a) Ảnh hưởng đến cấu trúc
Thay đổi về cấu trúc của các vật liệu là một trong những nguyên nhân quan trọng làm giảm chất lượng sản phẩm. Bản chất và mức độ của các biện pháp xử lí rau quả trước khi sấy đều có ảnh hưởng đến cấu trúc của các sản phẩm sau khi hồi nguyên. Nguyên nhân là do sự hồ hóa của tinh bột, sự kết tinh của xenluloza và sự hình thành các sức căng bên trong do khác biệt về độ ẩm ở các vị trí khác nhau. Kết quả la sự tạo thành các vết nứt gãy, các tế bào bị nén ép vặn vẹo vĩnh viễn, làm cho sản phẩm có bề ngoài bị co ngót, nhăn nheo. Trong quá trình làm ướt trở lại sản phẩm hút nước chậm, không thể lấy lại hình dạng như ban đầu.
Các sản phẩm khác nhau có sự dao động về mức độ co ngót và khả năng hấp thụ nước trở lại. Sấy nhanh ở nhiệt độ cao làm cho cấu trúc bị thay đổi nhiều hơn so với sấy với tốc độ vừa phải ở nhiệt độ thấp. Trong quá trình sấy, các chất hòa tan di chuyển theo nước từ bên trong ra bề mặt ngoài của sản phẩm. Quá trình bay hơi làm cô đặc các chất tan ở bề mặt, kết hợp với nhiệt độ không khí (đặc biệt khi sấy trái cây, cá, thịt,…) gây ra các phản ứng lý hóa phức tạp của các chất tan ở bề mặt ngoài nên lớp vỏ cứng không thấm được. Hiện tượng này gọi là hiện tượng cứng vỏ (case hardening), làm giảm tốc độ sấy và làm cho sản phẩm có bề mặt khô, nhưng bên trong thì ẩm. Vì vậy cần kiểm soát nhiệt độ sấy để tránh chênh lệch ẩm quá cao giữa bên trong và bề mặt sản phẩm. Đối với kỹ thuật sấy lạnh hoàn toàn có thể giải quyết được vấn đề này. Hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ tương đối thấp cho nên quá trình khô của bề mặt vât liệu sẽ chậm hơn trong khi ẩm được lấy ra nhiều bằng sự chệnh lệch phân áp suất hơi ngoài bề mặt và bên trong vật liệu sấy.
b) Ảnh hường đến mùi vị
Nhiệt độ làm thất thoát các thành phần dễ bay hơi ra khỏi sản phẩm vì vậy phần lớn các sản phẩm sấy bị giảm mùi vị. Mức độ thất thoát phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu sấy, áp suất hơi nước và độ hòa tan của các chất bay hơi trong nước. Nhưng
sản phẩm có giá trị kinh tế cao nhờ vào đặc tính mùi vị (như gia vị) cần được sấy ở nhiệt độ thấp. Một số sản phẩm có kết cấu xốp tạo điều kiện cho oxi không khí dễ dàng tiếp xúc với sản phẩm, gây ra các phản ứng oxi hóa chất tan và chất béo trong quá trình bảo quản làm thay đổi mùi vị của sản phẩm.
Tốc độ của quá trình gây hư hỏng phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản và hoạt độ của nước. Phần lớn rau quả chỉ chứa một lượng nhỏ lipit. Tuy nhiên, sự oxi hóa các chất béo không no tạo ra các hydroperoxit tham gia vào các phản ứng polime hóa, phản ứng tách nước hoặc oxi hóa để tạo thành aldehit, Kenton và các axit gây mùi ôi thui khó chịu.
c) Ảnh hưởng đến màu sắc
Có nhiều nguyên nhân gây ra sự mất màu hay thay đổi màu trong sản phẩm sấy, như là: Sự thay đổi các đặc trưng bề mặt của sản phẩm gây ra sự thay đổi độ phản xạ ánh
sáng và màu sắc.
Nhiệt và sự oxi hóa trong quá trình sấy gây ra những biến đổi hóa học đối với carotenoit và clorophyl, cũng như hoạt động của enzim polyphenoloxidaza gây nên sự sẩm màu trong quá trình bảo quản các sản phẩm rau quả.
Có thể ngăn ngừa được những thay đổi này bằng các phương pháp chần hấp hoặc xử lý trái cây bằng axit ascorbic hoặc SO2.
d) Ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng
Các số liệu về sự thất thoát các chất dinh dưỡng của các tác giả thường không thống nhất, có thể do sự khác biệt đáng kể trong các quá trình chuẩn bị sấy, nhiệt độ và thời gian sấy, cũng như điều kiện bảo quản. Ở rau quả, thất thoát dinh dưỡng trong quá trình chuẩn bị thường vượt xa quá trình sấy. Ví dụ, thất thoát vitamin C trong quá trình chuẩn bị táo sấy (dạng khối) là 8% do quá trình cắt gọt, 62% do chần hấp, 10% do quá trình nghiền pu rê và 5% do quá trình sấy.
Vitamin có độ hòa tan trong nước khác nhau và khi quá trình sấy diễn ra, một vài loại (ví dụ: vitamin B2 riboflavin) đạt trạng thái bão hòa và kết tủa khỏi dung dịch, nhờ vậy chúng ít bị tổn thương. Một số khác, ví dụ: axit ascorbic, hòa tan ngay cả khi độ ẩm của sản phẩm hạ xuống đến mức rất thấp, chúng phản ứng với các chất tan với tốc độ càng lúc càng cao hơn trong quá trình sấy. Vitamin C cũng rất nhạy cảm với nhiệt và oxy hóa. Vì thế để tránh những thất thoát lớn cần sấy trong thời gian ngắn, nhiệt độ thấp, bảo quản ở độ ẩm thấp và nồng độ khí oxi thấp. Thiamin (Vit B1) cũng nhạy cảm với nhiệt, tuy nhiên các vitamin khác hòa tan trong nước bền với nhiệt và oxy hóa hơn
và tổn thất quá trình sấy hiếm khi vượt quá 5-10%, ngoại trừ thất thoát do quá trình chần hấp.
Sự tổn thất các vitamin có thể hạn chế đáng kể hoặc ngăn ngừa hoàn toàn khi sử dụng các phương pháp sấy nhanh và ôn hòa (như sấy phun), đặc biệt bằng phương pháp sấy thăng hoa đối với các nguyên liệu nghiền nát, nguyên chất dạng cắt nhỏ.
Các chất dinh dưỡng như chất béo (ví dụ: các axit béo không thay thế được và các vitamin A, D, E, K) phần lớn chứa trong phần chất rắn của sản phẩm và chúng không bị cô đặc trong khi sấy. Tuy nhiên nước là dung môi của các kim loại nặng, là những chất xúc tác của quá trình oxy hóa các chất dinh dưỡng không no. Khi nước bị mất, chất xúc tác trở nên hoạt động hơn và làm tăng tốc độ oxy hóa. Các vitamin tan trong chất béo bị biến đổi mất đi khi tiếp xúc với peroxit được sinh ra do sự oxy hóa chất béo. Để giảm thất thoát trong quá trình bảo quản người ta hạ thấp nồng độ oxy, nhiệt độ bảo quản và loại trừ ánh sang tiếp xúc với sản phẩm.
e) Ảnh hưởng đến sự hồi nguyên sản phẩm (rehydration)
Sản phẩm sau khi sấy không thể trở lại tình trạng ban đầu khi làm ướt trở lại. Sau khi sấy, tế bào bị mất áp suất thẩm thấu, tính thẩm thấu của tế bào bị thay đổi, các chất tan di chuyển, polysacarit kết tinh và protein tế bào bị đông tụ, tất cả góp phần vào sự thay đổi cấu trúc, làm thất thoát các chất dễ bay hơi và đây đều là những quá trình không thuận nghịch.
Nhiệt trong quá trình sấy làm giảm khả năng hydrat hóa tinh bột và tính đàn hồi của thành tế bào, làm biến tính protein, giảm khả năng giữ nước của chúng. Tốc độ và mức độ thấm nước trở lại có thể được dùng như chỉ số đánh giá chất lượng sản phẩm sấy. Những sản phẩm sấy trong những điều kiện tối ưu, ít hư hại hơn sẽ thấm ướt trở lại nhanh hơn, hoàn toàn hơn.
2.2 Các đặc tính hóa lý cơ bản của một số vật liệu sấy giàu vitamin ứng dụng công nghệ sấy lạnh
Bất kì một loại nông sản phẩm nào, trong thành phần của nó đều có chứa các nhóm hợp chất hữu cơ như protein, gluxit, lipid, vitamin, axit hữu cơ và các chất khoáng, các sắc tố v.v… với tỷ lệ khác nhau. Do đó muốn bảo quản tốt từng loại sản phẩm cần nghiên cứu kỹ thành phần hóa học và những biến đổi của nó dưới tác động của các nhân tố bên ngoài. Thông thường trong thành phần của chúng có chứa những hợp chất sau:
Tuyệt đại đa số nông sản phẩm đều có chứa một lượng nước nhất định, nó thay đổi tùy theo hình thái giải phẩu và trạng thái keo ưa nước trong tế bào sản phẩm. Có những loại chứa nhiều nước như rau quả tươi chứa 65-95% nước, hạt lương thực chứa tương đối ít hơn từ 11-20%. Nhưng nhìn chung trong tế bào các loại nông sản phẩm đều có chứa các dạng nước sau đây: (theo phân loại của viện sĩ P.A Rebinde)
Nước liên kết hóa học
Được đặc trưng bằng quan hệ định lượng rất chính xác giữa sản phẩm và nước. Đây
là loại liên kết rất bền vững. Ví dụ: Na3CO3.3H2O. Nếu muốn tách lượng nước này phải bằng cách đem nung lên hoặc bằng các tương tác hóa học khác.
Nước liên kết hóa lý
Kết hợp với vật liệu không theo một tỷ lệ nhất định. Nó bao gồm có nước hấp thụ,
nước thẩm thấu, nước cấu trúc. Muốn tách lượng nước này ra cần tiêu hao một năng lượng để biến nó thành thể hơi. Dạng nước này kém bền hơn.
Nước liên kết cơ học
Loại này kết hợp với sản phẩm không theo một lượng nhất định, chính là lượng nước
tự do trong sản phẩm đây là dạng kém bền vững nhất. Nó được chuyển dịch trong sản phẩm ở dạng thể lỏng. Muốn tách ra phải bằng cách sấy khô ở nhiệt độ 105oC.
Hàm lượng nước trong sản phẩm cao hay thấp có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và
khả năng bảo quản của chúng. Đối với những sản phẩm có hàm lượng nước cao, việc bảo quản khó khăn hơn vì nước chính là một môi trường thuận lợi để vi sinh vật hoạt động, làm cho chất lượng sản phẩm bị giảm xuống
b) Những hợp chất có Nitơ và sự biến đổi trong quá trình bảo quản
Protein là hợp chất chứa Nitơ chủ yếu trong nông sản phẩm và nó là thành phần dinh dưỡng chủ yếu của những sản phẩm có hạt. Nó có giá trị dinh dưỡng cao. Các loại sản phẩm khác nhau, hàm lượng protein chứa trong chúng khác nhau. Lúa chứa 7-10%, ngô 10-12%, cao lương 10-13%, đậu Hà Lan 22-26%, đậu tương 36-42%, càrốt 2% các loại quả chỉ dưới 1% (Tất cả tính theo % trọng lượng chất khô).
Trong thành phần protein có mặt đầy đủ các nhóm: albumin, prolamin, glutein, globulin.
- Trong albumin có chứa các axít amin không thay thế
- Prolamin cứ nhiều trong các cây hòa thảo, đặc biệt thành phần protein chứa trong hạt ngô thì nhóm này chủ yếu chiếm tới 50% đó là zein của ngô.
- Globulin có chứa nhiều trong hạt có dầu, hạt cây họ đậu như đậu tương, protein trong đậu tương. Protein trong đậu tương có đủ 8 axit amin không thay thế.
- Glutelin cũng là protein đặc trưng của hạt cây hòa thảo, đặc bệt người ta chú ý tới gluten của lúa mì.
Ở rau quả hàm lượng protein rất ít, chỉ chiếm khoảng 1-2%, thường chủ yếu ở các loại rau cao cấp như suplơ, càrốt, khoai tây… tuy vậy nó có giá trị dinh dưỡng rất cao. Trong quá trình bảo quản, nói chung Nitơ tổng số hầu như không thay đổi hoặc thay đổi rất ít, nhưng Nitơ protein hòa tan thay đổi khá nhiều, chúng phân giải thành các axit amin làm cho hàm lượng axit amin tăng lên. Do đó lượng Nitơ protein giảm xuống và Nitơ phiprotein trong quá trình này cũng tăng lên một cách rõ rệt. Trong những công trình nghiên cứu của Gasiorowski về hạt lúa mì bảo quản ở trạng thái tươi ẩm trong các kho kín hoàn toàn, ông đã phát hiện thấy sự tăng lên của hàm lượng Nitơ phiprotein sau 15 tuần lễ bảo quản.
2.3. Lý thuyết sấy rau quả
2.3.1. Quy trình xử lý trước khi sấy
Sấy rau quả thông thường được thực hiện ở 3 dạng chủ yếu: dạng nguyên (hoặc miếng); dạng bản mỏng và dạng bột hoặc nhũ tương. Tuỳ theo dạng sản phẩm, công nghệ sấy rau quả có sơ đồ chung như sau:
• Rau quả tươi sau khi rửa sạch được loại bỏ phần không đủ tiêu chuẩn, được phân cỡ theo kích thước, làm sạch, cắt miếng. Sau đó rau quả được chần (hấp), xử lý hoá chất. Tiếp theo, các hình thức sản phẩm khác nhau được chế biến theo các sơ đồ khác nhau. • Trong khi chần (hấp), do tác dụng của nhiệt và ẩm nên tính chất hoá lý của nguyên liệu bị biến đổi có lợi cho sự thoát nước khi sấy. Đồng thời vi sinh vật bị tiêu diệt và hệ thống enzim trong nguyên liệu bị mất hoạt tính, hạn chế tối đa khả năng biến màu trong khi sấy rau quả và rút ngắn thời gian sấy. Ngoài ra quá trình chần làm giảm độ hút ẩm của rau quả khô.
• Trong công nghiệp sấy rau quả, để ngăn ngừa quá trình oxy hoá làm biến màu rau quả khi sấy, người ta sử dụng các chất chống oxy hoá như axit sunfurơ, axit ascobic, axit xitric và các muối natri của axit Sunfurơ (như sunfit, bisunfit, metabisunfit, ...) để xử lý hoá chất cho rau quả trước khi sấy.
a) Nhiệt độ sấy
Yếu tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm rau quả khô là nhiệt độ sấy. Nếu nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 60 oC thì prôtêin bị biến tính. Nếu loại rau quả ít thành phần protêin thì nhiệt độ đốt nóng sản phẩm có thể lên đến 80-90 oC. Nếu tiếp xúc nhiệt trong thời gian ngắn như sấy phun thì nhiệt độ sấy có thể lên đến 150 oC. Đối với sản phẩm không chần như chuối, đu đủ thì có thể sấy nhiệt độ cao, giai đoạn đầu 90-100oC, sau đó giảm dần xuống.
Quá trình sấy còn phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt của vật liệu sấy. Nếu tốc độ tăng nhiệt quá nhanh thì bề mặt mặt quả bị rắn lại và ngăn quá trình thoát ẩm. Ngược lại, nếu tốc độ tăng chậm thì cường độ thoát ẩm yếu.
b) Độ ẩm không khí
Muốn nâng cao khả năng hút ẩm của không khí thì phải giảm độ ẩm tương đối của nó xuống. Có 2 cách làm giảm độ ẩm tương đối của không khí [19]
* Tăng nhiệt độ không khí bằng cách dùngcalorife.
* Giảm nhiệt độ không khí bằng cách dùng máy hút ẩm.
Thông thường khi vào lò sấy, không khí có độ ẩm 10 - 13%. Nếu độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm rau quả nứt hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình thoát hơi ẩm tiếp theo. Nhưng nếu độ ẩm quá cao sẽ làm tốc độ sấy giảm. Khi ra khỏi lò sấy, không khí mang theo hơi ẩm của rau quả tươi nên độ ẩm tăng lên (thông thường khoảng 40 - 60%). Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng lượng; ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm sấy. Người ta điều chỉnh độ ẩm của không khí ra bằng cách điều chỉnh tốc độ lưu thông của nó và lượng rau quả tươi chứa trong lò sấy.
c) Lưu thông của không khí
Trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức. Trong các lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (nhỏ hơn 0,4m/s), do vậy thời gian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta phải dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4 - 4,0 m/s trong các thiết bị sấy. Nếu tốc độ gió quá lớn (trên 4,0 m/s) sẽ gây tổn thất nhiệt lượng.[20]
d) Độ dày của lớp sấy
Độ dày của lớp rau quả sấy cũng ảnh hưởng đến quá trình sấy. Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều, nhưng nếu quá mỏng sẽ làm giảm năng
suất của lò sấy. Ngược lại, nếu quá dày thì sẽ làm giảm sự lưu thông của không khí, dẫn đến sản phẩm bị "đổ mồ hôi" do hơi ẩm đọng lại. Thông thường nên xếp lớp hoa quả trên các khay sấy với khối lượng 5 – 8 kg/m2 là phù hợp.[20]
2.4. Một số phương pháp sấy rau quảa) Phương pháp sấy bằng không khí a) Phương pháp sấy bằng không khí
Công việc này được tiến hành bằng cách trải rau quả lên các loại bề mặt ở ngoài trời để nhận ánh sang mặt trời trực tiếp. Tuy nhiên, sản phẩm có chất lượng kém do đó khó kiểm soát được vấn đề vệ sinh, điều chỉnh độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ sấy.
Người ta chế tạo máy sấy dung năng lượng mặt trời nhằm khắc phục những nhược