Nguyên liệu ẩm đƣợc chia thành 3 nhóm:
Loại thể keo: là loại có tính đàn hồi, khi làm mất nƣớc thì co rút lại kích thƣớc của nó thay đổi rất lớn nhƣng vẫn giữ đƣợc tính đàn hồi. Ví dụ: gelatin.
Loại thể keo xốp: là loại nguyên liệu giòn, khi khử nƣớc không thay đổi thể tích nhƣng trở nên giòn và xốp, dễ nghiền nát, tán thành bột nhƣ than, gỗ, phấn, đƣờng, muối…..
Thể loại keo xốp: là loại nguyên liệu mang tính chất của hai loại thể trên vừa keo và vừa xốp, vách ống tiêm mao mang tính đàn hồi khi bị khử nƣớc thì thể tích co rút lại loại nguyên liệu này phổ biến nhƣ: cá, thịt, bột….
1.2.2.2. Các dạng liên kết của nước trong nguyên liệu ẩm
Nƣớc tự do: có đầy đủ tính chất của nƣớc bình thƣờng, tức là đóng băng ở nhiệt độ 0°C, sôi ở 100°C áp suất 1atm. Nhƣng tùy vị trí ở trong thực phẩm mà nƣớc tự do chia làm 2 loại:
Nƣớc tự do cấu trúc: nằm trong mao quản, trong khe hở giữa các tế bào, có thể di chuyển trong thƣc phẩm qua hệ thống lỗ nhỏ, các ống thông, loại này có thể ép ra đƣợc bằng lực ép cơ học.
Nƣớc tự do cố định: bị nhốt trong các không gian tạo ra bởi mạng lƣới các mô liên kết, nƣớc này không di chuyển đƣợc và không thể ép ra ngoài
32
bằng lực cơ học thông thƣờng. Nó có nhiệt độ đóng băng thấp hơn nƣớc tự do cấu trúc, và khó tách ra hơn nƣớc tự do cấu trúc trong quá trình sấy.
Nƣớc liên kết: tùy mức độ liên kết mà nó đƣợc chia thành các loại nƣớc liên kết khác nhau.
Nƣớc liên kết hóa học: độ bề liên kết rất lớn. Loại này không lấy ra đƣợc khỏi thực phẩm bằng phƣơng pháp thông thƣờng nhƣ ép, sấy và không thể đóng băng. Nƣớc liên kết hóa học nằm trong cấu trúc bậc 3 của protein và trong lớp nƣớc đơn phân tử trong các hạt sol và gel.
Nƣớc liên kết hóa lí: có độ bền liên kết trung bình, có thể tách ra khỏi thực phẩm nhƣng phải có một năng lƣợng rất lớn mới tách ra đƣợc (sấy ở nhiệt độ cao, thời gian dài), nƣớc liên kết hóa lí không ép ra khỏi nguyên liệu đƣợc.
Nƣớc liên kết mao quản (nƣớc liên kết cơ giới): độ bền liên kết yếu, khó phân biệt đƣợc với nƣớc tự do, có thể di chuyển dịch qua dịch lại giữa ranh giới nƣớc tự do và nƣớc liên kết. Loại này nằm trong mao quản và mạng lƣới của mô liên kết nhƣng nằm gần ở thành mạch và có tƣơng tác với thành mạch.
1.2.2.3. Yêu cầu của sản phẩm sấy
Sản phẩm đạt độ ẩm yêu cầu là Wyc ≥ Wth, độ ẩm cuối của sản phẩm sấy phải đạt
Wc=17÷18%, phải đồng đều về độ ẩm và trạng thái, ít biến đổi so với tính chất ban đầu (cấu trúc, cảm quan, hàm lƣợng chất dinh dƣỡng) hoặc khả năng hồi phục tính chất ban đầu.
1.2.2.4. Các phương pháp tách ẩm ra khỏi nguyên liệu
Thông thƣờng các nguyên liệu dùng trong chế biến thực phẩm là những nguyên liệu chứa nhiều nƣớc, chính vì vậy tách ẩm ra khỏi nguyên liệu là một yếu tố rất quan trọng để bảo quản thực phẩm đƣợc lâu, thuận tiện trong việc
33
vận chuyển và nâng cao giá trị của sản phẩm. Sau khi nguyên liệu, bán nguyên liệu đƣợc tách ẩm ta đƣợc sản phẩm khô hay bán sản phẩm tiếp tục cho giai đoạn chế biến tiếp theo. Để thực hiện quá trình tách ẩm ra khỏi nguyên liệu ta thƣờng áp dụng các phƣơng pháp sau đây:
Phƣơng pháp cơ học:
Tiến hành các thao tác ép, nén, ly tâm để tách ẩm ra khỏi nguyên liệu. tuy nhiên phƣơng pháp này chỉ tách đƣợc một phần nƣớc chứa trong nguyên liệu mà chủ yếu là nƣớc tự do. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc kết hợp với các phƣơng pháp làm khô khác nhƣ phơi, sấy….
Phƣơng pháp hóa học:
Dùng một số các hóa chất cho phép để sử dụng tách ẩm ra khỏi nguyên liệu nhƣ H2SO4, CaCl2, …. Phƣơng pháp này dùng để bảo quản khô, chống hiện tƣợng hút ẩm của nguyên liệu hoặc dùng trong nghiên cứu thí nghiệm.
Phƣơng pháp vật lý:
Phƣơng pháp này chủ yếu áp dụng cho các tác nhân vật lý, đó là sử dụng nhiệt độ nhƣ: sấy, phơi để tách ẩm ra khỏi nguyên liệu. Đây là phƣơng pháp tách ẩm triệt để nhất và đƣợc áp dụng rộng rãi. Ngoài ra, ngƣời ta còn áp dụng các biện pháp làm lạnh để tách ẩm ra khỏi nguyên liệu, tức là tiến hành kết tinh nƣớc trong nguyên liệu sau đó tăng nhiệt độ lên để tách nƣớc ra bên ngoài. Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng cho vật liệu ở thể keo.
Các phƣơng pháp dùng để tách nƣớc ra khỏi nguyên liệu có thể thực hiện bằng nhiều phƣơng thức: phơi, sấy, cô, hấp, …. Vì thực chất đây là quá trình khuếch tán nƣớc ra ngoài môi trƣờng.
Để làm khô nguyên liệu ngƣời ta thƣờng sử dụng các phƣơng pháp sấy hoặc phơi. Sấy là phƣơng pháp sử dụng nguồn năng lƣợng nhân tạo, còn phơi là phƣơng pháp sử dụng nguồn năng lƣợng tự nhiên hay còn gọi là sấy tự
34
nhiên. Phƣơng pháp sấy tự nhiên bằng năng lƣợng mặt trời có nhƣợc điểm là phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên nên ta không chủ động trong việc điều chỉnh chất lƣợng sản phẩm, thời gian thực hiện dài, lƣợng ẩm tách ra không triệt để. Nhƣng có ƣu điểm là nguồn năng lƣợng mặt trời phong phú, không tốn kém, thiết bị đơn giản và khá thân thiện với môi trƣờng. Hiện nay ngƣời ta đang áp dụng việc kết hợp hai phƣơng pháp này.
Đối với sấy đây là phƣơng pháp tách ẩm ra khỏi nguyên liệu nhờ tác nhân và thiết bị sấy, nguồn tác nhân này khá phong phú nhƣ không khí nóng, hơi nƣớc, khói lò, …. Tác nhân sấy này sẽ cung cấp năng lƣợng cho nguyên liệu và làm cho nƣớc trong nguyên liệu bay hơi thoát ra ngoài rồi đƣợc quạt gió mang đi. Hiện nay có rất nhiều thiết bị sấy và tác nhân sấy khác nhau.
1.2.2.5. Các giai đoạn trong quá trình sấy
Quá trình làm khô vật liệu ẩm đƣợc chia thành 3 giai đoạn:
Quá trình nung nóng vật liệu sấy:
Trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy tăng từ nhiệt độ ban đầu cho đến nhiệt bầu ƣớt tƣơng ứng với môi trƣờng không khí xung quanh, trong giai đoạn này nhiệt độ biến đổi không đều và nó phụ thuộc vào phƣơng án sấy. Đƣờng cong sấy và đƣờng cong tốc độ sấy trong giai đoạn này là một đƣờng cong, do năng lƣợng liên kết của nƣớc liên kết cơ lý nhỏ vì vậy đƣờng cong sấy và đƣờng công tốc độ sấy thƣờng là đƣờng cong lồi.
Giai đoạn sấy đẳng tốc:
Là giai đoạn ẩm bay hơi ở nhiệt độ không đổi (nhiệt độ bầu ƣớt), do sự chênh lệch giữa nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt độ của môi trƣờng không khí xung quanh nên tốc độ sấy không đổi. Do đó đƣờng cong sấy và đƣờng cong tốc độ sấy trong giai đoạn này là một đƣờng thẳng. Ẩm tách ra trong giai đoạn này chủ yếu là ẩm liên kết cơ lý và liên kết hóa lý.
35
Giai đoạn sấy giảm tốc:
Ở giai đoạn cuối thì hàm lƣợng nƣớc còn lại trong nguyên liệu ít và chủ yếu là nƣớc liên kết do năng lƣợng liên kết lớn. Vì vậy tách ẩm cũng khó khăn hơn và cần năng lƣợng lớn hơn nên đƣờng cong sấy và đƣờng cong tốc độ sấy có dạng cong. Tuy nhiên, hình dạng của đƣờng cong phụ thuộc vào dạng liên kết ẩm trong vật liệu và tùy thuộc vào dạng vật liệu sấy. Độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy phụ thuộc vào độ ẩm của môi trƣờng không khí xung quanh.
1.2.2.6. Một số nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ sấy
Chất lƣợng sản phẩm là tập hợp những tính chất của sản phẩm, thể hiện mức độ thỏa mãn đến nhu cầu định trƣớc trong điều kiện xác định về kinh tế, kỹ thuật và xã hội. Một số yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng sản phẩm là:
Ảnh hƣởng của nguyên liệu:
Chất lƣợng sản phẩm trƣớc hết là phụ thuộc vào chất lƣợng của nguyên liệu. Khi nguyên liệu đã biến đổi hoặc hƣ hỏng thì không còn cách nào phục hồi tốt lại đƣợc và nhƣ vậy đồng nghĩa với giá trị dinh dƣỡng của nguyên liệu bị giảm nên sản phẩm trong quá trình sấy và sau quá trình sấy có chất lƣợng kém. Do đó việc chọn nguyên liệu trƣớc khi chế biến rất quan trọng.
Kích thƣớc của nguyên liệu cũng có ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm và tốc độ sấy. Ví dụ: nếu nguyên liệu có diện tích bề mặt lớn, bề dày nhỏ thì thời gian sấy nhanh. Ngƣợc lại, nguyên liệu có diện tích nhỏ bề dày lớn thì thời gian sấy lâu và làm nguyên liệu biến đổi trong quá trình sấy, sản phẩm kém chất lƣợng, dễ hƣ hỏng.
Ảnh hƣởng của nhiệt độ:
Trong các điều kiện khác nhau không đổi nhƣ độ ẩm không khí, tốc độ gió, …. Việc tăng cao nhiệt độ sẽ tăng nhanh quá trình làm khô. Lƣợng nƣớc trong nguyên liệu sẽ giảm xuống, ở đây nhiệt độ sấy cao tốc độ sấy khô sẽ
36
nhanh hơn, nhƣng tăng nhiệt độ cũng trong giới hạn cho phép, nhiệt đô làm khô cao sẽ ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm, làm cháy sẫm màu và tạo màng cứng ở ngoài cản trở sự di chuyển nƣớc từ trong ra. Nếu nhiệt độ làm khô quá thấp, dƣới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ giảm dẫn đến sản phẩm bị thâm. Nhiệt độ thích hợp đƣợc xác định phụ thuộc vào nguyên liệu béo hay gầy, kết cấu tổ chức tế bào và các yếu tố khác. Đối với nguyên liệu gầy thƣờng làm khô ở nhiệt độ cao hơn nguyên liệu béo.
Ảnh hƣởng của tốc độ chuyển động của không khí:
Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hƣởng lớn đến quá trình sấy. Tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình sấy, vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ ổn định nhiệt độ để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ gió quá nhỏ làm cho quá trình khô chậm, dẫn đến ảnh hƣởng chất lƣợng sản phẩm. Hƣớng gió cũng ảnh hƣởng đến quá trình làm khô, khi hƣớng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô nhanh nhất. Nếu hƣớng gió thổi tới nguyên liệu một góc 45° thì tốc độ làm khô tƣơng đối chậm, còn gió thổi tới thẳng góc với bề mặt nguyên liệu thì tác dụng làm khô kém.
Ảnh hƣởng của độ ẩm tƣơng đối không khí:
Độ ẩm tƣơng đối của không khí cũng là nhân tố ảnh hƣởng quyết định đến quá trình sấy. Độ ẩm không khí càng lớn thì quá trình làm khô càng chậm. Các nhà bác học Liên Xô cũ và các nƣớc khác cho biết rằng độ ẩm tƣơng đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình làm khô sẽ chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tƣơng đối 80% thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt đầu xảy ra quá trình ngƣợc lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm.
Làm khô trong điều kiện tự nhiên khó đạt đƣợc độ ẩm tƣơng đối của không khí 50-60%, vì khí hậu nhiệt đới nhƣ ở nƣớc ta thƣờng có độ ẩm cao. Do đó, một trong những phƣơng pháp nâng cao độ khô của không khí là có
37
thể làm lạnh để cho hơi nƣớc sẽ ngƣng tụ lại. Khi hạ nhiệt độ của không khí xuống dƣới điểm sƣơng, hơi nƣớc sẽ ngƣng tụ, hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng đƣợc hạ thấp.
1.2.2.7. Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy
Quá trình thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy đƣợc chia làm 2 quá trình
Quá trình khuếch tán nội:
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ các lớp bên trong ra các lớp bề mặt của vật ẩm. Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Ngoài ra, quá trình khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Qua nghiên cứu ngƣời ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Vì vậy tùy thuộc vào phƣơng pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dƣới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dƣới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngƣợc chiều nhau.
Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy. Nếu hai dòng dịch chuyển ẩm ngƣợc chiều nhau sẽ kiềm hãm quá trình thoát ẩm và kéo dài thời gian sấy.
Quá trình khuếch tán ngoại:
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào môi trƣờng không khí xung quanh. Động lực của quá trình này là sự chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật ẩm và áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong môi trƣờng không khí.
Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại:
Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có quan hệ chặt chẽ với nhau, quá trình khuếch tán nội là động lực cho khuếch tán ngoại và ngƣợc lại quá trình
38
khuếch tán ngoại là động lực cho quá trình khuếch tán nội. Tức là, khi khuếch tán ngoại đƣợc tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể tiếp tục và nhƣ thế độ ẩm của nguyên liệu mới đƣợc giảm dần. Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải làm sao cho hai quá trình này cân bằng nhau, tránh trƣờng hợp khuếch tán ngoại lớn hơn khuếch tán nội, vì khi đó sẽ làm cho sự bay hơi ở lớp bề mặt diễn ra mãnh liệt làm cho bề mặt sản phẩm trở nên khô cứng, hạn chế sự thoát ẩm. Khi xảy ra hiện tƣợng đó ta khắc phục bằng cách sấy gián đoạn (quá trình ủ ẩm ) mục đích là để thúc đẩy khuếch tán nội.
1.2.3.
Nƣớc ta là nƣớc nóng ẩm nên nhu cầu sấy khô các vật liệu, nông sản, thực phẩm, dƣợc liệu,… phục vụ trong nƣớc và xuất khẩu là rất lớn. Phƣơng pháp dùng bơm nhiệt để sấy khô hay còn gọi là sấy lạnh là một trong những phƣơng pháp tiên tiến nhất trong công nghiệp sấy khô hiện nay. Phƣơng pháp sấy lạnh đã đƣợc ứng dụng từ lâu trên thế giới trong các ngành công nghiệp thực phẩm cũng nhƣ các ngành công nghiệp khác, nguyên nhân là do nó có rất nhiều ƣu điểm nhƣ tốc độ truyền nhiệt cao hơn, thời gian sấy ngắn hơn để đạt độ ẩm của vật liệu sấy mong muốn, đảm bảo chất lƣợng sản phẩm, hiệu quả năng lƣợng cao.
Sấy ở nhiệt độ thấp là quá trình tách ẩm ra khỏi nguyên liệu sấy bằng cách dùng không khí lạnh đã qua dàn lạnh, có độ ẩm thấp. Sấy khô bằng phƣơng pháp sấy lạnh sẽ làm cho peotein biến tính ít, ít làm thay đổi các tổ chức tế bào, sản phẩm sau khi sấy có khả năng hồi phục khi ngâm nƣớc rất cao.
Phƣơng pháp sấy lạnh có thể chia thành 3 loại nhƣ sau:
Sấy lạnh ở nhiệt độ dƣơng:
Đối với những phƣơng pháp sấy lạnh mà nhiệt độ của vật liệu sấy cũng nhƣ nhiệt độ của tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trƣờng thì tác nhân sấy
39
thƣờng là không khí, trƣớc tiên đƣợc khử ẩm bằng phƣơng pháp làm lạnh hoặc bằng máy khử ẩm hấp thụ và sau đó đƣợc đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ mà phƣơng pháp sấy yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu. Khi đó áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong tác nhân sấy nhỏ hơn áp suất hơi nƣớc trên bề mặt vật liệu sấy mà ẩm đƣợc bay hơi đi vào tác nhân sấy. Nhƣ vậy, quy luật dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu và từ bề mặt vật liệu vào môi trƣờng trong, phƣơng pháp sấy này hoàn toàn giống nhƣ các phƣơng pháp sấy nóng khác, sự khác nhau ở đây chỉ là cách giảm phần áp suất hơi nƣớc trong tác nhân sấy. Chẳng hạn trong các phƣơng pháp sấy nóng đối lƣu, ngƣời ta giảm áp suất riêng phần của hơi nƣớc bằng cách đốt nóng không khí (d=const), để