1.2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí
Nhiệt độ sấy càng cao thì tốc độ làm khô sẽ nhanh hơn, nhưng nhiệt độ sấy
cũng chỉ nên nằm trong giới hạn cho phép vì nhiệt độ cao sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, bề mặt ngoài dễ bị tạo màng cứng làm cản trở đến sự dịch chuyển ẩm
từ trong ra ngoài và nếu nhiệt độ sấy quá thấp thì quá trình làm khô sẽ bị chậm lại dẫn đến chất lượng sản phẩm bị giảm do sự phân hủy.
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới tốc độ biến nâu của sản phẩm.
Theo các nhà nghiên cứu thì nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt tăng sẽ làm tăng tốc độ
phản ứng Mailard (phản ứng kết hợp giữa các amino acid và aldol). Như vậy trong quá
trình làm khô phản ứng Maillard đã làm cho màu sắc của sản phẩm thủy sản giảm
xuống, đồng thời hàm lượng các amino acid cũng bị giảm do tham gia vào phản ứng
Maillard nên mùi vị của sản phẩm cũng bị giảm xuống.
1.2.3.2. Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của không khí
Vận tốc chuyển động của không khí ảnh hưởng lớn đến quá trình làm khô, nếu
vận tốc chuyển động của không khí quá lớn sẽ làm cho hệ số bay hơi lớn nên sẽ làm
tăng cường độ khuếch tán ngoại dẫn đến sản phẩm sấy dễ bị tạo màng cứng ở lớp ngoài. Nhưng nếu vận tốc chuyển động của không khí quá bé thì tốc độ làm khô sẽ bị
chậm lại và sản phẩm dễ bị mốc, bị thối rữa tạo thành lớp dịch nhầy có màu và mùi khó chịu. Vận tốc chuyển động của không khí chỉ ảnh hưởng đến giai đoạn sấy đẳng
tốc nhưng sang giai sấy giảm tốc thì không đáng kể.
1.2.3.3. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí
Độ ẩm tương đối của không khí là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến quá trình
làm khô. Độ ẩm tương đối của không khí càng lớn thì quá trình làm khô sẽ chậm lại.
Theo một số nghiên cứu cho thấy nếu độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình làm khô chậm lại rõ rệt và trên 80% thì quá trình làm khô dừng lại và bắt đầu
xảy ra hiện tượng nguyên liệu hút ẩm trở lại. Độ ẩm tương đối của không khí quá nhỏ
cũng không tăng được tốc độ sấy vì tốc độ làm khô phụ thuộc nhiều vào sự khuếch tán
nội của nước trong nguyên liệu.
Ở Việt Nam độ ẩm của không khí khá cao, thường trên 80% nếu làm khô tự
nhiên thì thời gian sấy sẽ bị kéo dài làm giảm chất lượng của sản phẩm. Để giảm độ ẩm tương đối của không khí có thể tiến hành bằng hai cách:
- Tăng nhiệt độ của không khí (tác nhân sấy). Tuy nhiên khi tăng nhiệt độ của
thì dễ làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng của sản phẩm
- Làm lạnh để tách bớt nước chứa trong không khí ẩm sau đó lại tăng nhiệt độ
của không khí lên cho phù hợp để đưa vào thiết bị sấy, đây chính là cơ sở của phương
pháp sấy lạnh để có thể giảm chất lượng của sản phẩm trong quá trình làm khô.
1.3.TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY LẠNH [31]
1.3.1. Cơ sở lý luận về sấy lạnh
Cơ chế thoát ẩm ra khỏi nguyên liệu sấy là quá trình khuếch tán ngoại và quá trình khuếch tán nội. Khuếch tán ngoại có xảy ra thì khuếch tán nội mới được tiến hành. Động lực của quá trình khuếch tán ngoại là sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu với áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm. Với phương pháp sấy đối lưu bằng không khí nóng để tăng động lực của quá trình khuếch
tán ngoại bằng cách tăng nhiệt độ của tác nhân sấy và thường là không khí nóng. Tuy nhiên với phương pháp sấy trên do nhiệt độ của không khí tiếp xúc với nguyên liệu sấy cao nên thường làm giảm chất lượng của sản phẩm.
Với phương pháp sấy lạnh, để tăng động lực của quá trình khuếch tán ngoại, người ta giảm áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm và được tiến hành bằng một trong hai phương pháp sau:
- Phương pháp làm lạnh: Không khí ẩm được làm lạnh đến nhiệt độ nhỏ hơn
nhiệt độ đọng sương để tách bớt một lượng nước chứa trong không khí ẩm và nguyên lý làm việc được thể hiện trên hình 1.7.
Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý làm việc của phương pháp sấy lạnh
Ký hiệu
1. Máy nén. 6. Van điện từ.
2. Dàn lạnh 7. Dàn ngưng phụ.
3. Dàn nóng 8. Giá đỡ nguyên liệu sấy.
4. Quạt gió. 9. Phòng sấy.
5. Van tiết lưu. 10. Ẩm ngưng tụ.
Không khí đi qua giá đỡ nguyên liệu sấy (8) làm cho lượng ẩm chứa trong
không khí ẩm tăng lên do ẩm từ nguyên liệu sấy bay hơi vào, sau đó đi qua dàn lạnh
(2) và không khí ẩm được làm lạnh đến nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương làm cho ẩm chứa trong không khí ẩm ngưng tụ trên bề mặt dàn lạnh và chảy vào máng hứng (10), lượng nước ngưng tụ trên chính là lượng ẩm thoát ra từ nguyên liệu sấy.
M 1 4 2 3 7 5 6 8 9 10 8 sv
Không khí sau khi qua dàn lạnh được tách ẩm và nhiệt độ hạ xuống rồi đi vào dàn nóng nhiệt độ được tăng lên nhưng hàm ẩm vẫn không đổi, sau đó được đi vào giá
đỡ nguyên liệu và quá trình được lặp lại như trên. Khi nhiệt độ trong phòng sấy lớn
rơle nhiệt độ sẽ tác động tới van điện từ (6) mở ra để thải bớt nhiệt qua dàn ngưng phụ (7), để điều chỉnh nhiệt độ trong buồng sấy được ổn định.
- Phương pháp hút ẩm: Cho không khí ẩm đi qua các máy khử ẩm để hấp thụ hơi nước. Không khí sau khi khử ẩm được gia nhiệt làm nóng đến nhiệt độ mà công nghệ sấy yêu cầu rồi cho đi qua nguyên liệu sấy. Như vậy quy luật dịch chuyển ẩm từ
trong nguyên liệu ra bề mặt rồi bay hơi vào môi trường hoàn toàn như sấy đối lưu
bằng không khí nóng.
Trong hai phương pháp khửẩm trên thì phương pháp làm lạnh có tính khả thi
và hiệu quả kinh tế hơn so với phương pháp hút ẩm.
Kỹ thuật sấy lạnh thực phẩm là công nghệ mới, hiện nay công nghệ này đang được sử dụng nhiều trong sản xuất thực phẩm. Điều này là do nó có những ưu điểm
như sau:
+ Có thể sấy trên nhiều đối tượng và nhiều loại thực phẩm khác nhau vì nhiệt độ buồng sấy thấp (180C - 450C).
+ Với nhiệt độ sấy thấp nên chất lượng lượng của sản phẩm sấy ít bị thay đổi, đặc biệt là chất lượng cảm quan, chất lượng sản phẩm tốt
+ Công nghệ sấy lạnh cho phép tự động hóa cao trong quá trình sấy, tiết kiệm được năng lượng cũng như diện tích đặt thiết bị sấy. Chi phi lắp đặt và vận hành thấp.
+ Công nghệ sấy lạnh hiện đang được áp dụng để sấy các loại nguyên liệu và sản phẩm của nhiều ngành khác nhau và nó sẽ mang lại hiệu quả kinh tế to lớn trong tương lai.
1.3.2. Một số nghiên cứu về sấy lạnh ở Việt Nam và nước ngoài 1.3.2.1. Các nghiên cứu về sấy lạnh ở Việt Nam 1.3.2.1. Các nghiên cứu về sấy lạnh ở Việt Nam
Năm 2003, Phạm Văn Tùy và cộng sự đã nghiên cứu sấy các loại rau quả như
cà rốt, hành, củ cải bằng bơm nhiệt (sấy lạnh), kết quả cho thấy thời gian sấy lâu hơn nhưng chất lượng cảm quan và khả năng bảo toàn về vitamin C cao hơn so với phương
pháp sấy bằng không khí nóng. Tác giả đã tìm ra được chế độ sấy lạnh cho rau quả:
Nhiệt độ sấy 300C, vận tốc gió 3,5m/s, độ ẩm không khí dao động từ 20 đến 40% và thời gian sấy 8 đến 10h. Kết quả này đã mở ra một hướng mới trong việc tìm phương
Các nhà khoa học thuộc Viện Ứng dụng công nghệ TP. Hồ Chí Minh đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy sấy lạnh cho các loại nguyên liệu, tiện lợi cho quá trình sấy các sản phẩm thực phẩm. Công trình đã được chuyển giao cho một số cơ sở sản
xuất để sấy thử nghiệm các loại trái cây như Mít, Chuối, Dứa….
Trần Văn Vương, năm 2004, Đại học Nha Trang đã nghiên cứu sự biến đổi của
Vẹm xanh sau thu hoạch và trong quá trình sấy lạnh, kết quả nghiên cứu cho thấy sản
phẩm sấy khô có chất lượng cảm quan và thành phần các chất dinh dưỡng cao hơn so
với phương pháp sấy truyền thống, tác giả cũng đề nghị chế độ sấy tối ưu đối với Vẹm
xanh ở nhiệt độ 350C, vận tốc gió 3 m/s, độ ẩm không khí từ 20% - 30% [40].
Trần Đại Tiến, năm 2007, Đại học Nha Trang, sau khi nghiên cứu phương
pháp sấy và bảo quản mực ống khô lột da đã cho rằng chất lượng của mực khô phụ
thuộc vào chế độ sấy lạnh như nhiệt độ sấy, vận tốc gió… Tác giả đưa ra chế độ sấy
lạnh thích hợp cho mực ống khô lột da: Nhiệt độ sấy 350C, vận tốc gió 2m/s, độ ẩm không khí dao động từ 20% đến 40% và thời gian sấy 11h [31].
1.3.2.2. Các nghiên cứu về sấy lạnh ở nước ngoài
Năm 1995, Alves – Filho và cộng sự nghiên cứu sấy bột thực phẩm dành cho
người ăn kiêng bằng phương pháp sấy lạnh cho thấy sản phẩm sau khi sấy có sự biến
tính protein rất ít và giữ được hoạt tính của enzyme so với bột thực phẩm được sản
xuất bằng phương pháp sấy chân không thăng hoa [46].
Theo Braun, Dirk và cộng sự, năm 2002, sấy lạnh là một phương pháp sấy tốt để cải thiện chất lượng sản phẩm thủy sản khô do bởi công nghệ sấy ở nhiệt độ thấp và không phụ thuộc vào điều kiện môi trường không khí bên ngoài, cũng như hiệu quả
kinh tế cao do chi phí giá thành thấp [47].
Paul cho rằng sấy lạnh đã được ứng dụng vào thương mại từ năm 1970 và hiện nay đang được nghiên cứu ứng dụng vào nhiều lĩnh vực công nghệ thực phẩm, tác giả
cũng đề nghị trong tương lai công nghệ làm khô cá và nguyên liệu thủy sản nên ứng
dụng phương pháp sấy lạnh vì nhiệt độ và độ ẩm của không khí tiếp xúc với nguyên liệu sấy thấp.
Parachayawarakorn và cộng sự đã nghiên cứu sấy tôm bằng phương pháp sấy
lạnh, kết quả cho thấy chất lượng về màu sắc của tôm sau khi sấy tốt hơn so với các phương pháp sấy bằng không khí nóng và hơi quá nhiệt [66].
Theo nghiên cứu của Chua cho thấy sấy lạnh bằng bơm nhiệt có thể điều chỉnh được thời gian và nhiệt độ sấy để hạn chế được sự biến màu của sản phẩm do tác dụng
của các phản ứng tạo màu phi enzyme và qua thực nghiệm cho thấy cường độ biến
màu giảm đi 87% khi sấy khoai tây, 75% khi sấy ổi và 67% khi sấy chuối so với sấy
bằng không khí nóng. Do sự giảm được thời gian sấy nên hàm lượng acid ascobic đã
tăng lên 20% khi sấy ổi bằng bơm nhiệt so với sấy truyền thống bằng không khí nóng
ở cùng nhiệt độ sấy [49, 50].
Từ một số kết quả nghiên cứu về ứng dụng của công nghệ sấy lạnh trên cho thấy ở Việt Nam đã nghiên cứu sấy các loại rau quả và nông sản cũng như ở nước ngoài đã nghiên cứu sấy một số thực phẩm. Với nguyên liệu là hải sâm có thành phần và hàm
lượng các amino acid cao, đặc biệt có chứa nhiều chất có hoạt tính sinh học nên nếu sấy
hải sâm ở nhiệt độ cao sẽ làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm. Chính vì vậy hải
sâm làm khô cần phải sấy ở nhiệt độ thấp để hạn chế sự giảm chất lượng.
1.4. CÁC BIẾN ĐỔI CỦA SẢN PHẨM TRONG QUÁ TRÌNH LÀM KHÔ 1.4.1. Sự biến đổi về màu sắc, mùi vị và tổ chức cơ thịt 1.4.1. Sự biến đổi về màu sắc, mùi vị và tổ chức cơ thịt
Trong quá trình làm khô màu sắc và mùi vị của sản phẩm bị biến đổi. Nguyên nhân là do nguyên liệu bị mất nước, thể tích co rút, bị oxy hóa hay các sắc tố bị khử, đồng thời nồng độ của các thành phần trong tổ chức cơ thịt tăng lên.
1.4.1.1. Sự biến đổi về màu sắc
Sản phẩm thủy sản trong quá trình làm khô rất dễ bị biến màu do các phản ứng
Maillard, phản ứng oxy hóa các poliphenol…Làm màu sắc của sản phẩm bị biến đổi thường gặp là biến nâu mà chủ yếu là do phản ứng Maillard. Phản ứng trên xảy ra do
sự tương tác của nhóm cacbonyl của đường với nhóm amin của các hợp chất amin
trong nguyên liệu, phản ứng trên làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm thủy
sản khô. Cường độ sẫm màu của sản phẩm phụ thuộc vào bản chất của đường, các
amino acid, hàm lượng các chất trên trong nguyên liệu cũng như các nhân tố về nhiệt độ, pH. Trong quá trình làm khô tốc độ biến nâu của sản phẩm sẽ tăng cùng với sự tăng nhiệt độ, độ pH và sự giảm hoạt độ nước hay lượng nước chứa trong nguyên liệu.
Qua phần tổng quan về thành phần hóa học của nguyên liệu Hải sâm có hàm lượng
thành phần các amino acid khá cao nên trong quá trình làm khô không được sấy ở
nhiệt độ cao và thời gian sấy không được kéo dài để tránh sự biến nâu cho sản phẩm
Màu sắc của sản phẩm là một trong các chỉ tiêu rất quan trọng. Trong khi đó
thành phần hóa học của nguyên liệu gần như không đổi do đó cần phải nghiên cứu để
chọn chế độ sấy thích hợp mà chủ yếu ở đây là nhiệt độ và thời gian sấy để màu sắc
của sản phẩm sau khi sấy đạt yêu cầu và phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng.
1.4.1.2. Sự biến đổi về mùi và vị
Trong quá trình làm khô một số chất thơm bay hơi theo ẩm và bị phân hủy, ngược lại một số hương thơm được phát huy hoặc tạo thành, một số mùi tạo thành do các phản ứng Maillard hoặc quynonamin. Trong quá trình sấy cũng có thể xuất hiện
mùi ôi khét do oxy hóa chất béo nếu thời gian sấy kéo dài hoặc nhiệt độ sấy cao. Do độ ẩm của nguyên liệu giảm làm cho nồng độ chất vị tăng lên đặc biệt là vị ngọt và vị
mặn, vị chua đôi khi giảm đi một cách tương đối do lượng acid bay hơi trong sản
phẩm bị mất đi.
Nguyên liệu hải sâm trong quá trình làm khô nếu cường độ phản ứng thủy phân
các protein, các amino acid, lipid và các phản ứng như phản ứng Maillard,
qiunonamin, oxy hóa lipid hoặc acid béo xảy ra lớn thì hàm lượng thành phần các
amino acid, các hợp chất polyphenol và các acid béo sẽ bị mất đi nhiều làm cho sản
phẩm hải sâm khô sẽ có mùi vị kém thơm và ngọt.
Phương pháp sấy lạnh được tiến hành trong điều kiện nhiệt độ thấp nhưng vẫn đảm bảo được thời gian sấy ngắn nên màu sắc và mùi vị của sản phẩm hải sâm khô sẽ được cải thiện so với phương pháp sấy truyền thống bằng không khí nóng.
1.4.1.3. Sự biến đổi về tổ chức cơ thịt
Trong quá trình làm khô, do mất nước nên tổ chức cơ thịt của nguyên liệu bị co
rút lại chặt chẽ hơn nhưng sự biến đổi đó có sự khác nhau và phụ thuộc vào phương
pháp làm khô. Nếu sấy bằng không khí nóng do quá trình làm khô chậm nên tổ chức cơ thịt bị co rút lại nhiều, cấu trúc cơ thịt chặt chẽ và khả năng hút nước phục hồi kém, vì vậy khi ăn có cảm giác cứng và dai. Nhưng nếu sấy bằng các phương pháp khác mà
quá trình tách nước được nhanh chóng thì cấu trúc của cơ thịt tương đối xốp, đặc biệt
là sấy chân không thăng hoa do nước trong tổ chức nguyên liệu đầu tiên được đông kết
lại sau đó được thăng hoa nhanh chóng để lại các khoảng trống trong tổ chức cơ thịt
nên sản phẩm sau khi sấy rất xốp. Chính vì vậy mà mức độ hút nước tốt và phục hồi