Sử dụng tia hồng ngoại trong quá trình bảo quản thóc (lúa)

Chương 2. ỨNG DỤNG CỦA TIA HỒNG NGOẠI VÀO TRONG Y HỌC, NÔNG NGHIỆP, CÔNG NGHIỆP

2.1 Ứng dụng của tia hồng ngoại vào trong y học

2.2.2 Sử dụng tia hồng ngoại trong quá trình bảo quản thóc (lúa)

Lúa là cây lương thực quan trọng nhất của nước ta và đặc biệt là ở Đồng Bằng Sông Cửu Long. Trồng lúa là một nghề truyền thống của nhân dân Việt Nam từ rất xa xưa, có lẽ khi người việt cổ xưa bắt đầu công việc trồng trọt thì cây lúa đã được quan tâm đầu tiên. Kinh nghiệm sản xuất lúa đã hình thành, tích lũy và phát triển cùng với sự hình thành và phát triển của dân tộc ta. Những tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong nước và thế

giới trên lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất lúa đã thúc đẩy mạnh mẽ ngành trồng lúa nước ta vươn lên bắt kịp trình độ tiên tiến của thế giới.

Những năm gần đây, Việt Nam đã tham gia vào thị trường lúa gạo quốc tế với sản lượng gạo xuất khẩu hàng năm đứng thứ 2-3 trong số các nước xuất khẩu gạo nhiều nhất thế giới. Việt Nam có tổng sản lƣợng lúa hàng năm đứng thứ 5 trên thế giới, nhƣng lại là nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 2 thế giới hiện nay với sản lượng gạo xuất khẩu bình quân trên dưới 4 triệu tấn/năm. Riêng Đồng Bằng Sông Cửu Long, từ sau 1975 đến nay, việc sản xuất lúa đã vươn lên mạnh mẽ, cùng với sự phát triển của hệ thống thủy lợi và thủy nông nội đồng, cùng những tiến bộ kỹ thuật đƣợc áp dụng rộng rãi trên đồng ruộng, trở thành vùng trọng điểm sản xuất lúa xứng đáng của cả nước. Từ vùng lúa nổi mênh mông, An Giang, Đồng Tháp, vùng trũng phèn Đồng Tháp Mười, Tứ Giác long Xuyên, với chỉ một vụ lúa mùa, năng suất thấp và bấp bênh… nay đã chuyển dần thành vùng lúa 2-3 vụ ngắn ngày năng suất cao, ổn định, cộng với những hệ thống canh tác đa dạng đã góp phần rất đáng kể vào sản lượng lương thực và lượng nông sản hàng hóa xuất khẩu hàng năm của cả nước.

Nước ta không thể đứng đầu thế giới, không phải thiếu diện tích đất trồng mà do không kịp thời nắm bắt khoa học kỹ thuật hiện đại. Bởi thế đất trồng thì nhiều nhƣng tổn thất sau thu hoạch cũng nhiều đáng kể, trong đó phải kể đến việc, lúa nhập kho thường có độ ẩm không đồng nhất, bảo quản không đúng qui chuẩn dẫn đến xuất hiện nhiều sâu mọt, vi sinh vật dẫn đến tổn thất lớn.

Nhiệm vụ cơ bản trong lĩnh vực bảo quản lương thực hiện nay là tăng cường các quá trình công nghệ, bảo giữ chất lƣợng và ứng dụng các dây chuyền công nghệ đƣợc trang bị các phương tiện để điều chỉnh việc tự động hóa các quá trình. Sử dụng tia hồng ngoại để bảo giữ chất lượng lương thực trong quá trình bảo quản là hướng có triển vọng để áp dụng rộng rãi trong kĩ thuật bảo quản hiện tại. Nhƣng nếu khối hạt bảo quản đƣợc xử lí bằng bức xạ hồng ngoại thì không những côn trùng bị tiêu diệt gần nhƣ tuyệt đối, độ ẩm khối hạt nhanh chóng đạt độ ẩm bảo quản cho phép mà chất lƣợng của khối hạt cũng đƣợc bảo giữ tối đa.

2.2.2.1 Phơi sấy lúa

Mục đích của việc phơi sấy lúa là hạ thấp ẩm độ để làm giảm quá trình hô hấp duy trì của hạt trong khi bảo quản ảnh hưởng đến sức sống và chất lượng hạt lúa. Giảm ẩm độ hạt cũng nhằm hạn chế sự phát sinh, phát triển của các vi sinh vật và côn trùng có hại tấn

công hạt trong quá trình bảo quản. Các yếu tố có ảnh hưởng đến tiến độ phơi sấy và chất lượng hạt, cần lưu ý là ẩm độ ban đầu của hạt, nhiệt độ và ẩm độ tương đối của không khí, và phương pháp phơi sấy. Hạt lúa khi thu hoạch có ẩm độ thông thường khoảng 20%

trọng lượng hạt. Trong khi yêu cầu ẩm độ để hạt có thể tồn trữ an toàn là phải dưới 14%.

Việc phơi sấy cần phải tiến hành ngay sau khi thu hoạch, không nên để trễ quá 24h, vì ẩm độ cao sẽ làm hạt mất phẩm chất rất nhanh.

2.2.2.2 Nguyên tắc cơ bản của việc phơi sấy

Cũng như các hạt ngũ cốc khác, hạt lúa là một loại vật liệu ưa nước, cho nên ẩm độ hạt sẽ rất dễ dàng thay đổi tùy theo nhiệt độ và ẩm độ tương đối của không khí xung quanh nó. Tiến trình phơi sấy cơ bản là quá trình truyền nhiệt bằng cách biến nước trong hạt thành hơi và chuyển ra ngoài không khí. Nhiệt đƣợc truyền tới hạt bằng luồng khí đối lưu, bức xạ mặt trời hoặc sự truyền dẫn. Phương pháp đối lưu khí thường được sử dụng nhất. Phương pháp này đòi hỏi phải sưởi nóng không khí để làm giảm ẩm độ tương đối của không khí xuống đủ thấp để có thể hút ẩm từ hạt ra.

Để bảo đảm bảo phẩm chất của hạt không bị giảm sút trong quá trình phơi sấy cần chọn lựa nhiệt độ sấy thích hợp, bao gồm nhiệt độ không khí và nhiệt độ tối đa của khối hạt trong thời gian sấy; khoảng thời gian phơi bày hạt lúa trong điều kiện nhiệt độ cao thích ứng với các mức ẩm độ hạt thay đổi và độ tác động đồng đều trong khối hạt. Việc chọn lựa điều kiện phơi sấy tốt nhất còn tùy thuộc vào giống lúa và ẩm độ ban đầu của hạt.

2.2.2.3 Cơ chế sấy bằng tia hồng ngoại

Khi các vật liệu bị chiếu xạ có sự tăng nhiệt độ là kết quả của sự hấp thụ bức xạ của vật chất và sự cải biến năng lượng thành tia dưới dạng lượng tử. Khi đó năng lượng tia đƣợc phân tử vật chất hấp thụ sẽ chuyển hoá đồng thời thành năng lƣợng một số dạng chuyển động của vật chất. Nhƣng chủ yếu là chuyển từ quang năng thành nhiệt năng.

Trong vật thể tương đối đồng nhất, có chiều dày thích hợp được chiếu xạ, nếu vật liệu có tính hấp thụ bức xạ đèn hồng ngoại tốt thì bên trong vật liệu có thể tạo ra nhiệt độ tương đối cao so với bề mặt điều đó dẫn đến xuất hiện gradien nhiệt độ lớn. Các gradien nhiệt độ này gây ra quá trình chuyển khối trong các vật thể xuất hiện sự khuếch tán làm tăng nhanh quá trình loại ẩm ra khỏi vật liệu. Phương pháp sấy vật liệu ẩm dựa trên việc nguyên cứu động lực học, quá trình vận chuyển và loại ẩm, việc xác định cuờng độ bức

xạ cần thiết để tạo ra các điều kiện tối ƣu cho quá trình sấy khi thấy rõ bản chất và đặt tính phổ của vật liệu, vận tốc sấy cho trước, sự phân bố của các hồng ngoại.

Cơ chế sấy bằng bức xạ hồng ngoại trước đây người ta cho rằng đó là quá trình truyền nhiệt thuần túy xảy ra mà không có sự biến đổi gì về phương diện lý hóa tựa như quá trình chuyển khối và truyền nhiệt của ẩm khi sấy các vật liệu ẩm. Nhƣng sau này nhiều công trình nguyên cứu, người ta chứng minh được rằng, ngoài các quá trình lý hóa thuần túy cải biến năng lƣợng tia thành nhiệt năng ra có thể phát sinh các phản ứng hóa học bên trong lớp vật liệu đối với trường hợp sấy khô các lớp sơn phủ bóng bề mặt vật liệu .

Nhƣ vậy nguyên liệu có khả năng hấp thụ lớn thì sấy bức xạ càng thích hợp. Các nguyên liệu có hệ số xuyên qua bé dẫn đến làm quăng bề mặt và làm quá nhiệt bề mặt.

Để tránh hiện tƣợng trên thì nguyên liệu sấy phải có độ dày thích hợp.

 Cơ chế truyền nhiệt và chuyển khối trong sấy bức xạ

Nhiệt lƣợng cung cấp cho vật sấy nóng lên và làm ẩm bốc hơi đƣợc lấy từ năng luợng của các tia bức xạ. Vì vậy cường độ và đặc tính của quá trình truyền nhiệt và chuyển khối trong sấy bức xạ, đƣợc xác định bởi quang phổ bức xạ của vật phát ra bức xạ và khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật liệu sấy. Trong sấy bức xạ người ta, dùng vật phát ra năng lượng bức xạ liên tục và cường độ cao thuộc vùng quang phổ hồng ngoại với bước sóng 0,76 ÷ 450m. Bước sóng lớn nhất là  max và cường độ quang phổ bức xạ E phụ thuộc vào nhiệt độ của vật phát năng lƣợng bức xạ.

Theo các định luật của Planck và Vin có quan hệ nhƣ sau:

E =

1

2

5 1





T c

e C



 



Trong đó:

 : độ đen

C1, C2: các hằng số Planck C1 = 3,74.1016 (W.m2) C2 = 1,44.102( m.oK)

 max : Bước sóng ứng với cường độ bức xạ cao nhất

Cường độ bức xạ được xác định theo định luật sau:

E = 0 4

0

100) ( 1 .C d

E  





 







Trong đó:

 : độ đen

C0: hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối C0= 5,6687 (W.m2.oK4)

 Ƣu nhƣợc điểm của sấy bức xạ hồng ngoại.

* Ưu điểm:

- Rút ngắn đƣợc thời gian sấy, so với sấy bằng hơi nóng. Do đó phần nào đảm bảo đƣợc chất lƣợng sản phẩm, tao tác thuận tiện, dừng quá trình sấy một cách dễ dàng.

- Sấy khô bằng tia hồng ngoại phần lớn năng lƣợng bức xạ chuyển thành nhiệt năng cần thiết làm cho bốc hơi nước, cường độ nhiệt lưu của nhiệt năng đó lớn hơn đối lưu tới 30 lần.

- Bức xạ hồng ngoại là phương pháp gia nhiệt sạch, an toàn, vô hại đối với người và môi trường.

- Dễ dàng điều khiển theo khu vực, hiệu suất sử dụng cao, chi phí vận hành lắp đặt thấp, không tốn diện tích mặt bằng.

- Đối với bức xạ hồng ngoại có khả năng tiệu diệt côn trùng, vi sinh vật có hại ngay ở nhiệt độ thấp…

* Nhược điểm

- Sản phẩm dễ nứt và cong vênh. Vì vậy các vật liệu nhƣ men, sứ không thích hợp sấy kiểu này.

- Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại chỉ thích hợp với các vật liệu mỏng.

Vì vậy khi dùng phương pháp này sấy khô nguyên liệu loại tương đối dày và ẩm ướt thì tốc độ khử nước sẽ chậm và có khi bề ngoài bị làm khô dẫn đến nứt nẻ.