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.
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 trường phổ mặt trời, thấy rằng trong vùng không nhìn thấy có nhiệt độ cao nhất, nó được phân bố một cách tự nhiên sau màu đỏ.
.
Hình 1.2: Đường cong phân bố nhiệt độ trong thí nghiệm của Hersel
Trên hình 1.3.1 đường cong R thể hiện vùng của phổ nhìn thấy được, đường cong S thể hiện vùng không thấy được. Chúng đạt nhiệt độ cực đại khi kết thúc phổ nhìn thấy được, sau màu đỏ. Gọi các tia này là tia nhiệt đặc biệt, nó khác về chất lượng so với các tia sáng thấy được. Sau đó, Ông chứng minh được bức xạ đó nằm trong dải hồng ngoại và tuân theo những quy luật như bức xạ nhìn thấy.
Bức xạ hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy được nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Chữ "hồng ngoại" có nghĩa là "dưới mức đỏ", màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường. Bức xạ được hiểu là quá trình sinh hay chuyển năng lượng bằng các sóng điện từ. Cùng với sự sáng lập bức xạ hồng ngoại, các nhà bác học phát triển sử dụng các tia hồng ngoại trong kĩ thuật, gọi là kĩ thuật hồng ngoại
Tia hồng ngoại có thể được phân chia thành ba vùng theo bước sóng, trong khoảng từ 0.7µm ÷ 1 mm.
Đặc điểm của bức xạ hồng ngoại
Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ, nó truyền đi với vận tốc ánh sáng 2.99. 108 m/s, nó không đốt nóng không khí mà nó đi qua, một phần không đáng kể được hấp thụ bởi CO2, hơi nước và một số hạt khác trong không khí. Mà nó chỉ bị hấp thụ, phản xạ, hoặc truyền qua bởi vật thể mà nó tác động vào.
Hình 1.3: Sơ đồ chuyển năng lượng bức xạ hồng ngoại vào vật thể
Bất kể một đối tượng nào có nhiệt độ lớn hơn 00K (-2730C) đều phát tia hồng ngoại.
Tia hồng ngoại có tác dụng nhiệt. Khi tia hồng ngoại chiếu đến một đối tượng nào đó, đối tượng sẽ hấp thụ một phần năng lượng bức xạ làm cho các điện tử kích thích và dao động, sự dao động này tạo ra nhiệt.
Cường độ bức xạ hồng ngoại giảm dần theo khoảng cách từ nguồn phát. Nhiệt độ cũng như các thuộc tính vật lý của nó sẽ quyết định hiệu quả cũng như bước sóng phát ra.
Có thể tác dụng lên một số kính ảnh đặc biệt. Tia hồng ngoại truyền đi theo đường thẳng từ nguồn phát xạ ra nó, nó có thể được định hướng vào những đối tượng cụ thể thông qua việc sử dụng các gương phản chiếu
Tia hồng ngoại có thể được so sánh với sóng radio, tia sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia cực tím, và tia X. Chúng đều có bản chất là sóng điện từ và truyền đi trong không gian với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng (2.99. 108m/s) và chỉ khác nhau ở bước sóng phát ra. Và đều tuân theo một số định luật về ánh sáng như: Định luật Plank, định luật Stefan-bolzamann, định luật Wien.
1.3.2 Một số ứng dụng của bức xạ hồng ngoại
Do tính ưu việt nên bức xạ hồng ngoại ngày càng được ứng dụng rộng rải trong các ngành khoa học và trong đời sống xã hội. ngày nay khi mà khoa học ngày càng phát triển thì người ta càng tìm được ra được nhiều ứng dụng mới của bức xạ hồng ngoại. Mỗi một lĩnh vực ứng dụng sẽ sử dụng các bước sóng và nguồn phát bức xạ hợp lý. Sau đây là một số ứng dụng của bức xạ hồng ngoại:
Trong ngành nông nghiệp bức xạ hồng ngoại được ứng dụng sấy các loại hạt, ra quả, hạt giống. trong lĩnh vực chế biến thủy sản ứng dụng để sấy cá, mực, tôm và các mặt hàng khô khác. Trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống thì bức xạ hồng ngoại được ứng dụng rất rộng ví dụ: điều khiển các quá trình trong công nghiệp sản xuất mía đường, đánh giá chất lượng thịt, xác định sự oxy hóa dầu ăn, xác định hàm lượng casein và triglycerid….
Trong y học sử dụng công nghệ này cho phép sấy các đối tượng sinh học quan trọng như enzyme, mô động thực vật …, trong đó tính chất của chúng được bảo toàn đầy đủ, các sản phẩm đạt chất lượng vệ sinh cao.
Ngoài ra bức xạ hồng ngoại còn được ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghệ sinh học, khoa học về trái đất, pháp luật, an ninh và quốc phòng …
1.3.3. Nhiệt bức xạ hồng ngoại
Đốt nóng bằng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của sóng điện từ. Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một đối tượng nào đó thì nó có thể hấp
thụ hay phản xạ với một bước sóng khác, khi đối tượng hấp thụ bức xạ thì nó sẽ bị nóng lên.
Nhiệt bức xạ hồng ngoại thay đổi theo hiệu quả phát xạ của nguồn, bước sóng và tính phản xạ của đối tượng. Nhờ vào đặc tính này mà người ta có thể sử dụng nhiệt bức xạ có hiệu quả hơn trong những ứng dụng nhất định. Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc vào vật liệu của nguồn nhiệt. Về cơ bản thì hiểu quả này là tỷ lệ giữa năng lượng phát xạ và năng lượng hấp phụ, ngoài ra còn có một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến hiệu suất phát xạ. Một yếu tố nữa là giá trị phát xạ của nguồn dựa vào mức độ đen của vật. Mức độ đen của vật thể là tỉ số giữa khả năng bức xạ toàn phần của vật thể đó E, W/m2và khả năng bức xạ toàn phần của vật thể đen tuyệt đối E0cũng ở nhiệt độ đó. 0 E E 1.5]
“vật đen tuyệt đối” có mức xạ là 1. Điều này giúp ta chú ý trong khi chiếu phải hạn chế được tối đa năng lượng phản xạ và năng lượng xuyên qua, biến các loại năng lượng này thành năng lượng hấp thụ để tăng hiệu suất gia nhiệt. Để thực hiện được điều này cần phải chọn vật liệu bao phủ nguồn bức xạ phù hợp.
1.3.4. Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại
Vật liệu sấy trong công nghiệp thực phẩm thường được cấu tạo chủ yếu bởi chất hữu cơ và nước, phổ hấp thụ năng lượng bức xạ của nước và các chất hữu cơ là khác nhau.
Ở mỗi bước sóng chất hữu cơ trở thành vật trong suốt – không hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mà nước sẽ trở thành vật đen hấp thụ năng lượng bức xạ tối đa. Do đó khi chiếu tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 2.5 – 3.5µm tương ứng với bước sóng mà nước có thể hấp thụ tối đa năng lượng bức xạ. Kết quả là các phân tử nước sẽ dao động mạnh, tạo thành ma sát và sinh nhiệt lớn.
Mặt khác dưới tác động của năng lượng bức xạ, phân tử nước dễ dàng bị phân li thành các ion H+ và OH-, do đó làm cho ẩm trong vật liệu sấy thoát ra rất nhanh. Lúc này chiều chuyển động của dòng ẩm cùng chiều với chiều chuyển động của dòng nhiệt (từ trong vật liệu sấy đi ra bên ngoài bề mặt) làm tăng quá trình khuếch
tán nội . điều này trái ngược hẳn với cách gia nhiệt thông thường là dòng nhiệt di chuyển từ lớp bên ngoài bề mặt vật liệu vào trong tâm vật liệu còn ẩm thì di chuyển từ trong ra ngoài bề mặt.
Người ta chứng minh răng dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại có tần số tương ứn với tần số dao động riêng của liên kết hóa học các nhóm chức có khả năng phản ứng cao như: -OH, -COOH… Sẽ tác dụng trực tiếp đến liên kết hóa học tạo ra tình huống cộng hưởng làm đứt các liên kết hóa học. Kết quả là luôn làm tăng nhanh vận tốc phản ứng và quá trình sấy lớp sơn phủ bóng tăng.
1.3.5. Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại
Ưu điểm của sấy khô bằng tia hồng ngoại là tốc độ truyền nhiệt lớn dễ điều chỉnh nguồn nhiệt và nhiệt độ trên bề mặt sản phẩm, rút ngắn được rất nhiều thời gian, do đó phần nào đảm bảo được phẩm chất của sản phẩm, sử dụng thao tác thuận tiện, tính giữ nhiệt của nguyên liệu sau khi sấy rất nhỏ nhất là sấy bằng bóng đèn, tức có thể ngưng quá trình sấy một cách dễ dàng.
Sản phẩm sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại đảm bảo được phẩm chất của sản phẩm không bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng các vitamin được bảo toàn đồng thời sản phẩm lại được đảm bảo về mặt vệ sinh thực phẩm tốt.
Sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại phần lớn năng lượng bức xạ chuyển biến thành nhiệt năng cần thiết làm cho nước bốc hơi. Vì vậy hiệu suất sử dụng nhiệt cao giảm sự tổn hao năng lượng.
Gradien nhiệt độ và độ ẩm ở lớp sát bề mặt vật và cùng chiều, do đó tăng cường tốc độ khuếch tán nội dẫn đến tốc độ sấy tăng. Cường độ bay hơi ẩm có thể lớn hơn có thể vài lần so với đối lưu và tiếp xúc.Tránh được quá nhiệt cục bộ và làm chai, nứt nẻ bề mặt.
Chi phí lắp đặt, vận hành thấp, chiếm ít diện tích mặt bằng và dễ dàng điều khiển.
Đặc biệt bức xạ hồng ngoại có khả năng tiêu diệt côn trùng, vi sinh vật có hại ngay ở nhiệt độ thấp.
Sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại hoàn toàn tiết kiệm, không gây nguy hiểm và không sử dụng hóa chất, chất độc, thân thiện con người và môi trường.
Nhược điểm của sấy bức xạ hồng ngoại là khả năng xuyên thấu kém 7- 30 mm nên không thích hợp sấy các sản phẩm sấy các sản phẩm sấy có chiều dày lớn hơn. Vì đối với sấy nguyên liệu dày hơn thì tốc độ khử nước chậm và có khi bề mặt ngoài bị làm khô quá độ mà sinh ra nứt nẻ. Để khắc phục điều đó thì ta có thể dùng phương pháp sấy gián đoạn đối với những nguyên liệu có kích thước dày hơn.
1.4. TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH1.4.1. Khái niệm 1.4.1. Khái niệm
Sấy lạnh là phương pháp sấy đối lưu, tách ẩm vật liệu sấy bằng không khí lạnh có độ ẩm thấp. Ẩm trong vật liệu sấy dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào bay hơi vào trong môi trường được luân chuyển ra ngoài. Trong phương pháp này người ta tạo ra sự chênh lệch áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt vật liệu sấy và áp suất riêng phần hơi nước trong không khí chỉ bằng cách giảm áp suất riêng phần hơi nước trong không khí nhờ giảm lượng chứa ẩm.
Phương pháp sấy lạnh được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm cũng như các ngành công nghiệp khác, nguyên nhân là do nó có rất nhiều ưu điểm như thời gian sấy ngắn, chất lượng sản phẩm hoàn thiện do sấy ở