Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
2.7 Phương án thiết kế
Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để loại bỏ phần lớn nước ra khỏi nguyên liệu một cách có kiểm soát, nhờ đó mà vi khuẩn, nấm mốc, nấm mem bị ức chế và không thể phát triển được, giảm hoạt động của enzyme và đồng thời giảm trọng lượng sản phẩm.
Nguyên liệu hải sản nói chung và tôm nói riêng chứa hàm lượng lớn nước, giàu chất dinh dưỡng và dễ hư hỏng trong quá tình chế biến, bảo quản. Để có thể kéo dài thời gian bảo quản nguyên liệu chúng ta tìm cách giảm hàm ẩm bằng phương pháp sấy tự nhiên hoặc nhân tạo. Đối với các nhà máy lớn chế biến hải sản khô có năng suất lớn để đảm bảo quá trình sản xuất được liên tục không chịu ảnh hưởng của thời tiết, chất lượng sản phẩm ổn định thì thường chọn phương pháp sấy nhân tạo. Có nhiều loại thiết bị sấy khác nhau như: hầm sấy, sấy băng chuyền, phòng sấy…, với mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng.
Ở đây tôi sử dụng phương pháp sấy hầm cho nguyên liệu tôm của mình với những ưu điểm như: Có cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng, kích thước hầm sấy không quá lớn.
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 15
2.7.1 Tổng quan về thiết bị hầm sấy
Hệ thống hầm sấy là một trong những hệ thống sấy đối lưu thông dụng nhất, có năng suất lớn, có thể sấy liên tục hoặc bán liên tục và luôn luôn là hệ thống sấy đối lưu cưỡng bức. Một hệ thống hầm sấy bao gồm 3 thiết bị chính: hầm sấy, calorife, quạt [4].
Hầm sấy thường dài từ 10÷15m hoặc lớn hơn. Chiều cao khoảng 1200÷1500 mm, chiều ngang khoảng 1200÷ 1300mm. Tiết diện hầm sấy phụ thuộc kích thước xe goòng và khay. Hầm sấy được xây dựng bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không. Trần hầm sấy thường được đổ bằng bê tông nhẹ có cách nhiệt. Trên xe goòng thường bố trí 10÷15 khay với diện tích mỗi khay trên dưới 1m2 [4].
Xe goòng dịch chuyển theo chiều của hầm sấy và có thể cùng chiều hoặc ngược chiều của tác nhân, có thể cơ giới hóa bằng tời đẩy hoặc tời kéo.
Calorife trong hầm sấy thường là calorife khí –khói hoặc là khí – hơi. Thường có 3 cách đưa tác nhân sấy vào hầm: cách thứ nhất là đưa từ trên xuống, cách thứ 2 là từ
hai bên và thứ 3 là đưa từ một đầu của tiết diện hầm sấy.
Cách thứ nhất thường đơn giản về kết cấu và thường gặp nhất nhưng phần đầu của hầm sấy tác nhân sấy phân bố không đều. Cách thứ 2 khắc phục được nhược điểm này nhưng lại tiêu tốn thêm vật tư và vị trí hai kênh tác nhân. Các thứ ba thì tác nhân sấy phân bố đều và tốt nhất nhưng lúc đó xe goòng phải lấy ra theo hướng vuông góc với chiều dài hầm.
Quạt là tác nhân đối lưu không khí trong hầm sấy.
2.7.2 Lựa chọn phương pháp sấy
Với yêu cầu và đặc tính của tôm và năng suất sấy không quá lớn chỉ nằm ở mức trung bình 300kg/h nên lựa chọn công nghệ sấy hầm liên tục kiểu đối lưu cưỡng bức dùng quạt thổi, sử dụng các khay chứa đặt trên các xe goòng để truyền tải tôm. Do sản phẩm sấy là tôm – được sử dụng làm thực phẩm cho con người nên phải đảm bảo vệ sinh. Do đó sử dụng phương pháp sử dụng không khí sạch làm tác nhân sấy cho sản phẩm.
Sử dụng calorifer khí − hơi để cung cấp nhiệt gia nhiệt cho không khí, không khí được quạt thổi cưỡng bức vào hầm sấy. Trong hầm sấy không khí khô thực hiện việc trao đổi nhiệt − ẩm với tôm làm cho độ ẩm tương đối của không khí tăng lên, đồng thời làm hơi nước trong vật liệu sấy được rút ra ngoài.
Để tiến hành sấy tôm làm cho độ ẩm của tôm giảm xuống còn khoảng 20% thì nguyên liệu đầu vào là tôm đã được làm sạch sẽ được xếp lên các khay inox, các khay inox được sắp xếp theo trật tự trên các xe gòong rồi đưa vào buồng sấy. Phân loại phương pháp sấy như sau.
Sấy đối lưu ngược chiều
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 16
Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi ngược chiều nhau.Tác nhân sấy ban đầu có nhiệt độ cao và độ ẩm thấp nhất tiếp xúc với vật liệu sấy có độ ẩm nhỏ nhất (vật liệu sấy chuẩn bị ra khỏi hầm sấy). Dọc theo hầm sấy, tác nhân sấy giảm dần nhiệt độ và độ ẩm tăng dần di chuyển về phía đầu hầm sấy tiếp xúc với vật liệu sấy có độ ẩm cao nhất.
Sấy đối lưu xuôi chiều
Vật liệu sấy và tác nhân sấy đi cùng chiều nhau.Vật liệu ban đầu có độ ẩm lớn tiếp xúc với tác nhân sấy ban đầu có nhiệt độ cao, độ ẩm nhỏ nên bốc hơi nhanh. Dọc theo hầm sấy, tác nhân sấy giảm dần nhiệt độ và độ ẩm tăng dần di chuyển về phía cuối hầm sấy tiếp xúc với vật liệu sấy có độ ẩm thấp nhất.
2.7.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy Nguyên liệu
Nguyên liệu sấy tùy loại to nhỏ, dày mỏng, da cứng, da mềm, có vảy, không có vảy …. mà ảnh hưởng tới thời gian làm khô nguyên liệu. Khi làm khô ở cùng điều kiện, nguyên liệu có hàm lượng chất béo cao làm khô chậm hơn nguyên liệu có hàm lượng béo thấp, nguyên liệu có xử lý ướp muối làm khô nhanh hơn nguyên liệu không xử lý ướp muối.
Nhiệt độ không khí
Nhiệt độ sấy tăng thì rút ngắn được thời gian sấy, tuy nhiên việc tăng nhiệt độ phải trong phạm vi nhất định không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Sấy khô ở nhiệt độ tương đối cao thì sự bốc hơi ngoài mặt quá nhanh làm cho trên bề mặt ngoài hình thành một lớp vỏ cứng kiến cho thời gian sấy khô kéo dài. Ngược lại nếu nhiệt độ sấy thấp thì cũng kéo dài thời gian sấy, làm tiêu tốn nhiên liệu, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất của nhà máy.
Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí
Độ ẩm tương đối của không khí cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy. Khi độ ẩm nhỏ (<30%) dễ xảy ra hiện tượng tạo màng khô trên bề mặt, khi độ ẩm của càng tăng (>60%) quá trình làm khô sẽ chậm dần và làm cho bề mặt vật liệu nhờn.
Việc lựa chọn độ ẩm của không khí phụ thuộc vào từng loại nguyên liệu và các yếu tố khác như nhiệt độ, độ ẩm.Ngoài ra áp suất cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy.
Ảnh hưởng của tốc độ gió
Khi tốc độ gió quá nhỏ có thể kéo dài thời gian làm khô, đồng thời ngoài mặt của nguyên liệu hải sản giữ trạng thái ẩm, làm cho sản phẩm dễ bị biến chất. Nhưng nếu tốc độ gió quá lớn thì khó có thể giữ được trạng thái ổn định của nhiệt độ.
Hướng lưu thông của không khí: nếu song song với bề mặt nguyên liệu sẽ làm khô nhanh hơn, nếu hình thành góc 45ºC thì tốc độ sấy khô tương đối chậm, khi hướng gió thẳng góc với nguyên liệu thì làm khô chậm nhất [3].
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 17
2.7.4 Biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy Biến đổi vật lý
Trong quá trình sấy sẽ xuất hiện gradient nhiệt trong nguyên liệu. Nhiệt độ sẽ tăng cao tại vùng bề mặt của nguyên liệu và giảm dần tại vùng tâm. Sự khuếch tán ẩm sẽ xảy ra do sự chênh lệch ẩm tại các vùng khác nhau ở bên trong mẫu nguyên liệu.
Các tính chất vật lý của nguyên liệu sẽ thay đổi hư hình dạng, kích thước, tỉ trọng, độ giòn… Tùy thuộc vào bản chất nguyên liệu và các thông số công nghệ trong quá trình sấy mà các biến đổi sẽ xảy ra theo quy luật và mức độ khác nhau. Những biến đổi vật lý sẽ ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm sấy.
Biến đổi hóa học
Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ của phản ứng hóa học sẽ tăng theo. Dó đó, khi sấy thì trong nguyên liệu sẽ xảy ra nhiều biến đổi hóa học khác nhau. Những biến đổi hóa học có những biến đổi có lợi và cũng có những biến đổi không tốt ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Phản ứng oxy hóa: Một số vitamin trong nguyên liệu sẽ dễ bị oxy hóa trong quá trình sấy. Các hợp chất lipid, đặc biệt là các acid béo tự do khi tham gia phản ứng oxy hóa sẽ hình thành nên các peroxyde và nhiều loại sản phẩm phụ khác tạo nên mùi ôi cho sản phẩm.
Phản ứng thủy phân: Trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, nếu nguyên liệu có độ ẩm cao thì có thể xảy ra phản ứng thủy phân các hợp chất có trong nguyên liệu.
Biến đổi hóa lý
Biến đổi hóa lý quan trọng nhất trong quá trình sấy là sự chuyển nước từ lỏng thành hơi. Các hợp chất dễ bay hơi có trong nguyên liệu sấy sẽ thoát ra môi trường bên ngoài, kết quả là mùi của sản phẩm sẽ giảm đi so với ban đầu. Mức độ thất thoát mùi vị phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm của sản phẩm, áp suất hơi nước và độ hòa tan các chất bay hơi trong nước.
Một số sản phẩm sấy có kết cấu xốp, tạo điều kiện cho oxy không khí dễ dàng tiếp xúc sản phẩm, gây ra các phản ứng oxy hóa các chất tan và chất béo trong quá trình bảo quản làm thay đổi mùi vị của sản phẩm. Tuy nhiên quá trình sấy cũng làm cho sản phẩm có mùi đặc trưng cho từng loại nguyên liệu và ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sản phẩm đạt được sau khi sấy.
Một số phương phát duy trì mùi vị của sản phẩm sau khi sấy: Thu hồi các chất dễ bay hơi và đưa chúng về lại sản phẩm. Liên kết các chất bay hơi với các chất giữ mùi, sau đó tạo thành viên và bổ sung lại vào sản phẩm sấy. Bổ sung enzyme hoặc kích hoạt các enzyme có sẵn tự nhiên để có thể tạo ra các mùi vị cho sản phẩm.
Biến đổi hóa sinh
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 18
Trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, do nhiệt độ của nguyên liệu tăng cao, các phản ứng enzyme trong nguyên liệu tiếp tục diễn ra mạnh mẽ. Khi nhiệt độ tăng cao các enzyme bị vô hoạt và các phản ứng sinh hóa sẽ dừng lại.
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Sang Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Minh Nhật 19