Mục đích chính của sấy là để kéo dài thời gian bảo quản của thực phẩm bằng cách giảm hoạt độ của nước. Việc giảm hoạt độ của nước sẽ làm giảm hoạt động của enzyme và hạn chế sự tăng trưởng của các VSV. Một mục đích nữa của sấy là để làm giảm trọng lượng và khối thực phẩm để giảm bớt giá thành chuyên chở và lưu kho. Ngoài ra, với một số thực phẩm thì việc sấy khô sẽ giúp thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc thao tác các công đoạn tiếp theo để xử lý thực phẩm.
Sấy là quá trình sử dụng nhiệt dưới những điều kiện được kiểm soát để lấy đi phần lớn lượng ẩm có trong thực phẩm bằng bay hơi. Trong quá trình sấy xảy ra các quá trình truyền nhiệt và truyền chất, cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy và quá trình khuếch tán nước từ trong vật sấy vào môi trường.
v Cơ chế khuếch tán nước ra khỏi nguyên liệu: Sự khuếch tán của nước ra khỏi nguyên liệu gồm 2 quá trình là khuếch tán nội và khuếch tán ngoại.
- Quá trình khuếch tán ngoại: Là sự dịch chuyển của hơi nước từ bề mặt nguyên liệu vào không khí ẩm mà động lực của nó là sự chênh lệch áp suất của hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu với áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm. Quá trình khuếch tán ngoại của nguyên liệu tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt nguyên liệu, chênh lệch áp suất riêng phần và hệ số bay hơi.
Com
- Quá trình khuếch tán nội: Là quá trình chuyển động của nước từ các lớp bên trong nguyên liệu ra các lớp bề mặt ngoài của nguyên liệu để tạo độ cân bằng ẩm trong bản thân nguyên liệu. Động lực của quá trình là sự chênh lệch về độ ẩm giữa các lớp bên trong và bên ngoài nguyên liệu. Nếu sự chênh lệch ẩm càng lớn tức là gradient độ ẩm lớn sẽ làm cho tốc độ khuếch tán nội càng nhanh. Quá trình khuếch tán nội tỷ lệ với diện tích bề mặt bay hơi, hệ số khuếch tán và gradient độẩm.
- Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại: Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có mối quan hệ mật thiết với nhau, khuếch tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể được tiếp tục và như thế độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần. Nếu cường độ khuếch tán nội lớn hơn cường độ khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh nhưng điều đó rất ít xảy ra.
Nếu cường độ khuếch tán nội bé hơn cường độ khuếch tán ngoại thì bề mặt của nguyên liệu dễ bị tạo màng khô làm ảnh hưởng xấu đến quá trình dịch chuyển ẩm.
Trong quá trình sấy nếu cường độ khuếch tán ngoại lớn hơn cường độ khuếch tán nội thì cần phải tiến hành sấy gián đoạn tức là đình chỉ hoặc hạn chế quá trình khuếch tán ngoại hay gọi là quá trình sấy có ủ ẩm. Trong quá trình sấy giai đoạn đầu, lượng nước trong nguyên liệu nhiều làm cho sự dịch chuyển ẩm lớn do đó mà cường độ khuếch tán nội phù hợp với cường độ khuếch tán ngoại nên lượng ẩm thoát ra được nhiều cho nên ở giai đoạn này có thể tăng vận tốc chuyển động của không khí để tăng khả năng dịch chuyển ẩm. Nhưng giai đoạn sau thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít trong khi đó cường độ bay hơi ở mặt ngoài nhanh mà cường độ khuếch tán nội bé nên bề mặt ngoài dễ tạo màng cứng làm ảnh hưởng xấu đến quá trình khuếch tán nội. Chính vì vậy ở giai đoạn sấy giảm tốc nên hạn chế cường độ khuếch tán ngoại như giảm vận tốc chuyển động của không khí xuống.
v Các giai đoạn trong quá trình sấy:
- Giai đoạn làm nóng vật: Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật liệu và buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật liệu đạt đến bằng nhiệt độ bầu ướt. Trong giai đoạn này toàn bộ vật liệu được gia nhiệt, tuy nhiên sự gia tăng nhiệt độ xảy ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật liệu. Đối với vật liệu dễ sấy thì thì giai đoạn làm nóng sẽ xảy ra rất nhanh.
- Giai đoạn sấy đẳng tốc: Là giai đoạn ẩm bay hơi ở nhiệt độ tương đối (nhiệt độ bầu ướt) do sự chênh lệch giữa nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt độ của môi trường không khí xung quanh không đổi. Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do.
Com
Khi nhiệt độ của ẩm đạt tới trị số giới hạn thì giai đoạn sấy đẳng tốc sẽ dừng lại. Quá trình sấy đẳng tốc phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí, nhiệt độ bầu khô, vận tốc dịch chuyển của không khí.
- Giai đoạn sấy giảm tốc: Kết thúc giai đoạn sấy đẳng tốc, ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết. Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy, tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy đẳng tốc có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa tốc độ sấy bằng không.
Đa số các hư hỏng của thực phẩm xảy ra trong quá trình sấy giảm tốc và nhiệt độ không khí cần được kiểm soát để cân bằng tốc độ sấy và mức độ hư hỏng do nhiệt. Giai đoạn sấy giảm tốc thường là giai đoạn sấy dài nhất.
v Các yếu tốảnh hưởng tới tốc độ sấy:
- Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí: Trong các điều kiện khác nhau không đổi như độ ẩm không khí, tốc độ gió..., việc nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng nhanh tốc độ làm khô do lượng nước trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều. Nhưng tăng nhiệt độ cũng ở giới hạn cho phép vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và gây nên sự tạo màng cứng ở lớp bề ngoài cản trở tới sự chuyển động của nước từ lớp bên trong ra bề mặt ngoài. Nhưng với nhiệt độ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn đến sự thối rữa, hư hỏng nguyên liệu. Nhiệt độ sấy thích hợp được xác định phụ thuộc vào nguyên liệu béo hay gầy, kết cấu tổ chức của cơ thịt và đối với các nhân tố khác.
- Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động không khí: Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy, tốc độ gió quá lớn hoặc quá nhỏđều không có lợi cho quá trình sấy. Vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy, còn tốc độ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại, dẫn đến sự hư hỏng sản phẩm, mặt ngoài sản phẩm sẽ lên mốc gây thối rữa tạo thành lớp dịch nhầy có mùi vị khó chịu. Vì vậy, cần phải có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm khô.
Com
Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất nhanh. Nếu hướng gió thổi tới nguyên liệu với góc 450 thì tốc độ làm khô tương đối chậm, còn thổi thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc độ làm khô rất chậm.
- Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí: Độ ẩm tương đối của không khí cũng là nhân tốảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô, độẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng: độ ẩm tương đối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn độẩm tương đối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt đầu xảy ra hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại.
Làm khô trong điều kiện tự nhiên khó đạt được độẩm tương đối của không khí 50% đến 60% do nước ta khí hậu nhiệt đới thường có độ ẩm cao. Do đó, một trong những phương pháp để làm giảm độ ẩm của không khí có thể tiến hành làm lạnh để cho hơi nước ngưng tụ lại. Khi hạ thấp nhiệt độ của không khí dưới điểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng được hạ thấp. Như vậy để làm khô không khí người ta áp dụng phương pháp làm lạnh.
- Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu: Kích thước nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy. Nguyên liệu càng bé, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh, nhưng nếu nguyên liệu có kích thước quá bé và quá mỏng sẽ làm cho nguyên liệu bị cong, dễ gẫy vỡ. Trong những điều kiện giống nhau về chế độ sấy (nhiệt độ, áp suất khí quyển) thì tốc độ sấy tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt và tỷ lệ nghịch với chiều dày nguyên liệu.
- Ảnh hưởng của quá trình ủ ẩm: Một số thực phẩm có tính keo, khi chế biến khô dễ tạo màng trên bề mặt, màng này có tính chất ngăn cản quá trình khuếch tán nội làm cho quá trình làm khô không thể thực hiện được. Hiện tượng này có thể khắc phục được nhờ quá trình ủ ẩm. Ủ ẩm nhằm mục đích là làm cho tốc độ khuếch tán nội và khuếch tán ngoại phù hợp nhau để tăng nhanh quá trình làm khô. Với quá trình làm khô có giai đoạn ủẩm người ta gọi là làm khô gián đoạn.
- Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu: Tùy vào bản thân nguyên liệu mà người ta chọn chế độ làm khô cho phù hợp, cần phải xét đến TPHH của nguyên liệu như: nước, lipid, protein, chất khoáng, vitamin, kết cấu tổ chức cơ thịt chắc hay lỏng lẻo...
Com
- Một số kết quả nghiên cứu về nhiệt độ và vận tốc gió ứng dụng trong sấy sản phẩm thủy sản:
+ Tác giả Lương Hữu Đồng [9] và Vũ Thị Kim Ninh [15] khi đề xuất quy trình sản xuất các sản phẩm thủy sản khô sống đã yêu cầu nhiệt độ sấy cá ở 45÷500C.
+ Tác giả Đào Trọng Hiếu [12] trong nghiên cứu ứng dụng công nghệ gốm bức xạ hồng ngoại giải tần hẹp chọn lọc kết hợp với không khí có nhiệt độ thấp để sấy cá cơm săng đã đề xuất nhiệt độ sấy cá cơm thích hợp là 450C, tốc độ gió 1,2m/s.
+ Tác giả Bùi Việt Hùng [13] trong nghiên cứu kỹ thuật sấy cá cơm tại các tỉnh miền Trung bằng máy sấy hầm loại xe goòng đã đưa ra nhiệt độ sấy thích hợp là 41,60C.
+ Theo tác giả Nguyễn Quang Vinh [27] trong nghiên cứu sấy cá cơm săng bằng gốm bức xạ hồng ngoại chọn lọc đã đưa ra kết luận về tốc độ gió cho sấy cá cơm săng size 4÷6cm là 1,7m/s.
Từ phân tích các yếu tốảnh hưởng đến tốc độ sấy và kế thừa các kết quả nghiên cứu trên đểứng dụng vào tìm chếđộ sấy thích hợp cho sản phẩm cá Cơm săng sấy có xử lý phụ gia của đề tài.
v Một số phương pháp và thiết bị sấy:
- Sấy tự nhiên (phơi nắng):
Dựa vào năng lượng mặt trời để tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy. Đây là phương pháp sấy đơn giản, dễ thực hiện và rẻ tiền nhất hiện nay. Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời có thể phân ra các loại sau:
+ Thiết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên (gồm thiết bị thu năng lượng kết hợp với buồng sấy).
+ Thiết bị sấy trực tiếp có bộ phận thu năng lượng riêng biệt.
+ Thiết bị sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cưỡng bức (thiết bị thu năng lượng và buồng sấy riêng biệt).
Phương pháp này công nghệđơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp, không đòi hỏi cung cấp năng lượng lớn và nhân công lành nghề và có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp. Tuy nhiên, nó kiểm soát điều kiện sấy rất kém, tốc độ sấy chậm hơn so với với sấy bằng thiết bị, do đó chất lượng sản phẩm cũng kém và dao động hơn, quá trình sấy thì phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày do đó đòi hỏi nhiều nhân công.
Com
- Sấy bằng không khí nóng:
Tác nhân sấy và vật liệu được đốt nóng. Hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt bao gồm:
+ Hệ thống sấy đối lưu: Dùng tác nhân sấy như không khí nóng, khói lò, hơi quá nhiệt, tác nhân sấy sẽ làm nóng và trao đổi nhiệt. Đây là hệ thống sấy phổ biến hơn cả.
+ Hệ thống sấy tiếp xúc: Cho vật liệu sấy tiếp xúc với bề mặt làm nóng hoặc dung dịch nóng.
+ Hệ thống sấy bức xạ: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạđểẩm dịch chuyển từ bên trong vật liệu sấy ra bề mặt và khuếch tán vào môi trường. Trong hệ thống sấy bức xạ người ta tạo sự chênh lệch áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật liệu sấy.
Với phương pháp sấy bằng không khí nóng thì giá thành để làm nóng thiết bị (chi phí vận hành) là nhân tố chính ảnh hưởng đến tính kinh tế của quá trình sấy [42].
- Sấy lạnh (sấy bằng bơm nhiệt):
Sấy bằng bơm nhiệt là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng cách dùng khí lạnh đã qua dàn lạnh, có độ ẩm thấp hơn nhưng không gia tăng nhiệt độ của tác nhân sấy.
Phương pháp sấy lạnh đã được áp dụng từ lâu trên thế giới do có nhiều ưu điểm như tốc độ truyền nhiệt cao hơn, thời gian sấy để đạt đến độ ẩm của vật sấy mong muốn là ngắn hơn, hoàn thiện chất lượng sản phẩm và hiệu quả năng lượng tốt hơn so với phương pháp sấy nóng.
Theo Paul [40], trong công nghệ làm khô các nguyên liệu thủy sản nên ứng dụng phương pháp sấy lạnh bởi nhiệt độ và độẩm của không khí tiếp xúc với nguyên liệu sấy thấp. Braun [32], Dirk và cộng sự [34] cũng cho rằng sấy lạnh là một phương pháp tốt để cải thiện chất lượng sản phẩm thực phẩm khô bởi công nghệ sấy ở nhiệt độ thấp và không phụ thuộc vào điều kiện không khí bên ngoài, cũng như hiệu quả kinh tế cao do chi phí giá thành thấp. Arason [31] trong nghiên cứu so sánh về giá thành sản xuất cá bò khô theo các phương pháp sấy khác nhau đã cho kết quả phương pháp sấy lạnh chi phí giá thành thấp nhất.
Tuy vậy, tác giả Trần Đại Tiến [22] trong quá trình so sánh giữa các phương pháp sấy, chỉ ra rằng thiết bị sấy lạnh ngoài những ưu điểm trên cũng có nhược điểm do chi phí đầu tư ban đầu lớn.
Com
- Sấy chân không thăng hoa:
Đây là một phương pháp sấy hiện đại, được ứng dụng trong công nghiệp để sấy các vật liệu quý, các loại nguyên liệu ở thể keo và keo xốp khó sấy. Sấy chân không thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật sấy bằng sự thăng hoa của nước. Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi. Ở điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông.
Quá trình sấy chân không thăng hoa bao gồm hai giai đoạn: làm lạnh đông và tiếp theo sấy khô bằng chân không thấp. Cả hai hệ thống đều hoạt động rất tốn kém. Vì vậy phương pháp sấy chân không thăng hoa chỉ hạn chế sử dụng đối với các thực phẩm cao cấp mà mùi vị rất dễ bị thay đổi, hoặc cho những khách hàng nào sẵn sàng