Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu sấy cải bó xôi bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoạ...

Tài liệu Nghiên cứu sấy cải bó xôi bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại

.DOC
102
231
72

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM --- o0o --- NGUYEÃN THÒ THANH THÖ - NGHIÊN CỨU SẤY CẢI BÓ XÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH KẾT HỢP VỚI BỨC XẠ HỒNG NGOẠI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: TS. LÊ VĂN MINH ThS. LÊ NHƯ CHÍNH KHÁNH HÒA -06/ 2015 i LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Văn Minh và ThS. Lê Như Chính đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này Em cũng xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, khoa Công nghệ Thực phẩm và quý thầy cô đã tận tình giảng dạy em trong suốt thời gian học tại trường Cuối cùng, em xin dành sự biết ơn sâu sắc đến tất cả mọi người trong gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện cho tôi học tập tốt. Khánh Hòa, tháng 6 năm 2015 Người thực hiện Nguyễn Thị Thanh Thư ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................................................i MỤC LỤC...............................................................................................................................................................ii DANH MỤC BẢNG BIỂU.............................................................................................................................v DANH MỤC HÌNH........................................................................................................vii LỜI NÓI ĐẦU..................................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................4 1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CẢI BÓ XÔI......................................................4 1.1.1 Giới thiệu về cải bó xôi..............................................................................................4 1.1.2 Thành phần hóa học của cải bó xôi............................................................................4 1.1.3 Giá trị của cải bó xôi.................................................................................................. 4 1.2 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY.............................................................................6 1.2.1 Khái niệm chung về sấy............................................................................................. 6 1.2.2 Các phương pháp sấy................................................................................................. 9 1.3 TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI............................................................ 10 1.3.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại.............................................................................. 10 1.3.2 Một số ứng dụng của bức xạ.................................................................................... 11 1.3.3 Nhiệt bức xạ hồng ngoại.......................................................................................... 12 1.3.4 Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại.................................................................. 13 1.4.5 Tính ưu việt của công nghệ sấy hồng ngoại............................................................. 13 1.4 TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH.................................................................................. 14 1.5 SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI.................................................... 14 1.5.1 Mục đích sấy kết hợp............................................................................................... 14 iii 1.5.2 Thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh................................................................. 15 1.5.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình làm khô......................................... 15 1.6 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC............................................ 17 1.6.1 Nghiên cứu trong nước............................................................................................. 17 1.6.2 Nghiên cứu nước ngoài............................................................................................ 18 1.7 HÀM MỤC TIÊU VÀ XÁC ĐỊNH MIỀN TỐI ƯU CỦA CÁC THÔNG SỐ...........19 1.7.1 Hàm mục tiêu........................................................................................................... 19 1.7.2 Miền tối ưu của các thông số.................................................................................... 20 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..........................21 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU..................................................................................... 21 2.2. THIẾT BỊ PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU....................................................................... 21 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................... 23 2.3.1 Quy trình tổng quát sản xuất sản phẩm cải bó xôi sấy............................................. 23 2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu sấy khô cải bó xôi...................................................... 25 2.3.3 Phương pháp phân tích............................................................................................. 28 2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM.............................................. 34 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN...................................35 3.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA QUY TRÌNH.................................... 35 3.1.1 Kết quả thực nghiệm xác định chế độ chần.............................................................. 35 3.1.2 Xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu................................................................. 36 3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHẾ ĐỘ SẤY KHÁC NHAU.............................37 3.2.1 Mẫu chần................................................................................................................. 37 3.2.2 Mẫu không chần....................................................................................................... 38 iv 3.3 TỐI ƯU HÓA KHẢ NĂNG TÁCH ẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM............................................................................................................... 42 3.3.1 Các thông số kỹ thuật............................................................................................... 42 3.3.2 Các mức thí nghiệm................................................................................................. 42 3.3.3 Mẫu chần................................................................................................................. 42 3.3.4 Mẫu không chần....................................................................................................... 51 3.5 TỐI ƯU HÓA LƯỢNG VITAMIN C........................................................................ 55 3.5.1 Mẫu chần................................................................................................................. 55 3.5.2 Mẫu không chần....................................................................................................... 59 3.6 SO SÁNH KẾT QUẢ VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ SẤY TỐI ƯU.......................................63 3.6.1 Khả năng tách ẩm của mẫu tối ưu............................................................................ 64 3.6.2 Điểm đánh giá cẩm quan của hai mẫu tối ưu........................................................... 65 3.6.3 Tỷ lệ hút nước phục hồi mẫu sấy tối ưu.................................................................. 67 3.6.4 Kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm.............................................................. 69 3.7 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẤY CẢI BÓ XÔI............................................................. 71 3.6 TÍNH GIÁ THÀNH CHO SẢN PHẨM..................................................................... 72 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN.............................................................................. .75 I KẾT LUẬN...................................................................................................... 75 II ĐỀ XUẤT Ý KIẾN......................................................................................... 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 76 PHỤ LỤC.............................................................................................................................................................77 v DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng 2.1 2.2 Bảng bố trí thí nghiệm thay đổi đồng thời 3 yếu tố Bảng mô tả điểm cho sản phẩm cải bó xôi sấy khô 2.3 Bảng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm cải Trang 28 30 bó xôi sấy khô. 31 2.4 Yêu cầu vi sinh đối với sản phẩm rau khô 33 3.1 Kết quả xác định độ ẩm của cải bó xôi 36 3.2 Kết quả thu được sau khi sấy (mẫu chần) 38 3.3 Kết quả thu được sau khi sấy (mẫu không chần) 39 3.4 Các mức thí nghiệm 42 3.5 Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thu được cho (mẫu chần) 43 3.6 Thí nghiệm ở tâm phương n 44 3.7 Kết quả thí nghiệm ở tâm phương n (mẫu chần) 44 3.8 Kết quả tính hệ số hồi quy và tiêu chuẩn Student (mẫu chần) 45 3.9 Bảng số liệu tính phương sai dư (mẫu chần) 47 3.10 Kết quả thí nghiệm tối ưu 50 3.11 Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thu được (mẫu không chần) 51 3.12 Kết quả thí nghiệm tối ưu hoa (mẫu không chần) 53 3.13 Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả hàm lượng vitamin C (mẫu chần) 56 3.14 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa (mẫu chần) 58 3.15 Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả hàm lượng vitamin C vi (mẫu không chần) 59 3.16 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa vitamin C (mẫu không chần) 61 3.17 Điểm cảm quan mẫu tối ưu 66 3.18 Khả năng hút nước trở lại 68 3.19 Kết quả kiểm tra vi sinh của mẫu sấy tối ưu 69 3.20 Chi phí tác nhân của thiết bị sấy 73 3.21 Bảng tổng hợp kết quả tính giá thành sơ bộ 77 vii DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang 2.1 2.2 Cải bó xôi Tủ sấy sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 21 22 2.3 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 23 2.4 Sơ đồ quy trình nghiên cứu dự kiến sấy cải bó xôi sấy khô 24 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ sấy tối ưu 26 3.1 Hình ảnh cải bó xôi chần ở các chế độ thời gian khác nhau 35 3.2 Sự biến đổi độ ẩm của cải bó xôi chần trong các thí nghiệm tối ưu theo thời gian sấy 3.3 Sự biến đổi độ ẩm của cải bó xôi không chần trong các thí nghiệm tối ưu theo thời gian sấy ( mẫu không chần) 3.4 62 Sự thay đổi độ ẩm của cải bó xôi chần và không chần theo thời gian sấy ở chế độ tối ưu 3.7 58 Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi không chần trong thí nghiêm tối ưu theo thời gian sấy (mẫu không chần) 3.6 54 Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần trong thí nghiêm tối ưu theo thời gian sấy 3.5 50 64 Sự thay đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần và không chần theo thời gian sấy ở chế độ tối ưu 65 3.8 Cải bó xôi chần sau khi sấy 67 3.9 Cải bó xôi không chần sau sấy 67 3.10 Sơ đồ quy trình đề xuất sấy cải bó xôi chần và không chần 71 1 LỜI NÓI ĐẦU Đối với một quốc gia thuần nông như Việt Nam chúng ta, việc chuyển đổi nền kinh tế theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vẫn không thể nào thiếu sự đóng góp của ngành nông nghiệp nói chung và sản xuất rau quả nói riêng. Trong những năm gần đây khi mà công cuộc đổi mới đang có những bước tiến rõ rệt nhất, ngành sản xuất rau quả cũng có một phần đóng góp của mình trong đó. Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải quan, năm 2010 Việt Nam xuất khẩu hàng rau quả là 460 triệu USD, chỉ tăng 4,9% nhưng đến năm 2011 đạt 622 triệu USD, tăng 35%; năm 2012 đạt 827 triệu USD, tăng 33% đến năm 2013 đạt trên trên 1 tỷ USD, tăng gần 27% so với cùng kỳ năm trước. Đặc biệt, năm 2014 mặc dù gặp rất nhiều khó khăn nhưng lĩnh vực xuất khẩu rau quả đã đạt được thành công lớn với kim ngạch xuất khẩu khoảng 1,5 tỷ USD. Là quốc gia có lợi thế về điều kiện tự nhiên, thổ nhưỡng và tập tục canh tác lâu đời, chúng ta có đầy đủ khả năng để phát triển ngành sản xuất rau quả lớn mạnh. Hơn nữa, rau quả lại là một trong những mặt hang tiêu dùng thiết yếu của con người. Nhu cầu tiêu dùng mặt hàng này trên thế giới luôn có xu hướng gia tăng. Điều này đang tạo ra một cơ hội hết sức thuận lợi cho rau quả Việt Nam. Riêng về công nghệ chế biến rau quả khô hiện nay của nước ta còn lạc hậu và thủ công, chưa được chú trọng đầu tư một cách đúng mức, chủ yếu là sấy bằng không khí nóng từ lò than và phơi nắng. Các phương pháp này phụ thuộc nhiều vào thời tiết, thời gian sấy kéo dài nhiệt độ cao làm cho chất lượng sản phẩm không cao, tỷ lệ hao hụt lớn, đặc biệt vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm không được đảm bảo làm giảm giá trị sử dụng, giảm giá trị kinh tế, không phù hợp cho việc xuất khẩu vào thị trường lớn, khó tính như Mỹ, Nhật, EU... Do vậy việc ứng dụng các công nghệ, phương pháp sấy mới vào việc sấy khô các sản phẩm rau củ nói chung và cải bó xôi nói riêng là điều hết sức cần thiết và phù hợp với 2 thực tiễn hiện nay khi chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm ngày càng được chứ ý quan tâm nhiều hơn. Cải bó xôi là loại rau chứa nhiều chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe như: vitamin A, C, K và nhiều loại chất khoáng... nhưng nó rất khó bảo quản vì cấu trúc giòn dễ hư hỏng dẫn đến việc phát triển sản phẩm cải bó xôi bị hạn chế. Vì vậy, nghiên cứu một phương pháp hiệu quả để bảo quản cải bó xôi nhằm kéo dài thời gian bảo quản là rất cần thiết. Công nghệ sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại là một trong những công nghệ mới trong lĩnh vực sấy khô các sản phẩm thực phẩm. Công nghệ này có ưu điểm vượt trội và đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội... Riêng trong lĩnh vực sấy khô nông sản, thủy sản, thực phẩm về cơ bản nó có ưu điểm hơn hẳn các công nghệ sấy thông thường như: - Giảm thời gian sấy, nhiệt độ sấy thấp do đó sản phẩm không bị tổn thất và chất lượng sản phẩm dược đảm bảo - An toàn, vệ sinh cho thực phẩm cũng như cho người vận hành và môi trường - Ý nghĩa kinh tê- xã hội lớn... Xuất phát từ ý nghĩa và yêu cầu thực tiễn trên tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu sấy cải bó xôi bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại” nhằm hiện đại hóa công nghiệp sấy rau quả, tiết kiệm thời gian, năng lượng, nâng cao chất lượng, tăng giá trị sử dụng, giá trị kinh tế của mặt hàng được coi là mũi nhọn của nền kinh tế Việt Nam.  Mục tiêu của đề tài Xác định được chế độ sấy (nhiệt độ, tốc độ gió và khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy) thích hợp cho việc sấy sản phẩm cải bó xôi (chần và không chần).  Nội dung nghiên cứu của đề tài  Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy, tốc độ gió và khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy đến chất lượng của cải bó xôi chần và không chần.  Đề xuất quy trình sấy cải bó xôi chần và không chần. 3  Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả của đề tài là dẫn liệu khoa học cho sinh viên cũng như các nhà nghiên cứu tham khảo.  Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Thành công của đề tài là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu sâu hơn từ đó đưa ra một phương pháp sản xuất sản phẩm mới nhằm nâng cao hiệu quả kinh kế cho cây cải bó xôi, góp phần nâng cao thu nhập cho người trồng cải và nhà chế biến. 4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CẢI BÓ XÔI 1.1.1 Giới thiệu về cải bó xôi Cải bó xôi (Spinacia oleracea) hay còn được gọi là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi, rau nhà chùa, bắp xôi, rau bina là một loài thân cỏ có hoa thuộc họ Dền (có tên khoa học là Amaranthaceae), mọc nhiều ở vùng Trung và Tây Nam châu Á. Rau chân vịt rất tốt cho sức khỏe, dân gian thường sử dụng rau chân vịt làm vị thuốc. Trước đây cải bó xôi chưa được chứ ý trồng trọt và nghiên cứu mặt dù cải bó xôi là loại rau rất giàu dinh dưỡng và có giá trị kinh tế cao. Hiện nay, cải bó xôi đã bắt đầu được chú ý hơn trong nghiên cứu và trồng trọt. Cải bó xôi là loại rau giàu nguồn vitamin A, C, vitamin K, folate, magie, sắt mangan, canxi vitamin B, và vitamin E, các chất Ôxy hóa, có mùi vị thơm ngon khi nấu chín, và có cấu trúc giòn dễ hư hỏng khi bảo quản [42]. 1.1.2 Thành phần hóa học của cải bó xôi Cải bó xôi (còn gọi là rau chân vịt) được biết đến là một loại rau thần dược, bổ dưỡng nhờ thành phần dinh dưỡng đa dạng, phong phú, chứa đến 20 loại vitamin và khoáng chất. Theo kết quả phân tích, thành phần dinh dưỡng có trong 100g cải bó xôi: Protein (2,86mg), chất béo (0,39 mg), chất xơ (2,2 mg), canxi (99 mg), magie (79 mg), kali (558 mg), vitamin C (28,1 mg), Vitamin A (9377 IU), choline (19,3 mg)...Chình vì cải bó xôi giàu thành phần dinh dưỡng và khoáng chất cũng như vitamin đa dạng như vậy nên cải bó xôi rất tốt cho sự tuần hoàn máu, phòng các chứng bệnh thiếu canxi, tiêu hóa, giúp loại trừ độc tố trong cơ thể [42]. 1.1.3 Giá trị của cải bó xôi Cải bó xôi không chỉ giàu dinh dưỡng mà nó còn chứa nhiều hoạt tính sinh học và đã được chứng minh có tác dụng tích cực đến sức khỏe[43]. Tất cả những chất dinh dưỡng này giúp bảo vệ cơ thể chống lại một loạt các bệnh như viêm khớp, ung thư ruột kết, bệnh tim mạch và loãng xương, táo bón, khó tiêu, bảo vệ mạch máu. 5 Thành phần: Bó xôi là một trong những loại rau có thành phần dinh dưỡng rất cao, giàu chất xơ và giàu nitrat sẽ chuyển thành nitrit nhờ vào enzym nước bọt, rất dễ tiêu hóa. Với 100 gr, cải bó xôi chứa những khoáng chất vô cùng ấn tượng: 529 mg potassium, 104 mg calcium và 58 mg magnésium. Ngoài ra, bó xôi còn có nhiều vitamin như vitamin C, tiền vitamin A và acid folic. Ngoài các sắc tố chlorophin và caroten, bó xôi còn có flavonoid. Tính năng: Với những thành phần dồi dào như vừa kể trên, bó xôi có khả năng củng cố hệ miễn dịch cao, bảo vệ các mạch máu nhỏ, bảo vệ các tế bào khỏi sự lão hóa sớm (nhất là đối với bệnh thoái hóa võng mạc), ngăn ngừa sự phát triển của các bệnh ung thư vú, ung thư thực quản. Cải bó xôi có vị ngọt cay, tính mát, không độc. Loại rau này được dùng để chữa các chứng: cao huyết áp, đau đầu, chóng mặt, nhức mắt, bệnh đái tháo đường, táo bón…  Cây cải bó xôi được nhiều người biết đến và tìm mua để chữa đau bụng kinh, huyết trắng, đau nhức xương khớp, viêm xoang…Tại nơi bán thường để sẵn một nồi nước sôi để cho chân vịt khô vào, sau 1-2 giờ nó sẽ nở to ra như cây rẽ quạt và có màu xanh tươi rất đẹp.  Với tác dụng chữa bệnh trên, cây chân vịt còn được gọi là cải tử hoàn thảo, hồi sinh thảo, trường sinh thảo. Cây cũng có tên là móng lưng rồng, thạch bá chi, nhả nung ngựa, vạn niên tùng, hoàng dương thảo, linh chi thảo… Tên khoa học của chân vịt là Selaginella Tamariscina Spring, thuộc họ quyển bá (Selaginellaceae). Đây là cây thảo sống lâu năm, cao 15-30 cm, mọc trong rừng râm mát, rễ phụ bám chắc vào các phiến đá.  Thân đứng hoặc tọa lạc, tròn, màu cánh gián, phân nhánh theo lối rẽ đôi. Rễ phụ từ gốc tỏa các nhánh đâm xuống đất. Lá nhiều, nhỏ, có lưỡi nhỏ, hình trứng, đầu nhọn, mép lá có răng cưa thưa. Đầu các cành có bông sinh bào tử, cấu tạo bởi các lá đặc biệt, gọi là lá bào tử. 6 1.2 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.2.1 Khái niệm chung về sấy Sấy là phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ sử dụng, nó làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết, do đó vi khuẩn, nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được. Sấy cũng làm hoạt động của enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm[1], [19]. Sấy là quá trình làm khô sản vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nước. Trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy. Quá trình truyền ẩm từ trong vất sấy vào môi trường [6], [8]. Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thời trên vật sấy, chúng có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau.  Sự khuếch tán của nước từ nguyên liệu ra môi trường có 2 quá trình:   Quá trình khuếch tán nội  Là quá trình dịch chuyển ẩm từ các lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm. Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch độ ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Nếu sự chênh lệch càng lớn tức gradien độ ẩm càng lớn thì tốc độ khuếch tán nội càng nhanh [8]. Được thực hiện nhờ lực khuếch tán, lực mao quản, thẩm thấu… Có thể biểu thị tốc độ khuếch tán bằng phương trình sai. dw = kF dc dτ dx Trong đó : W : Lượng nước khuếch tán ra (kg). τ : Thời gian khuếch tán (h). dc dx: Gradien độ ẩm. K : Hệ số khuếch tán. 2 F : Bề mặt khuếch tán (m ) 7  Ngoài ra, khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Qua nghiên cứu cho thấy ẩm dịch chuyển từ nơi có nhệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Vì vậy, tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau. Nếu dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, làm kéo dài thời gian sấy, ngược lại, nếu dịch chuyển cùng chiều sẽ thúc đẩy quá trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy.  Quá trình khuếch tán ngoại Là quá trình dịch chuyển ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào môi trường không khí xung quanh [8]. Động lực của quá trình này là do chệnh lệch áp suất hơi trên bề mặt vật liệu ẩm (Pbh) và áp suất riêng phần hơi nước trong môi trường không khí (P hn), sự chênh lệch đó là: ∆P = Pbh – Phn Lượng nước bay hơi do khuếch tán ngoại tỉ lệ thuận với ∆P, diện tích bay hơi và thời gian làm khô, tức là: dW = B.∆P.F.dτ Trong đó: W : Lượng nước bay hơi (kg). B : Hệ số bay hơi. 2 F : Diện tích bay hơi (m ). τ : Thời gian bay hơi (h). ∆P : Chênh lệch áp suất hơi bão hòa trên bề mặt vật liệu và áp suất riêng phần hơi nước trong không khí. 8  Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán nội Khuếch tán nội và ngoại có mối quan hệ mật thiết, tức là khuếch tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới được tiếp tục và độ ẩm của nguyên liệu mới giảm dần. Nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh nhưng điều đó ít xảy ra. Khuếch tán nội của nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn tốc độ bay hơi trên bề mặt. Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ bị gián đoạn[9]. Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều, chênh lệch độ ẩm lớn, vì vậy khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại, do đó tốc độ tương đối nhanh. Nhưng ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít, tốc độ bay hơi ở bề mặt ngoài nhanh nên quá trình khuếch tán ngoại lớn hơn khuếch tán nội, vì vậy sẽ tạo thành một màng cứng làm ảnh hưởng rất lớn đến khuếch tán nội. Do đó ảnh hưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu.  Đặc điểm quá trình sấy. Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ sấy và tốc độ chuyển động của không khí quá lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là gia đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn sấy tốc độ giảm dần. Đối với các trường hợp sấy với điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn nhưng các giai đoạn có thể đan xen khó phân biệt hơn.  Giai đoạn làm nóng vật. Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật thể vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước. Trong quá trình sấy này toàn bộ vật được gia nhiệt. ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi tương ứng với phần áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy. Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nghiệt độ của vật thì tăng dần cho tới khi bằng nhiệt độ kế ước. Tuy vậy, sự tăng nghiệt độ trong quá trình xảy ra không 9 đều ở phàn ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn. Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn này làm nóng vật xảy ra nhanh.  Giai đoạn sấy tốc độ không đổi Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vì bằng nhiệt độ kế ước. Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt cung cấp chỉ để hóa hơi. ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ chuyển ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi. Do đó nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng không đổi. Điều này làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ gió không đổi[6].  Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật liệu là ẩm liên kết. Năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy tốc độ không đổi có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy củng giảm cho đến khi độ ẩm của vật bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại, có nghĩa là tốc độ sấy bằng không. 1.2.2 Các phương pháp sấy Các phương pháp sấy [2], [4], [6], [9], [11]  Phơi nắng  Sấy kiểu phòng  Phòng sấy kiểu phòng thông gió tự nhiên   Phòng sấy khô kiểu phòng thông gió nhân tạo Phòng sấy đường hầm  Phòng sấy 1 đường hầm 10    Phòng sấy 2 đường hầm Phòng sấy kiểu băng chuyền Sấy khô bằng chân không  Sấy khô chân không ở nhiệt độ thường (0-60 °C).   Sấy khô chân không ở nhiệt độ thấp dưới 0 °C. Phương pháp sây khô chân thăng hoa.  Sấy tầng sôi  Sấy phun  Sấy siêu âm  Sấy lạnh, đông khô  Sấy thùng quay  Sấy bức xạ:  Nguồn bức xạ nhân tạo  Nguồn bức xạ tự nhiên (bức xạ mặt trời). 1.3 TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 1.3.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại 1.3.1.1 Sự truyền nhiệt Sự truyền nhiệt là quá trình truyền năng lượng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn. Truyền nhiệt có ba dạng: Dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ (Infrared) [15]. Sự dẫn nhiệt xảy ra khi có sự khác nhau về nhiệt độ tại các vùng trong cùng một đối tượng hay giữa các đối tượng có sự tiếp xúc vật lý trực tiếp với nhau. Đối lưu là kết quả của sự truyền năng lượng nhiệt từ đối tượng này sang đối tượng khác thông qua một chất lỏng hay một chất khí chuyển động. Sự truyền nhiệt bức xạ có thể được xảy ra bởi bức xạ hồng ngoại, tia cực tím, vi ba và sóng radio [41]. 11 1.3.1.2 Các nguồn bức xạ hồng ngoại  Nguồn tự nhiên: Mặt trời là nguồn sáng lớn nhất, trong ánh sáng mặt trời có 40% tia sáng nhìn thấy, 59% tia hồng ngoại và 1% tia tử ngoại. Ngoài ra bức xạ hồng ngoại còn phát ra từ các vì sao[9].  Nguồn nhân tạo: Các nguồn sử dụng năng lượng điện để chuyển thành bức xạ hồng ngoại bao gồm:  Dùng bóng đèn có dây tóc nóng sáng  Đèn hơi thủy ngân  Các tấm kim loại và thủy tinh  Đèn ống thạch anh  Đèn Halogen  Que đốt bằng điện  Các thanh điện trở  Vật liệu gốm  Các thanh gốm bức xạ Ngoài ra bức xạ hồng ngoại còn được phát ra từ các lò luyện kim, đúc kim loại, lò rèn, lò nấu thủy tinh, thổi thủy tinh, hàn điện, lò nung đốt các loại, ngon lửa, đèn sợi đốt... 1.3.2 Một số ứng dụng của bức xạ Bức xạ hồng ngoại được ứng dụng rất rộng rãi trong các nghành khoa học và trong đời sống xã hội. Ngày nay khoa học càng phát triển thì người ta càng tìm ra được rất nhiều các ứng dụng mới của bức xạ hồng ngoại. Mỗi một lĩnh vực ứng dụng sẽ sử dụng các bước sóng và nguồn phát bức xạ thích hợp. Có thể kể ra đây một số các ứng dụng trong các lĩnh vực như sau: Trong các ngành công nghiệp, công nghệ sinh học, khoa học về trái đất và khoáng vật học, môi trường, hóa chất, thực phẩm và đồ uống, pháp luật, phân tích khí, dụng cụ vật lý, y học, an ninh quân sự và quốc phòng, phân tích độ ẩm, các nghiên cứu về dầu mỏ, khí đốt, nhiên liệu, công nghiệp dược,... [13] 12 Cụ thể trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống đã ứng dụng bức xạ hồng ngoại trong các lĩnh vực như sau:[25], [26], [27], [29], [34], [39],  Điều khiển các quá trình trong công nghiệp sản xuất mía đường.  Phân tích thời gian phân hủy của các chất vô cơ, hữu cơ trong thức ăn, phân bón và các sản phẩm dược học.  Xác định hàm lượng ethnol trong rượu.  Đánh giá chất lượng của các sản phẩm thịt.  Xác định sự oxi hóa dầu ăn.  Phân tích hàm lượng nước, đường, protein, chất béo của sản phẩm phomat và theo dõi sự biến đổi hóa học trong quá trình sản xuất phomat cứng.  Xác định hàm lượng casein trong sữa.  Xác định các thông số chất lượng trong táo: kết cấu, RI, pH, các axit, chất rắn không tan, chất khô, rượu.  Xác định sự tương quan giữa hàm lượng mỡ và nước của cá hồi khi đang sống  Phân tích và phân loại các sản phẩm lúa mì, lua mạch và mạch nha.  Sấy khô, gia nhiệt, làm ấm, cô đặc, tiệt trùng...các sản phẩm thực phẩm và đồ uống... 1.3.3 Nhiệt bức xạ hồng ngoại Đốt nóng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của sóng điện từ. Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một đối tượng nào đó thì nó có thể hấp thụ hay phản xạ lại với một bước sóng khác, khi đối tượng hấp thụ bức xạ thì nó sẽ bị nóng lên [12], [24]. Nhiệt bức xạ hồng ngoại thay đổi theo hiệu quả phát bức xạ của nguồn, bước sóng và tính phản xạ của đối tượng. Nhờ vào đặc tính này mà người ta có thể sử dụng nghiệt bức xạ có hiệu quả hơn trong những úng dụng nhất định. Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc vào vật liệu của nguồn nhiệt. Về cơ bản thì hiệu quả này là tỷ lệ giữa năng lượng phát xạ và năng lượng hấp thụ, ngoài ra còn có một số yếu tố khác củng ảnh hưởng đến hiệu xuất phát
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan

Tài liệu vừa đăng