1.2.3.1. Phân loại vật liệu ẩm
Theo quan điểm hóa lý, vật ẩm là một hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán và môi trường phân tán. Pha phân tán là một chất có cấu trúc mạng và khung không gian từ chất rắn phân tán đều trong môi trường phân tán (là một chất khác).
Dựa theo tính chất lý học, người ta có thể chia vật ẩm ra thành ba loại:
Vật liệu keo đặc trưng: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Nước hoặc ẩm ở dạng liên kết hấp thụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co lại khá nhiều, nhưng vẫn giữ được tính dẻo. Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhão, tinh bột…
Vật liệu mao dẫn xốp: Nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản hay còn gọi là lực mao dẫn. Vật liệu này thường dò hầu như không có lại và dễ dàng làm nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khô. Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn …
Vật liệu keo xốp mao dẫn: Bao gồm tính chất của hai nhóm trên. Về cấu trúc tinh chất các vật này thuộc xốp mao dẫn, nhưng về bản chất là các vật keo, có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẽo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên, khi sấy khô thì co lại. Loại vật liệu này chiếm phần lớn các vật liệu sấy. Ví du: ngũ cốc …
1.2.3.2. Các trạng thái của nước trong nguyên liệu
Các liên kết giữa ẩm với vật khô có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sấy. Nó sẽ chi phối đến diễn biến của quá trình sấy.
Vật ẩm thường tập hợp của ba pha:
Rắn, lỏng và khí hơi. Các vật rắn đem đi sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn. Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cùng với hỗn hợp hơi khí có thể tích rất lớn (thể tích xốp) nhưng tỷ lệ khối lượng của nó so với phần rắn và phần lỏng có thể bỏ qua. Do vậy trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và chất lỏng.
Dựa vào bản chất của liên kết người ta xếp thành ba nhóm liên kết chính: liên kết hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý.
a) Liên kết hóa học
Liên kết hóa học giữa ẩm và vật khô rất bền vững trong đó các phân tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật ẩm.
Loại ẩm này gọi là ẩm liên kết chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học hoặc thường phải nung nóng đến nhiệt độ cao. Sau khi tách ẩm tính chất hóa lý của vật sấy thay đổi. Ẩm này có thể tồn tại ở dạng liên kết phân tử như muối hydrat MgCl2.6H2O hoặc ở dạng liên kết ion như Ca(OH)2
Trong quá trình sấy (nhiệt độ 120oC – 150oC) không tách được ẩm liên kết hóa học.
b) Liên kết hóa lý
Liên kết này không đòi hỏi nghiêm ngặt về tỷ lệ thành phần liên kết. Có hai loại: Liên kết hấp phụ và liên kết thẩm thấu. Liên kết hấp phụ của nước có gắn liền với các hiện tượng xảy ra trên bề mặt giới hạn của các pha (rắn hoặc lỏng ). Các vật ẩm thường là các vật keo, có cấu tạo hạt. Bán kính tương đương của hạt từ 10-9– 10-7 m. Do cấu tạo hạt nên vật keo có bề mặt trong rất lớn. Vì vậy nó có năng lượng bề mặt tự do không đáng kể. Khi tiếp xúc với không khí ẩm hay trực tiếp với ẩm, ẩm sẽ xâm nhập vào các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp phụ giữa ẩm và bề mặt.
Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hóa lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào. Khi nước ở bề mặt vật thể bay hơi thì nồng độ của dung dịch ở đó tăng lên và nước ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngoài. Ngược lại thì khi ta đặt vật thể vào trong nước thì nước sẽ thấm vào trong.
c) Liên kết cơ lý
Đây là dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của ẩm trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật. Liên kết cơ học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt.
Liên kết cấu trúc: là liên kết giữa ẩm và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành trong quá trình hình thành vật. Ví dụ: nước ở trong các tế bào động vật, do vật đông đặc khi nó chứa sẵn nước. Để tách ẩm trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm ẩm bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật… sau khi tách ẩm, vật bị biến đổi tính chất và thậm chí thay đổi trạng thái pha.
Liên kết mao dẫn: nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản. Trong các vật thể này có vô số các mao quản. Các vật thể này khi để trong nước, nước sẽ theo các mao quản xâm nhập vào vật thể. Khi vật thể này để trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể.
Liên kết dính ướt: là liên kết do nước bám dính vào bề mặt vật. Ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học như: lau, thấm, thổi, vắt.
1.2.4. Cơ chế thoát ẩm khỏi vật liệu trong quá trình sấy
Quá trình làm khô là một quá trình hết sức phức tạp. Nếu quá trình cung cấp nhiệt ngừng lại thì quá trình làm khô sẽ dừng lại. Do đó khi làm khô vật liệu phải được cung cấp một lượng nhiệt nhất định để nguyên liệu nhiệt độ cần thiết.
Nhiệt cung cấp cho vật liệu Q được đưa tới bằng ba phương thức: bức xạ, truyền dẫn và đối lưu.
Sự cân bằng nhiệt khi làm khô được biểu thị:
Q = q1+ q2+ q3 (1.1)
Q: nhiệt lượng cung cấp cho nguyên liệu.
q1: nhiệt lượng làm cho các phân tử hơi và hơi nước tách ra trong nguyên liêu.
q2: nhiệt lượng để cắt đứt các mối liên kết giữa nước và protit trong nguyên liệu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
q3:nhiệt lượng dung làm khô các tổ chức tế bào.
Trong khi sấy khô còn phải tính đến nhiệt lương làm nóng dụng cụ, thiết bị q4và nhiệt lượng tổn thất ra môi trường bên ngoài q5.
Trong quá trình làm khô nước ở trong vật liệu chuyển dần ra ngoài và đi vào trong không khí làm cho không khí xung quanh ẩm lên nếu không khí ẩm đó đứng yên thì chỉ đến một lúc nào đó quá trình làm khô sẽ dừng lại.
Qúa trình chuyển ẩm trong vật liệu sấy bao gồm hai quá trình đó là quá trinh khuếch ngoại và quá trình khuếch tán nội.
1.2.4.1. Quá trình khuếch tán ngoại
Trong quá trính làm khô sự chuyển động của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu chuyển dần ra ngoài và đi vào trong không khí gọi là quá trình khuếch tán ngoại. Lượng nước bay hơi do khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện: áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu E lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí e, sự chênh lệch đó là:
∆P = E – e (1.2)
Lượng nước bay hơi trong tỉ lệ thuận với ∆P với bề mặt bay hơi F và thời gian làm khô tức là:
dW = B(E-e)F.dT (1.3)
Trong đó:
W- Lượng nước bay hơi (kg). F- Diện tích bay hơi (m2). T- Thời gian bay hơi (h).
E- Là áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu (mmHg). e- Áp suất hơi nước riêng phần của hơi nước trong không khí (mmHg). B- Hệ số bay hơi
Ẩm chuyển dời từ bề mặt vật liệu sấy ra môi trường sấy xung quanh cần được đền bù bằng cách chuyển ẩm từ bên trong vật liệu sấy ra đến bề mặt của nó.
1.2.4.2. Quá trình khuếch tán nội
Do sự chênh lệch độ ẩm giữa các lớp tạo nên sự chuyển động của hàm ẩm ở trong nguyên liệu từ lớp này đến lớp khác để tạo sự cân bằng gọi là khuếch tán nội.
Động lực của quá trình khuếch tán nội xảy ra do chênh lệch độ ẩm giữa các lớp trong và ngoài, nếu sự chênh lệch độ ẩm càng lớn, tức là gradien độ ẩm càng lớn thì tốc độ khuếch tán nội càng nhanh. Được thực hiện nhờ lực khuếch tán, thẩm thấu, lực mao quản,... Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau:
dx dc F K dT dW . . (1.4) Trong đó:
W – Lượng nước khuếch tán ra (kg). T – Thời gian khuếch tán (h).
dx
dc – Gradien độ ẩm.
K – Hệ số khuếch tán. F – Bề mặt khuếch tán (m2).
Ngoài ra qúa trình khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch nhiệt độ do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Qua nghiên cứu cho thấy ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Sự dịch chuyển của nước do sự chênh lệch nhiệt độ gây nên gọi là: sự truyền dẫn nhiệt ẩm phần. Vì vậy, tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau. Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng
chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy. Và ngược lại nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều dẽ kìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy.
1.2.4.3. Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại
Khuếch tán nội và ngoại có mối quan hệ mật thiết, tức là khuếch tán ngoại có được tiến hành thì khuếch tán nội mới được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần.
Nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh, nhưng điều đó thì ít có. Khuếch tán nội của nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn tốc độ bay hơi trên bề mặt. Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ bi gián đoạn.
Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều, sự chênh lệch về độ ẩm lớn, vì vậy khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại, do đó tốc tương đối nhanh. Nhưng ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít, tốc độ bay hơi mặt ngoài nhanh mà tốc độ khuếch tán nội lại chậm, vì vậy tốc độ làm khô ở lớp ngoài nhanh sẽ tạo thành một màng cứng làm ảnh hưởng rất lớn cho quá trình khuếch tán nội. Do đó ảnh hưởng đến quá trình làm khô của nguyên liệu.
1.2.5. Các giai đoạn trong quá trình sấy1.2.5.1. Giai đoạn làm nóng vật liệu sấy 1.2.5.1. Giai đoạn làm nóng vật liệu sấy
Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi đạt đến nhiệt độ bầu ướt tương ứng với nhiệt độ của không khí bao quanh tiếp xúc với vật liệu sấy. Trong giai đoạn này toàn bộ vật liệu sấy được gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật cứng cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt nhiệt độ sôi tương ứng với phân áp suất hơi nước trong một trường không khí trong buồng sấy. Quá trình tăng nhiệt độ diễn ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật đạt tới tư chậm hơn. Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy
trong giai đoạn này là một đường cong, do năng lượng liên kết nước của nước liên kết cơ lý nhỏ vì vậy đường cong tốc độ sấy và đường cong sấy là một đường cong lồi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.2.5.2. Giai đoạn sấy đẳng tốc
Là giai đoạn ẩm bay hơi ở nhiệt độ không đổi, do sự chênh lệch giữa nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh không đổi nên tốc độ sấy không đổi. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi. Ẩm thoát ra trong giai đoạn này là ẩm liên kết cơ lý và hóa lý. Trong giai đoạn sấy tốc độ không đổi biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian là tuyến tính. Từ đó đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy trong giai đoạn này là một đường thẳng
1.2.5.3. Giai đoạn sấy giảm tốc
Ở giai đoạn cuối thì hàm lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít và chủ yếu là nước liên kết do đó năng lượng liên kết lớn. Vì vậy việc tách ẩm cũng khó khăn hơn và cần năng lượng lớn hơn nên đường cong tốc độ sấy và đường cong sấy thường có dạng cong. Tuy nhiên, hình dạng của đường cong là phụ thuộc vào dạng liên kết ẩm trong vật liệu và tùy thuộc vào dạng vật liệu sấy. Độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí xung quanh.
1.2.6. Biến đổi của tôm trong quá trình sấy
1.2.6.1. Sự biến đổi về trạng thái và tổ chức của tômVề khối lượng Về khối lượng
Do lượng nước trong quá trình sấy, làm cho khối lượng cá giảm xuống. Sự giảm khối lượng của sản phẩm đáng ra đúng bằng khối lượng của hàm lượng nước mất đi, nhưng thực tế lại nhỏ hơn. Nguyên nhân là do quá trình làm khô sản phẩm bị oxy hóa làm cho khối lượng tăng lên chút ít.
Về thể tích
Do nước mất đi trong quá trình làm khô, nên thể tích của nguyên liệu co rút lại, mức độ co rút phụ thuộc vào phương pháp làm khô. Đúng ra thể tích của nguyên liệu giảm đi bằng đúng thể tích của nước mất đi nhưng thực tế cũng nhỏ hơn. Nguyên nhân là tổ chức kết cấu của thịt tôm ở thể keo xốp cho nên khi mất nước đi, các khoảng trống của mô cơ vẫn tồn tại hoặc chỉ co rút phần nào nên thể tích co rút nhỏ hơn thể tích nước mất đi.
Sự biến đổi về màu sắc và mùi vị
Trong quá trình làm khô, màu sắc và mùi vị của sản phẩm cũng biến đổi. Nguyên nhân là do nguyên liệu bị mất nước, thể tích co rút, hoặc bị oxy hóa, các sắc tố bị khử, điều đó là do quá trình phát triển của vi sinh vật gây nên và nguyên nhân nữa là do nước mất đi làm cho nồng độ các thành phần trong thịt tôm tăng lên, sản phẩm sẽ có màu đậm hơn và có mùi vị cháy khét. Phương pháp làm khô càng thô sơ thì màu sắc, mùi vị của sản phẩm bị biến đổi càng nhiều.
Sự biến đổi về kết cấu tổ chức của nguyên liệu
Trong quá trình làm khô, do mất nước nên tổ chức của nguyên liệu co rút lại chặt chẽ hơn, sự biến đổi đó khác nhau theo phương pháp làm khô. Quá trình làm khô càng nhanh, tổ chức cơ thịt của nguyên liệu càng ít co rút, tổ chức cơ thịt của sản phẩm sau khi sấy xốp, mức độ hút nước tốt và phục hồi lại gần giống với trạng thái ban đầu.
1.2.6.2. Sự biến đổi hóa học
Trong quá trình sấy khô, do men và vi sinh vật hoạt động phân hủy một số chất ngấm ra làm cho hàm lượng của chúng giảm xuống. Đối với các sản phẩm khô mặn hoặc khô chín, vì khi qua khâu hấp cũng làm tổn thất nhiều chất ngấm ra.Trong quá trình làm khô, lượng acid amin tự do cũng giảm bớt. Quá trình làm khô càng dài, sự tổn thất của chất ngấm ra càng nhiều và các phản ứng hóa học như phản ứng thủy phân, oxy hóa… có điều kiện xảy ra làm cho mùi vị, màu sắc của sản phẩm cũng
giảm theo. Vì vậy, việc làm khô nhanh chóng là biện pháp tích cực đẻ giảm bớt sự tổn thất của chất ngấm ra
1.3.TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI.1.3.1. Khái niệm về bức xạ hồng ngoại 1.3.1. Khái niệm về bức xạ hồng ngoại
Khái niệm
Năm 1980, khi nghiên cứu phổ mặt trời, lần đầu tiên Uliam Hersel [12] đã phát hiện ra bức xạ nhiệt ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy. Khi di chuyển nhiệt kế trong