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 tăng áp suất bão hòa dẫn đối. Trong khi đó với các phƣơng pháp sấy lạnh, nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ với nhiệt độ môi trƣờng thì ngƣời ta lại tìm cách giảm áp suất hơi nƣớc của tác nhân sấy bằng cách giảm lƣợng hơi nƣớc trong không khí thông qua dàn lạnh.
Sấy lạnh thăng hoa:
Đây là phƣơng pháp sấy lạnh mà trong đó độ ẩm của vật liệu sấy ở dạng rắn trực tiếp đi vào vật liệu sấy. Trong phƣơng pháp này ngƣời ta tạo ra môi trƣờng trong đó nƣớc trong vật liệu sấy có nhiệt độ dƣới điểm băng (T<273°K) và áp suất của tác nhân sấy bao quanh vật liệu sấy P<610Pa, khi đó nếu vật liệu sấy nhận đƣợc nhiệt lƣợng thì nƣớc trong vật liệu sấy sẽ chuyển trực tiếp chuyển thành dạng hơi nƣớc và đi vào tác nhân sấy. Nhƣ vậy, trong phƣơng pháp này một mặt ta phải làm lạnh vật liệu xuống dƣới 0°C và tạo chân không quanh vật liệu sấy.
Sấy lạnh chân không:
Nếu nhiệt độ vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273°K nhƣng áp suất tác nhân sấy bao quanh vật liệu vẫn lớn hơn 610Pa thì vật liệu sấy vẫn nhận đƣợc nhiệt lƣợng, các phân tử ở thể rắn không chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào tác
40
nhân sấy mà khi đó biến thành hơi đi vào môi trƣờng nƣớc ở thể rắn phải chuyển qua thể lỏng.
Phƣơng pháp sấy chân không và phƣơng pháp sấy thăng hoa đƣợc dùng để sấy nguyên liệu có giá trị cao, không chịu nhiệt độ cao, cho sản phẩm có chật lƣợng cao.
Ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt Ƣu điểm:
Nhiệt độ sấy thấp, chế độ sấy phù hợp với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ nhƣ: các loại hạt có giá trị, thuốc, vật liệu quý,…
Cũng có thể đánh giá độ khô sản phẩm qua lƣợng hơi nƣớc ngƣng tụ ở dàn lạnh. Có khả năng tự động hóa cao.
Nếu sấy ở nhiệt độ môi trƣờng thì không cần cách nhiệt buồng lạnh. Nhƣợc điểm:
Phải liên tục điều chỉnh nhiệt thải dàn ngƣng trong quá trình sấy. Giá thành đầu tƣ ban đầu cao do bơm nhiệt giá thành cao.
1.2.4.
Biến đổi về cảm quan:
Biến đổi về khối lƣợng và thể tích: khi làm khô, do nƣớc trong nguyên liệu mất đi cho nên khối lƣợng giảm, thể tích bị co rút lại. Do quá trình làm khô xảy ra các hiện tƣợng oxy hóa… làm cho khối lƣợng tăng lên chút ít, đồng thời tổ chức rau quả thể keo xốp nên khi làm nƣớc mất đi thì khoảng trống của mô tế bào chỉ co rút phần nào nên thể tích co rút nhỏ hơn lƣợng nƣớc mất đi.
Biến đổi về màu sắc và mùi vị trong quá trình làm khô thì màu sắc và mùi vị của sản phẩm bị biến đổi. Nguyên nhân là do mất nƣớc làm nồng độ sắc tố trên một đơn vị thể tích tăng lên dẫn đến sản phẩm có màu sẫm hơn. Vị của sản phẩm tăng lên do hàm lƣợng chất khô tăng và màu sắc đep hơn.
41
Biến đổi về trạng thái: trong quá trình làm khô, nƣớc mất đi tổ chức tế bào thay đổi nên sản phẩm giòn, dai hơn.
Biến đổi về protein:
Khi làm khô ở áp lực thƣờng, sự đông đặc và biến tính của protein phụ thuộc vào nguyên liệu. Nếu nguyên liệu đã đƣợc gia nhiệt thì protein ít bị biến đổi vì nó đã biến đổi trƣớc khi sấy. Với nguyên liệu bổ sung muối nếu điều kiện làm khô không tốt thì protein bị biến đổi nhiều hơn. Đặc biệt với nguyên liệu chƣa qua xử lý nhiệt và muối.
1.2.5.
42
Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ sấy rau quả
Làm sạch ƣớtƣớtƣớt) Rau quả
Lựa chọn, phân loại
Gọt sửa Chần, hấp Cắt Xử lý cơ học (nếu cần) Sản phẩm dạng bột Ép bánh Sấy Làm nguội Đóng gói Phân loại Sản phẩm dạng nguyên Chà Sấy Làm nguội Phân loại Đóng gói Sản phẩm dạng bản mỏng Nghiền nhỏ Pha trộn Cô đặc Chà Sấy Phân loại Đóng gói
43
1.2.5.2 Các nhân tố chính ảnh hưởng tới quá trình sấy a. Công đoạn chần, hấp
Môi trƣờng tế bào là một hệ keo phức tạp. Dƣới tác dụng nhiệt, trạng thái keo biến đổi, mô thực vật mềm ra, tế bào trƣơng nở, không khí thoát ra ngoài, chất nguyên sinh đông tụ tách ra khỏi tế bào, làm độ thấm hút của màng tế bào tăng lên. Do vậy khi sấy nƣớc thoát ra dễ dàng hơn. Chần hấp cũng làm giảm độ hút ẩm của rau quả khô.
Rau quả giàu gluxit: làm tăng độ xốp.
Rau quả có lớp sáp mỏng: làm mất lớp sáp, tạo ra vết nứt nhỏ trên bề mặt. Hơn nữa công đoạn chần hấp còn tiêu diệt vi sinh vật và vô hoạt hệ thống enzym, đặc biệt là các enzym quan trọng: peroxidaza, tirozinara polyphenoloxidaza, ascobinaza, amilaza, photphorilaza, photphoglucomataza. Trong đó peroxidaza là bền nhiệt nhất, cần gia nhiệt trên 75°C để vô hoạt.
b. Công đoạn xử lý hóa chất
Axit xitric: kìm hãm sự biến màu không do enzym.
Axit sunfơ, muối sunphít: có tính khử mạnh, tác dụng với nhóm hoạt động của enzym oxy hóa (ascobinaza, peroxidaza) làm chậm các phản ứng sẫm màu, ngăn ngừa sự tạo thành melanoidin, ổn định vitamin C. Hàm lƣợng tối thiểu để có tác dụng là 0,02%.
Chất tạo nhũ tƣơng (monostearat glyxerin, albumin): ứng dụng trong kĩ thuật sấy màng bọt, tăng chất lƣợng sản phẩm sấy.
CaCl2: làm chậm lại quá trình sẫm màu, ngăn ngừa hiện tƣợng nhũn trong quá trình nấu chín, cải thiện tốc độ hồi nguyên và tăng độ cứng của sản phẩm hồi nguyên (tạo phức pectat canxi).
c. Các thông số của quá trình sấy
Nhiệt độ sấy: nhiệt độ cao thì tốc độ sấy nhanh nhƣng chất lƣợng sản phẩm giảm. Đối với rau quả chịu nhiệt kém: trong môi trƣờng ẩm khi nhiệt độ
44
trên 60°C thì protein bị biến tính, trên 90°C thì fructoza bị caramen hóa và nhiệt độ cao hơn nữa thì bị cháy. Vì vậy nhiệt độ sấy phải ôn hòa. Tùy nguyên liệu mà nhiệt độ không quá 80°C đến 90°C và nhiệt độ tác nhân sấy không quá 100°C. Nếu thời gian (sấy trục lăn, sấy phun) nhiệt độ sấy có thể đạt