Tài liệu Khởi thảo và nghiên cứu hệ thống chiên chân không tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Khởi thảo và nghiên cứu hệ thống chiên chân không tự động NGUYỄN VĂN DƯƠNG Ngành: Máy và Tự động hoá Công nghệ sinh học và thực phẩm Người hướng dẫn khoa học: Nguyễn Minh Hệ Hanoi, 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP MỞ ĐẦU Rau quả là nhóm thực phẩm rất quan trọng, nó không thể thiếu cũng như không thể thay thế được trong đời sống thường ngày của chúng ta. Trong rau quả có rất nhiều chất dinh dưỡng, nó có tác dụng rất quan trọng như làm giảm cholestrol trong máu, ngăn ngừa các nguy cơ ung thư... Người ăn đủ rau quả thường làm cho tinh thần thoải mái, minh mẫn và ít gặp strees hơn. Vitamin trong rau quả rất quan trọng, đặc biệt một số loại vitamin như vitamin C chỉ có trong rau quả. Trong điều kiện xã hội đang phát triển như hiện nay đã phát sinh hàng loạt các vấn đề về dinh dưỡng, nhiều căn bệnh của thời đại đã phát triển thì vai trò quan trọng của rau quả ngày càng được khẳng định. Rau quả rất phong phú về chủng loại và có năng suất lớn, nhưng lại có tính thời vụ rõ rệt. Việc bảo quản rau quả tươi gặp rất nhiều khó khăn mà vẫn không thể đảm bảo được vấn đề dinh dưỡng và không kinh tế. Vì vậy, vấn đề chế biến rau quả thành những sản phẩm có thể bảo quản được lâu, dễ phân phối, dễ sử dụng là một giải pháp hết sức quan trọng. Đối với nước ta trong điều kiện kinh tế xã hội hiện nay thì việc chế biến nông sản nói chung và vấn đề chế biến rau quả nói chung còn có 1 vai trò rất quan trọng trong đời sống kinh tế xã hội: - Chế biến rau quả là lối thoát cho đầu ra sản phẩm nông nghiệp của chúng ta hiện nay. - Tạo thêm công ăn việc làm, giải quyết lao động dư thừa ngay tại các vùng nông thôn Việt Nam. - Mở ra một hướng mới cho việc phát triển ngành nông nghiệp Việt Nam, nâng cao tính chuyên môn hóa trong việc phát triển nông nghiệp, tạo cơ hội đưa nông sản Việt Nam đến với thị trường quốc tế để mang lại nguồn Nguyễn Văn Dương Trang 1 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP ngoại tệ quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Chiên chân không là một biện pháp chế biến, bảo quản rau quả rất hiệu quả và có tính chất quyết định tới chất lượng sản phẩm. Những trái mít, chuối, ổi, củ khoai lang, khoai môn... mang bán tươi có giá rất thấp nhưng sau khi đưa vào chiến sấy chân không giá trị của sản phẩm được tăng lên rất nhiều lần. Vì sản phẩm đó sau khi chế biến vẫn giữ được hương vị đặc trưng của nông sản tươi. Những năm trước những sản phẩm chiên sấy khô chủ yếu sản xuất để xuất khẩu, nhưng mấy năm gần đây, do đời sống của người dân tăng, nhu cầu về sản phẩm và dinh dưỡng cũng tăng cao nên sản phẩm chiên sấy khô đang được tiêu thụ rất mạnh ở trong nước. Do đặc thù của công nghệ chiên sấy chân không là những sản phẩm trên không cần thêm bất kỳ một phụ gia hay hóa chất nào trong quá trình chế biến nên thành phẩm vẫn giữ được hương vị đặc trưng của nông sản tươi. Mặt khác, hàng nông sản chiên sấy khô nếu muốn xuất khẩu thành công vào những thị trường khí tính thì nhu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm là rất quan trọng. Chúng phải tuân theo những quy định rất nghiêm ngặt về vệ sinh an toàn thực phẩm của các nước như EU, Mỹ, Nhật... và chúng ta phải chịu sự kiểm định rất ngặt nghèo của các nước nhập nông sản chế biến. Công nghệ chiên chân không đã được nghiên cứu và ứng dụng từ vài thập niên gần đây. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng thiết bị chiên chân không đang được ứng dụng mạnh mẽ cho việc chế biến nông sản và thủy sản, thiết bị ngày càng hiện đại và đáp ứng tối đa về thông số công nghệ cũng như trong việc vệ sinh an toàn thực phẩm. Trên cơ sở thực tế đó, đề tài: “Hệ thống chiên chân không tự động” Nhằm nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm nên nhiều lần đáp ứng nhu cầu ẩm thực ngày càng cao của con người. Hệ thống chiên chân không có ưu thế Nguyễn Văn Dương Trang 2 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP vượt trội so với các phương pháp sấy tạo ra sản phẩm có kinh tế cao cho xã hội. Mục tiêu của đề tài: - Tổng quan về quá trình công nghệ chiên chân không . Nghiên cứu đề suất quy trình công nghệ chiên chân không tối ưu - Phân tích quá trình chiên chân không với tư cách là đối tượng tự động hoá. - Đề xuất dây chuyền công nghệ chiên chân không - Đề xuất và nghiên cứu hệ điều khiển tự động dây chuyền chiên chân không Nguyễn Văn Dương Trang 3 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm rau quả chiên sấy Trên thế giới, tuy nhiên chưa có những số liệu thống kê đầy đủ, song có thể thấy rằng sấy khô rau quả có ý nghĩa to lớn trong đời sống sản xuất. Thực tế, sấy khô không phát triển một cách rầm rộ thành một ngành hay một lĩnh vực công nghiệp mà nó âm thầm thâm nhập vào các lĩnh vực sản xuất và phục vụ đắc lực cho các lĩnh vực đó. Chúng ta có thể hình dung được những khó khăn rất lớn bán chế phẩm, bán sản phẩm phục vụ trực tiếp cho sản xuât thực phẩm. Do đó nó góp phần làm đa dạng hoá và ổn định nguyên liệu cho ngành sản xuất này cũng như góp phần đắc lực cho việc bảo quản sản phẩm với số lượng lớn của ngành nông nghiệp. Ngày nay, sấy rau quả không chỉ tạo ra bán sản phẩm cho sản xuất công nghiệp mà nó còn tạo ra các sản phẩm trực tiếp cho người tiêu dùng. Các sản phẩm này ngày càng trở nên phong phú và không ngừng tăng về số lượng do khả năng vận chuyển và bảo quản rất dễ dàng của nó. Đặc biệt trong các cuộc chiến tranh, một khối lượng lớn rau quả sấy khô đã được cung cấp cho quân đội. Các công tác cứu trợ thiên tai, cứu trợ nạn nhân chiến tranh cũng cần một lượng không nhỏ các sản phẩm này. Trong chiến tranh thế giới lần thứ hai, một trong nhà máy sấy rau lớn nhất thế giới đã chế biến tới 350 tấn cà rốt trong một ngày (Bằng sấy hầm hai giai đoạn). Các sản phẩm chế biến dạng này còn được cung cấp cho dân cư và quân đội ở vùng núi cao và Hải đảo, nơi mà không thể tự trồng cấy rau quả và việc vận chuyển rau quả tươi rất khó thực hiện được. Sản lượng rau quả của nước ta hiện nay gần đạt 10 triêu tấn/ năm, trong đó chỉ có khoảng 10% được chế biến. Nước ta nằm trong vùng cao nhiệt đới, độ ẩm không khí thường>70% và nhiệt độ trung bình cao. Điều này gây khó Nguyễn Văn Dương Trang 4 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP khăn cho việc bảo quản rau quả tươi vì ở điều kiện nóng ẩm như thế, vi khuẩn, nấm men và nấm mốc dễ dàng phát triển làm hỏng rau quả tươi. Nhưng vấn đề đặt ra đó khẳng định vai trò cần thiết của việc sấy khô. Đặc biệt trong những năm gần đây, việc sấy quả đế bảo quản đã thực sự có những bước phát triển mạnh về qui mô cũng như kỹ thuật sấy. Điển hình cho sấy khô quả ở nước ta đó là nhãn sấy (làm long nhãn) và vải sấy. Nhãn với diện tích trồng khoảng 51.840 ha trên cả nước hàng năm cho sản lượng khoảng 241.000 tấn quả tươi. Hưng Yên là một thị trấn trồng nhãn lớn nhất cả nước, sản lượng khoảng 12-15 nghìn tấn/ năm (riêng năm 1999 được mùa đạt 22.000 tấn/ năm (riêng năm 1999 được mùa đạt 22.000 triệu tấn quả tươi). Một lượng rất lớn nhãn được sấy khô, khoảng 55-60% tổng lượng nhãn tươi, tạo ra một sản phẩm có giá trị kinh tế cao, dễ bảo quản để cung cấp cho thị trường trong nước và xuất khẩu ( chủ yếu cho Trung Quốc). Người ta dự đoán rằng xu hướng này càng tăng trong những năm tới. Theo điều tra, tại tỉnh Hưng Yên hiện có khoảng 600 lò sấy thủ công, năng suất 0,5-1,5 tấn quả tươi/lò/ngày. Theo đánh giá, những lò sấy này đã mang lại nguồn thu đáng kể cho nhà vườn và góp phần bình ổn giá nhãn trong vụ thu hoạch rộ. Bên cạnh nhãn, vải cũng là loại quả được sấy với khối lượng lớn. Nước ta có trên 20.000 ha đất trồng vải, trong đó khoảng 13.000 ha đã cho thu hoạch với sản lượng 25-27 nghìn tấn quả tươi/năm. Vải được trồng khá tập trung ở khu vực miền bắc, chủ yếu ở các vùng: Lục Ngạn-Bắc Giang (15-20 nghìn Tấn quả tươi/năm); Thanh Hà- Hải Dương (10.000 Tấn/ năm); Đông Triều-Quảng Ninh (3.000 Tấn/năm). Hiện nay khoảng 25-30% vải tươi được sấy khô. Đây là một mặt hàng có thể bảo quản được dài ngày, ăn ngon như một thứ đặc sản và có thể dùng làm vị thuốc Đông y. Sản phẩm này đã có chỗ đứng trên thi trường nội địa và được xuất khẩu sang Trung Quốc. Riêng ở Lục Ngạn hiện nay có khoảng 500 lò sấy thủ công năng suất 0,5-0,7 Tấn quả tươi/ Nguyễn Văn Dương Trang 5 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP lò/ ngày, cho chất lượng nhìn chung chưa cao. Cũng như nhãn, các lò sấy đã góp phần tích cực trong việc bình ổn giá vải tươi vào mùa thu hoạch. Một số rau, củ hiện nay cũng được sấy khô để dùng làm rau ăn liền. Những sản phẩm này đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường và ngày càng được người tiêu dùng chấp nhận do tính tiện dụng và dễ bảo quản. Chất lượng các mặt hàng này cũng không ngừng được cải thiện. Rau gia vị sấy khô với trọng lượng không nhiều song hiện nay lại rất được chú ý trong các ngành chế biến thực phẩm. Gia vị sấy hiện nay cung cấp bán chế phẩm cho sản xuất các dạng thực phẩm ăn liền như mì ăn liền, canh ăn liền... Ngoài thị trường nội địa ra, một lượng rau quả sấy còn được xuất khẩu. Năm 1997, các mặt hàng xuất khẩu của Việt Nam bao gồm: - Rau, rễ củ, thân củ đã được chế biến và bảo quản. Giá trị XK:16111 nghìn USD chiếm 0.18% tổng kinh ngạch xuất khẩu. - Rau tươi ướp lạnh, ướp đông; rễ thân củ tươi hoặc đã sấy khô. Giá tri xuất khẩu 43.770.000 USD, chiếm 0.48% tổng giá trị XK, đứng thứ 30. - Quả và hạt (trừ hạt có dầu) tươi hoặc khô. Giá trị xuất khẩu: 123.054.000 USD, đạt 1,34% tổng giá trị XK, đứng thứ 12. - Quả đã được bảo quản hay chế biến, trừ nước quả ép. Giá tri xuất khẩu: 59.391.000 USD, chiếm 0.65% tổng giá trị XK, đứng thứ 25. Cũng theo thống kê của Tổng cục thống kê, mặt hàng rau quả tươi và chế biến xuất khẩu trong các năm 1995, 1998, 1999, 2000, 2001 lần lượt đạt giá trị xuất khẩu là: 56,1-52,6-106,6-213,2-330,0 triêu USD. Nếu kể đến gạo, các hạt có dầu (điều, cà phê...), chè hay gỗ thì tổng giá trị XK của các sản phẩm có liên quan đến sấy khô quả thực không nhỏ. Từ những số liệu trên ta thấy rằng sấy khô nói chung và sấy rau quả nói riêng không ngừng phát triển và đóng góp đáng kể vào nền kinh tế quôc dân. Nguyễn Văn Dương Trang 6 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP Để khắc phục tình trạng này, cần đẩy mạnh công tác nghiên cứu và ứng dụng một cách có hiệu quả vào sản xuất nhằm nâng cao chất lượng và năng lực sấy khô để đáp ứng nhu cầu sấy khô rau quả rất lón ở nước ta. Sản lượng năm 2004 của Công ty Tân Tân khoảng 6.000 tấn, trong đó tiêu thụ nội địa khoảng 40%, còn lại là XK sang Nga, Nhật, Hàn Quốc, Campuchia và Nigêria. Tốc độ tăng tiêu thụ các sản phẩm chiên sấy của công ty trong 3 năm qua khoảng 20-30% (tính chung cho cả XK và tiêu thụ trong nước), khách hàng trong nước của công ty chủ yếu là các siêu thị, hotel, restaurant và karaoke. Công ty thứ ba sản xuất nhiều nông sản chiên sấy khô là Công ty XNK Nhà Bè (Nhabexims) ở Q.7, Tp.HCM. Nhân viên Xí nghiệp chế biến thực phẩm của Nhabexims cho biết, lần đầu tiên, vào năm 1990 có nhà NK ở Hồng Kông, Singapore và Ŀài Loan đặt hàng xí nghiệp sản xuất nông sản chiên sấy khô để phân phối ở các thị trường này và XK đi thị trường EU, Mỹ. Tám năm đầu, thị trường XK tăng trưởng đều đặn với tốc độ 10-15%/năm, 5 năm gần đây, tăng trưởng XK trung bình khoảng 20%/năm. Theo Phòng kinh doanh Công ty Ŀức Thành thì công ty bắt đầu sản xuất nông sản chiên sấy khô từ năm 1991, gồm mít sấy, chuối sấy, thơm sấy, khoai lang sấy, khoai môn sấy các loại XK và tiêu thụ trong nước và nông sản sấy dẻo như mít, ổi, xoài, sản lượng hàng năm khoảng 4.500 tấn thành phẩm. Sản lượng XK nông sản chiên sấy khô của Công ty Ŀức Thành không ngừng tăng lên qua các năm, năm 2001 sản lượng XK mới chiếm khoảng 30%, năm 2004 đã tăng lên khoảng 65% tổng sản lượng sản xuất, số lượng còn lại là tiêu thụ nội địa. Hiện nay, Công ty Ŀức Thành là công ty thành công nhất ở phía Nam với sản xuất nông sản chiên sấy XK và tiêu thụ nội địa do giá bán rẻ hơn, bao bì đẹp hơn sản phẩm của các công ty khác và nhất là rất năng động trong tổ Nguyễn Văn Dương Trang 7 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP chức mạng lưới phân phối ở trong nước và mở rộng thị trường XK (năm 2004, Công ty Ŀức Thành đã được Bộ TM thưởng với thành tích XK). Vừa ngon, vừa bổ lại an toàn Tp.HCM cho biết: khách hàng tiêu thụ nông sản chiên sấy khô đa số phụ nữ và trẻ em bởi các sản phẩm chiên sấy thường ăn rất ngon, lại thuận tiện cho những người đi du lịch dã ngoại hay đi nghỉ cuối tuần. Phòng kinh doanh Công ty Ŀức Thành khẳng định, hàng nông sản chiên sấy khô của công ty không sử dụng thêm bất kỳ một phụ gia, hóa chất nào trong qúa trình chiên sấy chân không, thành phẩm vẫn giữ được hương vị đặc trưng của nông sản tươi. Mặt khác, hàng nông sản chế biến muốn xuất khẩu thành công vào những thị trường có quy định rất nghiêm ngặt và vệ sinh an toàn thực phẩm như EU, Mỹ, Nhật phải cực kỳ an toàn cho người sử dụng, nhà xuất khẩu Việt Nam phải chịu sự kiểm định khắt khe của những nước NK nông sản chế biến. Hiện nay, giá bán sỉ các loại nông sản chiên sấy khô chủ yếu của các nhà sản xuất cho các siêu thị ở Tp.HCM như sau: mít sấy 58.000- 60.000 đ/kg, chuối sấy 32.000-38.000 đ/kg, thơm (dứa) sấy 63.000-67.000 đ/kg, khoai lang sấy: 32.000-38.000 đ/kg, khoai môn sấy 52.000-56.000 Hiện nay, tại các siêu thị ở Tp.HCM bày bán khoảng 25 loại nông sản chiên sấy khô, đựng trong bao bì khá đẹp mắt, nhiều nhất là của Công ty TNHH Ŀức Thành (Delta Co., Ltd - Trading & Processing Vacuum Food-Stuffs) với thương hiệu sản phẩm là DELTAFOOD. Trụ sở chính và cơ sở sản xuất của Công ty Ŀức Thành ở ấp 1 xã Tân Ŀịnh, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương. Vậy qua đây ta thấy sản phẩm chiên chân không rất tốt và sẽ phổ biến trong tương lai. Do đó tìm hiểu và áp dụng và thực tế có hiệu quả kinh tế cao. Nguyễn Văn Dương Trang 8 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP 1.2. Các phương pháp sấy. Sấy khô và phơi khô được biết đến như là một phương pháp bảo quản lương thực, thực phẩm lâu đời nhất. Do đó cùng với lịch sử phất triển của loài người, các phương pháp sấy ra đời và được áp dụng ngày càng phong phú và phù hợp với các mục đích sấy khác nhau. Sau đây là các phương pháp làm khô và sấy lương thực, thực phẩm chủ yếu đã được dùng vào đời sống sản xuất: 1.2.1. Phương pháp phơi khô. Phơi khô là biện pháp lâu đời và phổ biến nhất mà con người sử dụng để làm khô các sản phẩm nông sản. Có lẽ từ khi loài người biết chủ động trồng cấy, chăn nuôi thay cho săn bắn hái lượm, khi mà nảy sinh nhu cầu bảo quản hạt giống, bảo quản lương thực, thực phẩm để dùng lâu dài thì phương pháp phơi khô tự nhiên đã đóng một vai trò hết sức quan trọng trong đời sống nhân dân. Dường như mọi quá trình bảo quản trước đây đều trong chờ vào phơi nắng. Nguyên tắc của phơi khô là sự hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời của vật liệu phơi khô. ẩm nhờ năng lượng này mà thoát ra môi trường không khí khô xung quanh. Nếu cường độ ánh sáng tốt, độ ẩm không khí thấp và có gió lớn thì việc phơi khô rất thuận lợi. Ưu điểm của phương pháp này là nó đã sử dụng được nguồn năng lượng rẻ, vô tận, sạch, phù hợp với tự nhiên (không gây ô nhiễm môi trương). Đây còn là phương pháp giải quyết được khối lượng lớn với chi phí rẻ và yêu cầu về trang thiết bị cũng như kỹ thuật là không đáng kể. Do đó nó đóng một vai trò khá quan trọng trong công nghệ sau thu hoạch ở nước ta, khi mà nền nông nghiệp còn ở trình độ thấp như hiện nay. Tuy nhiên, do phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên nên phương pháp này có khá nhiều hạn chế như: không chủ động kế hoạch phơi khô được mà phụ thuộc hoàn toàn vào sự thay đổi thời tiết; chất lượng sản phẩm không đảm bảo Nguyễn Văn Dương Trang 9 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP và mức độ đồng đều thấp do nguyên nhân như kéo dài, dễ nhiễm bụi bẩn,vi sinh vật, trùng bọ...từ môi trường; tỷ lệ hao hụt lớn do rơi vãi hay do chim, chuột, gia súc, gia cầm phá hoại; cần điều kiện diện tích sân phơi lớn. 1.2.2. Các phương pháp sấy nóng: Đây là phương pháp xuất hiện muộn hơn phương pháp phơi khô rất nhiều song nó nhanh chóng được áp dụng một cách rộng rãi và đầy đủ, cả về qui mô cũng như kỹ thuật sấy. Việc sấy nóng xuất hiện có ý nghĩa quan trọng trong đời sống sản xuất do đó nó có thể khắc phục được những mặt hạn chế ở phương pháp phơi khô tự nhiên, nâng cao tính chủ động sản xuất của con người với thiên nhiên. Trong sấy nóng có rất nhiều phương thức truyền nhiệt và tách ẩm khác nhau, song nhìn chung có thể chia ra thành hai phương thức chủ yếu sau đây: - Phương thức thứ nhất: Giảm độ ẩm tương đối(ϕ) của tác nhân sấy bằng cách đốt nóng nó. Khi nhiệt độ tăng thì độ ẩm tương đối của tác nhân sấy giảm làm cho áp xuất hơi riêng phần giảm tạo thế sấy (tức là chênh lệch áp suất hơi riêng phần của ẩm) làm ẩm trên bề mặt vật liệu sấy tách ra đi vào tác nhân sấy ẩm trên bề mặt sấy giảm đi lại tạo ra chênh lệch ẩm bên trong với bề mặt vật liệu tạo nên thế khuyếch tán ẩm từ trong ra bề mặt để bay hơi. Do đó, theo thời gian,vật liệu sấy khô dần. - Phương thức thứ hai: ở phương thức này ta tăng áp suất hơi riêng phần của nước trên vật liệu sấy lên bằng cách làm nóng vật liệu sấy. Hình thức này ít phổ biến hơn song cũng có nhiều triển vọng nếu được khai thác tốt. Trong thực tế các quá trình sấy nóng đều có cả hai phương thức này diễn ra song song với nhau. Tuy nhiên trong các hệ thống sấy khác nhau thì chúng có ý nghĩa quan trọng khác nhau, có thể là thứ yếu và có thể là chính yếu, phụ thuộc váo cách chúng ta đưa nguồn nhiệt vào. Nguyễn Văn Dương Trang 10 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP Trên quan điểm cấp nhiệt, người ta phân loại sấy nóng thành hai phương pháp chính, đó là truyền nhiệt gián tiếp bằng đối lưu và truyền nhiệt trực tiếp (bức xạ hoặc dẫn nhiệt nhờ tiếp xúc hoặc nhờ dòng cao tần). Theo cách phân loại này ta có các hệ thống sấy chủ yếu sau đây: 1.2.2.1. Hệ thống sấy đối lưu: Trong hệ thống này, tác nhân sấy được đốt nóng đưa đến khu vực sấy để cấp nhiệt đối lưu cho vật sấy. Do nhiệt độ cao nên độ ẩm tương đối của tác nhân sấy thấp. Một phần nhiệt của tác nhân sấy làm vật sấy nóng lên làm các phân tử nước của vật liệu sấy rễ dàng thoát ra và đi vào dòng tác nhân sấy. Khi thải mang theo lượng ẩm này được hút ra ngoài môi trường. Như vậy ẩm từ vật liệu được tách ra và thải ra môi trường. Quá trình làm vật liệu sấy khô dần theo thời gian tác nhân sấy có thể là khói lò hay không khí khô. Sử dụng khói lò tuy rẻ song hiện nay có xu hướng giảm mạnh do khả năng bảo vệ kém, chất lượng sản phẩm thấp, khó chống chế điều khiển nhiệt độ thấp và độ ẩm không khí nóng ngày càng phổ biến. Việc đốt nóng không khí nóng ngày càng phổ biến bằng calorife trước khi quạt vào khu vực sấy. Các hệ thống sấy đối lưu phổ biến hiện nay là: hầm sấy buồng sấy, sấy tầng sôi, sấy băng tải...Sấy phun thực chất là một trường hợp đặc biệt của hệ thống sấy đối lưu này. Sử dụng hệ thống này người ta có thể thực hiện với một năng suất lớn, tốc độ bốc ẩm nhanh, thời gian sấy ngắn, chất lượng sản phẩm tương đối tốt (do nhiệt độ không quá cao), thiết bị rẻ tiền, vận hành đơn giản và đặc biệt có thể sử dụng được nhiều nguồn năng lượng khác nhau. Do đó đây là một phương pháp có hiệu quả kinh tế tốt, tuy nhiên không áp dụng được đối với các vật liệu nhậy cảm với nhiệt độ và đòi hỏi chất lượng cao. Nguyễn Văn Dương Trang 11 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP 1.2.2.2. Hệ thống sấy tiếp xúc: Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy được trao đổi nhiệt với một bề mặt đốt nóng. Do sự dẫn nhiệt, nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên làm tăng chênh lệch áp suất hơi riêng phần giữa vật liệu sấy và môi trường xung quanh. Môi trường ở đây là không khí, lúc này chỉ đóng vai trò là môi trường khuyếch tán ẩm và vận chuyển ẩm ra khỏi khu vực sấy. Hệ thống này có thuận lợi là tốc độ sấy nhanh, chí phí thấp song nó mang một số nhược điểm lớn đó là: Khó khống chế và điều khiển các thông số sấy (nhiệt độ, độ ẩm) do nhiệt độ của bề mặt đốt nóng thường cao và dễ gây ra hiện tượng quá nóng cục bộ, thậm chí cháy bỏng hỏng sản phẩm dẫn đến chất lượng sản phẩm không tốt và không đồng đều. Việc vận hành hệ thống sấy này cũng tương đối phức tạp. Hơn nữa, nó chỉ dùng để sấy một số vật liêu đặc biệt (dạng bột sêt...). Do đó hệ thống này ít phổ biến hơn. Các hệ thống sấy tiếp xúc phổ biến hiện nay như sấy kiểu cán ,lô quay... 1.2.2.3. Hệ thống sấy bức xạ: Vật liệu sấy hấp thụ nhiệt lượng từ nguồn bức xạ và nóng lên. Nhờ năng lượng này mà ẩm tách khỏi vật thoát ra môi trường không khí. Bức xạ chủ yếu là các tia hồng ngoại và cả trong vùng ánh sáng nhìn thấy (có thể cả tia tử ngoại tuỳ thuộc vào nguồn bức xạ) nhưng trong đó có ý nghĩa nhất là các bức xạ thuộc vùng hồng ngoại. Nguồn bức xạ thường dùng là đèn halozen, tấm hay thanh điện trở. Gần đây, người ta đưa vào ứng dụng một loại gốm đặc biệt (một phát minh của Tiến sĩ Rakhimop-Uzbekistan) có khả năng hấp thụ các bức xạ bước sóng ngắn để tạo ra bức xạ hồng ngoại giải tần hẹp chọn lọc, cho chất lượng sản phẩm sấy tốt, hiệu quả sấy cao và thời gian ngắn. Nguyễn Văn Dương Trang 12 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP Sấy bức xạ có thể thực hiện trong buồng kín hay trong điều kiện tự nhiên. Phơi khô tự nhiên mà ta nói ở trên chính là một dạng của sấy bức xạ mà nguồn bức xạ là mặt trời. 1.2.2.4. Hệ thống dùng dòng điện cao tần: Dòng điện cao tần có khả năng tạo trường điện xoáy.Vật liệu sấy đặt trong trường điện từ này thì tạo ra dòng điện tần số lớn trong nó. Dòng điện này đốt nóng vật liệu nên rất nhanh để cung cấp nhiệt tách ẩm ra khỏi vật sấy. Hệ thống sấy này có thể dùng để sấy vật liệu mềm và cần thời gian làm nóng ngắn. Do đặc điểm là đều phải sử dụng tác động của nhiệt độ cao nên các hệ thống sấy nóng có những ưu điểm chính là: thời gian sấy ngắn hơn so với sấy lạnh, năng suất cao và chí phí đầu tư ban đầu thấp; nguồn năng lượng sử dụng phong phú, có thể là khói thải, hơi nước nóng hay các nguồn nhiệt lấy từ dầu mỏ, than đá, trấu, rác thải, kể cả điện năng do đó chi phí năng lượng nhỏ; thời gian làm việc của hệ thống rất cao (độ bền lớn) làm giảm khấu hao hữu hình; vận hành đơn giản, yêu cầu thiết bị thấp, thiết kế chế tạo dễ dàng với nhiều qui mô lớn nhỏ khác nhau. Tuy nhiên do sấy ở nhiệt độ cao, các phương pháp này cũng bộc lộ nhiều hạn chế như: không thích hợp với các thành phần nhạy cảm với nhiệt trong thực phẩm, do đó chỉ sấy những sản phẩm không có yêu cầu gì đặc biệt về nhiệt độ sấy; sản phẩm thường bị biến màu, mất mùi, thay đổi trạng thái mạnh....làm giảm chất lượng cảm quan; các thành phần sinh học quí của thực phẩm (Vitamin C, A và các enzim có lợi...) dễ dàng bị mất đi do tác động của nhiệt độ cao. Nhìn chung, có thể kết luận rằng các hệ thống sấy nhiệt độ cao cho lợi thế về chi phí thấp nhưng hạn chế về chất lượng sản phẩm. Những thập niên gần đây đã xuất hiện các phương pháp sấy có đặc điểm đối lập với phương pháp sấy nóng, đó là phương pháp sấy lạnh. Nguyễn Văn Dương Trang 13 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP 1.2.3. Các phương pháp sấy lạnh: Khác với nhưng phương pháp sấy nóng, để tạo ra chênh lệch áp suất hơi riêng phần của ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, trong phương pháp sấy lạnh này người ta làm giảm áp suất hơi riêng phần của tác nhân sấy bằng cách giảm dung ẩm trong tác nhân sấy ( hút ẩm) hoặc tìm cách giảm áp suất chung của tác nhân sấy. Cả hai biện pháp trên đều đi đến một kết quả làm giảm phân áp suất hơi nước trong tác nhấn sấy, tạo ra thế sấy để tách ẩm. Do đặc điểm của quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ thấp nên hướng này hiện nay được tập trung nghiên cứu để ứng dụng cho nhiều lĩnh vực sản xuất, trong đó có chế biến và bảo quản thực phẩm nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm. Sau đây là các hệ thống sấy lạnh cơ bản và phổ biến nhất hiện nay. 1.2.3.1. Hệ thống sấy chân không: Trong phương pháp này người ta tạo áp suất chân không cho không khí bao quanh vật liêu sấy. Do áp suất môi trường giảm làm áp suất hơi nước riêng phần giảm theo, do đó tăng chênh lệch áp suất hơi riêng phần giữa vật liệu sấy với không khí tạo ra thế sấy. Để làm được điều này, vật liệu sấy được đạt trong một buồng kín và được hút chân không. Lượng ẩm khi được tách ra khỏi vật liệu thì theo dòng khí và được hút chân không. Lương ẩm khi tách ra khỏi vật liệu thì theo dòng không khí và được hút ra ngoài. Nhiệt độ sấy thường bằng nhiệt độ môi trường bên ngoài. Tuy nhiên việc tạo và giữ độ chân không cho buồng sấy đòi hỏi thiết bị đắt tiền, phức tạp cũng như kỹ năng thành thạo của người vận hành và tiêu tốn năng lượng lớn để bơm chân không. Hơn nữa, để đảm bảo độ chân không thì thường thể tích buồng sấy luôn bị giới hạn ở mức độ nào đó. Chính vì những hạn chế này mà nó ít được sử dụng phổ biến như các hệ thống sấy Nguyễn Văn Dương Trang 14 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP khác. Thường thì hệ thống này chỉ dùng một cách hạn chế đối với một số vật liệu quí hiếm và nhạy cảm với nhiệt độ (như dược liệu, thực phẩm giá trị cao,chế phẩm sinh học) 1.2.3.2. Hệ thống sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa cũng được thực hiện trong buồng kín ở áp suất chân không. Tuy nhiên sự tách ẩm lại dựa trên nguyên lý là: khi nằm dưới điểm ba thể, nước từ trạng thái rắn chuyến trực tiếp sang trạng thái hơi (khí) mà không qua trạng thái lỏng, đây gọi là hiện tượng thăng hoa. Do đó, để thực hiện được sấy thăng hoa, người ta phải tạo ra được điều kiện nhiệt độ < 0.098oC và áp suất < 4.58 mmHg (điểm ba thể của nước). Ưu điểm của hệ thống sấy này là giữ được các cấu tử quý nhưng nhạy cảm với nhiệt độ, giữ được màu sắc, mùi vị của vật liệu sấy và tiêu hao năng lượng bay hơi ẩm thấp. Tuy nhiên, cũng như sấy chân không, hệ thống sấy này có nhiều hạn chế như: giá thành thiêt bị cao, vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ hiểu biết sâu về lạnh đông, về sấy và chân không; điện năng tiêu thụ lớn, năng suất bị giới hạn do sự giới hạn về kích thước buồng sấy; các thiết bị cho buồng sấy chân không phải kín, cấu tạo đặc biệt, bền vững, dầu bôi trơn cũng là loại đặc biệt, đắt tiền và khó thay thế bổ sung. Do một loạt hạn chế kể trên đẫn đến chí phí sấy rất cao nên hệ thống sấy này thông thường chỉ được sử dụng với những trường hợp sấy đăc biệt. 1.2.3.3. Hệ thống sấy dùng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh. Khác với các hệ thống sấy trên, hệ thống sấy này hút ẩm dựa trên nguyên tắc dùng chất hấp phụ (silicagen, CaO,...) để hút ẩm của không khí ở nhiệt độ thường. Phương pháp này được thực hiện bởi sự kêt hợp hoạt động của máy hút ẩm dùng chất hấp phụ và máy lạnh. Máy hút ẩm được đặt trong Nguyễn Văn Dương Trang 15 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP phòng kín. Không khí trong buồng được hút ẩm nhờ chất hấp phụ, đồng thời một dòng không khí ngoài trời được làm nóng để hoàn nguyên chất hấp phụ sau khi đã hút ẩm. Tuy nhiên do sự dẫn nhiệt từ khu vực hoàn nguyên sang nên không khí sau khi được hút ẩm nóng lên, có nhiệt độ tương đối cao. Do đó người ta cần bố trí một máy lạnh có tác dụng làm giảm nhiệt độ dòng không khí khô nóng xuống cho phù hợp với yêu cầu công nghệ. Dòng khí sau khi qua máy lạnh có nhiệt độ thấp hơn và độ ẩm nhỏ dùng để thực hiện sấy. Hệ thống sấy này đã từng được sử dụng ở một số cơ sở sản xuất bánh kẹo (Hai haco...) để sấy một số sản phẩm kẹo bánh ở nhiệt độ thấp (sôcôla,...). Một số ưu điểm của hệ thống sấy này là: khả năng hút ẩm lớn, năng suất hút ẩm cao. So vơi sấy thăng hoa, năng suất của sấy của hệ thống sấy này cao và chí phí thấp hơn. 1.2.3.4. Hệ thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt nén hơi (sấy bơm nhiệtHeat pumpdrying) Đây cũng là một hệ thống sấy lạnh. Trong sự tìm kiếm một giải pháp sấy nhiệt độ thấp nhưng với chí phí rẻ và năng suất lớn, thích hợp với nhiều điều kiện sản xuất và dễ trang bị thì sấy bơm nhiệt được coi là một giải pháp thích hợp hơn cả (nếu không muốn nói là một giải pháp duy nhất) có thể đáp ứng các yêu cầu đặt ra đó. Sấy bơm nhiệt là sự kết hợp giữa quá trình bơm nhiệt với quá trình sấy, trong đó bơm nhiệt là một bộ phận có vai trò quan trọng, đặc trưng cho hệ thống. Điểm nổi bật ở đây cũng chính là khả năng đặc biệt của bơm nhiệt khi người ta kết hợp nó với quá trình sấy. Đó là sự tái tạo nhiệt lượng từ ẩn nhiệt ngưng tụ của khí thải của chính quá trình sấy để cung cấp nhiệt làm nóng không khí sấy cho hệ thống khi nó được hồi lưu trở lại. Do đó mà năng lượng sấy được tiết kiệm đáng kể. Người ta gọi đó là “hiệu ứng nhiệt”. Nguyễn Văn Dương Trang 16 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP Bên cạnh đó, việc điều chỉnh và khống chế các điều kiện sấy (nhiệt độ, độ ẩm) rất chính xác và dễ thực hiện so với các phương pháp sấy thông thường. Việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt đã được tiến hành ở nhiều nơi trên thế giới và cho kết quả rất khả quan. Riêng trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm thì hệ thống sấy này được xem là một giải pháp có thể thay thế cho sấy thăng hoa, một phương pháp sấy có chi phí rất cao. Một cách khái quát, có thể hiểu hệ thống sấy bơm nhiệt bao gồm bơm nhiệt, khu vực sấy (phòng, buồng...), hệ thống dẫn và phân phối khí, các hệ thống đo lường và điều khiển và phục vụ khác. Đặc biệt là bơm nhiệt, một bộ phận quan trọng và đặc trưng cho hệ thống sấy bơm nhiệt. Như trên đã nói, bơm nhiệt là bộ phận cấu thành quan trọng nhất của hệ thống sấy bơm nhiệt. Năm 1852, bơm nhiệt đầu tiên trên thế giới được sáng chế bởi Thomson. Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt có những bước phát triển riêng của mình. Những thành công lớn nhất của bơm nhiệt bắt đầu từ những năm 1940, khi hàng loạt các bơm nhiệt có công suất khác nhau được lắp đặt thành công trên nhiều nước Châu Âu để sưởi ấm, đun nước nóng và điều hoà không khí. Từ những năm 70 của thế kỷ 20, khi mà cuộc khủng hoảng năng lượng xảy ra thì bơm nhiệt lại càng có vai trò đặc biệt. Hàng loạt bơm nhiệt với đủ kích cỡ cho các ứng dụng nhau được nghiên cứu chế tạo, hoàn thiện và bán rộng rãi trên thị trường. Ngày nay, bơm nhiệt đã và đang được nghiên cứu ứng dụng vào không chỉ các mục đích để sưởi ấm, đun nước nóng và điều hoà không khí mà còn được ứng dụng vào các hệ thống sấy mở ra một hướng sấy (nhiệt độ thấp) kinh tế và dễ trang bị. Nguyễn Văn Dương Trang 17 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP Bơm nhiệt là thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt từ mức độ thấp lên nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt. Để duy trì hoạt động của bơm nhiệt cần tiêu tốn một lượng khác để chạy máy nén ( điện năng và nhiệt năng). Như vậy máy lạnh cũng được xem là một loại bơm nhiệt và cũng có chung một nguyên lý hoạt động. Giữa các loại bơm nhiệt có sự khác nhau về phạm vi hoạt động của mỗi loại thể hiện ở sơ đồ sau: Nguyễn Văn Dương Trang 18 Khóa học: 2005 - 2007 Luận văn cao học Nghành Máy & Tự động hóa CNSH & TP PHẦN 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nguyên liệu: 2.1.1. Giới thiệu chung về chuối Chuối có rất nhiều loại nhưng có 3 loại chính là: Chuối tiêu, chuối Goòng và chuối Bom. Ngoài ra còn có chuối Ngự, chuối Cau, chuối lá, chuối Hột… Chuối Tiêu (chuối Già, nhóm cavendish, gros michel) là phổ biến nhất chất lượng ngon (nhất là vào mùa lạnh, ở nhiệt độ khoảng 200C), thích hợp nhất để ăn tươi. Chuối được trao đổi trên thị trường thế giới chủ yếu ở dạng tươi và từ chuối tiêu. Chuối Goòng (chuối Tây, chuối Sứ, chuối Xiêm) là giống nhập nội từ lâu, chất lượng chon nhất là mùa nóng. Cây chuối Goòng chịu nước hơn chuối Tiêu. Chuối Bom (có hương của táo tây – pomme) mới nhập nội sau năm 1960 và trồng tập trung ở 7 xã thuộc tỉnh Đồng Nai. Quả nhỏ, vị chua hơn hai loại chuối kia, thích hợp cho chế biến vì màu nhạt hơn. Cây chuối Bom chịu hạn tốt, có thể trồng trên đồi dốc 450C. 2.1.2. Giá trị dinh dưỡng và Thành phần hóa học % một số loại chuối Về thành phần hoá học, chuối chín chứa 70 – 80% là nước, 20 – 30% chất khô chủ yếu là đường. Trong đường, đường khử chiếm 55%. Hàm lượng protein thấp (từ 1 – 1,8%) gồm 17 axit amin, chủ yếu là histidin, lipit không đáng kể. Axit trong chuối (khoảng 0,2%) chủ yếu là axit malic và axit oxalic Nguyễn Văn Dương Trang 19 Khóa học: 2005 - 2007