L ỜI CÁM ƠN
1.4. Cơ sở lí thuyết của quá trình sấy phun
1.4.1. Định nghĩa
- Định nghĩa sấy: Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu dưới tác dụng của nhiệt. Trong quá trình sấy, nước được tách ra khỏi vật liệu nhờ sự khuếch tán do:
+ Chênh lệch độẩm 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 thời gian bảo quản sản phẩm.
- 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 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…
* Ưu điểm của công nghệ sấy phun
Quá trình sấy nhanh.
Bột sau khi sấy có độ hòa tan cao (90- 100%), độẩm thấp (3- 5%).
Vận hành liên tục và có thể tự động hóa hoàn toàn.
Vận hành và bảo dưỡng đơn giản.
Thiết kế đa dạng cho từng loại sản phẩm, từng quy 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…
Vật liệu hầu như không tiếp xúc với bề mặt kim loại của thiết bị.
* Nhược điểm
Chi phí đầu tư cao.
Yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng.
Chi phí năng lượng cao hơn (để tách ẩm).
1.4.2. Nguyên lý của phương pháp s y phun
Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu từ chất lỏng hòa tan, nhũ tương, huyền
phù đã được cô đặc trước được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong
dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ khoảng 130 - 3000C 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 [9].
1.4.3. 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%.
Có rất nhiều chất trợ sấy có thể sử dụng trong quá trình sấy phun như
dextrin, maltodextrin, cyclodextrin. Tham khảo kết quả nghiên cứu của tác giả
Nguyễn Văn Tặng [10] nghiên cứu về ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình sản xuất trà actisô dạng viên sủi bọt có sử dụng hai chất trợ sấy là dextrin và
maltodextrin để nghiên cứu. Sau khi đánh giá về ảnh hưởng của chất trợ sấy đến quá trình sấy phun và chất lượng bột sản phẩm, cũng như đánh giá cảm quan của bột sau khi hòa tan, thì tác giả đã chọn ra được chất trợ sấy phù hợp là maltodextrin. Vì quá trình sấy khi sử dụng maltodextrin là chất trợ sấy thì diễn ra tốt hơn, lượng bột thu được nhiều hơn và chất lượng bột sản phẩm cũng tốt hơn so
với khi sử dụng dextrin làm chất trợ sấy.
Kết quả nghiên cứu của tác giả Hoàng Thị Lệ Hằng– Viện nghiên cứu rau quả [5] nghiên cứu sản xuất bột uống liền từ dịch trích ly lá dâu tằm cũng sử dụng các chất trợ sấy là maltodextrin, cyclodextrin, isomalt thì tác giả cũng chọn chất trợ
sấy là maltodextrin.
Ngoài ra còn có nghiên cứu của tác giả Bùi Huy Chích [2] nghiên cứu thủy phân carrageenan từ rong sụn bằng enzyme amylase và ứng dụng vào sản xuất trà uống hòa tan cũng có kết quả tương tự là sử dụng maltodextrin làm chất trợ sấy.
- Nhiệt độ tác nhân sấy: Đây là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ ẩm của sản phẩm sau khi sấy. 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.
- 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.
1.4.4. Cấu tạo chung của thiết bị sấy phun
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.
a) b)
Hình 1.13. Cơ cấu phun
a- Cơ cấu phun áp lực; b- Cơ cấu phun bằng khí động
+ 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.
Hình 1.14. Buồng sấy
+ Tác nhân sấy: Không khí nóng là tác nhân sấy thông dụng nhất. Hơi nóng
là tác nhân gia nhiệt phổ biến nhất. Nhiệt độ của hơi sử dụng thường dao động trong khoảng 150-2500C.
+ Hệ thống thu hồi sản phẩm: Bột sau khi sấy phun được thu hồi tại cửa đáy buồng sấy.
+ 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 sẽảnh 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 cyclone [9].
1.4.5. Máy sấy phun SD- 05
Hình 1.15. Máy sấy phun SD- 05
Khái quát và phạm vi ứng dụng:
Máy sấy phun SD- 05 đặt tại phòng thí nghiệm Công nghệ thực phẩm. Buồng sấy được làm bằng thủy tinh, cyclone được làm bằng thép không gỉ.
Máy sấy phun SD- 05 có thể sử dụng để sấy phun nhiều dạng sản phẩm khác
nhau như sữa bột, cà phê, trứng, ngũ cốc, gia vị, hương liệu, tinh bột…
Đặc tính của máy:
- Nguyên liệu đầu vào của máy ở dạng lỏng, dạng huyền phù, dạng phân tán, mịn. - Sản xuất được sản phẩm với các kích thước khác nhau có thể điều chỉnh được. - Dễ dàng quan sát được quá trình sấy khô và trạng thái của sản phẩm. - Dễ dàng lắp ráp và làm sạch các bộ phận, thiết bị.
Nguyên lý hoạt động:
a b
Hình 1.16. Sơ đồ nguyên lí hoạt động của máy sấy phun SD- 05 a: Sơ đồ đường đi của không khí sấy b: Sơ đồ đường đi của mẫu sấy
Không khí được hút vào máy qua đường (1), sau đó được đun nóng tại bộ
phận đun nóng (2), dòng khí nóng được đưa đến buồng sấy qua (3). Vòi phun phun dịch ở dạng sương mù vào buồng sấy, tại đây dung dịch cần sấy được sấy khô nhờ
dòng không khí nóng. Cyclon (4) tách các hạt đã được sấy ra khỏi buồng sấy và hỗn hợp khí, tại đầu ra của cyclon được trang bị một ống thoát khí thải (5). Nhiệt độ
không khí ở đầu ra và đầu vào của buồng sấy được đo bằng cảm biến nhiệt độ
(6),(7). Sản phẩm của quá trình sấy được thu ở phía dưới của cyclone (8).
Việc bố trí cơ chế sấy phun được thể hiện ở Hình 1.16b. Bao gồm một bình A chứa dịch mẫu cần sấy. Một bơm nhu động B chuyển mẫu từ A đến vòi phun C.
D và E là cơ cấu nối với vòi phun để cung cấp khí nén và nước làm mát. Các thông số kĩ thuật của máy sấy phun được thể hiện ở Bảng 1.7
Bảng 1.7. Thông số kĩ thuật của máy sấy phun SD- 05 [12]
Khoảng nhiệt độ không khí vào 40 đến trên 2500C Lượng không khí sấy Từ 38 đến 73 m3/h Công suất nhiệt 3 KW Máy nén 1,4 m 3 /h tại áp suất 1 bar đến 6,25 m3/h tại áp suất 4 bar
Lưu lượng mẫu Bơm nhu động với tốc độ dòng chảy lên tới 65 ml/phút
Kim chông tắc Có thể thay đổi tần số của kim chông tắc với khí nén cung cấp tách rời áp suất 3 bar
Hệ thống vòi phun Hai vòi phun chất lỏng với áp lực cao có đường kính tiêu chuẩn là 0,5 mm và các túy chọn đường kính lớn hơn.
Vòi phun/ dòng không khí nóng Điều chỉnh theo thông số hiện tại Dòng điện cung cấp 220/250 V- 50/60 Hz- 13A
Kích thước 1050x620x500 mm (H×W×D) Khối lượng tịnh 73/117 Kg
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.1.1. Rau má
Rau má được mua tại chợ Vĩnh Hải. Rau má được chọn mua không quá non
hay quá già, lá to đều đặn, tươi và không bị giập nát, không bị hư hỏng do sâu bệnh hay do vận chuyển, bảo quản.
Hình 2.1. Hình ảnh rau má
2.1.2. Đậu nành
Nguyên liệu đậu nành được mua ở chợ Vĩnh Hải - Nha Trang. Đậu nành
được chọn mua có hạt màu vàng, hình oval. Các hạt có kích thước tương đối đều nhau, không bị sâu mọt, mốc, tạp chất.
2.1.3. Đường tinh luyện
Đường được bổ sung vào sản phẩm là đường kính trắng tinh luyện của công
ty đường Biên Hòa. Đường đạt các chỉ tiêu cảm quan sau:
- Hình dạng: dạng tinh thể tương đối đều, tơi khô, không vón cục - Mùi, vị: Vị ngọt, không có mùi lạ
- Màu sắc: các tinh thể đường có màu sắc óng ánh. Khi pha trong dung dịch
nước cất thì trong suốt.
Đường tinh luyện đạt tiêu chuẩn kỹ thuật Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6958: 2001), với các tiêu chuẩn kỹ thuật cụ thể của sản phẩm như sau:
- Đường Sac: ≥ 99,9
- Độẩm: ≤ 0,04 %
- Tạp chất không tan ≤ 10 ppm
2.1.4. Maltodextrin
- Mục đích sử dụng: làm chất hỗ trợ cho quá trình sấy, làm tăng dinh dưỡng cho sản phẩm.
- Sử dụng maltodextrin mua tại công ty Cổ phần phát triển Khoa Học Công nghệ Mỹ Úc, 783/40 Cách Mạng Tháng 8 Phường 6, Quận Tân Bình, Thành Phố
Hồ Chí Minh.
2.1.5. Nước
Nước được sử dụng để làm thí nghiệm được cung cấp từ hệ thống nước máy của thành phố Nha Trang đảm bảo tiêu chuẩn theo quyết định 1329/2002/BYT/QĐ
của bộ Y tế.
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Xác định thành phần hóa học của rau má. - Xác định thành phần hóa học của đậu nành. - Xác định thời gian hấp rau má.
- Xác định tỉ lệ nước bổ sung khi xay rau má và thời gian xay phù hợp. - Xác định tỉ lệ phối trộn đậu nành.
- Xác định các thông số thích hợp cho quá trình sấy: nhiệt độ sấy, tỉ lệ
maltodextrin bổ sung, tốc độ bơm.
- Xác định tỉ lệ phối trộn đường.
- Xây dựng quy trình sản xuất thử nghiệm.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp phân tích hóa lí
- Xác định hàm ẩm bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi. - Xác định hàm lượng tro tổng số bằng phương pháp nung.
- Xác đinh hàm lượng protein của đậu nành.
- Xác định hàm lượng đường bằng phương pháp Bertrand.
- Hiệu suất thu hồi sản phẩm: tính bằng % tổng lượng chất khô trong sản phẩm và tổng lượng chất khô trong dịch nhập liệu.
2.3.2. Phương pháp xử lí số liệu
Mỗi thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Kết quả là trung bình của các lần thí nghiệm. Xử lí số liệu trên Microsoft Excel 2007 và SPSS 16.0.
2.3.3. Phương pháp phân tích vi sinh
- Xác định tổng số vi sinh vật hiếu khí theo TCVN 4884: 2005. - Xác định S.aureus, theo TCVN 6848: 2007.
- Xác định E.coli, theo TCVN 6846: 2007.
- Xác định tổng số bào tử nấm men- nấm mốc, theo TCVN 5166: 1990.
2.3.4. Phương pháp phân tích cảm quan
Đánh giá cảm quan bằng phương pháp cho điểm theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3215-79.
Theo tiêu chuẩn (TCVN 3215-79) sử dụng hệ 20 điểm xây dựng trên một thang thống nhất có 6 bậc (từ 0- 5) và điểm 5 là cao nhất cho một chỉ tiêu [11].
Bảng 2.1. Bảng điểm cảm quan nước pha rau má đậu nành Tên chỉ tiêu Điểm chưa có trọng lượng Mô tả Màu 5 4 3 2 1 0
Màu xanh lục hơi nhạt, đều màu Màu xanh lục nhạt, ít đều màu Màu xanh lục rất nhạt, ít đều màu Màu xanh lục rất nhạt, không đều màu
Màu vàng nâu hơi xanh nhạt
Màu nâu hơi xanh nhạt
Mùi 5 4 3 2 1 0
Mùi thơm rau má đậu nành, đường nấu đặc trưng, hài
hòa
Có mùi thơm rau má đậu nành đường đặc trưng, ít hài
hòa
Có mùi rau má đậu nành nhưng không hài hòa
Mùi hơi khét, vẫn còn mùi rau má đậu nành
Mùi hơi khét, ít có mùi rau má đậu nành Mùi khét, không nhận rõ mùi rau má đậu nành
Vị 5 4 3 2 1 0
Vị béo, ngọt, hài hòa Vị béo, ngọt, ít hài hòa Vị béo, ít ngọt, hơi đắng Vị ít béo, ít ngọt, hơi đắng Vị ít béo, ít ngọt, đắng Không béo, ngọt gắt, rất đắng Trạng thái 5 4 3 2 1 0 Hơi đục, đồng nhất
Hơi đục, tương đối đồng nhất
Hơi đục, ít đồng nhất
Hơi đục, bị lắng cặn
Đục, bị lắng cặn
2.4. Bố trí thí nghiệm
2.4.1. Sơ đồ quy trình dự kiến
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình công nghệ dự kiến
Rau má Đậu nành
Lọc thu dịch
Bóc tách vỏ
Ngâm
Hấp
Làm nguội Xay nhuyễn
Xay nhỏ Lọc thu dịch Phối trộn Sấy phun Làm sạch Nấu Phối trộn đường Bao gói Sản phẩm
Thuyết minh quy trình:
- Nguyên liệu: Nguyên liệu rau má được mua về phải đảm bảo rau không bị
giập nát,ít hư hỏng, không bị sâu bệnh, rau không quá già hay quá non. Đậu nành phải có chất lượng tốt, không bị sâu mọt, nấm mốc, tỉ lệ hư hỏng thấp.
Đối với rau má:
- Xử lí: Rau má mua về được loại bỏ những phần hư hỏng, bỏ gốc, rễ… Sau
đóđược rửa sạch để loại bỏ tạp chất và một phần vi sinh vật.
- Hấp: Nhằm mục đích giữ màu cho sản phẩm sau này, tiêu diệt vi sinh vật, giảm mùi hăng của rau. Ngoài ra làm giảm mức độ liên kết của tế bào tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phá vỡ tế bào ở công đoạn xay.
- Làm nguội: Rau sau khi hấp có nhiệt độ cao do đó cần làm nguội để giảm nhiệt độ của rau xuống tránh sựtăng nhiệt độ quá mức ở công đoạn xay.
- Xay: Nhằm mục đích phá vỡ tế bào giải phóng chất tan ra ngoài đồng thời nhờ nước hòa tan các chất tạo dung dịch chứa chất tan. Quá trình xay được thực hiện bằng máy xay sinh tố.
- Lọc: Nhằm mục đích tách các chất không tan ra khỏi dung dịch sau khi xay. Tiến hành dùng vải lọc để lọc thu dịch.
Đối với đậu nành:
- Ngâm: Nhằm mục đích làm hạt đậu hút nước, trương nở. Khi hạt đậu bị trương, các phân tử nước có tính luỡng cực tấn công vào các liên kết của các phân tử trong hạt đậu như đạm, chất béo, glucid, cellulose… tạo điều kiện thuận lợi cho