Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy hồng ngoại để sấy mít phục vụ tiêu dùng và xuất khẩu

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại để sấy sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên

• Tác giả: Trần Thị Thủy Hằng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tấn Dũng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ thực phẩm
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại để sấy sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở lý thuyết sấy
• 1.2. Định nghĩa quá trình sấy
• 1.3. Cơ sở khoa học quá trình sấy
• 1.4. Động học của quá trình sấy
• 1.5. Tĩnh học của quá trình sấy
• 1.6. Đặc điểm của quá trình sấy
• 1.7. Phân loại quá trình sấy
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị sấy hồng ngoại
• 2.3. Quy trình công nghệ và giải thích quy trình
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp xác định độ ẩm
• 2.6. Phương pháp xác định đường tổng
• 2.7. Phương pháp xác định khả năng hoàn nguyên
• 2.8. Phương pháp xác định chi phí năng lượng
• 2.9. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu
• 2.9.1. Thiết lập bài toán tối ưu các hàm mục tiêu thành phần
• 2.9.2. Thiết lập bài toán tối ưu cho đa mục tiêu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Kết quả thực nghiệm xác định độ ẩm, hàm lượng đường tổng, khả năng hoàn nguyên và chi phí năng lượng
• 3.2. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng với các hàm mục tiêu
• 3.2.1. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu độ ẩm
• 3.2.2. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu hàm lượng đường tổng
• 3.2.3. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu khả năng hoàn nguyên
• 3.2.4. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu chi phí năng lượng
• 3.3. Xây dựng và giải bài toán tối ưu
• 3.3.1. Giải bài toán tối ưu một mục tiêu hàm độ ẩm
• 3.3.2. Giải bài toán tối ưu một mục tiêu hàm khả năng hoàn nguyên
• 3.3.3. Giải bài toán tối ưu một mục tiêu hàm đường tổng
• 3.3.4. Giải bài toán tối ưu một mục tiêu hàm chi phí năng lượng
• 3.3.5. Giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu bằng phương pháp chuẩn tổ hợp S hay phương pháp chuẩn không tưởng
• 3.4. Xác lập chế độ công nghệ và xây dựng quy trình sấy. Tính kinh tế
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Công nghệ sấy hồng ngoại

Công nghệ sấy hồng ngoại là một kỹ thuật tiên tiến trong ngành công nghệ thực phẩm, đặc biệt trong việc sấy trái cây như mít. Phương pháp này sử dụng bức xạ hồng ngoại để làm khô vật liệu, giúp giữ nguyên giá trị dinh dưỡng và giảm thiểu chi phí năng lượng. Sấy hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ năng lượng bức xạ, làm nóng vật liệu từ bên trong, từ đó tách ẩm một cách hiệu quả. Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là thời gian sấy nhanh, giữ được màu sắc, hương vị và chất lượng sản phẩm. Đây là một công nghệ hiện đại được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm, đặc biệt là trong sấy trái cây như mít, xoài, và nhãn.

1.1. Cơ chế sấy hồng ngoại

Cơ chế của sấy hồng ngoại dựa trên việc sử dụng bức xạ hồng ngoại để truyền nhiệt trực tiếp vào vật liệu sấy. Khi bức xạ hồng ngoại tiếp xúc với vật liệu, năng lượng được hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt, làm nóng vật liệu từ bên trong. Quá trình này giúp tách ẩm một cách nhanh chóng và hiệu quả. Sấy hồng ngoại không chỉ giảm thời gian sấy mà còn giữ được các chất dinh dưỡng quan trọng trong sản phẩm, đặc biệt là trong sấy mít. Đây là một phương pháp sấy tiên tiến, phù hợp với yêu cầu về chất lượng và hiệu quả trong ngành công nghệ thực phẩm.

1.2. Ưu điểm của sấy hồng ngoại

Sấy hồng ngoại mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp sấy truyền thống. Đầu tiên, phương pháp này giúp giữ nguyên giá trị dinh dưỡng của sản phẩm, đặc biệt là trong sấy trái cây như mít. Thứ hai, thời gian sấy được rút ngắn đáng kể, giúp tiết kiệm năng lượng và chi phí sản xuất. Thứ ba, sấy hồng ngoại giúp sản phẩm giữ được màu sắc tự nhiên và hương vị đặc trưng, tăng tính hấp dẫn cho người tiêu dùng. Cuối cùng, phương pháp này phù hợp với quy mô sản xuất lớn, đáp ứng nhu cầu xuất khẩu và tiêu dùng trong nước.

II. Sấy mít bằng công nghệ hồng ngoại

Sấy mít bằng công nghệ sấy hồng ngoại là một phương pháp hiệu quả để bảo quản và chế biến mít, phục vụ cho cả tiêu dùng và xuất khẩu. Mít là một loại trái cây có giá trị dinh dưỡng cao, nhưng hàm lượng nước lớn khiến thời gian bảo quản ngắn. Sấy hồng ngoại giúp giảm độ ẩm trong mít, kéo dài thời gian bảo quản mà vẫn giữ được hương vị và chất lượng. Quy trình sấy mít bằng hồng ngoại bao gồm các bước: chuẩn bị nguyên liệu, sấy ở nhiệt độ và thời gian phù hợp, và đóng gói sản phẩm. Phương pháp này không chỉ giúp tăng giá trị kinh tế của mít mà còn mở ra cơ hội xuất khẩu ra thị trường quốc tế.

2.1. Quy trình sấy mít

Quy trình sấy mít bằng công nghệ hồng ngoại bao gồm các bước chính: chuẩn bị nguyên liệu, sấy ở nhiệt độ và thời gian tối ưu, và đóng gói sản phẩm. Nguyên liệu mít được chọn lọc kỹ lưỡng, sau đó được sấy ở nhiệt độ từ 50-70°C trong thời gian từ 6-8 giờ. Quá trình sấy giúp giảm độ ẩm trong mít xuống mức thích hợp, đảm bảo chất lượng sản phẩm. Sấy hồng ngoại giúp mít giữ được hương vị tự nhiên và giá trị dinh dưỡng, đồng thời tăng thời gian bảo quản. Sản phẩm sau sấy được đóng gói kín, sẵn sàng cho tiêu dùng và xuất khẩu.

2.2. Chất lượng sản phẩm sau sấy

Sấy mít bằng công nghệ hồng ngoại giúp sản phẩm đạt được chất lượng cao, đáp ứng các tiêu chuẩn về bảo quản thực phẩm và chất lượng sản phẩm. Mít sau sấy giữ được màu sắc tự nhiên, hương vị đậm đà, và giá trị dinh dưỡng cao. Độ ẩm của sản phẩm được kiểm soát chặt chẽ, đảm bảo thời gian bảo quản dài mà không cần sử dụng chất bảo quản. Sấy hồng ngoại cũng giúp sản phẩm không bị cong vênh, đảm bảo tính thẩm mỹ và chất lượng. Đây là một phương pháp hiệu quả để tăng giá trị kinh tế của mít, phục vụ cho cả tiêu dùng trong nước và xuất khẩu ra thị trường quốc tế.

III. Ứng dụng và hiệu quả kinh tế

Công nghệ sấy hồng ngoại không chỉ mang lại hiệu quả cao trong việc bảo quản và chế biến mít mà còn có tiềm năng lớn trong việc mở rộng thị trường xuất khẩu. Sản phẩm mít sấy bằng công nghệ hồng ngoại đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng quốc tế, giúp tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường toàn cầu. Sấy hồng ngoại cũng giúp giảm chi phí sản xuất, tăng hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp. Việc ứng dụng công nghệ hiện đại này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần quảng bá sản phẩm nông nghiệp Việt Nam ra thế giới.

3.1. Tiềm năng xuất khẩu

Sấy mít bằng công nghệ hồng ngoại mở ra cơ hội lớn cho việc xuất khẩu sản phẩm ra thị trường quốc tế. Sản phẩm mít sấy đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng cao, đặc biệt là các yêu cầu về bảo quản thực phẩm và chất lượng sản phẩm. Sấy hồng ngoại giúp sản phẩm giữ được hương vị tự nhiên và giá trị dinh dưỡng, tăng tính cạnh tranh trên thị trường toàn cầu. Việc xuất khẩu mít sấy không chỉ mang lại lợi nhuận cao mà còn góp phần quảng bá hình ảnh nông sản Việt Nam ra thế giới.

3.2. Hiệu quả kinh tế

Công nghệ sấy hồng ngoại mang lại hiệu quả kinh tế cao cho các doanh nghiệp sản xuất và chế biến mít. Phương pháp này giúp giảm chi phí năng lượng, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Sấy hồng ngoại cũng giúp kéo dài thời gian bảo quản, giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch. Việc ứng dụng công nghệ hiện đại này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần phát triển bền vững ngành nông nghiệp Việt Nam. Đây là một giải pháp hiệu quả để tăng giá trị kinh tế của mít, phục vụ cho cả tiêu dùng trong nước và xuất khẩu ra thị trường quốc tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Cơ sở lý thuyết sấy 1. Định nghĩa quá trình sấy Sấy là một quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy để thoát ra môi trường. Ẩm trong vật liệu nhận năng lượng theo một phương thức nào đó tách khỏi vật liệu sấy và dịch chuyển từ bên trong vật liệu sấy ra bề mặt, từ bề mặt vào môi trường xung quanh (Trần Văn Phú, 2008).

Mục đích của quá trình sấy nhằm cải thiện tính ổn định của sản phẩm, vì nó làm giảm hoạt động nước của sản phẩm, từ đó làm giảm hoạt động vi sinh và giảm thiểu các thay đổi vật lý và hóa học trong quá trình bảo quản (Mayor và Sereno, 2004). Quá trình sấy mang lại sự giảm đáng kể về trọng lượng và khối lượng, giảm thiểu chi phí đóng gói, lưu trữ, vận chuyển và cho phép lưu trữ sản phẩm dưới nhiệt độ môi trường (Brooks và cộng sự, 2008; Demir và cộng sự, 2010). Cơ sở khoa học quá trình sấy Sấy là quá trình loại bỏ bất kì chất lỏng nào ra khỏi vật liệu, làm tăng hàm lượng chất khô. Sấy là quá trình công nghệ phức tạp.

Về nguyên tắc, có nhiều phương pháp sấy vật liệu khác nhau. Có hai phương pháp chính: − Loại bỏ ẩm nước ra khỏi vật liệu, không làm thay đổi trạng thái liên kết: vẫn ở dạng lỏng. − Loại bỏ ẩm khi thay đổi trạng thái liên kết: lỏng biến thành hơi. Động học của quá trình sấy Tất cả các vật liệu sấy đều có khả năng hút ẩm từ môi trường xung quanh hoặc nhả ẩm ra môi trường xung quanh.

Sự chuyển động của hơi nước theo chiều nào phụ thuộc vào trạng thái của môi trường xung quanh và tính chất của vật liệu. Môi trường xung quanh của vật liệu có thể là hơi nước hoặc hỗn hợp hơi nước – không khí. Nếu ký hiệu pA là áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường xung quanh và PA là áp suất hơi của nước trên bề mặt vật liệu thì điều kiện để nước từ vật liệu bay hơi vào môi trường xung quanh là PA > pA. Áp suất hơi của nước trên bề mặt vật liệu PA phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và dạng liên kết ẩm của vật liệu.

Khi nhiệt độ và ẩm của vật liệu tăng thì PA tăng, lực liên kết ẩm với vật liệu càng lớn thì PA càng giảm. NGUYỄN TẤN DŨNG Trạng thái ẩm của vật liệu ứng với điều kiện PA = pA gọi là trạng thái cân bằng, quá trình bay hơi ngừng lại, độ ẩm của vật liệu tại điều kiện này gọi là độ ẩm cân bằng. Quá trình bay hơi từ vật liệu ẩm gồm hai giai đoạn: - Giai đoạn nước khuyếch tán từ trong ra bề mặt vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của vật liệu, dạng liên kết của nước với vật liệu. - Giai đoạn nước khuyếch tán từ bề mặt vật liệu vào môi trường xung quanh phụ thuộc vào trạng thái môi trường xung quanh.

Tốc độ của hai giai đoạn này thường không bằng nhau và có ảnh hưởng đến tốc độ sấy (Võ Văn Bang và Vũ Bá Minh, 2004). Tĩnh học của quá trình sấy Hỗn hợp không khí và nước được gọi là hỗn hợp không khí ẩm gồm có các đặc trưng: (a) Độ ẩm tuyệt đối của không khí là lượng hơi nước chứa trong 1kg không khí khô. (b) Độ ẩm tương đối của không khí, nếu lượng hơi nước trong không khí tăng lên đến khi bão hòa thì độ ẩm tương đối đạt cực đại. (c) Điểm sương là nhiệt độ giới hạn của quá trình làm lạnh không khí ẩm với hàm ẩm không đổi.

(d) Nhiệt độ bầu khô là nhiệt độ của hỗn hợp khí được xác định bằng nhiệt kế thông thường. (e) Nhiệt độ bầu ướt là nhiệt độ ổn định đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào hỗn hợp khí chưa bão hòa hơi nước ở điều kiện đoạn nhiệt. (f) Thể tích hỗn hợp không khí ẩm là thể tích của hỗn hợp không khí ẩm tính cho 1kg không khí khô ở nhiệt độ và áp suất đã định. Đặc điểm của quá trình sấy Đặc điểm của quá trình sấy với vật liệu có độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ sấy và tốc độ chuyển động của không khí không lớn, thì quá trình sấy sẽ xảy ra theo ba giai đoạn: giai đoạn làm nóng vật liệu, giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần.

Đường cong vận tốc sấy: biểu thị quan hệ giữa vận tốc sấy và độ ẩm của sản phẩm sấy. NGUYỄN TẤN DŨNG Hình 1.1: Đường cong sấy và đường cong vận tốc sấy Trong đó AB: giai đoạn đốt nóng sản phẩm; BK1: Giai đoạn vận tốc sấy không đổi (đẳng tốc); K1C: Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần. Điểm K1 gọi là điểm tới hạn, tương ứng với độ ẩm tới hạn Kth, tại đó xuất hiện ẩm tự do. (a) Giai đoạn làm nóng vật Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ướt.

Trong quá trình này toàn bộ vật sấy được gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi 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 do bay hơi ẩm còn nhiệt độ của vật thì tăng dần từ nhiệt độ ban đầu cho đến khi bằng nhiệt độ kế ướt. Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong quá trình sấy xảy ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật liệu sấy.

Vùng trong vật sấy đạt đến nhiệt độ kế ướt chậm hơn. Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra rất nhanh. (b) Giai đoạn tốc độ sấy không đổi Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ướt. Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước.

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 để hóa hơi. Do 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. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm của vật cũng không đổi. Điều này sẽ làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm của vật theo thời gian (∂u/∂τ) không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi.

Trong giai đoạn sấy tốc độ không đổi biến thiên của độ chứa ẩm theo thời gian là tuyến tính. Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do. Khi độ ẩm của vật đạt đến trị 6 GVHD: PGS. NGUYỄN TẤN DŨNG số giới hạn uk = ucbmax thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt.

Đồng thời cũng chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự do chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm. (c) 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 là ẩm liên kết. Năng lượng để làm bay hơi ẩm liên kết lớn so với ẩm tự do và càng tăng lên khi độ ẩm của vật càng nhỏ (ẩm liên kết càng chặt). Do vận tốc 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 giảm theo thời gian sấy.

Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm cho đến khi độ ẩm của vật giảm đến bằng độ ẩm cân bằng ứng 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 (Hoàng Văn Chước, 1997). Phân loại quá trình sấy 1. Phân loại theo phương pháp sấy Người ta chia ra hai loại phương pháp sấy: Phương pháp sấy lạnh và phương pháp sấy nóng. (a) Phương pháp sấy lạnh như: Sấy thăng hoa, sấy chân không, sấy lạnh ở nhiệt độ t>0.

Phân loại thiết bị sấy Được chia ra làm hai loại: Sấy tự nhiên và sấy nhân tạo. (a) Sấy tự nhiên là quá trình phơi vật liệu ngoài trời. Phương pháp này sử dụng nguồn nhiệt phát xạ của mặt trời và ẩm bay ra được không khí mang đi (có thể được hỗ trợ bằng gió tự nhiên). Phương pháp sấy tự nhiên có các ưu và nhược điểm sau: ➢ Ưu điểm: - Đơn giản, đầu tư vốn ít.

- Bề mặt trao đổi nhiệt lớn. - Dòng bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn (1000 W/m2). ➢ Nhược điểm - Khó thực hiện cơ giới hóa, chi phí lao động nhiều. - Nhiệt độ thấp nên cường độ sấy cao.

- Sản phẩm dễ bị ô nhiễm do bụi sinh vật và vi sinh vật. Chất lượng một số sản phẩm không đạt yêu cầu. NGUYỄN TẤN DŨNG - Chiếm diện tích lớn. (b) Sấy nhân tạo thường được tiến hành các loại thiết bị sấy để cung cấp nhiệt cho các vật liệu ẩm.

Sấy nhân tạo có nhiều dạng, tùy theo phương pháp truyền nhiệt mà trong kỹ thuật sấy có thể chia thành nhiều dạng: (b1) Sấy đối lưu: Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ môi chất sấy đến vật liệu bằng cách truyền nhiệt đối lưu. (b2) Sấy bức xạ: Nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy thực hiện bằng bức xạ từ một bề mặt nào đó đến vật sấy. (b3) Sấy tiếp xúc: Trong phương pháp này người ta cung cấp nhiệt cho vật sấy bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp vật với bề mặt nguồn nhiệt. (b4) Sấy bằng điện trường dòng cao tần: Nhiệt cung cấp cho vật sấy nhờ dòng điện cao tần nên điện trường cao tần trong vật làm vật nóng lên.

(b5) Sấy thăng hoa: Phương pháp này thực hiên bằng cách làm lạnh vật đồng thời hút chân không để cho vật sấy đạt đến trạng thái thăng hoa cả nước. Ẩm thoát ra khỏi vật nhờ quá trình thăng hoa (Hoàng Văn Chước, 1997). Các biến đổi xảy ra trong quá trình sấy (a) Biến đổi vi sinh vật Bản chất của quá trình sấy là làm giảm hoạt độ nước, từ đó ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Dưới tác dụng của nhiệt độ cũng như việc giảm hoạt độ của nước, khả năng kháng nhiệt của vi sinh vật sẽ giảm đi đáng kể.

Và do vi sinh vật bị ức chế, nên các độc tố cũng như các hư hỏng do quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật tạo ra cũng được ức chế (Nguyễn Vân Tiếp và cộng sự, 2008).