Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy để thải vào môi trường khi có sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy và môi trường xung quanh. Thực chất đây là quá trình làm khô vật liệu sấy bằng phương pháp bay hơi nước, sau đó sử dụng tác nhân sấy để thải ẩm ra môi trường bên ngoài với mục đích hạ độ ẩm của vật liệu sấy tới độ ẩm cần thiết để đưa đi bảo quản, sử dụng. Đây là phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ dàng, được sử dụng nhiều trong bảo quản thực phẩm như rau quả, các loại nông sản, thức ăn…
Sấy có thể chia ra thành 2 loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo (sấy bằng thiết bị) - Sấy tự nhiên: là quá trình phơi hoặc hong khô vật liệu ngoài trời, không sử dụng các thiết bị, đây là quá trình sấy đơn giản nhất, không tốn chi phí cho năng lượng, nhưng tùy thuộc vào thời tiết, chất lượng sản phảm không đảm bảo.
- Sấy nhân tạo: là phương pháp sử dụng các thiết bị sấy để làm khô nguyên liệu bằng cách sử dụng tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nguyên liệu sấy để thải ẩm ra môi trường. Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau, căn cứ vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại: sấy đối lưu, sấy bằng dòng điện cao tần, sấy chân không, sấy thăng hoa, sấy lạnh, sấy bức xạ, sấy tiếp xúc…[13].
Sau đây chúng tôi xin giới thiệu một số phương pháp sấy được sử dụng để thực hiện đề tài này
2.5.1. Phương pháp sấy đối lưu
Phương pháp sấy đối lưu là phương pháp sử dụng tác nhân sấy là không khí nóng vừa làm nhiệm vụ truyền nhiệt và lấy ẩm ra khỏi vật liệu sấy. Đây là phương pháp thông dụng nhất.
Nguyên lý hoạt động: không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp chuyển động tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy làm ẩm trong vật liệu sấy bay hơi ra khỏi vật liệu sấy và theo tác nhân sấy ra ngoài.
Sấy đối lưu có thể thực hiện theo từng mẻ hay liên tục. Không khí có thể chuyển động cùng chiều ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyện động của sản phẩm. Sau đây là sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu bằng không khí nóng:
Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu 1. Quạt 2. Caloriphe 3. Buồng sấy
Ưu điểm của phương pháp này là quá trình sấy nhanh, năng suất sấy lớn,
chi phí đầu tư thiết bị thấp, thiết bị dễ vận hành, dễ dàng cho vào và lấy sản phẩm ra, có thể sấy nhiều dạng nguyên liệu khác nhau.
Nhược điểm là sản phẩm sau khi sấy không giữ được chất lượng sản phẩm về màu sắc, mùi vị, cấu trúc…, tồn thất các chất dinh dưỡng và các loại vitamin làm giảm chất lượng sản phẩm [4].
Một số sản phẩm sấy bằng phương pháp này là: rau củ, trái cây, ngũ cốc, bánh kẹo, khoai tây, các loại hạt như hạt đậu, hạt cacao, tinh bột,…
Có nhiều thiết bị sử dụng phương pháp sấy đối lưu được sử dụng nhiều và rộng rãi trong đời sống và sản xuất như:
- Thùng sấy: được sử dụng để sấy kết thúc sản phẩm đã được sấy bằng thiết bị sấy khác trước đó, dùng để cân bằng ẩm của sản phẩm sau khi sấy do thùng sấy có sức chứa lớn, giá thành thiết bị và chi phí hoạt động thấp, năng suất cao.
- Buồng sấy: dùng trong sản xuất nhỏ (1-20 tấn) hoặc trong thí nghiệm, có thể sấy nhiều dạng nguyên liệu khác nhau. Buồng sấy có chi phí thiết bị, vận hành, bảo dưỡng thấp tuy nhiên chất lượng sản phẩm không đồng đều do quá trình phân phối nhiệt trong buồng không đồng đều.
- Lò sấy: được sử dụng theo truyền thống để sấy táo ở Mỹ và hoa hơp- lông ở châu Âu. Lò sấy có sức chứa lớn, chi phí xây dựng và bảo dưỡng thấp nhưng chi phi nhân công lại lớn do phải thường xuyên đảo trộn nguyên liệu thường xuyên cũng như việc chất nguyên liệu và tháo dỡ đều thực hiện bằng thủ
công.
- Hầm sấy: sử dụng rộng rãi để sấy nhiều loại nguyên liệu khác nhau, có sức chứa lớn, khả năng sấy lượng nguyên liệu cao trong thời gian sấy ngắn, cấu tạo hệ thống lại đơn giản nhưng thiết bị lại cồng kềnh, tồn thất năng lượng lớn, sản phẩm sấy không đồng đều, chất lượng sản phẩm không tốt.
- Sấy băng chuyền: được sử dụng để sấy sản phẩm ở quy mô lớn do năng suất cao và điều kiện sấy được kiểm soát tốt, chủ yếu để sấy nguyên liệu dạng hạt như hạt đậu, hạt cacao…Sấy bằng thiết bị này có cường độ sấy cao, thời gian sấy ngắn nhưng tổn thất nhiệt lớn.
Ngoài ra còn một số thiết bị sử dụng sấy đối lưu như là: sấy thùng quay, sấy tầng sôi, sấy khí động, sấy phun. Và tùy vào từng loại nguyên liệu mà lựa chọn thiết bị sấy phù hợp với nguyên liệu đó [13].
2.5.2. Phương pháp sấy chân không
Phương pháp sấy chân không là phương pháp tạo ra môi trường gần như chân không trong buồng sấy. Phương pháp này phức tạp bởi khả năng giữ buồng chân không, thể tích luôn giới hạn đến mức độ nào đó. Chính vì vậy phương pháp này không được sử dụng phổ biến như các phương pháp khác và thường được sử dụng để sấy các sản phẩm quý, dễ biến chất, không chịu được nhiệt độ cao.
Hệ thống sấy chân không gồm có buồng sấy, thiết bị ngưng tụ và bơm chân không. Vật sấy được cho vào trong một buồng kín, sau đó buồng kín này được hút chân không (ở áp suất lớn hơn 4,56 mmHg). Lượng ẩm trong vật liệu được tách ra khỏi vật liệu và được hút ra ngoài. Nhiệt độ trong buồng sấy dao động xung quanh nhiệt độ môi trường [38].
Nguyên lý của phương pháp sấy chân không: là sự phụ thuộc vào áp suất điểm sôi của nước. Nếu làm giảm áp suất trong một thiết bị sấy chân không xuống đến áp suất mà ở đấy nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật liệu làm hình thành nên một dòng ẩm chuyển động trong vật liệu theo hướng từ trong ra bề mặt vật liệu.
Điều này có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước sẽ có một điểm sôi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong vật giảm đi và đến mức nhiệt độ vật (cũng là nhiệt độ của nước trong vật) đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở áp suất đấy, nước trong vật sẽ bị hóa hơi và tạo nên một chênh lệch áp suất hơi giữa áp suất bão hòa hơi nước trên bề mặt vật và áp suất hơi nước trong môi trường đặt vật sấy, đây chính là động lực chính tạo điều kiện thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm từ bên trong vật ra ngoài bề mặt bay hơi của quá trình sấy chân không [5].
Việc thải ẩm ở phương pháp này là sử dụng bơm chân không hoặc kết hợp thiết bị ngưng tụ hay ngưng kết ẩm để hút không khí ẩm ra ngoài do áp suất trong buồng sấy nhỏ hơn áp suất ngoài môi trường nên không thể dùng môi chất để thải ẩm, ẩm được thải ra ngoài ở dạng lỏng [1].
Chế độ sấy: tùy thuộc vào tính chất, đặc tính của từng loại nguyên liệu sấy sẽ ảnh hưởng đến tốc độ sấy mà ta cần chọn các thông số áp suất, nhiệt độ thích hợp cho từng loại nguyên liệu cụ thể.
Ưu điểm của phương pháp này là:
+ Sản phẩm sau khi sấy vẫn giữ được chất lượng như màu sắc, mùi vị, + Không phá hủy, biến tính các chất
+ Sử dụng để sấy các vật liệu khô chậm khó sấy.
Nhược điểm :
+ Giá thành thiết bị cao, có chi phí đầu tư lớn, vận hành phức tạp + Rất khó đảm bảo độ kín cho một hệ thống chân không lớn
+ Chỉ được áp dụng ở quy mô nhỏ, dùng sấy những loại vật liệu quý hiếm, khô chậm, khó sấy và có yêu cầu cao về chất lượng.
Thiết bị sấy chân không được phân thành hai loại dựa vào phương thức gia nhiệt:
- Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn
+ Tủ sấy: đây là thiết bị đơn giản nhất, có dạng hình trụ hoặc hình hộp chữ nhật, được cấp nhiệt bằng hơi nước, nước nóng hoặc sợi đốt điện trở. Tủ sấy chân không có năng suất nhỏ và hiệu quả thấp nên nó được sử dụng chủ yếu trong phòng thí nghiệm.
+ Thùng sấy có cánh đảo: năng suất thùng sấy phụ thuộc vào tính chất, độ ẩm ban đầu của vật liệu, nhiệt độ của chất tải nhiệt và độ chân không. Ở các thùng sấy này, tiếp liệu và tháo sản phẩm phần lớn đã được cơ giới hóa.
- Thiết bị sấy chân không liên tục
+ Thùng quay, băng tải cho các vật liệu dạng hạt: đối với những vật liệu dạng hạt thường sấy trong các tháp sấy chân không. Đối với vật liệu rời có thể sấy liên tục bằng thiết bị sấy chân không băng tải
+ Lô cuốn cho các vật liệu dạng dịch nhão: với loại vật liệu lỏng có độ dính ướt cao có thể sử dụng thiết bị sấy chân không lô cuốn. Với những dạng vật liệu dạng nhão người ta sử dụng thiết bị sấy chân không hai lô cuốn.
+ Sấy phun chân không đối với các vật liệu lỏng có độ nhớt không cao Sấy chân không được dùng để sấy các loại vật liệu có chứa nhiều hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm, các nông sản thực phẩm có yêu cầu nhiệt độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây phá hủy, biến tính các chất, và đặc biệt phương pháp sấy chân không được dùng để sấy các loại vật liệu khô chậm khó sấy (như gỗ sồi, gỗ giẻ…), các loại gỗ quý [38].
2.5.3. Phương pháp sấy thăng hoa
Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật sấy bằng sự thăng hoa của nước. Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi.
Ở điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông. Chính vì vậy nên còn gọi là phương pháp sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation)
Quá trình sấy thăng hoa bao gồm hai giai đoạn : làm lạnh đông và tiếp theo sấy khô bằng chân không thấp. Cả hai hệ thống đều hoạt động rất tốn kém và khi thiết bị sấy thăng hoa hoạt động theo mẻ, chi phí vận hành càng tăng cao. Hiện nay đã có các thiết bị làm việc liên tục, nhưng chi phí đầu tư rất cao.
- Giai đoạn làm lạnh đông
Giai đoạn đầu tiên của quá trình sấy thăng hoa là làm lạnh đông sản phẩm.
Quá trình làm lạnh đông có thể thực hiện bằng hai cách.
+ Cách thứ nhất là làm lạnh đông trong thiết bị thông thường hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đông sản phẩm bên ngoài buồng sấy thăng hoa.
+ Cách thứ hai là vật sấy tự lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa khi buồng sấy được hút chân không.
Sản phẩm được làm lạnh đông rất nhanh để hình thành các tinh thể băng nhỏ ít gây hư hại cho cấu trúc tế bào sản phẩm.
- Giai đoạn sấy khô bằng chân không thấp
Gồm giai đoạn thăng hoa và giai đoạn bay hơi ẩm còn lại
Hình 2.7. Sơ đồ 3 pha của nước
Ở giai đoạn thăng hoa nếu áp suất hơi nước được giữ dưới 4,58 mmHg (610,5 Pa) và nước ở dạng đóng băng, khi sản phẩm được cung cấp nhiệt thì băng rắn sẽ được thăng hoa trực tiếp mà không bị tan chảy.
Hơi tiếp tục tách ra khỏi sản phẩm bằng cách giữ cho áp suất trong buồng thăng hoa nhỏ hơn áp suất hơi nước trên bề mặt băng, đồng thời tách hơi nước
bằng máy bơm chân không và ngưng tụ nó bằng ống xoắn ruột gà lạnh, các bản lạnh hoặc bằng hóa chất. Quá trình thăng hoa tiếp tục, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên trong sản phẩm, làm sản phẩm được sấy khô. Hơi nước di chuyển ra khỏi sản phẩm qua các kênh được hình thành do băng thăng hoa và được lấy đi.
Các máy sấy thăng hoa bao gồm một buồng chân không có các khay đựng sản phẩm và thiết bị đun nóng để cấp ẩm nhiệt thăng hoa. Các ống xoắn ruột gà lạnh hoặc các bản dẹt lạnh được sử dụng để ngưng tụ hơi nước trực tiếp thành băng. Chúng được gắn với thiết bị tự động làm tan băng để giữ cho các bề mặt của các dây xoắn ruột gà được trống tối đa cho việc ngưng tụ hơi nước. Bơm chân không tách đi các thành phần hơi không ngưng tụ.
Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hoa là:
+ Sản phẩm sấy bằng phương pháp này gần như bảo toàn được đặc tính cảm quan của sản phẩm như màu sắc, mùi vị, cấu trúc cũng như hàm lượng dinh dưỡng, vitamin, các hoạt tính.
+ Các hợp chất mùi dễ bay hơi không bị mất đi được giữ lại trong khung sản phẩm vì vây 80-90% mùi được giữ lại
+ Kết cấu sản phẩm tốt, sản phẩm ít bị co ngót không có hiện tượng bị cứng vỏ.
Nhược điểm của phương pháp này là:
+ Chi phí đầu tư cao, thiết bị đắt tiền, phải dùng đồng thời bơm chân không và máy lạnh
+ Vận hành phức tạp, người vận hành cần phải có trình độ cao + Tiêu hao điện năng lớn
+ Chỉ hạn chế sử dụng đối với các sản phẩm đắt tiền, những sản phẩm mà không thể sấy được bằng các phương pháp khác như mỹ phẩm, dược liệu, thực phẩm quý hiếm.
Sấy thăng hoa, nhất là phương pháp sấy nhanh (AFD : accelerated freeze drying) được áp dụng rộng rãi ở Mỹ để sấy các loại nguyên liệu đắt tiền như thịt gia súc, gia cầm ... Ngoài ra nó còn được sử dụng để sấy các sản phẩm khác như: cà phê, gia vị, trong dược phẩm …[13].
2.6. Ảnh hưởng của một số yếu tố khi sấy đến chất lượng rau quả