CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY PHUN BỘT CÀ RỐT VÀ THẢO LUẬN
3.1.1. Nội dung cần thiết hỗ trợ cho sự lựa chọn thông số tính toán
Mặc dù, sấy phun có thời gian tiếp xúc sấy ngắn, nó liên quan đến nhiệt độ sấy tương đối cao, điển hình là nhiệt độ không khí vào 150-2200C và nhiệt độ không khí đầu ra 50-800C (Phisut, 2012), khi sấy có thể làm hỏng các hợp chất nhƣ lycopene, β- carotene, anthocyanin, vitamin C, màu sắc và hương vị (Bao et al., 2016; Chen, Zhao, Bao, Xie, Liang, & Gowd, 2016; Kong & Ismail, 2011; Patil et al., 2014). Tổn thất năng lƣợng trong quá trình sấy phun là 15.9-22.9% (Aghbashlo, et al, 2012).
Sấy phun đƣợc coi là kỹ thuật sấy kinh tế nhất do chi phí hoạt động thấp. Theo báo cáo của Hammami và Rene (1997), một so sánh quy mô công nghiệp cho thấy quy trình sấy phun có hiệu quả kinh tế gấp 4-5 lần so với sấy khô do tiêu thụ ít điện năng và thời gian sấy ngắn. Santivarangkna, Kulozik và Foerst (2007) đã báo cáo rằng sấy phun làm tăng kinh tế gấp tám lần so với sấy đông và gấp bốn lần so với sấy chân không. Ngoài ra, sấy phun bao gồm các lợi ích của thời gian tiếp xúc sấy tương đối ngắn 0.5-100 giây, và do đó có xu hướng bảo tồn các thuộc tính chất lượng, ví dụ như chất dinh dưỡng, màu sắc và hương vị.
Một kỹ thuật mới để sấy phun sử dụng maltodextrin nước rau quả cô đặc làm chất làm khô được phát triển. Các phương pháp khác nhau có khả năng sản xuất bột nước ép trái cây chảy tự do đã đƣợc đề xuất: bổ sung chất hỗ trợ sấy khô maltodextrin (A.M.
Goula, et al, 2010).
Vấn đề về độ dính của bột chủ yếu là do nhiệt độ chuyển hóa kết tinh thấp của các loại đường có trọng lượng phân tử thấp có trong các sản phẩm đó; maltodextrin đã được thêm vào để tránh vấn đề này. Nhiệt độ không khí vào thay đổi từ 1700C - 1850C và nồng độ maltodextrin thay đổi từ 7% đến 12%. Các yếu tố nhƣ độ ẩm (%), độ hòa tan (%), độ phân tán (%) và giá trị chênh lệch vitamin C (mg / 100 g) đƣợc sử dụng làm thuộc tính chất lƣợng của bột cà rốt (A.K. Chauhan, et al, 2013).
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CNTP 51 Nói chung, nguyên liệu được cô đặc trước khi đưa vào máy sấy phun. Nước trái cây cô đặc đã tăng hàm lƣợng chất rắn do đó làm giảm lƣợng chất lỏng phải bay hơi trong máy sấy phun. Nguyên liệu trong máy sấy phun quy mô lớn thông thường thường cô đặc đến 50- 60% (w/w) trước khi đưa vào máy sấy phun. Tuy nhiên, máy sấy phun trong phòng thí nghiệm quy mô nhỏ sẽ có nhiều nguyên liệu bị pha loãng hơn vì nó sẽ bị tắc dễ dàng nếu nguyên liêu có độ nhớt cao (R. Murugesan, et al, 2011; G.R. Chegini, et al, 2007).
Nguyên tử hóa đề cập đến việc chuyển đổi giọt chất lỏng lớn thành dạng phun hoặc sương, thường bằng cách cho chất lỏng đi qua vòi phun. Chất lỏng qua vòi phun sẽ làm tăng diện tích bề mặt của chất lỏng và sau đó sẽ đƣợc tiếp xúc với không khí nóng và sấy khô thành bột. Kích thước vòi phun có thể khác nhau tùy theo kích thước của máy sấy phun. Kích thước giọt sương dao động từ 20 μm - 180 μm và nó phụ thuộc vào vòi phun.
Mục đích của giai đoạn này là tạo ra bề mặt truyền nhiệt tối đa giữa không khí khô và chất lỏng, để tối ƣu hóa nhiệt và truyền khối. Việc lựa chọn cấu hình bộ phun phụ thuộc vào tính chất và độ nhớt của nguyên vật liệu và các đặc tính mong muốn của sản phẩm sấy khô (K. Masters, et al, 1986; R.P. Patel, et al, 2009).
Sản phẩm sấy phun có tính ổn định cao, vì độ ẩm và hoạt độ của nước thấp. Phạm vi độ ẩm và hoạt độ nước của bột rau quả sấy khô phổ biến từ là 2-5% tương ứng 0.2-0.6 (Shishir, Taip, Aziz, & Talib, 2016; Patil, Chauhan, & Singh, 2014; Tze et al., 2012; Kha et al., 2010).
Hiệu suất thu hồi ảnh hưởng nhiều nhất bởi tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch quả và tốc độ bơm nhập liệu. Khi tỷ lệ bổ sung maltodextrin còn thấp, bột cà rốt có tính hút ẩm lớn, bám nhiều lên thành thiết bị, hiệu suất thu hồi thấp. Tỷ lệ maltodextrin càng lớn thì quá trình sấy phun đƣợc thực hiện càng dễ dàng, hiệu suất thu hồi tăng lên. Tốc độ bơm nhập liệu ảnh hưởng tới thời gian lưu của dịch quả trong buồng sấy. Tốc độ bơm nhập liệu thấp, thời gian lưu của dịch quả trong buồng sấy tăng lên, sản phẩm tạo ra có độ ẩm thấp và hiệu suất thu hồi cao. Tốc độ bơm nhập liệu tăng, thời gian lưu của dịch quả trong buồng sấy giảm, đến một mức nào đó, lưu lượng dòng nhập liệu quá nhanh sẽ làm quá trình bốc hơi nước xảy ra không kịp, sản phẩm cuối cùng có độ ẩm cao và hiệu suất
ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CNTP 52 thu hồi giảm rõ rệt. Hàm lượng lycopen của bột cà rốt sau sấy phun cũng chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi tỷ lệ bổ sung maltodextrin vào dịch quả. Maltodextrin đóng vai trò là chất mang giúp quá trình sấy phun thực hiện dễ dàng. Nhƣng khi tỷ lệ bổ sung maltodextrin tăng làm giảm hàm lƣợng lycopen của sản phẩm (Nguyễn Thị Hồng Minh, Nguyễn Thị Thùy Ninh, 2011).
Maltodextrin có chỉ số DE = 9-12 đƣợc dùng trong công nghiệp sản xuất đồ uống, thức ăn riêng cho vận động viên và là một trong những chất trợ sấy, chất giữ hương, tạo hình (Hoàng Kim Anh, 2005)…
Quá trình sấy phun có thể tạo ra một sản phẩm chất lượng tốt với hoạt động nước thấp và giảm trọng lượng, dẫn đến việc lưu trữ và vận chuyển dễ dàng. Các tính chất hóa lý của sản phẩm cuối cùng chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ đầu vào, tốc độ dòng khí, tốc độ dòng cấp liệu, tốc độ phun, loại chất mang và nồng độ của chúng. Sấy phun thường được chọn vì nó có thể xử lý vật liệu rất nhanh trong khi vẫn kiểm soát tương đối sự phân bố kích thước hạt (J.M. Obon, et al, 2009).
Hình 24: Thiết kế mô hình hệ thống sấy