1.6.1. Định nghĩa
Là quá trình bốc hơi nƣớc của vật liệu ở một nhiệt độ bất kỳ, bản chất là quá trình khuếch tán ẩm do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu, hay nói cách khác do chênh lệch áp suất riêng phần giữa bề mặt vật liệu và môi trƣờng xung quanh.
1.6.2. Mục đích
Chuẩn bị: Quá trình sấy đƣợc ứng dụng để tách bớt ẩm trong nguyên liệu chuẩn bị cho ngâm tẩm các dung dịch, ƣớp hƣơng, sấy làm giảm khối lƣợng để vận chuyển.
Khai thác: Sấy làm tăng hàm lƣợng chất khô, trong quá trình sấy các sản phẩm thực phẩm nhƣ sữa bột, cà phê, mì chính…
Chế biến: Sấy làm tăng độ giòn, dẻo, giữ đƣợc tính đặc trƣng của sản phẩm nhƣ sấy các loại rau củ quả.
Bảo quản: Sấy làm giảm hoạt độ nƣớc trong thực phẩm hạn chế sự phát triển của vi sinh vật nên có tác dụng bảo quản sản phẩm.
Hoàn thiện: Sấy để làm khô vật liệu trƣớc khi dùng, sấy để giữ màu sắc, độ sáng bóng, tăng độ bền cho sản phẩm.
1.6.3. Một số loại vật liệu sấy
Nguyên liệu bán thành phẩm và sản phẩm sấy thƣờng rất đa dạng, bao gồm nhiều loại nguyên liệu khác nhau về nguồn gốc, mức độ ngậm nƣớc, khác nhau về lƣợng nƣớc… Theo tính chất lí học có thể chia vật liệu sấy thành các dạng sau:
Vật liệu keo: Là dạng vật liệu mà ẩm ở trong đó chủ yếu ở dạng liên kết hấp thụ và thẩm thấu. Vật liệu này thƣờng co lại trong quá trình bốc ẩm và giữ lại tính đàn hồi của nó ví dụ nhƣ gelatin, các sản phẩm từ bột nhào.
Vật liệu xốp - mao dẫn: Nƣớc ở dạng liên kết cơ học do các lực mao dẫn. Thƣờng vật liệu này giòn hầu nhƣ không bị co lại và dễ dàng làm nhỏ sau sấy ví dụ nhƣ đƣờng, muối…
Vật liệu xốp - mao quản - keo: Vật liệu này gồm những tính chất của 2 nhóm vật liệu trên, thành mao quản có thể đàn hồi và là nguồn hút ẩm. Loại vật liệu này chiếm phần lớn các sản phẩm thực phẩm nhƣ các loại ngũ cốc, các loại hạt, bánh mì, rau quả…
1.6.4. Các dạng liên kết của ẩm trong vật liệu sấy
Ẩm dính ƣớt: Ẩm này có dạng là màng chất lỏng dính ở bề mặt ngoài của sản phẩm. Ẩm này dễ dàng đƣợc tách khỏi nguyên liệu trong quá trình sấy.
Ẩm mao quản: Dạng ẩm này không những làm ƣớt bề mặt ngoài của vật liệu mà còn làm ƣớt bề mặt bên trong của sản phẩm, vật liệu có những lỗ nhỏ gọi là mao quản và ẩm đƣợc vận chuyển đến bề mặt ngoài của sản phẩm bằng lực mao quản trong quá trình tách ẩm.
Ẩm thẩm thấu: Ẩm này không những có ở bên ngoài bên trong sản phẩm mà còn thấm qua các phần rắn của sản phẩm. Trong quá trình sấy có thể tách đƣợc ẩm dính ƣớt, ẩm mao quản và một phần ẩm thẩm thấu.
Ẩm liên kết hóa học: Là dạng ẩm tồn tại dƣới dạng nƣớc hidrat hóa muốn tách đƣợc dạng ẩm này phải dùng các phản ứng hóa học, hoặc sấy ở nhiệt độ cao.
Phƣơng pháp sấy tự nhiên: Là phƣơng pháp làm khô thực phẩm nhờ ánh sáng mặt trời trực tiếp không đốt nóng thêm hay còn gọi là phƣơng pháp phơi.
Ƣu điểm: Thực hiện dễ dàng, tận dụng đƣợc nguồn năng lƣợng tự nhiên.
Nhƣợc điểm: - Thời gian sấy kéo dài
- Quá trình sấy không ổn định do phải phụ thuộc vào thời tiết - Không điều chỉnh đƣợc độ ẩm, vệ sinh không tốt
Phƣơng pháp sấy nhân tạo: Là phƣơng pháp sấy khô thực phẩm nhờ các tác nhân sấy đã đốt nóng, hoặc khói lò thƣờng dùng không khí nóng. Các tác nhân sấy thƣờng tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với thực phẩm, làm thực phẩm nóng lên và hút nƣớc của nó.
Ƣu điểm: - Thời gian sấy ít kéo dài và có thể điều chỉnh đƣợc thời gian
- Ổn định không phụ thuộc vào thời tiết - Điều chỉnh đƣợc độ ẩm cuối của sản phẩm - Chất lƣợng vệ sinh đƣợc bảo đảm
Nhƣợc điểm: - Tốn kém năng lƣợng chi phí
- Sản phẩm dễ bị bị biến màu và bị oxy hóa
Trong phƣơng pháp sấy nhân tạo bao gồm nhiều phƣơng thức sấy khác nhau nhƣ sấy bằng bức xạ hồng ngoại, sấy bằng dòng điện cao tần, sấy tầng sôi, sấy chân không thăng hoa.
1.6.6. Bản chất của quá trình sấy
Trong quá trình sấy xảy ra sự trao đổi nhiệt và trao đổi chất giữa bề mặt nguyên liệu sấy và môi trƣờng sấy. Cơ chế thoát ẩm ra khỏi nguyên liệu sấy là quá trình khuếch tán ngoại và khuếch tán nội. Khuếch tán ngoại có xảy ra thì quá trình khuếch tán nội mới xảy ra. Động lực của quá trình khuếch tán ngoại là sự chênh lệch áp suất hơi nƣớc trên bề mặt nguyên liệu và áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong không khí ẩm.
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ bề mặt vật liệu ra môi trƣờng không khí. Động lực của quá trình khuếch tán ngoại là sự chênh lệch áp suất hơi nƣớc trên bề mặt vật liệu và áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong không khí ẩm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
P = Ps - Ph Trong đó:
Ps: là áp suất hơi nƣớc trên bề mặt nguyên liệu
Ph: là áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong không khí ẩm Lƣợng ẩm bay hơi đƣợc tính theo công thức:
G = .F.( Ps - Ph). (kg) Trong đó:
:là hệ số bay hơi phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của không khí (kg/h.m2.mmhg)
F: là diện tích bề mặt bay hơi (m2) : là thời gian bay hơi (h)
Nhƣ vậy để tăng lƣợng ẩm bay hơi trong quá trình làm khô thì có thể dùng các biện pháp sau:
Tăng diện tích bề mặt bay hơi nên các giá hoặc khay để nguyên liệu nên làm bằng lƣới để tăng khă năng bay hơi nƣớc, hoặc có thể cắt nhỏ làm mỏng nguyên liệu để tăng khả năng tiếp xúc với tác nhân sấy.
Tăng áp suất hơi nƣớc trên bề mặt nguyên liệu bằng cách tăng nhiệt độ nguyên liệu hoặc tăng nhiệt độ của tác nhân sấy. Tuy nhiên phƣơng pháp tăng nhiệt độ sấy còn phải tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu.
Giảm áp suất riêng phần hơi nƣớc của hơi nƣớc trong không khí ẩm bằng cách làm lạnh không khí xuống dƣới nhiệt độ đọng sƣơng để tách một lƣợng nƣớc trƣớc khi vào thiết bị gia nhiệt để sấy.
Giai đoạn khuếch tán nội:
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ bên trong ra bề mặt ngoài nguyên liệu động lực của quá trình này sự chênh lệch độ ẩm giữa bên trong và bên ngoài vật liệu.
Lƣợng ẩm thoát ra khỏi bề mặt nguyên liệu đƣợc xác định: Gw = - kw.f.gradC. (kg)
Trong đó:
f: là diện tích bề mặt bay hơi của vật liệu sấy (m2) gradC: là gradient độ ẩm
: là thời gian sấy (h)
- kw : là hệ số khuếch tán phụ thuộc vào dạng nguyên liệu ẩm và sự liên kết ẩm trong nguyên liệu
1.6.7. Các biến đổi của vật liệu trong quá trình sấy a. Biến đổi vật lí: a. Biến đổi vật lí:
Trong quá trình sấy có các hiện tƣợng khối lƣợng vật liệu giảm xuống, khối lƣợng riêng tăng lên, thể tích bị co lại do nƣớc trong thực phẩm bị bay hơi. Nếu gọi nguyên liệu sấy ban đầu có khối lƣợng là G1, độ ẩm là W1, Khối lƣợng sau sấy là G2, độ ẩm là W2. Vì trong quá trình sấy tổng khối lƣợng chất khô không thay đổi nên, Ta có: G1 (100 - W1) = G2 (100 - W2) Từ phƣơng trình trên ta có: W= G1 – G2 = G1. 2 2 1 100 W W W
Có sự biến đổi về nhiệt độ: Là sự tạo gradient nhiệt độ ở mặt ngoài và mặt trong vật liệu.
Sự biến đổi tính chất cơ lý: Nhƣ sự biến dạng, hiện tƣợng co, hiện tƣợng tăng độ giòn, hoặc bị nứt nẻ.
Ngoài ra còn có hiện tƣợng nóng chảy tụ tập chất hòa tan trên bề mặt, hiện tƣợng đóng rắn trên bề mặt làm ảnh hƣởng đến bề mặt sản phẩm.
b. Biến đổi hóa lý
Khuếch tán ẩm: Trong quá trình sấy do có sự chênh lệch ẩm giữa lớp bề mặt và bên trong vật liệu, sự chênh lệch ẩm giữa lớp không khí sát bề mặt với bề mặt của sản phẩm. Mà có dòng ẩm khuếch tán từ bên trong sản phẩm ra bề mặt ngoài và
dòng ẩm khuếch tán từ bề mặt sản phẩm ra lớp không khí sát bề mặt. Quá trình này đƣợc thực hiện dƣới tác dụng của nhiệt khuếch tán và do kết quả của sự co giãn không khí trong các mao quản, nhiệt chuyển giời theo hƣớng có nhiệt độ thấp hơn. Ngoài sự khuếch tán ẩm, trong quá trình sấy còn có hiện tƣợng chuyển pha của ẩm từ lỏng sang hơi và có ảnh hƣởng của hệ keo. Có thể tạo thành lớp màng ngoài vật liệu có tính keo hạn chế sự khuếch tán ẩm.
c. Biến đổi hóa học
Trong quá trình sấy có thể xảy ra các phản ứng hóa học nhƣ phản ứng oxy hóa lipid, phản ứng melanoidin, phản ứng caramen…làm thay đổi màu sắc mùi vị của vật liệu sấy. Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng. Sau đó tốc độ phản ứng chậm đi do hàm lƣợng ẩm giảm dần. Trong 2 xu thế trên thƣờng là xu thế 1 trội hơn.
d. Biến đổi hóa sinh
Giai đoạn đầu của quá trình sấy, nhiệt độ của vật liệu tăng dần và chậm tạo ra hoạt đông mạnh mẽ của hệ enzim nhất là hệ enzim oxy hóa khử gây ảnh hƣởng xấu đến vật liệu. Cho nên cần phải diệt enzim peroxydaza, polyphenoloxydaza trƣớc khi sấy.
Trong giai đoạn sấy hoạt động của hệ enzim giảm dần vì nhiệt độ vật liệu cao hơn nhiệt độ hoạt động của các hệ enzim và hàm lƣợng nƣớc trong sản phẩm giảm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Giai đoạn sau khi sấy một số enzim nhất là enzim oxy hóa khử chƣa bị vô hoạt hoàn toàn mà tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản và tới một giai đoạn có thể phục hồi khả năng hoạt động. Trong thực tế cho thấy nếu các enzim không bị mất hoạt tính do xử lí sơ bộ hoặc do tác dụng nhiệt trong quá trình sấy có thể dẫn đến hiệu quả tạo màu, mùi của Polyphenol hoặc do thủy phân lipid.
e. Biến đổi sinh học
Cấu tạo tế bào: Quá trình sấy thƣờng xảy ra hiện tƣợng biến tế bào sống thành tế bào chết do nhiệt độ cao làm biến tính không thuận nghịch chất nguyên sinh và do mất nƣớc. Tế bào vẫn có thể phục hồi về trạng thái ban đầu nhƣng khả
năng sinh sản giảm hẳn. Ngoài ra còn làm biến đổi cấu trúc mô nhất là mô che chở và mô dẫn.
Vi sinh vật: Quá trình sấy có tác dụng tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật trên bề mặt vật liệu do nhiệt độ cao và do hàm lƣợng nƣớc giảm dần trong quá trình sấy. Do hiện tƣợng bị ẩm cục bộ vi sinh vật vẫn có thể phát triển trong vật liệu sấy nhƣng rất ít.
g. Biến đổi cảm quan
Màu sắc: Quá trình sấy có thể làm giảm sắc tố hoặc mất sắc tố do tác dụng của nhiệt độ cao, nhƣng giá trị tƣơng đối thƣờng tăng lên do nƣớc mất đi, vì vậy cƣờng độ màu tăng lên. Các sản phẩm sấy thƣờng đậm màu thẫm màu do sự xảy ra các phản ứng tạo màu nhƣ caramen hóa, phản ứng melanoidin, phản ứng oxy hóa polyfenol…
Mùi: Các sản phẩm sau sấy thƣờng giảm mùi thơm vì một số chất thơm bị
bay hơi theo ẩm và nhiệt độ cao làm phân hủy gây tổn thất chất thơm đặc biệt là các chất thơm có nguồn gốc sinh học.
Đặc biệt trong quá trình sấy một số hƣơng thơm đƣợc tạo thành hoặc phát huy do các phản ứng tạo mùi xảy ra trong quá trình sấy.
Vị: Do độ ẩm giảm xuống nồng độ chất tạo vị tăng lên, nên cƣờng độ vị tăng
lên nhất là vị ngọt và vị mặn. Còn vị chua có thể giảm đi một cách tƣơng đối do lƣợng acid bay hơi theo ẩm trong quá trình sấy.
Trạng thái: Biến đổi về trạng thái của sản phẩm trong quá trình sấy gắn liền với các biến đổi hóa lí nhƣ tăng tính đàn hồi, tính giai, độ dòn và các biến đổi về hình dạng khác nhƣ bị nứt vỡ, co bề mặt.
Về kích thƣớc trong quá trình sấy một số sản phẩm sấy có thể bị co lại do ẩm bay hơi. Sự co lại xảy ra suốt trong quá trình sấy và xảy ra không đều do lƣợng ẩm phân bố không đồng dều trong vật liệu. Ở bề mặt có độ ẩm nhỏ sự co xảy ra nhiều hơn so với phía bên trong có độ ẩm cao hơn làm cho bề mặt sản phẩm bị cong méo nứt nẻ thay đổi hình dạng của sản phẩm. Vật liệu bị cong về phía có độ ẩm thấp hơn, làm cho bề mặt có độ ẩm nhỏ hơn bị cong lõm xuống vì nó bị co nhiều hơn so
với phía đối diện có độ ẩm lớn hơn. Nguyên nhân bị cong nứt còn do không khí nóng chuyển đông quanh vật liệu không đều.
1.6.8. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy 1.6.8.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ không khí 1.6.8.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ không khí
Trong trƣờng hợp sấy bằng không khí nóng thì không khí là yếu tố tác động trực tiếp lên sản phẩm nên nhiệt độ không khí có ảnh hƣởng rất lớn tới tốc độ sấy và chất lƣợng sản phẩm sấy. Nếu nhƣ các yếu tố khác nhƣ độ ẩm không khí, vận tốc gió… không đổi thì nhiệt độ không khí tăng thì tốc độ sấy càng nhanh nhƣng nếu nhiệt độ không khí tăng quá cao thì sẽ làm cho bề mặt ngoài của sản phẩm bị cháy ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm đồng thời tạo thành lớp màng cứng cản trở ẩm từ bên trong thoát ra. Nhiệt độ cao cũng làm cho lipid trong nguyên liệu bị oxy hóa tạo ra các sản phẩm nhƣ andehyt, xeton làm cho sản phẩm có mùi ôi khét. Ở một số sản phẩm khác nhiệt độ cao làm cho các vitamin bị oxy hóa, giảm các chất tinh dầu, các chất tạo hƣơng thơm nên kéo theo chất lƣợng sản phẩm sấy bị giảm. Vì vậy cần phải chọn nhiệt độ sấy sao cho thích hợp.
Quan hệ giữa lƣợng nƣớc bay hơi và nhiệt độ sấy:
) (t1 t2 k dT dw Trong đó: W: lƣợng nƣớc khuếch tán ra (kg) T: thời gian sấy (giờ)
k: hệ số bay hơi t1: nhiệt độ sấy (oC)
t2: nhiệt độ nguyên liệu ban đầu (oC)
1.6.8.2. Ảnh hƣởng của tốc độ gió và hƣớng gió
Nếu vận tốc gió quá lớn thì tốc độ bốc hơi ẩm sẽ nhanh nhƣng kèm theo đó tốc độ gió quá lớn sẽ cuốn theo các chất thơm, tinh dầu và các chất dễ bay hơi khác theo làm giảm chất lƣợng sản phẩm sấy. Còn nếu vận tốc gió quá nhỏ thì sẽ không vận chuyển đƣợc lƣợng ẩm bay hơi từ bề mặt nguyên liệu dẫn đến tốc độ sấy bị chậm. Do đó cần chọn tốc độ gió sao cho thích hợp.
1.6.8.3. Ảnh hƣởng của độ ẩm tƣơng đối của không khí
Độ ẩm tƣơng đối của không khí là nhân tố ảnh hƣởng rất lớn tới quá trình sấy.
Theo: P = Ps - Ph
Khi độ ẩm không khí nhỏ thì áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong không khí (Ph) càng nhỏ dẫn đến động lực sấy P tăng làm cho tốc độ sấy nhanh và ngƣợc lại. Theo thực nghiệm cho thấy nếu độ ẩm không khí tăng hơn 65 % thì tốc độ sấy giảm rõ rệt và nếu độ ẩm lớn hơn 80% thì quá trình sấy dừng lại và xảy ra sự hút ẩm trở lại của nguyên liệu sấy. Độ ẩm không khí nhỏ thì tốc độ sấy nhanh nhƣng nếu quá nhỏ thì sẽ tạo thành lớp màng cứng ngoài bề mặt nguyên liệu cản trở quá trình bay hơi ẩm nên lại làm giảm tốc độ sấy.
1.6.8.4. Ảnh hƣởng của kích thƣớc và bản chất của nguyên liệu
Nguyên liệu có kích thƣớc càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh và ngƣợc lại. Diện tích bề mặt càng lớn thì tốc độ sấy càng nhanh và tốc độ làm khô nguyên liệu tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt và tỷ lệ nghịch với độ dày của nguyên liệu.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});