- Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt [4]. Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:
+ Chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và bên trong vật liệu.
+ Chênh lệch áp suất hơi riêng phần của nước tại bề mặt vật liệu và môi trường xung quanh.
- Mục đích của quá trình sấy là làm giảm khối lượng vật liệu, tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn.
- Sấy phun là một trong những công nghệ sấy công nghiệp chính do khả năng sấy một bậc nguyên liệu từ dạng lỏng sang dạng bột khá đơn giản, dễ dàng kiểm soát nhiệt độ và định dạng hạt sản phẩm một cách chính xác.
- Thiết bị sấy phun dùng để sấy các dạng dung dịch và huyền phù trong trạng thái phân tán nhằm tách ẩm ra khỏi vật liệu giúp tăng độ bền và bảo quản sản phẩm được lâu hơn.
- Sản phẩm của quá trình sấy phun là dạng bột mịn như bột đậu nành, bột trứng, bột sữa,… hoặc các chế phẩm sinh học, dược liệu…
1.3.6.1.Nguyên lý của phương pháp sấy phun
Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền phù đã được cô đặc trước (40 - 60% ẩm) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ khoảng 130 – 300oC trong buồng sấy lớn. Kết quả là hơi nước được bốc đi nhanh chóng. Các hạt sản phẩm được tách ra khỏi tác nhân sấy nhờ một hệ thống thu hồi riêng [4].
1.3.6.2. Cấu tạo của máy sấy phun
a. Cấu tạo chung
Tất cả các thiết bị sấy phun đều bao gồm:
+ Cơ cấu phun: Có chức năng đưa nguyên liệu (dạng lỏng) vào buồng dưới dạng hạt mịn (sương mù). Quá trình tạo sương mù sẽ quyết định kích thước các giọt lỏng và sự phân bố của chúng trong buồng sấy, do đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị bề mặt truyền nhiệt và tốc độ sấy. Cơ cấu phun có các dạng như: cơ cấu phun áp lực, cơ cấu phun bằng khí động, đầu phun ly tâm.
+ Buồng sấy: Là nơi hòa trộn mẫu sấy (dạng sương mù) và tác nhân sấy (không khí nóng). Buồng sấy phun có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhưng phổ biến nhất là buồng sấy hình trụ đứng, đáy côn. Kích thước buồng sấy (chiều cao, đường kính…) được thiết kế phụ thuộc vào kích thước các hạt lỏng và quỹ đạo chuyển động của chúng, tức phụ thuộc vào loại cơ cấu phun sương sử dụng.
+ Tác nhân sấy: Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất. Hơi là tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất. Nhiệt độ hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 130-2500C . Nhiệt độ trung bình của không khí nóng thu được thấp hơn nhiệt độ hơi sử dụng là 100C.
+ Hệ thống thu hồi sản phẩm: Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy. Để tách sản phẩm ra khỏi khí thoát, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau: lắng xoáy tâm, lọc, lắng tĩnh điện…
Phổ biến nhất là phương pháp lắng xoáy tâm, sử dụng cyclon.
+ Quạt: Để tăng lưu lượng tác nhân sấy, người ta sử dụng quạt ly tâm. Ở quy mô công nghiệp, các thiết bị sấy phun được trang bị hệ thống hai quạt. Quạt chính được đặt sau thiết bị thu hồi bột sản phẩm từ dòng khí thoát. Còn quạt phụ đặt trước thiết bị gia nhiệt không khí trước khi vào buồng sấy. Ưu điểm của việc sử dụng hệ thống hai quạt là người ta có thể kiểm soát dễ dàng áp lực trong buồng sấy.
Trong trường hợp chỉ sử dụng một quạt ly tâm đặt sau cyclon thu hồi sản phẩm, buồng sấy sẽ hoạt động dưới áp lực chân không rất cao. Chính áp lực chân không này sẽ ảnh hưởng đến lượng bột sản phẩm bị cuốn theo dòng khí thoát, do đó sẽ ảnh hưởng đến năng suất hoạt động và hiệu quả thu hồi bột sản phẩm của cyclon.
Hình 1.6. Cấu tạo thiết bị sấy phun [4]
b.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
- Nồng độ chất khô của nguyên liệu:
Nồng độ cao: Giảm được thời gian bốc hơi nhưng lại tăng độ nhớt của nguyên liệu, gây khó khăn cho quá trình sấy phun.
Nồng độ thấp: Tốn nhiều thời gian và năng lượng cho quá trình.
Thực tế nồng độ vào khoảng: 45- 52%. - Nhiệt độ tác nhân sấy:
Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy phun. Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy.
Tuy nhiên, việc gia tăng nhiệt độ cao có thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình.
- Kích thước, số lượng và quỹ đạo chuyển động của các hạt nguyên liệu trong buồng sấy.
Các yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy phun là tốc độ bơm đưa dòng nguyên liệu vào cơ cấu phun sương, lưu lượng không khí nóng vào buồng sấy, cấu tạo và kích thước buồng sấy…
1- Bộ lọc 7- Tháp sấy
2- Quạt hút khí nóng 8- Bộ phận tách bụi thứ nhất 3- Bộ gia nhiệt 9- Bộ phận tách bụi thứ hai 4- Nguyên liệu sấy 10- Quạt tuần hoàn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5- Bơm áp lực 11- Bộ phun sương 6- Bộ phận phối nhiệt
1.3.6.3. Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy phun a. Ưu điểm
- Quá trình sấy nhanh, có thể điều khiển được tỷ trọng sản phẩm. - Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90 - 100%), độ ẩm thấp (3 - 4%). - Vận hành liên tục và có thể tự động hóa hoàn toàn, bảo dưỡng đơn giản. - Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng loại qui mô nhà máy.
- Áp dụng được cho các sản phẩm bền nhiệt và không bền nhiệt, nguyên liệu ở dạng dung dịch, gel, paste, hồ vữa, huyền phù…
- Chất lượng bột được bảo đảm trong suốt quá trình sấy.
- Vật liệu hầu như không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị.
b. Nhược điểm
- Chi phí đầu tư và năng lượng cao (để tách ẩm).
- Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng và thất thoát các chất dễ bay hơi cao.
1.4.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC VỀ SỰ THỦY PHÂN PROTEIN BẰNG ENZYME VÀ SẢN XUẤT BỘT NÊM
1.4.1.Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới, sản phẩm thủy phân đã biết đến từ khá lâu và đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu công bố về việc sử dụng enzyme để thủy phân nguyên liệu còn lại của các nguyên liệu thủy sản để sản xuất ra các sản phẩm thủy phân, ứng dụng nhiều trong lĩnh vực chăn nuôi, thực phẩm.
Chae (1998), sử dụng kết hợp 3 enzyme Neutrase, Alcalase và Flavourzyme để thủy phân protein sẽ cho độ thủy phân cao hơn khi sử dụng kết hợp hai enzyme Alcalase và Flavourzyme. Theo tác giả này, độ thủy phân đạt cao nhất khi sử dụng kết hợp 3 enzyme là 51% trong khi đó giá trị DH chỉ đạt 47 % khi sử dụng hai enzyme [37].
Guerard và cộng sự (2001) đã nghiên cứu về thủy phân bao tử cá ngừ bằng enzyme Alcalase với các thông số sau: nhiệt độ 500C, pH = 8, thời gian 5,5 giờ. Kết quả nghiên cứu cho thấy sản phẩm này dùng làm chất bổ sung nitơ cho môi trường nuôi cấy vi sinh vật có kết quả tốt như những pepton công nghiệp dùng nuôi cấy vi sinh vật [43].
Herpandi và cộng sự (2012) đã nghiên cứu độ thủy phân và lượng axít amin trytophan tự do của sản phẩm thủy phân cá ngừ bằng các loại protease khác nhau. Sản phẩm thủy phân protein thịt cá ngừ vằn được sản xuất bằng các loại protease (Alcalase, Protamex, Neutrase và Flavourzyme) trong thời gian 60, 120, 180 và 240
phút với tỷ lệ enzyme protease là 0,5, 1, 1,5 và 2% so với khối lượng của nguyên liệu. Kết quả cho thấy thời gian dài với tỷ lệ enzyme cao đã làm tăng độ thủy phân. Alcalase độ thủy phân cao nhất trong số tất cả các protease, tiếp theo là Protamex, Flavourzyme và Neutrase [45].
Ho và cộng sự (2009) đã nghiên cứu dịch thủy phân cá thu làm chất dẫn dụ khả năng bắt mồi cho cá hồi trắng. Cá thu được xay nhỏ sau đó thủy phân với Alcalase hoặc Flavourzyme, nồng độ enzyme/protein là 3%, thời gian thủy phân 1 và 4 giờ. Kết quả nghiên cứu cho thấy các sản phẩm thủy phân sau 1 và 4 giờ có hàm lượng peptid và các axít amin khác nhau. Mẫu thủy phân bằng Flavourzyme có hàm lượng axít amin tự do cao hơn mẫu dùng Alcalase. Mẫu 4 giờ có hàm lượng axít amin tự do cao hơn mẫu 1 giờ. Khi sử dụng dịch thủy phân cá thu bổ sung vào thức ăn tỷ lệ 2% dùng làm chất dinh dưỡng thì tỷ lệ tăng trưởng của cá tăng, hệ số chuyển đổi thức ăn giảm [46].
Liaset và cộng sự (2002) đã nghiên cứu thu hồi nitơ từ xương cá hồi Atlantic từ quá trình thủy phân bằng enzyme Protamex. Xương cá hồi được xay nhỏ và thủy phân với điều kiện tỷ lệ nguyên liệu/nước là 1,16 : 1, tỷ lệ enzyme/cơ chất là 90 AU Kg -1, pH là 6,5 và nhiệt độ nghiên cứu từ 350C đến 700C. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi thủy phân ở chế độ đó thì hiệu suất thu hồi nitơ tăng theo nhiệt độ, đạt cao nhất tại 500C với 53,5% và nhiệt độ càng tăng thì hiệu suất thu hồi nitơ lại giảm [50].
Liaset và cộng sự (2003) nghiên cứu thủy phân phần xương còn lại sau khi philê tách thịt cá hồi bằng enzyme Protamex ở điều kiện nhiệt độ 550C, pH tự nhiên là 6,5, nồng độ enzyme là 11,1 AU/kg protein thô với tỷ lệ phế liệu/nước là 1,14, thời gian thủy phân 6 giờ. Kết quả thu được sản phẩm thủy phân giàu các axít amin không thay thế và axít béo [51].
Lian và cộng sự (2005) nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân phế liệu mực bằng enzyme Flavourzyme và Protamex. Kết quả nghiên cứu cho thấy với nhiệt độ 500C, thời gian thủy phân 6 giờ thì hàm lượng axít amin tự do của sản phẩm thủy phân đạt cao nhất 24,8% so với mẫu đối chứng 8,2% [52].
Luan và Li-jiao (2009) đã nghiên cứu công nghệ thủy phân thịt sò bằng sự kết hợp các loại enzyme proteaza. Giai đoạn đầu thịt sò được thủy phân bằng sự kết hợp giữa proteaza trung tính và trypsin, giai đoạn sau được thủy phân bằng Flavourzyme. Kết quả cho thấy tỷ lệ kết hợp tối ưu của protease trung tính và trypsin là 3:1 và các điều kiện thủy phân tối ưu của Flavourzyme như sau: nồng độ enzyme 1000U/g nguyên liệu, nhiệt độ thủy phân 550C, thời gian 5 giờ và pH=5. Với điều kiện này độ thủy phân là 55,97% [53].
Motamedzadegan và cộng sự (2010) đã nghiên cứu tối ưu hóa chế độ thủy phân nội tạng cá ngừ vây vàng Thunnus albacares bằng enzyme Neutrase. Kết quả chỉ ra rằng khi sử dụng enzyme Neutrase để thủy phân nội tạng cá ngừ vây vàng
Thunnus albacares thì các thông số tối ưu lànồng độ enzyme37 AU / kg protein, pH
tự nhiên của bản thân nguyên liệu, nhiệt độ từ 50°C, và thời gian 60 phút thì độ thủy phân (DH) đạt 35%, sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein cao 74,56% và hàm lượng lipid thấp 1,86% và được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản và làm thức ăn cho chăn nuôi [55].
Nilsang và cộng sự (2004), nghiên cứu sử dụng hai loại enzyme protease là Flavourzyme 1000L và Kojizyme 800L bổ sung để thủy phân dịch thải từ qui trình cá ngừ đóng hộp để thu dịch đạm. Kết quả nghiên cứu cho thấy điều kiện tối ưu khi sử dụng Flavourzyme là ở nhiệt độ 450C, nồng độ enzyme là 50 LAPU/g protein (5%), nồng độ cơ chất 20% (w/w), pH tự nhiên = 5,9 – 6,0, thời gian thủy phân sau 6 giờ thì DH đạt 62%. Với Kojizyme 800L, điều kiện tối ưu là ở nhiệt độ 500C, nồng độ enzyme là 40LAPU/g protein (5%), nồng độ cơ chất 20% (w/w), pH tự nhiên = 5,9 – 6,0, thời gian thủy phân sau 6 giờ thì độ thủy phân đạt 68% [56].
Nguyen và cộng sự (2011) đã nghiên cứu sự thủy phân phế liệu từ cá ngừ bằng enzyme Protamex và đặc tính sinh hóa của sản phẩm thủy phân. Một chế độ thủy phân được thực hiện cho các phế liệu từ cá ngừ như đầu, nội tạng, đuôi ở nhiệt độ 450C, tỷ lệ nước/nguyên liệu = 1/1, tỷ lệ enzyme 0,1%, pH tự nhiên, thời gian 12h. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy, độ thủy phân của đầu, nội tạng và đuôi lần lượt là 32,3%, 16,8% và 22,2%. Hiệu suất thu hồi nitơ trong các sản phẩm thủy phân từ đầu, nội tạng và đuôi lần lượt là 73,6%, 82,7%, 85,8% [57].
Ovissipour và cộng sự (2009) đã nghiên cứutối ưu hóa sự thủy phân phế liệu cá tầm bằng enzyme Alcalase. Kết quả nghiên cứu đã xác định được các điều kiện tối ưu là: 50°C, 120 phút. Chế độ thủy phân này cho sản phẩm thủy phân có hàm lượng protein tương đối cao (66,43%) và lipid thấp (1,34%) [60].
Ovissipour và cộng sự (2010) đã nghiên cứu sản xuất sản phẩm thủy phân protein từ đầu cá ngừ vây vàng Thunnus albacares sử dụng enzyme Alcalase và Protamex. Đầu cá ngừ vây vàng thu được từ quá trình sản xuất cá ngừ đóng hộp được thủy phân với các thông số sau: nồng độ enzyme sử dụng là 1,5%, pH tự nhiên, tỷ lệ nguyên liệu/nước (w / v) là 1:1. Kết quả cho thấy theo thời gian thủy phân thì độ thủy phân càng cao. Độ thủy phân, hàm lượng protein và axít amin trong sản phẩm thủy phân thu được khi sử dụng enzyme Alcalase cao hơn so với enzyme Protamex [61].
Slizyté và cộng sự (2005) khi nghiên cứu quá trình thủy phân nội tạng cá Tuyết bằng enzyme Neutrase với tỷ lệ 0,3%, thời gian thủy phân 1h, ở nhiệt độ 500C thì thu được bột protein thủy phân có hàm lượng ẩm 3,9%; protein thô 83,5%; lipid 3,0%; tro 12,4% [67].
Sathivel và cộng sự (2005) nghiên cứu thủy phân đầu cá hồi đỏ bằng các loại enzyme thương mại như Alcalase, Flavourzyme 500L, Palatase 2000L và Neutrase. Họ đã nghiên cứu ảnh hưởng của các loại enzyme khác nhau và thời gian thủy phân khác nhau (25, 50, 75 phút) đến tính chất chức năng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm thủy phân đầu cá hồi đỏ [68]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sylla và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nước đến quá trình thủy phân phế liệu cá bơn. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của 4 tỷ lệ nước khác nhau (10%, 25%, 50% và 100% so với nguyên liệu) đến quá trình thủy phân bằng enzyme Protamex được so sánh. Quá trình thủy phân được thực hiện ở pH = 6, nhiệt độ 400C, thời gian thủy phân là 6h [70].
Sathivel và cộng tác viên (2005) khi thủy phân đầu cá hồi bằng enzyme Alcalase (0,5%) ở nhiệt độ 500C, trong thời gian 75 phút thì thu được bột protein thuỷ phân có rất nhiều các thành phần axít amin trong đó hàm lượng Isoleucine (3,71g/100g protein), Phenylalanine (4,07g/100g protein), hàm lượng Leucine (6,69g/100g protein),và Lysine (7,39g/100g protein). Tổng số axít amin là 98,74 g/100g protein [74].
Vanessa và cộng sự (2012) đã nghiên cứu về tối ưu hóa sự thủy phân thịt vẹm bằng enzyme. Thịt vẹm đã được thủy phân bằng cách sử dụng Protamex. Các điều kiện tối ưu cho sự thủy phân thịt vẹm là pH = 6,85, nhiệt độ 510C, và tỷ lệ enzyme so với nguyên liệu là 4,5%. Dưới những điều kiện này độ thủy phân là 26,5% và hiệu suất thu hồi protein 65% [78].
Yang Xiu – min và cộng sự (2011) đã nghiên cứu tối ưu hóa quá trình sản xuất bột nêm từ sản phẩm thủy phân điệp. Với điều kiện thủy phân sò điệp được xác định như sau: Flavourzyme với liều lượng 1200AU/g nguyên liệu và tỷ lệ nguyên liệu /nước là 1:4 (g / ml) trong thời gian thủy phân 5 giờ ở nhiệt độ 450C. Dịch đạm thủy phân thu được đem phối trộn với muối, đường và bột ngột ở tỷ lệ thích hợp sau đó tối ưu hóa chế độ sấy phun bằng phương phương pháp bề mặt đáp ứng, thiết kế thí nghiệm theo Box – Benken. Sản phẩm bột nêm thu được có hàm lượng protein thô là