠNH 2.2.1. Cấu tạo 2.2.1. Cấu tạo
1: Quạt ly tâm 1 2: Đèn hồng ngoại 2 3: Sản phẩm
4: Giá đỡ nguyên liệu 4 5: Quạt gió 6: Dàn ngƣng 7: Dàn lạnh 8: Chân thiết bị Không khí 5 6 7 vào 8
Hình 2.3 Sơ đồ máy sấy bơ nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại
Tủ sấy kết hợp gồm hai phần chính:
Phần máy lạnh có nhiệm vụ tạo ra không khí lạnh c độ ẩm tuơng đối thấp. Sau đ không khí đƣợc quạt hút thổi vào tủ tăng cƣờng khuếch tán ngoại từ bề mặt vật sấy vào không khí.
Phần tủ chứa các b ng đèn hồng ngoại dùng để nung n ng nƣớc trong sản phẩm tạo điều kiện khuếch tán nội và tăng nhiệt độ không khí. Trong tủ gồm 4 b ng đèn hồng ngoại, công suất mỗi bóng là 250W. Tủ sấy dùng dòng điện xoay chiều 220V.
2.2.2. Nguyên lý hoạt động
Không khí đi qua dàn lạnh đƣợc làm lạnh tách ẩm, nƣớc ngƣng tụ đƣợc thải ra ngoài. Không khí trƣớc khi đƣợc quạt gió thổi vào tủ thì n đƣợc nung n ng sơ bộ nhờ dàn n ng để không khí giảm đi độ ẩm. Sau đ không khí đƣợc thổi vào tủ sấy tại đây không khí tiếp tục nhận nhiệt từ bức xạ đèn hồng ngoại và nóng lên, độ ẩm tƣơng đối giảm đi. Không khí c độ ẩm thấp tiếp xúc với vật liệu sấy để lấy ẩm đi. Còn bức xạ từ đèn hồng ngoại chiếu lên sản phẩm để nung n ng nƣớc trong sản phẩm, nƣớc dịch
Tủ điện điều khiển
3
chuyển ra bề mặt sản phẩm, hoá hơi và đƣợc không khí mang đi. Không khí n ng đƣợc quạt ở trên hút ra ngoài.
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1. Quy trình công nghệ 2.3.1. Quy trình công nghệ
2.3.2. Bố trí thí nghiệm
Để đánh giá đƣợc độ chính xác, đánh giá đƣợc khả năng làm khô của phƣơng pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với bơm nhiệt, đồng thời tìm ra đƣợc quy trình tối ƣu, ta cần tiến hành thí nghiệm tìm ra các thông số, miền của các thông số, đƣợc thể hiện qua bố trí thí nghiệm sau
2.3.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệ thă dò iền tối ƣu c c th ng số a. Nhiệt độ tác nhân sấy
Nguyên liệu Xử lý Rửa Cắt khoanh Sấy ở tTNS = 47oC, vTNS = 1m/s, hBX = 40cm cm Bao gói Bảo quản
Hành lá sau khi xử lý, cắt khoanh, đem đi sấy ở nhiệt độ tTNS = 30 – 500C, vận tốc tác nhân sấy là vTNS = 1m/s, khoảng cách từ đèn bức xạ đến nguyên liệu là hBX = 40cm. Hành đƣợc sấy đến độ ẩm 3 – 5% thì dừng và tiến hành đánh giá kết quả.
Nguyên liệu Cắt khoanh Sấy ở hBX = 40cm, vTNS =1m/s Rửa Xử lý tTNS= 300C 350C 400C 450C 500C Đánh giá chất lƣợng cảm quan
b. Vận tốc tác nhân sấy
Hành lá sau khi xử lý, cắt khoanh, đem đi sấy ở nhiệt độ tTNS = 400C, vận tốc tác nhân sấy vTNS = 0.5 – 1.5 m/s, khoảng cách từ đèn bức xạ đến nguyên liệu là hBX = 40cm. Hành đƣợc sấy đến độ ẩm 3 – 5% thì dừng và tiến hành đánh giá kết quả.
Cắt khoanh Sấy ở tTNS = 400C, hBX =40cm Rửa Xử lý vTNS = 0.5m/s 0.8m/s 1m/s 1.3m/s 1.5m/s Đánh giá chất lƣợng cảm quan
Chọn miền vận tốc tác nhân sấy thích hợp Nguyên liệu
c. hoảng c ch bức xạ hồng ngoại
Hành lá sau khi xử lý, cắt khoanh, đem đi sấy ở nhiệt độ tTNS = 400C, vận tốc tác nhân sấy vTNS = 1m/s, khoảng cách từ đèn hồng ngoại đến vật liệu sấy là hBX = 20 - 40 cm. Hành đƣợc sấy đến độ ẩm 3 – 5% thì dừng và tiến hành đánh giá kết quả.
Cắt khoanh Sấy ở tTNS = 400C, vTNS = 1 m/s Rửa Xử lý hBX = 20cm 25cm 30cm 35cm 40cm Đánh giá chất lƣợng cảm quan Chọn miền khoảng cách bức xạ thích hợp Nguyên liệu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.4. Sơ đồ bố trí thí nghiệ tì chế độ sấy tối ƣu
Nguyên liệu sau khi xử lý xong tiến hành sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh bơm nhiệt ở các chế độ: tTNS = 40 – 50 0C, vTNS = 0.5 – 1 m/s, hBX = 30 – 40 cm, cho tới khi độ ẩm đạt 3 – 5 % thì dừng lại, số liệu thu đƣợc tiến hành xử lý theo phƣơng pháp thống kê toán học để tìm ra chế độ tối ƣu và tiến hành đánh giá các chỉ tiêu của mẫu tối ƣu so với mẫu sấy lạnh.
Nguyên liệu
Xử lý
Sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại với ở tTNS = 40 – 50 0C , hBX = 30 – 40 cm, vTNS = 0.5 – 1 m/s Đánh giá các chỉ tiêu Lƣợng ẩm thoát ra trên một đơn vị thời gian Tỷ lệ hút nƣớc phục hồi Hàm lƣợng vitamin C Rửa Cắt khoanh Mẫu sấy lạnh Điểm chất lƣợng cảm quan Vi sinh vật
2.3.5. Thiết bị nghi n cứu
Thiết bị nghiên cứu là máy sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại. Ngoài ra còn c một số máy và thiết bị khác.
2.4. PHƢƠNG PHÁP THU THẬP, T NH TOÁN V XỬ Ý SỐ IỆU
- Xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu bằng phƣơng pháp sấy đến khối lƣợng không đổi ở nhiệt độ 1050
C.
- Tính toán hàm ẩm biến đổi trong quá trình sấy bằng phƣơng pháp cân trọng lƣợng và áp dụng công thức thực nghiệm:
– ( ) ( ) Trong đ :
- G1: Khối lƣợng mẫu ban đầu g) - G2: Khối lƣợng mẫu sau khi sấy g) - W1: Độ ẩm ban đầu của nguyên liệu %) - W2: Độ ẩm sau khi sấy %)
- Xác định tốc độ sấy theo công thức:
( )
- Xác định tỷ lệ hút nƣớc phục hồi sau khi sấy bằng phƣơng pháp ngâm vào nƣớc cất đến khi trọng lƣợng nguyên liệu không đổi. Lƣợng nƣớc thẩm thấu trở lại đƣợc tính bằng công thức:
Trong đ : G1: Trọng lƣợng sản phẩm khô trƣớc khi ngâm vào nƣớc g)
G2: Trọng lƣợng sản phẩm sau khi ngâm nƣớc g).
- Xác định hàm lƣợng vitamin C bằng phƣơng pháp chuẩn độ iod.
- Thiết kế và phân tích số liệu thí nghiệm bằng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm, tối ƣu h a thí nghiệm bằng phƣơng pháp quy hoạch trực giao cấp 2, có sự hỗ trợ của phần mềm MS – EXCEL.
Trong phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ở đây, ta chọn ra ba yếu tố ảnh hƣởng tới thời gian sấy là: Nhiệt độ tác nhân sấy, vận tốc tác nhân sấy và khoảng cách từ nguồn bức xạ tới vật liệu sấy.
Hoạch định thí nghiệm cho phép biến đổi cùng lúc nhiều yếu tố, số thí nghiệm ít, thu đƣợc ƣớc lƣợng định lƣợng các hiệu ứng cơ bản và hiệu ứng tƣơng tác, khối lƣợng tính toán ít.
Số thí nghiệm (N) cần tiến hành đƣợc xác định theo công thức:
Trong đ k là số yếu tố ảnh hƣởng tới kết quả thí nghiệm, no là số thí nghiệm tại tâm.
Từ các kết quả thực nghiệm, đƣa số liệu vào tính toán để tìm ra phƣơng trình tuyến tính thể hiện sự ảnh hƣởng của các yếu tố tới hàm mục tiêu, sau đ dùng phƣơng pháp thống kê để kiểm định sự tƣơng thích của phƣơng trình.
Sau khi lập đƣợc mô hình toán học, tiến hành chạy phần mềm tối ƣu h a thực nghiệm tìm ra điều kiện tối ƣu.
- Xác định các thông số liên quan đến quá trình sấy:
Xác định tốc độ chuyển động của không khí trong tủ bằng thiết bị đo vận tốc gi
Xác định khoảng cách chiếu xạ bằng cách đo trực tiếp. Xác định nhiệt độ trong tủ sấy bằng rơ le nhiệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƢƠNG 3 ẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả x c định độ ẩ ban đầu của nguyên liệu
Xác định độ ẩm của nguyên liệu tƣơi bằng phƣơng pháp sấy đến khối lƣợng không đổi ở nhiệt độ 100o
C – 105oC.
Bảng 3.1: Kết quả x c định độ ẩm của hành tƣơi
Khối lƣợng cốc Khối lƣợng cốc + mẫu trƣớc khi sấy
Khối lƣợng cốc + mẫu sau khi sấy
27.147 32.147 27.543
23.282 28.282 23.672
Dựa theo công thức tính độ ẩm ban đầu của mẫu ta tính đƣợc: độ ẩm của nguyên liệu tƣơi là 92.1%.
3.2. Kết quả thă dò iền tối ƣu của các thông số 3.2.1. Miền tối ƣu nhiệt độ tác nhân sấy
Nguyên liệu hành tƣơi sau khi đƣợc xử lý, tiến hành sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh ở nhiệt độ tTNS = 30 – 500C, vận tốc tác nhân sấy vTNS = 1m/s, khoảng cách từ đèn bức xạ đến vật liệu sấy là hBX = 40cm. Hành đƣợc sấy đến độ ẩm 3 – 5% thì dừng và tiến hành đánh giá kết quả.
Kết quả thu đƣợc thể hiện sự biến đổi về thời gian sấy và điểm chất lƣợng cảm quan (CLCQ) của hành khô ở cách chế độ nhiệt độ khác nhau đƣợc tổng hợp ở hình 3.1.
Hình 3.1: Biến đổi thời gian sấy và điểm chất ƣợng cảm quan của hành khô theo miền nhiệt độ tác nhân sấy
Kết quả thí nghiệm trên hình 3.1 cho thấy khi nhiệt độ tăng thì thời gian sấy sẽ giảm, điểm cảm quan tăng trong khoảng nhiệt độ từ 20 ÷ 40oC. Ở điều kiện nhiệt độ sấy thấp 30 ÷ 35oC thì thời gian sấy kéo dài, làm cho bề mặt sản phẩm bị cong vênh, màu sắc bị biến đổi, mất đi màu xanh đặc trƣng của hành nên điểm cảm quan thấp nhất, chỉ đạt 14.96. Ở 50oC điểm cảm quan giảm xuống so với ở 45o
C, do nhiệt độ cao làm mùi, màu sắc của hành thay đổi dẫn đến chất lƣợng cảm quan giảm, tuy nhiên mức độ giảm không đáng kể, đồng thời thời gian sấy ngắn.
Vì vậy, để quá trình sấy diễn ra nhanh và chất lƣợng hành sấy đƣợc đảm bảo, nên chọn nhiệt độ sấy trong khoảng 40 ÷ 50oC.
3.2.2. Miền tối ƣu vận tốc tác nhân sấy