Trong công nghiệp thực phẩm, người ta sấy nguyên liệu, bán thành phẩm và sản phẩm đã chế biến sẵn để giảm trọng lượng, tăng hàm lượng chất khô, ngăn ngừa hoặc làm chậm quá trình lý hóa, sinh hóa và các quá trình khác có thể làm giảm giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.
Trong quá trình sấy xảy ra quá trình trao đổi nhiệt và quá trình trao đổi ẩm cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật liệu sấy và quá trình truyền ẩm từ vật sấy vào môi trường. Các quá trình trên xảy ra đồng thời trên vật liệu sấy và chúng có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau.
• Quá trình khuếch tán ngoại
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 trên bề mặt nguyên liệu với áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm, sự chênh lệch đó là ∆P = E - e. Lượng nước bay hơi tỷ lệ thuận với ∆P, bề mặt bay hơi và thời gian làm khô. Tốc độ bay hơi được biểu diễn như sau:
dN = B(E - e).F.dt
Trong đó: N là lượng nước bay hơi (kg) F là diện tích bề mặt bay hơi t là thời gian bay hơi
B là hệ số bay hơi
E là áp suất bay hơi trên bề mặt nguyên liệu (mmHg)
e là áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm (mmHg)
Như vậy để tăng lượng ẩm bay hơi trong quá trình làm khô, ta có thể thay đổi một số thông số như sau:
- Tăng diện tích bề mặt bay hơi bằng cách làm giá đỡ nguyên liệu ở dạng lưới để ẩm có thể bay hơi cả phía trên và phía dưới.
- Tăng E (áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu) bằng cách tăng nhiệt độ của nguyên liệu hoặc tăng nhiệt độ của tác nhân sấy. Phương pháp này chỉ áp dụng cho những nguyên liệu chịu được nhiệt độ cao, phần lớn các nguyên liệu thủy sản khi sấy ở nhiệt độ cao chất lượng sẽ bị giảm đi nhiều.
- Giảm e (áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm) bằng cách làm lạnh không khí xuống dưới nhiệt độ đọng sương để tách một lượng hơi nước trước khi vào thiết bị gia nhiệt để sấy. Khi sấy ở nhiệt độ cao thì áp suất của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu bé nhưng áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm cũng bé nên hạn chế được sự giảm động lực của quá trình sấy. Nếu so với phương pháp sấy bằng không khí nóng ở cùng một nhiệt độ thì sấy lạnh sẽ có ∆P = E - e lớn hơn nên thời gian sấy và chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn.
• Quá trình khuếch tán nội
Khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch của hàm ẩm trong nguyên liệu ra bề mặt ngoài của nguyên liệu. Động lực của quá trình khuếch tán nội là sự chênh lệch về độ ẩm giữa các lớp bên trong và bên ngoài nguyên liệu. Nếu sự chênh lệch về độ ẩm càng lớn tức là gradient độ ẩm lớn sẽ làm cho tốc độ khuếch tán nội càng nhanh. Tốc độ khuếch tán nội được biểu diễn như sau:
Trong đó: W là lượng nước khuếch tán (kg) t là thời gian khuếch tán (h) K là hệ số khuếch tán
F là diện tích bề mặt khuếch tán (m2) dc/dx là gradien nồng độ ẩm
Sự di chuyển ẩm trong quá trình làm khô, trước tiên là ẩm tự do sau đó là ẩm liên kết hóa lý. Ẩm di chuyển trong nguyên liệu có thể bằng hai hình thức là ở thể
lỏng hoặc thể hơi, điều này phụ thuộc vào sự liên kết ẩm. Ẩm liên kết hấp phụ khuếch tán dưới dạng hơi, ẩm liên kết thẩm thấu, kết cấu và tự do sẽ khuếch tán ở dạng lỏng.
• 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, tức khi khuếch tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể tiếp tục và như thế độ ẩm nguyên liệu mới được giảm dần. Nếu cường độ khuếch tán nội nhanh hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi nước trong nguyên liệu sẽ nhanh hơn, tuy nhiên điều này ít xảy ra. Nếu cường độ khuếch tán nội bé hơn 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 càng phải tiến hành sấy gián đoạn tức là đình chỉ hoặc hạn chế quá trình khuếch tán ngoại hay gọi là quá trình ủ ẩm. Trong quá trình sấy, ở giai đoạn đầu khi hàm lượng nước trong nguyên liệu nhiều làm cho sự dịch chuyển ẩm lớn nên cường độ khuếch tán nội thường phù hợp với cường độ khuếch tán ngoại và lượng ẩm thoát ra được nhiều, vì vậy ở giai đoạn này có thể tăng vận tốc chuyển động của không khí để tăng khả năng dịch chuyển ẩm. Nhưng vào giai đoạn cuối của quá trình sấy, khi hàm lượng nước trong nguyên liệu còn ít trong khi đó cường độ bay hơi ở mặt ngoài nhanh mà cường độ khuếch tán nội bé nên bề mặt 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 bằng cách giảm vận tốc chuyển động của không khí.