Tài liệu Nghiên cứu thử nghiệm quy trình sản xuất sản phẩm rong nho biển sấy khô bằng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh

LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn ñến Ban giám hiệu Trường ðại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm khoa Chế biến và quý thầy cố giáo ñã tận tình giảng dạy em trong suốt thời gian học tại trường. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy Nguyễn Trọng Bách người ñã trực tiếp hướng dẫn, giúp ñỡ, chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu ñể em hoàn thành tốt ñề tài này. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia ñình và bạn bè luôn luôn bên cạnh em, chăm sóc, ñộng viên và tạo ñiều kiện tốt trong suốt thời gian em học tập và thực hiện ñề tài. Nha Trang, tháng 6 năm 2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thái Hà MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN ..........................................................................................1 1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG NHO ............................................................................. 1 1.1.1 Giới thiệu chung về rong Nho.........................................................................1 1.1.2 Thành phần dinh dưỡng của rong Nho ...........................................................2 1.2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY................................................................... 3 1.2.1 Lý thuyết về quá trình sấy..............................................................................3 1.2.1.1 ðặc ñiểm quá trình sấy...................................................................................... 3 1.2.1.2 Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu ....................................................... 5 1.2.1.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tốc ñộ sấy .............................................................. 6 1.2.1.4 Một số phương pháp sấy .................................................................................. 7 1.2.2 Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh..................................10 1.2.2.1 Giới thiệu về sấy bức xạ hồng ngoại ............................................................... 10 1.2.2.2 Sấy ñối lưu lạnh ............................................................................................... 13 1.2.2.3 Sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh .................................................................... 14 1.2.3 Những biến ñổi của nguyên liệu trong quá trình làm khô .............................16 1.2.3.1 Những biến ñổi cảm quan ............................................................................... 16 1.2.3.2 Những biến ñổi về hóa học ............................................................................. 17 1.3. TỔNG QUAN MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ðẾN ðỀ TÀI ......................................................................................... 18 1.3.1. Các nghiên cứu ngoài nước..........................................................................18 1.3.2. Các nghiên cứu trong nước .........................................................................18 PHẦN II: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................21 2.1. ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................... 21 2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .............................................................................. 21 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................................... 22 2.3.1. Quy trình nghiên cứu dự kiến sản xuất sản phẩm rong Nho sấy khô............22 2.3.1.1 Sơ ñồ quy trình ................................................................................................. 22 2.3.1.2 Thuyết minh quy trình..................................................................................... 23 2.3.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu .......................................................................23 2.3.3. Phương pháp ñánh giá chất lượng sản phẩm ..............................................23 2.3.3.1 Xác ñịnh ñộ ẩm trong quá trình sấy ................................................................ 23 2.3.3.2 Phương pháp ñánh giá cảm quan ..................................................................... 24 2.3.3.3 Phương pháp so màu ........................................................................................ 28 2.3.3.4 Phương pháp xác ñịnh hoạt ñộ nước của sản phẩm ....................................... 29 2.3.3.5 Phương pháp phân tích vi sinh ........................................................................ 31 2.3.4. Bố trí thí nghiệm..........................................................................................32 2.3.4.1 Bố trí thí nghiệm xác ñịnh chế ñộ rửa tối ưu .................................................. 32 2.3.4.2 Bố trí thí nghiệm xác ñịnh chế ñộ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh tối ưu ...................................................................................................................... 33 2.3.4.3 Sơ ñồ bố trí thí nghiệm xác ñịnh ñộ hút nước trở lại của sản phẩm ........... 34 PHẦN III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.....................................35 3.1. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CHỌN CHẾ ðỘ RỬA THÍCH HỢP ............... 35 3.2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CHỌN CHỆ ðỘ SẤY BỨC XẠ HỒNG NGOẠI KẾT HỢP SẤY LẠNH TỐI ƯU................................................................... 36 3.2.1. Sự biến ñổi ñộ ẩm của rong Nho khô theo thời gian sấy khi sấy ở các nhiệt ñộ khác nhau.................................................................................................36 3.2.1.1 Sự biến ñổi ñộ ẩm của rong Nho theo thời gian sấy khi sấy ở các nhiệt ñộ khác nhau với cùng vận tốc gió 1m/s ..................................................................... 36 3.2.1.2 Sự biến ñổi ñộ ẩm của rong Nho theo thời gian sấy khi sấy ở các nhiệt ñộ khác nhau với cùng vận tốc gió 1,5m/s .................................................................. 37 3.2.1.3 Sự biến ñổi ñộ ẩm của rong Nho theo thời gian sấy khi sấy ở các nhiệt ñộ khác nhau với cùng vận tốc gió 2m/s ..................................................................... 39 3.2.2. Sự biến ñổi ñiểm chất lượng cảm quan của rong Nho theo nhiệt ñộ sấy .....40 3.2.2.1 Chất lượng cảm quan của rong Nho theo nhiệt ñộ sấy ở vận tốc gió 1m/s ................................................................................................................................ 40 3.2.2.2 Chất lượng cảm quan của rong Nho theo nhiệt ñộ sấy ở vận tốc gió 1,5m/s ............................................................................................................................ 41 3.2.2.3 Sự biến ñổi ñiểm chất lượng cảm quan của rong Nho theo nhiệt ñộ sấy ở vận tốc gió 2m/s ......................................................................................................... 42 3.2.3. Sự biến ñổi tỷ lệ hút nước phục hồi............................................................43 3.2.4 So sánh màu sắc của các mẫu sấy với rong Nho tự nhiên ............................44 3.2.5. Kết quả xác ñịnh hoạt ñộ nước của sản phẩm..............................................46 3.2.6. Kết quả phân tích vi sinh sản phẩm.............................................................46 3.2.7. Kết luận chung...........................................................................................47 3.3. SO SÁNH MẪU PHƠI NẮNG VỚI MẪU SẤY ........................................... 47 3.3.1. So sánh sự biến ñổi ñộ ẩm của mẫu phơi nắng và mẫu sấy..........................47 3.3.2. So sánh chất lượng cảm quan mẫu sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh với mẫu phơi nắng .........................................................................................48 3.4. SƠ BỘ HẠCH TOÁN CHI PHÍ THỰC NGHIỆM ........................................... 49 3.5. ðỀ XUẤT QUY TRÌNH SẢN XUẤT SẢN PHẨM RONG NHO SẤY KHÔ ............................................................................................................................... 50 3.5.1 Sơ ñồ quy trình .............................................................................................50 3.5.2 Thuyết minh quy trình ..................................................................................51 Kết luận và ñề xuất ý kiến .....................................................................................52 1. Kết luận ..................................................................................................................... 52 2. ðề xuất ý kiến ........................................................................................................... 52 Tài liệu tham khảo.................................................................................................53 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của rong Nho.....................................................3 Bảng 2.1:Bảng mô tả ñiểm cho sản phẩm rong Nho sấy khô..................................25 Bảng 2.2: Bảng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm rong Nho sấy khô: .................................................................................................................27 Bảng 2.3: Bảng quy ñịnh các cấp chất lượng cho sản phẩm thực phẩm theo TCVN 3215-79 .................................................................................................................28 Bảng 2.4: Yêu cầu vi sinh ñối với các sản phẩm rau quả sấy khô theo ...................31 Bảng 3.1 : ðộ hút nước phục hồi ...........................................................................43 Bảng 3.2: Hoạt ñộ nước của sản phẩm...................................................................46 Bảng 3.3: Bảng kết quả vi sinh thực phẩm.............................................................46 Bảng 3.4: Hao hụt trọng lượng của nguyên liệu qua các công ñoạn .......................49 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Thân ñứng rong Nho................................................................................1 Hình 1.2:Tủ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh .................................................15 Hình 2.1: Cành rong Nho.......................................................................................21 Hình 2.2: Sơ ñồ quy trình nghiên cứu dự kiến sản xuất..........................................22 sản phẩm rong Nho sấy khô...................................................................................22 Hình 2.3: Giới hạn hoạt ñộ nước phát triển của các loại vi sinh vật........................31 Hình 2.4: Sơ ñồ bố trí thí nghiệm xác ñịnh chế ñộ rửa tối ưu ................................32 Hình 2.5: Sơ ñồ bố trí thí nghiệm xác ñịnh chế ñộ sấy tối ưu .................................33 Hình 2.6: Sơ ñồ bố trí thí nghiệm xác ñịnh ñộ hút nước trở lại...............................34 Hình 3.1: Biểu ñồ biểu diễn ảnh hưởng của nồng ñộ muối trong nước rửa.............35 Hình 3.2: Biểu ñồ biểu diễn sự biến ñổi hàm ẩm theo thời gian sấy khi sấy ở ........36 Hình 3.3: Biểu ñồ biểu diễn sự biến ñổi hàm ẩm theo thời gian sấy khi sấy ở ........38 Hình 3.4: Biểu ñồ biểu diễn sự biến ñổi hàm ẩm theo thời gian sấy khi sấy ở .......39 Hình 3.5: Biểu ñồ biểu diễn chất lượng cảm quan của các mẫu theo ......................40 Hình 3.6: Biểu ñồ biểu diện chất lượng cảm quan của các mẫu theo ......................41 Hình 3.7: Biểu ñồ biểu diễn sự biến ñổi chất lượng cảm quan của các mẫu ...........42 Hình 3.8: So sánh tỷ lệ hút nước phục hồi các chế ñộ sấy ......................................44 Hình 3.9: Biểu ñồ biểu diễn ñộ bóng (L*) của các mẫu thí nghiệm........................45 Hình 3.10: Biểu ñồ biểu diễn giá trị màu của các mẫu thí nghiệm..........................45 Hình 3.11: Biểu ñồ biểu diễn sự biến ñổi ñộ ẩm theo thời gian ..............................47 Hình 3.12: Biểu ñồ so sánh ñiểm cảm quan giữa mẫu cảm quan giữa ....................48 Hình 3.13: Sơ ñồ quy trình sản xuất sản phẩm rong Nho sấy khô ..........................50 Lời mở ñầu Rong Nho (Caulerpa lentillifera) là một trong những loại rong mới ñược du nhập và trồng ở Việt Nam trong thời gian gần ñây. Rong Nho là loại rong có giá trị dinh dưỡng cũng như giá trị kinh tế rất cao. Rong Nho hiện nay chủ yếu ñược xuất khẩu trực tiếp sang thị trường Nhật Bản. Tuy nhiên một trong những hạn chế rất lớn khi xuất khẩu rong Nho tươi là thời gian bảo quản của rong tươi rất ngắn chỉ khoảng 7 ñến 10 ngày. Hiện nay có rất ít phương pháp bảo quản rong Nho và các phương pháp này cũng chưa thực sự hiểu quả, vì vậy việc nghiên cứu một phương pháp hiểu quả ñể bảo quan loại rong này là rất cần thiết. Xuất phát từ yêu cầu thực tế tôi chọn nghiên cứu ñề tài “Nghiên cứu thử nghiệm quy trình sản xuất sản phẩm rong Nho biển sấy khô bằng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh” với mục ñích: − Nâng cao giá trị sử dụng của rong Nho − Tăng thời gian bảo quản cho sản phẩm − Tạo thuận lợi trong quá trình vận chuyển Mục tiêu của ñề tài là tìm ra quy trình sản xuất sản phẩm rong Nho khô bằng phương pháp sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh ñể sản xuất ra mặt hàng phù hợp khẩu vị người tiêu dùng trong và ngoài nước, ñạt yêu cầu về sinh an toàn thực phẩm, có giá thành kinh tế hợp lý. Việc nghiên cứu thành công ñề tài sẽ có ý nghĩa thực tế: - ðảm bảo chất lượng sản phẩm - Giúp rong nho Việt Nam phát triển ra các thị trường ngoài nước - Giúp giải quyết ñầu ra cho cây rong nho - Tạo ñiều kiện phát triển ngành trồng rong nho ở Việt Nam. 1 PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ RONG NHO 1.1.1 Giới thiệu chung về rong Nho Rong Nho có tên khoa học là Caulerpa lentilifera thuộc bộ rong Cầu lục Caulerpales, ngành rong Lục Chlorophyta, do hình dạng và có giá trị cao, chúng còn ñược gọi là trứng cá Hồi xanh (green Caviar) hoặc Nho biển (Sea grapes). ðây loài rong Lục phân bố ở vùng biển ấm Thái Bình Dương (Philippin, Java, Micronesia, Bikini…), ở những vũng vịnh kín sóng, nước trong. Rong Nho có ñặc ñiểm mềm, dòn và ngon nên rất ñược ưa chuộng, sử dụng như một loại rau xanh. ðó là nguồn cung cấp rất tốt các vitamin A, C và các khoáng vi lượng cần thiết như sắt, I-ốt, can xi. Một số tài liệu còn ñề cập ñến chúng có khả năng kháng khuẩn, kháng nấm, có thể ngừa bệnh cao huyết áp và thấp khớp [10]. Hình 1.1: Thân ñứng rong Nho 2 Rong Nho mọc trên nền ñáy là ñất bùn cát, tại vùng biển có ñộ mặn cao, ở những vùng vịnh kín sóng, nước trong. Rong Nho chỉ có thể phát triển ở nhiệt ñộ nóng, với nhiệt ñộ dưới 200C, rong Nho có thể ngừng phát triển. Rong Nho có khả năng tăng trưởng rất nhanh, mỗi ngày dài thêm khoảng 2cm. Trong môi trường nhiều chất hữu cơ, rong Nho càng phát triển mạnh. Sau 2 tháng nuôi trồng, rong Nho có thể thu hoạch. Công ñoạn xử lý sau thu hoạch chủ yếu là giữ cho rong Nho ñạt ñược ñộ cứng. Khi thu hoạch, rong Nho cần ñược rửa sạch nước biển, cắt bỏ phần nhánh và rễ. Phần giống như chùm nho ñể ñạt ñược thành thương phẩm, phải có chiều dài trên 5cm. Rong tươi có thể lưu hành trên thị trường trong vòng 5 ngày ñến 1 tuần. Ngoài lợi ích tạo ra ñược nguồn thực phẩm bổ dưỡng, có giá trị cao , trồng rong Nho còn có thể làm sạch môi trường nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ và làm giảm mức ñộ ô nhiễm môi trường nước ở các khu vực ñó. ðặc biệt, sau khi ñược sử dụng làm tác nhân chống ô nhiễm môi trường, rong Nho vẫn có khả năng sử dụng bình thường, không ñộc ñối với người sử dụng [10]. Do nhu cầu tiêu thụ trên thế giới tăng nhanh trong những năm gần ñây, cho nên cùng với khai thác tự nhiên, việc nuôi trồng loài rong này cũng ñã phát triển ở các nước Nhật Bản, Philippin, Thái Lan,... Ở Việt Nam, Nguyễn Hữu ðại và cộng sự (Viện Hải dương học) cũng ñã tìm thấy chúng tại ñảo Phú Quý (Bình Thuận), mọc rải rác xen kẻ ở gốc của các loài rong Lục khác, nhưng có kích thước khá nhỏ so với rong ñược nuôi trồng hiện nay. Trong những năm gần ñây rong Nho ñã ñược nhu nhập vào Việt Nam và trồng với quy mô công nghiệp ở một số tỉnh như Phan Thiết tỉnh Bình Thuận, Ninh Hòa, Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa. Rong Nho có tốc ñộ phát triển nhanh, mỗi ñợt nuôi từ 20 ñến 30 ngày là cho thu hoạch nên rất thuận lợi trong kinh doanh. Do ñây là loại rong có giá trị kinh tế cao dễ trồng nên trong tương lai sẽ ñược trồng rỗng rãi tại các vùng ven biển nước ta. 1.1.2 Thành phần dinh dưỡng của rong Nho Rong Nho biển là thức ăn ngon, bổ dưỡng, trang trí ñẹp trên những món ăn khác và ñặc biệt chúng hỗ trợ chữa một số bệnh như bệnh huyết áp, bệnh tiểu ñường, bệnh ñường ruột, bướu cổ… Rong Nho biển ñược ăn như một loại rau trong 3 các món lẩu, có thể nấu canh hoặc ăn như rau sống hay rau gia vị. Phần thân non giòn có thể làm các món gỏi giống như các loại rong biển khác. Chất Caulerparine trong rong này có tác dụng kích thích ăn ngon miệng. Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng của rong Nho. Thành Phần Nước Iod Vitamin C Tro Hàm lượng 94,82% 17,35 µg/g 1,76 µg/g 1,47% Hiện nay người ta dùng rong Nho biển như một loại mỹ phẩm tự nhiên, khi ñắp lên mặt hoặc toàn thân sẽ có tác dụng tẩy tế bào chết, làm sạch bề mặt da và lỗ chân lông, cung cấp Vitamin làm cho da mịn và trắng tự nhiên. Chất Caulerparine còn có tác dụng gây tê nhẹ làm phục hồi sức khoẻ nhanh chóng sau những chuyến ñi dài hoặc tập luyện thể thao [8]. 1.2 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.2.1 Lý thuyết về quá trình sấy Sấy là một phương pháp bảo quản thực phẩm ñơn giản, an toàn và dễ sử dụng, nó làm giảm ñộ ẩm của thực phẩm ñến mức cần thiết, do ñó vi khuẩn, nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt ñộng ñược. Sấy cũng làm giảm hoạt ñộ của các enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm. Sấy là quá trình làm khô các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nước. Trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao ñổi nhiệt và trao ñổi chất cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy. Qúa trình truyền ẩm từ trong vật sấy vào môi trường. Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra ñồng thời trên vật sấy, chúng có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau [2] [3]. 1.2.1.1 ðặc ñiểm quá trình sấy ðặc ñiểm của quá trình sấy ñối với vật thể có ñộ ẩm tương ñối cao, nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ sấy chuyển ñộng của không khí không quá lớn xảy ra theo ba giai ñoạn ñó là giai ñoạn làm nóng vật, giai ñoạn sấy tốc ñộ không ñổi, giai ñoạn tốc ñộ sấy giảm dần. ðối với các trường hợp sấy với ñiều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai ñoạn nhưng các giai ñoạn có thể ñan xen khó phân biệt hơn. 4 Giai ñoạn làm nóng vật Giai ñoạn này bắt ñầu từ khi ñưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt ñộ vật ñạt ñược bằng nhiệt ñộ kế ước. Trong quá trình sấy này toàn bộ vật ñược gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật ñược gia nhiệt cho ñến khi ñạt ñược nhiệt ñộ sôi ứng với phần áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy. Do ñược làm nóng nên ñộ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt ñộ của vật thì tăng dần cho ñến khi bằng nhiệt ñộ kế ước. Tuy vậy, sự tăng nhiệt ñộ trong quá trình xảy ra không ñều ở phần ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật ñạt ñến nhiệt ñộ kế ước chậm hơn. ðối với vật dễ sấy thì giai ñoạn này làm nóng vật xảy ra nhanh. Giai ñoạn sấy tốc ñộ không ñổi Kết thúc giai ñoạn gia nhiệt, nhiệt ñộ vật bằng nhiệt ñộ kế ước. Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hoá hơi còn nhiệt ñộ của vật giữ không ñổi nên nhiệt cung cấp chỉ ñể làm hóa hơi. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật ñể hóa hơi. Do nhiệt ñộ không khí nóng không ñổi, nhiệt ñộ vật cũng không ñổi nên chênh lệch nhiệt ñộ giữa vật và môi trường cũng không ñổi. ðiều này làm cho tốc ñộ giảm của ñộ chứa ẩm vật theo thời gian cũng không ñổi, có nghĩa là tốc ñộ sấy không ñổi. Giai ñoạn sấy tốc ñộ giảm dần Kết thúc giai ñoạn sấy tốc ñộ không ñổi ẩm tự do ñã bay hơi hết, còn lại trong vật là ẩm liên kết. Năng lượng ñể bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và càng tăng lên khi ñộ ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy tốc ñộ bay hơi ẩm trong giai ñoạn này nhỏ hơn giai ñoạn sấy tốc ñộ không ñổi có nghĩa là tốc ñộ sấy trong giai ñoạn này nhỏ hơn và càng giảm ñi theo thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp diễn, ñộ ẩm của vật càng giảm, tốc ñộ sấy cũng giảm cho ñến khi ñộ ẩm của vật bằng ñộ ẩm cân bằng với ñiều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa là tốc ñộ sấy bằng không. 5 1.2.1.2 Sự khuếch tán của nước trong nguyên liệu Dưới sự ảnh hưởng của các nhân tố lý học như: hấp thụ nhiệt, khuếch tán , bay hơi,…làm nước trong vật liệu tách ra ngoài, ñây là một quá trình rất phức tạp gọi là làm khô. Sự khuếch tán của nước từ nguyên liệu ra môi trường có 2 quá trình: Quá trình khuếch tán ngoại Là sự dịch chuyển của hơi nước trên bề mặt nguyên liệu vào không khí. Lượng nước bay hơi vào trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện ñược dưới ñiều kiện áp suất hơi nước bão hoà trên bề mặt nguyên liệu lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí [6]. Quá trình khuếch tán nội Do sự chênh lệch ñộ ẩm giữa các lớp tạo nên sự chuyển ñộng của hàm ẩm ở trong nguyên liệu từ lớp này sang lớp khác ñể tạo sự cân bằng gọi là khuếch tán nội. ðộng lực của quá trình khuếch tán nội xảy ra do chênh lệch ñộ ẩm giữa các lớp trong và ngoài, nếu sự chênh lệch càng lớn tức là gradien ñộ ẩm càng lớn thì tốc ñộ khuếch tán nội càng nhanh [6]. Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có một mối liên hệ chặt chẽ với nhau, tức là khi khuếch tán ngoại ñược tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể ñược tiếp tục và như thế ñộ ẩm nguyên liệu mới ñược giảm dần. Nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bốc hơi sẽ nhanh hơn, nhưng ñiều này rất khó xảy ra. Khuếch tán nội của nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn khuếch tán ngoại. Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ bị gián ñoạn. Trong quá trình làm khô, ở giai ñoạn hàm ẩm trong nguyên liệu nhiều thì sự chênh lệch về ñộ ẩm càng lớn. Vì vậy, khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại, do ñó tốc ñộ làm khô sẽ nhanh. Nhưng ở giai ñoạn cuối thì lượng nước trong còn lại trong nguyên liệu ít, tốc ñộ bay hơi ở mặt ngoài nhanh mà tốc ñộ khuếch tán nội chậm, vì vậy tốc ñộ khô ở mặt ngoài nhanh tạo thành một màng 6 cứng làm ảnh hưởng rất lớn cho quá trình khuếch tán nội. Do ñó ảnh hưởng ñến quá trình làm khô nguyên liệu [2] [6]. 1.2.1.3 Một số nhân tố ảnh hưởng tốc ñộ sấy Ảnh hưởng của nhiệt ñộ không khí Trong các ñiều kiện khác nhau không ñổi như ñộ ẩm không khí, tốc ñộ gió…,việc nâng cao nhiệt ñộ sẽ làm tăng nhanh tốc ñộ làm khô do lượng nước trong nguyên liệu giảm xuống càng nhiều. Nhưng tăng nhiệt ñộ cũng ở giới hạn cho phép vì nhiệt ñộ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn ñến chất lượng sản phẩm, dễ làm cho nguyên liệu bị chín và tạo thành màng cứng ở lớp bề ngoài. Nhưng với nhiệt ñộ làm khô quá thấp, dưới giới hạn cho phép thì quá trình làm khô sẽ chậm lại dẫn ñến sự thối rữa, huỷ hoại nguyên liệu. Nhiệt ñộ sấy thích hợp ñược xác ñịnh phụ thuộc vào nguyên liệu béo hay gầy, kết cấu tổ chức của cơ thịt và ñối với các nhân tố khác. ðối với nguyên liệu gầy người ta làm khô ở nhiệt ñộ cao hơn nguyên liệu béo. Khi sấy ở những nhiệt ñộ khác nhau thì nguyên liệu có những biến ñổi khác nhau ví dụ: nhiệt ñộ sản phẩm trong quá trình sấy cao hơn 600C thì protein bị biến tính, nếu trên 900C thì fructose bắt ñầu caramen hóa các phản ứng tạo ra melanoidin tạo polyme cao phân tử có chứa nitơ và không chứa nitơ, màu và mùi thơm xảy ra mạnh mẽ. Nếu nhiệt ñộ cao hơn nữa thì nguyên liệu có thể bị cháy làm mất giá trị dinh dưỡng và mất giá trị cảm quan của sản phẩm. Trong quá trình làm khô tiến triển, khi sự cân bằng của khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị phá vỡ, tốc ñộ khuếch tán ngoại lớn nhưng tốc ñộ khuếch tán nội chậm sẽ dẫn ñến hiện tượng tạo vỏ cứng ảnh hưởng ñến quá trình làm khô. Ảnh hưởng của tốc ñộ chuyển ñộng không khí Tốc ñộ chuyển ñộng của không khí có ảnh hưởng lớn ñến quá trình sấy, tốc ñộ gió quá lớn hoặc quá nhỏ ñều không có lợi cho quá trình sấy. Vì vậy, tốc ñộ chuyển ñộng của không khí quá lớn khó giữ nhiệt lượng trên nguyên liệu ñể cân bằng quá trình sấy, còn tốc ñộ quá nhỏ sẽ làm cho quá trình sấy chậm lại, dẫn ñến sự hư hỏng sản phẩm, mặt ngoài sản phẩm sẽ lên mốc gây thối rữa tạo thành lớp 7 dịch nhầy có mùi, vị khó chịu. Vì vậy, cần phải có một tốc ñộ gió thích hợp, nhất là giai ñoạn ñầu của quá trình làm khô. Hướng gió cũng ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình làm khô, khi hướng gió song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc ñộ làm khô rất nhanh. Nếu hướng gió thổi tới nguyên liệu với góc 450 thì tốc ñộ làm khô tương ñối chậm, còn thổi thẳng vuông góc với nguyên liệu thì tốc ñộ làm khô rất chậm Ảnh hưởng của ñộ ẩm tương ñối của không khí ðộ ẩm tương ñối của không khí cũng là nhân tố ảnh hưởng quyết ñịnh ñến quá trình làm khô, ñộ ẩm của không khí càng lớn quá trình làm khô sẽ chậm lại. Các nhà Bác học Liên Xô cũ và các nước trên thế giới ñã chứng minh là: ñộ ẩm tương ñối của không khí lớn hơn 65% thì quá trình sấy sẽ chậm lại rõ rệt, còn ñộ ẩm tương ñối của không khí khoảng 80% trở lên thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và bắt ñầu hiện tượng ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút ẩm trở lại. ðể cân bằng ẩm, khuếch tán nội phù hợp với khuếch tán ngoại và tránh ñược hiện tượng tạo màng cứng, người ta áp dụng phương pháp làm khô gián ñoạn là vừa sấy vừa ủ. Làm khô trong ñiều kiện tự nhiên khó ñạt ñược ñộ ẩm tương ñối của không khí 50% ñến 60% do nước ta có khí hậu nhiệt ñới thường có ñộ ẩm cao. Do ñó, một trong những phương pháp ñể làm giảm ñộ ẩm của không khí có thể tiến hành làm lạnh cho hơi nước ngưng tụ lại, ñồng thời hàm ẩm tuyệt ñối của không khí dưới ñiểm sương hơi nước sẽ ngưng tụ, ñồng thời hàm ẩm tuyệt ñối của không khí cũng ñược hạ thấp. Như vậy, ñể làm khô không khí người ta thường áp dụng phương pháp làm lạnh. 1.2.1.4 Một số phương pháp sấy a. Sấy khô tự nhiên Là phương pháp sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên ñể phơi khô sản phẩm, ñây là phương pháp ñơn giản, rẻ tiền nhất hiện nay. + Ưu ñiểm của phương pháp: - Không tốn nhiên liệu, năng lượng. 8 - Thiết bị phơi ñơn giản, chi phí ñầu tư thấp. - ðơn giản về mặt công nghệ, có thể áp dụng ở quy mô hộ gia ñình cũng như trong các xí nghiệp chế biến thuỷ sản. + Nhược ñiểm của phương pháp: - Thời gian phơi kéo dài, thường làm giảm chất lượng sản phẩm. - Phụ thuộc nhiều vào ñiều kiện thời tiết nên không chủ ñộng ñược trong quá trình sản xuất. - Không ñảm bảo về mặt vệ sinh, dễ nhiễm vi sinh, tạp chất. - Nhiệt ñộ không ổn ñịnh nên sản phẩm sấy khô không ñược ñồng ñều [2] b. Sấy tiếp xúc Theo phương pháp này cho vật liệu sấy tiếp xúc với bề mặt ñược ñun nóng, nó sẽ làm nóng và sấy khô vật liệu. + Sấy ở áp suất thường Phương pháp này sử dụng áp suất thường ñể sấy khô nguyên liệu. + Sấy ở áp suất chân không Sấy khô ở ñiều kiện chân không là một trong những phương pháp tiên tiến nhất trong công nghiệp sấy khô hiện nay, phương pháp sấy này có thể ñảm bảo ñược phẩm chất của sản phẩm tốt. Sấy khô ở áp suất chân không dụa trên nguyên lý:dưới ñộ chân không thấp nhiệt ñộ bốc hơi của nước trong nguyên liệu sẽ thấp hoặc nếu ñộ chân không rất thấp, thì nước sẽ ñông kết và thăng hoa ở nhiệt ñộ rất thấp, do ñó quá trình sấy khô ñược nhanh và chất lượng sản phẩm sẽ tốt. Phương pháp sấy khô ở ñiều kiện chân không có 2 cách sau: - Sấy khô bằng chân không ở nhiệt ñộ thường ( 0 – 600C) Cơ sở lý luận của phương pháp này là khi giảm áp lực xuống thì ñiểm sôi của chất lỏng hạ xuống. Tủ sấy khô chân không có nhiều loại như: kiểu thùng quay, kiểu bàn (thích hợp cho nguyên liệu thể xốp hoặc bán keo xốp), tủ sấy kiểu tiếp xúc. - Sấy khô bằng chân không ở nhiệt ñộ thấp dưới 00C 9 Phương pháp này dựa trên cơ sở dưới ñiều kiện nhiệt ñộ thấp, nước ở trong nguyên liệu bị ñông kết lại và trực tiếp thăng hoa từ thể ñặc sang thể hơi mà không qua thể lỏng. c. Sấy ñối lưu Cho không khí nóng tiếp xúc với vật liệu sấy nó sẽ làm nóng và sấy khô vật liệu. ðây là phương pháp sấy phổ biến và ñược ứng dụng nhiều trong thực tế sản xuất. + Ưu ñiểm: - Cấu tạo ñơn giản. - Nhiệt ñộ sấy tương ñối ñồng ñều. - Năng suất lớn. + Nhược ñiểm: - Vật liệu sấy ñứng yên nên chất lượng sấy không ñược ñồng ñều. d. Sấy tầng sôi Cho nguyên liệu tiếp xúc với dòng khí có tốc ñộ chuyển ñộng vừa phải, nguyên liệu sẽ chuyển ñộng lên xuống lơ lửng, lúc này diện tích bề mặt của nguyên liệu tiếp xúc với dòng khí là lớn nhất, xảy ra sự trao ñổi nhiệt và trao ñổi chất là lớn nhất. Ưu ñiểm của phương pháp này là vật liệu sấy luôn bị xáo trộn do ñó chất lượng sấy ñược ñồng ñều, thời gian sấy nhanh. Phương pháp này thường ứng dụng ñể sấy nguyên liệu ở dạng hạt. e. Sấy chân không thăng hoa ðây là một phương pháp sấy hiện ñại, ñược ứng dụng trong công nghiệp ñể sấy các vật liệu có giá trị cao, các loại nguyên liệu ở thể keo và keo xốp khó sấy. Vì thiết bị sấy khô bằng chân không thăng hoa rất phức tạp yêu cầu kỹ thuật cao, tính kinh tế còn thấp cho nên chưa ñược áp dụng rộng rãi. + Ưu ñiểm: - Quá trình sấy xảy ra ở nhiệt ñộ thấp, do ñó chất lượng sấy là tốt nhất trong tất cả các phương pháp sấy. 10 - Màu sắc kích thước của sản phẩm sau khi sấy gần như ñược giữ nguyên so với lúc ban ñầu. - Tính chất vật liệu sấy ít bị thay ñổi. + Nhược ñiểm: - Thiết bị kồng kềnh, phức tạp. - Chi phí giá thành cao. - Yêu cầu về kỹ thuật cao. 1.2.2 Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh 1.2.2.1 Giới thiệu về sấy bức xạ hồng ngoại a. Khái niệm sấy bức xạ hồng ngoại Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm bằng nguồn nhiệt hồng ngoại. Năng lượng các tia hồng ngoại xuyên vào và hấp thụ trong thể tích vật liệu thay ñổi trường nhiệt ñộ. Tia hồng ngoại có bước sóng 0,76 ÷ 340µm phát ra tia bức xạ mà vật liệu ẩm có khả năng hấp thụ nhiều, nhưng việc chọn nguồn bức xạ ñể sấy cần liên hệ ñến ñặc tính quang phổ của vật liệu sấy và các yếu cầu công nghệ xử lý vật liệu. Khi vật liệu quá ẩm thì khả năng phản xạ của các tia có thể mạnh hơn khả năng hấp thụ thì phải thay ñổi khoảng cách bước sóng cho thích hợp. Nhiệt ñộ của vật phát có thể tính theo công thức: T= 2886 λ max Dựa vào λmax có thể tính ñược khoảng cách bước sóng cần thiết dùng ñể sấy Vật phát xạ là thạch anh: λ1 = 0,5 λmax; λ2 = 4,3 λmax Vật phát xạ là dây wonfram: λ1 = 0,52 λmax; λ2 = 4,27 – 6,2 . 10-4T Nếu sử dụng ñèn hồng ngoại có công suất 250W thì thấy nhiệt ñộ sát bóng có thể ñạt 163 ÷ 1650C, khi ñó: λmax = 2886 = 6,6 µm 164 + 273 11 Bước sóng mà ñèn hồng ngoại phát ra: λ1 = 0,5 λmax = 0,52 . 6,6 = 3,43 µm λ2 = 4,27 – 6,2 . 10-4 . ( 164 + 273) = 4 µm. Qua thực nghiệm cho thấy các tia hồng ngoại có bước sóng λ = 3 ÷ 12µm thì cho khả năng hấp thụ vật liệu ẩm là lớn nhất[3]. b. Cơ chế truyền nhiệt trong bức xạ hồng ngoại ðốt nóng bằng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của sóng ñiện từ. Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một ñối tượng nào ñó thì nó có thể hấp thụ hay phản xạ lại với một bước sóng khác, khi ñối tượng hấp thụ bức xạ thì nó sẽ nóng lên. Nhiệt ñộ bức xạ hồng ngoại theo dõi thay ñổi theo hiệu quả phát bức xạ của nguồn, bước sóng và tính phản xạ của ñối tượng, nhờ vào ñặc tính này mà người ta có thể sử dụng nhiệt bức xạ có hiệu quả hơn trong những ứng dụng nhất ñịnh. Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc và vật liệu của nguồn nhiệt, về cơ bản thì hiệu quả này là tỷ lệ giữa năng lượng phát xạ và năng lượng hấp phụ, còn có một số yếu tố khác cũng ảnh hưởng ñến hiệu suất phát xạ. Một yếu tố nữa là giá trị phát xạ của nguồn dựa vào mức ñộ ñen của vật “vật ñen tuyệt ñối” có mức phát xạ là 1.0, nếu vật phát xạ là gốm thì có thể ñạt 0.9. Trong phổ ñiện từ vùng hồng ngoại ñược chia thành 3 khoảng bước sóng khác nhau là: sóng ngắn, sóng trung và sóng dài. Sóng ngắn (gần) từ 0,72 ÷ 2 µm tương ứng với nhiệt ñộ 7000 ÷ 21500F Sóng trung (trung bình) từ 2÷ 4 µm tương ứng với nhiệt ñộ 2150 ÷ 8450F Sóng dài (xa) từ 4 ÷ 1000 µm tương ứng với nhiệt ñộ 845- 320F. Khoảng bước sóng hữu ích cho những ứng dụng của nhiệt bức xạ là từ 1,17÷5,4µm tương ứng với nhiệt ñộ 4000 ÷ 5000F. Ứng với khoảng bước sóng này thì ña số các vật liệu sẽ bị ñốt nóng và khô ñi vì sự hấp thụ ñạt ñến cực ñại. Bước sóng tỷ lệ nghịch với nhiệt ñộ tức là bước sóng càng dài thì nhiệt ñộ càng thấp. 12 c. Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại Vật liệu sấy khô trong công nghiệp thực phẩm thường ñược cấu tạo chủ yếu bởi các chất hữu cơ và nước, phổ hấp thụ năng lượng bức xạ của nước và các chất hữu cơ là khác nhau. Ở mỗi bước sóng nhất ñịnh, chất hữu cơ sẽ trở thành “vật trong suốt” không hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mà nước sẽ trở thành “vật ñen” hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại tối ña. Do ñó khi chiếu hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 2,3- 3,5µm tương ứng với bước sóng mà nước có thể hấp thụ tối ña năng lượng bức xạ. Kết quả là các phân tử nước sẽ dao ñộng mạnh tạo ma sát và sinh nhiệt rất lớn. Mặt khác, dưới tác dụng của năng lượng bức xạ phân tử nước dễ dàng bị phân ly thành ion H+ và OH- nên làm cho ẩm trong vật liệu sấy thoát ra rất nhanh. Lúc này, chiều chuyển ñộng của dòng ẩm trùng với chiều chuyển ñộng của dòng nhiệt ( từ trong vật liệu sấy ñi ra ngoài bề mặt) làm tăng quá trình khuếch tán nội, ñiều này trái ngược hẳn với các phương pháp gia nhiệt thông thường là dòng nhiệt di chuyển từ bề mặt vật liệu vào trong tâm vật liệu, còn ẩm thì di chuyển từ trong vật liệu ra ngoài bề mặt. Người ta chứng minh ñược rằng, dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại có tần số tương ứng với tần số dao ñộng riêng của liên kết hóa học, các nhóm chức có khả năng phản ứng cao như: -OH, -COOH,…sẽ tác dụng trực tiếp ñến liên kết hóa học tạo ra sự cộng hưởng làm ñứt các liên kết hóa học. Kết quả là luôn tăng nhanh vận tốc phản ứng và quá trình sấy. + Ưu ñiểm của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại: Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại là công nghệ mới và có những ưu ñiểm sau: - Sản phẩm thu ñược trong quá trình sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại ít bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng các vitamin ñược bảo toàn ñồng thời sản phẩm lại ñược bảo toàn về mặt vệ sinh thực phẩm tốt. - Màu sắc, mùi vị, các vitamin ñược ñảm bảo không bị thất thoát trong quá trình bảo quản sản phẩm. 13 - Công nghệ sấy bức xạ gốm hồng ngoại cho phép tiết kiệm cả thời gian lẫn năng lượng. Phương pháp này hoàn toàn không gây nguy hiểm và sử dụng hóa chất, chất ñộc. - Công nghệ sấy bức xạ gốm hồng ngoại có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn và tính thiết thực cao, ñược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, sấy các loại hạt, rau quả, hạt giống ñể bảo quản và gieo trồng. Nhất là trong lĩnh vực chế biến thủy sản công nghệ sấy này ñược ứng dụng ñể sấy cá, mực, tôm và các sản phẩm thủy sản có giá trị cao khác. Trong y học sử dụng công nghệ này sấy các ñối tượng sinh học quan trọng như enzyme, mô ñộng thực vật, máu, protein ñảm bảo ñược tính chất, sản phẩm ñạt chất lượng vệ sinh cao. - Gradien nhiệt ñộ và ñộ ẩm ở lớp sát bề mặt là cùng chiều, do ñó tăng cường tốc ñộ khuếch tán nội dẫn tới tốc ñộ sấy tăng, tránh ñược quá nhiệt cục bộ và làm khô bề mặt sản phẩm trong quá trình sấy. - Bức xạ hồng ngoại là một phương pháp gia nhiệt sạch, an toàn, vô hại ñối với người và môi trường. - Dễ dàng ñiều khiển theo khu vực hiệu suất sử dụng nhiệt cao. + Nhược ñiểm: Tuy nhiên nhiệt bức xạ hồng ngoại có nhược ñiểm là khả năng xuyên thấu kém 7-30mm nên chỉ thích hợp sấy các sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng và ở dạng rời, không thích hợp sấy các sản phẩm có chiều dày lớn hơn 50mm. Sản phẩm sấy dễ bị nứt và cong vênh, vì vậy các vật liệu như men sứ không thích hợp với kiểu sấy này. 1.2.2.2 Sấy ñối lưu lạnh a. Khái niệm sấy lạnh Sấy lạnh là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy bằng cách dùng không khí lạnh ñã qua dàn lạnh có ñộ ẩm thấp hơn nhưng không gia tăng nhiệt ñộ của tác nhân sấy.