Đồ án nghiên cứu công nghệ sấy hồng sản phẩm chuối tại HCMUTE

Đồ án kỹ thuật nghiên cứu hcmute nghiên cứu công nghệ sấy hồng sản phẩm chuối, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Nguyễn Văn Cường
• 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 sản phẩm chuối
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về chuối
• 1.2. Đặc điểm sinh học
• 1.3. Các giống chuối được trồng phổ biến tại nước ta
• 1.4. Tình hình trong trọt và sản xuất chuối trên thế giới và nước ta
• 1.5. Các sản phẩm chuối có trên thị trường
• 1.6. Thành phần hóa học của chuối
• 1.7. Giá trị dinh dưỡng
• 1.8. TVCN về chuối sấy do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành
• 1.9. Cơ sở lý thuyết sấy
• 1.9.1. Định nghĩa quá trình sấy
• 1.9.2. Động học quá trình sấy
• 1.9.3. Tĩnh học của quá trình sấy
• 1.10. Các phương pháp sấy hiện nay
• 1.10.1. Sấy tự nhiên
• 1.10.2. Sấy bằng thiết bị nhân tạo
• 1.11. Cơ sở khoa học của phương pháp sấy hồng ngoại
• 1.11.1. Bản chất của bức xạ nhiệt
• 1.11.2. Ưu – nhược điểm của phương pháp sấy hồng ngoại
• 1.11.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng ngoại
• 1.11.4. Thiết bị sấy hồng ngoại
• 1.11.5. Công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối
• 1.12. Kết luận về tổng quan
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu nghiên cứu
• 2.2. Dụng cụ và thiết bị
• 2.2.1. Dụng cụ nghiên cứu
• 2.2.2. Thiết bị nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp tiếp cận hệ thống
• 2.4. Phân tích các đối tượng công nghệ
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6. Bố trí thí nghiệm
• 2.7. Xác định các yếu tố mục tiêu đầu ra
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xác định thành phần của chuối nguyên liệu
• 3.2. Xác định các yếu tố ảnh hưởng
• 3.3. Xác định vận tốc tác nhân sấy ảnh hưởng đến độ ẩm của sản phẩm
• 3.4. Xác định nhiệt độ môi trường sấy ảnh hưởng đến hàm lượng ẩm
• 3.5. Xác định nhiệt độ ảnh hưởng đến tổn thất hàm lượng vitamin C
• 3.6. Xây dựng mô hình toán mô tả cho quá trình sấy hồng ngoại chuối
• 3.7. Tiến hành thực nghiệm theo các yếu tố ảnh hưởng và ma trận của phương án trực giao cấp 2
• 3.8. Xây dựng mô hình toán mô tả mối quan hệ giữa độ ẩm với các yếu tố ảnh hưởng
• 3.9. Xây dựng mô hình toán mô tả mối quan hệ giữa chi phí năng lượng với các yếu tố ảnh hưởng
• 3.10. Xây dựng mô hình toán mô tả mối quan hệ giữa tổn thất hàm lượng vitamin C với các yếu tố ảnh hưởng
• 3.11. Xây dựng và giải bài toán tối ưu một mục tiêu
• 3.12. Xây dựng và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu
• 3.13. Thực nghiệm kiểm chứng
• 3.14. Định mức nguyên liệu và giá thành sản phẩm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. Kết luận các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới quá trình sấy
• 4.2. Mật độ nguyên liệu
• 4.3. Thời gian sấy
• 4.4. Vận tốc tác nhân sấy
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Nghiên cứu Công nghệ Sấy Hồng Ngoại Sản phẩm Chuối tại HCMUTE

Bài viết tập trung vào đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối" được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE). Đề tài thuộc lĩnh vực nghiên cứu khoa học, cụ thể là kỹ thuật thực phẩm, nhằm tìm ra giải pháp bảo quản thực phẩm hiệu quả, đồng thời tạo ra sản phẩm sấy có chất lượng cao từ nguồn nguyên liệu hồng chuối sẵn có.

1.1. Tổng quan về Sản phẩm Chuối và Công nghệ Sấy

Chuối là loại trái cây phổ biến ở Việt Nam, được ưa chuộng bởi giá trị dinh dưỡng cao. Tuy nhiên, hồng chuối sau thu hoạch dễ bị hư hỏng, do đó cần có phương pháp sấy phù hợp để kéo dài thời gian sử dụng. Sấy hồng ngoại là công nghệ sấy hiện đại, sử dụng tia hồng ngoại để tách ẩm, giúp sản phẩm giữ được màu sắc, hương vị tự nhiên và hàm lượng dinh dưỡng cao hơn so với các phương pháp sấy truyền thống.

1.2. Mục tiêu và Phương pháp Nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện nhằm mục tiêu phân tích ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ sấy như nhiệt độ sấy, thời gian sấy, vận tốc tác nhân sấy... đến chất lượng sản phẩm sấy. Từ đó, xác định chế độ công nghệ sấy tối ưu cho sản phẩm chuối sấy hồng ngoại, đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu về độ ẩm, hàm lượng vitamin C, đồng thời tiết kiệm năng lượng và chi phí sản xuất.

1.3. Kết quả và Thảo luận

Nghiên cứu đã thu được kết quả khả quan trong việc ứng dụng công nghệ sấy hồng ngoại cho sản phẩm chuối. Các mô hình toán mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng và chất lượng sản phẩm được xây dựng, từ đó xác định được chế độ công nghệ sấy tối ưu. Sản phẩm chuối sấy hồng ngoại đạt chất lượng tốt, đáp ứng các chỉ tiêu về cảm quan, dinh dưỡng và vệ sinh an toàn thực phẩm.

II. Giá trị và Ứng dụng Thực tiễn

Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc ứng dụng công nghệ sấy hồng ngoại trong bảo quản thực phẩm, đặc biệt là sản phẩm chuối. Đồng thời, đề tài cũng mang lại giá trị thực tiễn cao, góp phần chuyển giao công nghệ vào sản xuất, giúp nâng cao giá trị gia tăng cho nông sản. Nghiên cứu cũng mở ra hướng khởi nghiệp nông nghiệp mới cho người nông dân, góp phần phát triển nông nghiệp công nghệ cao tại Việt Nam.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam là quốc gia nhiệt đới có thế mạnh về sản xuất nông nghiệp, trong đó chuối là một trong những loại cây ăn trái chủ lực với diện tích canh tác chiếm khoảng 19% tổng diện tích cây ăn trái cả nước, đạt sản lượng xấp xỉ 1,4 triệu tấn mỗi năm và thuộc nhóm 15 quốc gia có sản lượng chuối lớn nhất thế giới. Chuối tươi sau thu hoạch có hàm lượng ẩm cao (khoảng 74,9% - 75%), hoạt độ nước lớn nên dễ bị hư hỏng, dập nát và suy giảm phẩm chất trong quá trình vận chuyển hay lưu kho. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ chế biến nhằm kéo dài thời gian bảo quản, nâng cao giá trị gia tăng và đa dạng hóa sản phẩm nông sản chế biến là yêu cầu cấp thiết của ngành công nghệ thực phẩm.

Trong các phương pháp chế biến chuối, công nghệ sấy đóng vai trò chủ đạo nhằm hạ hàm ẩm xuống mức an toàn. Tuy nhiên, các kỹ thuật sấy truyền thống như phơi nắng tự nhiên phụ thuộc nhiều vào thời tiết, dễ nhiễm vi sinh vật; sấy đối lưu thông thường có thời gian kéo dài, hiệu suất nhiệt không cao và dễ làm thất thoát các hợp chất mẫn cảm với nhiệt như vitamin C. Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại xuất hiện như một giải pháp công nghệ khắc phục các nhược điểm trên nhờ cơ chế truyền năng lượng trực tiếp thông qua dao động nhiệt của các photon va chạm với electron trong vật liệu, giúp buồng sấy và sản phẩm đạt nhanh đến nhiệt độ yêu cầu, gia tăng tốc độ tách ẩm, rút ngắn thời gian sấy và hạn chế mức độ oxy hóa sản phẩm. Nhằm làm chủ công nghệ và thiết lập các thông số sấy tối ưu cho sản phẩm chuối sấy dẻo, đề tài "Nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối" đã được thực hiện.

Theo văn bản khóa luận, các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định gồm 5 nội dung:

1. Tổng quan về quá trình sấy hồng ngoại và nguyên liệu sấy chuối.
2. Phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng ngoại sản phẩm.
3. Xác định các mục tiêu của sản phẩm sau khi sấy; xây dựng và giải các bài toán tối ưu của quá trình sấy.
4. Xác lập chế độ công nghệ và quy trình công nghệ quá trình sấy hồng ngoại sản phẩm chuối sấy dẻo.
5. Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm sau khi sấy, xác định định mức nguyên liệu, tính toán giá thành sản phẩm và đưa ra kết luận.

• Đối tượng nghiên cứu: Sản phẩm chuối sấy dẻo và hệ thống thiết bị sấy bức xạ hồng ngoại.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Không gian: Phòng thí nghiệm và xưởng thực hành thuộc Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
  • Thời gian thực hiện: Từ ngày 01/09/2020 đến ngày 25/01/2021.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Khóa luận thiết lập nền tảng lý thuyết dựa trên các nguyên lý nhiệt động lực học, kỹ thuật truyền nhiệt bức xạ và hóa sinh thực phẩm:

• Cơ sở bức xạ nhiệt và định luật quang học: Năng lượng photon $e = h \cdot \nu$; phân loại dải sóng bức xạ hồng ngoại theo tiêu chuẩn DIN 5031 gồm hồng ngoại gần (IR-A: 0,78–1,4 $\mu m$), hồng ngoại giữa (IR-B: 1,4–3,0 $\mu m$) và hồng ngoại xa (IR-C: 3–50 $\mu m$ và 50–1000 $\mu m$). Sử dụng định luật phân bố năng lượng bức xạ Planck, định luật chuyển dịch Wien ($\lambda_{max} \cdot T_0 = 2898$), định luật Stefan – Boltzmann đối với vật bức xạ và phương trình cân bằng năng lượng bề mặt ($a + r + T = 1$).
• Động học và tĩnh học quá trình sấy: Nghiên cứu bản chất các dạng liên kết ẩm trong vật liệu thực phẩm (liên kết hóa học ion/phân tử, liên kết hóa lý hấp phụ/thẩm thấu, liên kết cơ lý mao dẫn/cấu trúc/dính ướt); phân tích ba giai đoạn sấy điển hình (giai đoạn đun nóng vật liệu, giai đoạn sấy đẳng tốc và giai đoạn sấy giảm tốc); thiết lập phương trình cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt cho hệ thống sấy lý thuyết ($h = const$) và hệ thống sấy thực tế có hoàn lưu khí.
• Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật:
  • Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 482:2001 (Chuối sấy): Quy định yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm chuối sấy (chuối nguyên quả dài tối thiểu 70 mm hoặc cắt khúc dài 35–40 mm; độ ẩm thành phẩm từ 18% đến 22%; trạng thái dẻo, không cứng, màu nâu nhạt đến nâu sẫm, vị ngọt đặc trưng).
  • Quyết định số 867/1998/QĐ-BYT và TCVN 3572-81: Quy định giới hạn tối đa cho phép về kim loại nặng (Pb $\le 0,4$ mg/kg, Cu $\le 5,0$ mg/kg, Zn $\le 10,0$ mg/kg, Fe $\le 5,0$ mg/kg) và giới hạn vi sinh vật trong 1 gam sản phẩm chuối sấy (tổng vi khuẩn hiếu khí $\le 10.000$ CFU/g, Coliforms $\le 10$ CFU/g, E.Coli = 0 CFU/g, Cl.perfringens $\le 10$ CFU/g, B. cereus $\le 100$ CFU/g, tổng số bào tử nấm men - nấm mốc $\le 100$ CFU/g).

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp tiếp cận hệ thống: Phân tích các đối tượng công nghệ của hệ thống sấy hồng ngoại bao gồm các yếu tố đầu vào (nguyên liệu, vận tốc tác nhân sấy, nhiệt độ sấy, thời gian sấy, mật độ xếp khay) và các yếu tố đầu ra (độ ẩm sản phẩm, mức tiêu hao năng lượng, hàm lượng vitamin C tổn thất).
• Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: Sử dụng ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 để khảo sát đa yếu tố, xác định mối quan hệ tương quan phi tuyến giữa các biến công nghệ độc lập với 3 hàm mục tiêu kỹ thuật.
• Phương pháp phân tích và xử lý số liệu: Thu thập dữ liệu thực nghiệm, tính toán ma trận thực nghiệm, xác định các hệ số hồi quy $b_j, b_{jk}$ và kiểm định ý nghĩa thống kê của hệ số qua tiêu chuẩn Student ($t_j$) trên phần mềm Microsoft Excel.
• Phương pháp tối ưu hóa: Xây dựng và giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu và đa mục tiêu nhằm tìm ra vùng thông số tối ưu cho chế độ sấy hồng ngoại chuối dẻo, kết hợp thực nghiệm kiểm chứng quy trình tại phòng thí nghiệm.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các kiến thức cơ bản về nguyên liệu chuối, tình hình sản xuất, công nghệ sấy và bức xạ hồng ngoại:

• Đặc điểm sinh học và vùng nguyên liệu: Chuối thuộc họ Musaceae, chi Musa (chủ yếu là Musa paradisiaca L.). Tổng quan các giống chuối phổ biến tại Việt Nam gồm: nhóm chuối tiêu (năng suất 12–15 tấn/ha, 13–14 kg/buồng), chuối tây (tây hồng, tây phấn, tây sứ), chuối bom (trồng nhiều ở Đông Nam Bộ, 25–40 tấn/ha, thích hợp ăn tươi và chế biến sấy), chuối ngự, chuối ngốp, chuối hột. Một buồng chuối trung bình nặng 30–50 kg; một quả chuối nặng khoảng 125 g, cấu trúc gồm 75% nước và 25% chất khô.
• Thành phần dinh dưỡng chuối: Trích dẫn giá trị dinh dưỡng trong 100 g thịt chuối tươi:

Chỉ tiêu thành phần	Hàm lượng / Đơn vị	Chỉ tiêu khoáng - vitamin	Hàm lượng / Đơn vị
Nước	74,9 g	Kali (K)	258 mg
Năng lượng	89 kcal	Magie (Mg)	27 mg
Tổng chất béo	0,4 g	Phospho (P)	22 mg
Vitamin C	8,7 mg	Calci (Ca)	5 mg
Folate (DFE)	20 $\mu g$	Natri (Na)	1 mg
Vitamin A (RAE)	5 $\mu g$ (64 IU)	Kẽm (Zn)	0,1 mg

• Phân tích so sánh các công nghệ sấy: Đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp: sấy tự nhiên (năng lượng mặt trời); sấy đối lưu (phòng sấy, hầm sấy, thùng quay, sấy phun); sấy thăng hoa (dưới điểm ba thể $0,0098^\circ\text{C}$ và áp suất $4,58\text{ mmHg}$); sấy chân không; sấy bơm nhiệt (nhiệt độ thấp $35\text{–}45^\circ\text{C}$); sấy tiếp xúc và sấy tang trống.
• Công nghệ và thiết bị sấy hồng ngoại: Phân tích cơ chế bức xạ điện từ, các yếu tố ảnh hưởng (bản chất nguyên liệu, độ dày lát cắt, vận tốc gió, nhiệt độ bức xạ). Mô tả cấu tạo thiết bị sấy hồng ngoại gồm: buồng sấy hình hộp chữ nhật vỏ inox 2 lớp có lớp cách nhiệt ở giữa; nguồn phát nhiệt là dàn đèn sấy hồng ngoại (điện áp 220/380 VAC, nhiệt độ màu 800–1500 K, nhiệt độ làm việc tối đa $\le 600^\circ\text{C}$, nhiệt độ nóng tối đa $\le 900^\circ\text{C}$); quạt ly tâm công suất áp lực 700 Pa tạo dòng khí đối lưu và thoát ẩm; cùng hệ thống tủ điều khiển tự động hóa các thông số vận hành.

Chương 2: Vật liệu, thiết bị và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết về vật liệu thực nghiệm, trang thiết bị kỹ thuật và thiết kế quy trình nghiên cứu:

• Nguyên liệu nghiên cứu: Chuối chín đạt độ chín kỹ thuật, vỏ vàng đều theo thang đo màu sắc và độ chín, không bị dập nát hay khuyết tật sâu bệnh, bóc vỏ và tạo hình đồng đều theo tiêu chuẩn nguyên liệu.
• Hệ thống thiết bị nghiên cứu: Hệ thống sấy hồng ngoại thông minh tích hợp cảm biến nhiệt độ, bộ điều khiển tự động hiển thị màn hình cài đặt và màn hình điều khiển; quạt ly tâm hoàn lưu khí; thiết bị và dụng cụ đo độ ẩm, cân phân tích, dụng cụ phân tích hóa học xác định tổn thất vitamin C.
• Phương pháp bố trí thí nghiệm:
  • Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đơn lẻ (vận tốc tác nhân sấy, nhiệt độ môi trường sấy, thời gian sấy) đến các chỉ tiêu chất lượng.
  • Bố trí thí nghiệm đa yếu tố theo ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 nhằm thu thập số liệu phục vụ mô hình hóa toán học.
• Xác định các yếu tố mục tiêu đầu ra:
  • $Y_1$: Độ ẩm sản phẩm sau sấy (yêu cầu kỹ thuật đạt ngưỡng 18% - 22%).
  • $Y_2$: Chi phí năng lượng tiêu thụ trong quá trình sấy (kWh hoặc kJ).
  • $Y_3$: Tỷ lệ tổn thất hàm lượng vitamin C so với nguyên liệu ban đầu (%).

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm, tính toán toán học và tối ưu hóa chế độ sấy:

• Thành phần nguyên liệu chuối: Xác định thành phần ban đầu của chuối nguyên liệu trước khi đưa vào sấy làm cơ sở đối chứng các chỉ tiêu hóa lý.
• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng:
  • Vận tốc tác nhân sấy: Ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ thoát ẩm trên bề mặt sản phẩm. Tăng vận tốc gió giúp mang ẩm ra khỏi buồng sấy nhanh hơn, giảm độ ẩm sản phẩm nhưng nếu vận tốc quá cao sẽ gây thất thoát nhiệt.
  • Nhiệt độ môi trường sấy: Ảnh hưởng tỷ lệ nghịch với độ ẩm sản phẩm và tỷ lệ thuận với mức độ phân hủy vitamin C. Nhiệt độ càng cao, tốc độ sấy càng nhanh nhưng làm tăng tỷ lệ tổn thất vitamin C.
  • Thời gian sấy: Tác động trực tiếp đến mức độ giảm ẩm và sự biến đổi hàm lượng dinh dưỡng của chuối.
• Xây dựng mô hình toán thực nghiệm: Dựa trên ma trận trực giao cấp 2, tác giả tiến hành xử lý số liệu bằng Excel để thiết lập 3 phương trình hồi quy đa thức mô tả:
  • Phương trình quan hệ giữa độ ẩm ($Y_1$) với các yếu tố công nghệ.
  • Phương trình quan hệ giữa chi phí năng lượng ($Y_2$) với các yếu tố công nghệ.
  • Phương trình quan hệ giữa tổn thất hàm lượng vitamin C ($Y_3$) với các yếu tố công nghệ.
  • Thực hiện xác định phương sai, tính toán các hệ số $b_j, b_{jk}$ và kiểm tra độ tin cậy của các hệ số bằng tiêu chuẩn Student ($t_j$).
• Tối ưu hóa và kiểm chứng: Xây dựng bài toán tối ưu đơn mục tiêu và bài toán tối ưu đa mục tiêu (cân bằng giữa độ ẩm đạt chuẩn 18–22%, chi phí năng lượng thấp nhất và mức độ suy giảm vitamin C nhỏ nhất). Thực nghiệm kiểm chứng với các thông số tối ưu cho thấy sản phẩm đạt yêu cầu cảm quan (dẻo, màu nâu sáng đồng đều, vị ngọt thanh).
• Định mức và giá thành: Tính toán định mức tiêu hao nguyên liệu chuối tươi trên một đơn vị thành phẩm chuối sấy dẻo và hạch toán sơ bộ chi phí giá thành sản xuất.

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

• Kết luận: Đề tài đã làm sáng tỏ quy luật ảnh hưởng của các thông số công nghệ (mật độ nguyên liệu trên khay sấy, thời gian sấy, vận tốc tác nhân sấy, nhiệt độ buồng sấy) đến quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm chuối. Đã xác lập được mô hình toán học và bộ thông số công nghệ tối ưu để sản xuất chuối sấy dẻo đạt tiêu chuẩn ngành.
• Kiến nghị: Tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô thử nghiệm bán công nghiệp; khảo sát biến đổi chất lượng sản phẩm trong các điều kiện đóng gói và thời gian bảo quản dài hạn.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính từ nghiên cứu

• Thông số kỹ thuật của hệ thống thiết bị: Hệ thống sấy hồng ngoại nghiên cứu sử dụng đèn sấy bức xạ hoạt động ở dải nhiệt độ tối đa $\le 600^\circ\text{C}$, quạt ly tâm áp lực 700 Pa đảm bảo lưu thông tác nhân sấy và hệ thống điều khiển tự động hóa các thông số công nghệ.
• Kiểm soát chất lượng theo tiêu chuẩn: Quy trình sấy hồng ngoại xác lập đưa sản phẩm chuối sấy dẻo đạt độ ẩm trong khoảng 18% - 22%, thỏa mãn đầy đủ các quy định của Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 482:2001:

Hạng mục chỉ tiêu	Yêu cầu theo 10 TCN 482:2001 & QĐ 867/1998/QĐ-BYT	Đánh giá sản phẩm của đề tài
Trạng thái vật lý	Dẻo, không cứng, bề mặt hơi dính	Đạt trạng thái dẻo đồng đều
Màu sắc	Nâu nhạt đến nâu sẫm	Màu nâu sáng đặc trưng, ít oxy hóa
Hương vị	Ngọt đậm, thơm mùi chuối sấy, không có mùi vị lạ	Giữ được vị ngọt và hương thơm tự nhiên
Độ ẩm	18% – 22%	Nằm trong khoảng tiêu chuẩn kiểm soát
Kim loại nặng	$\text{Pb} \le 0,4;\ \text{Cu} \le 5,0;\ \text{Zn} \le 10,0;\ \text{Fe} \le 5,0\text{ (mg/kg)}$	Đạt chuẩn an toàn vệ sinh
Vi sinh vật	Tổng VK hiếu khí $\le 10.000\text{ CFU/g}$, E.Coli = 0	Đạt yêu cầu vệ sinh an toàn thực phẩm

• Mô hình hóa toán học: Thiết lập thành công các mô hình toán mô tả mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với 3 hàm mục tiêu (độ ẩm, chi phí năng lượng và tổn thất vitamin C), làm cơ sở cho việc điều khiển tối ưu hóa quá trình sấy.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Đề xuất áp dụng quy trình công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp đối lưu cưỡng bức có điều khiển tự động thay thế cho các phương pháp sấy thủ công hoặc sấy nhiệt truyền thống đối với chuối sấy dẻo.
• Kiến nghị hoàn thiện cơ cấu tự động hóa buồng sấy, chuẩn hóa chế độ xếp dải nguyên liệu trên khay để đảm bảo phân bố nhiệt bức xạ đồng đều hơn trên toàn bộ bề mặt mẻ sấy.

Đóng góp khoa học và thực tiễn

• Đóng góp khoa học: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và hệ thống phương trình hồi quy mô tả động học quá trình sấy bức xạ hồng ngoại đối với chuối; làm rõ cơ chế tương tác giữa bức xạ photon nhiệt với quá trình thoát ẩm và phân hủy chất dinh dưỡng (vitamin C) trong mô thực vật.
• Đóng góp thực tiễn: Xây dựng hoàn chỉnh quy trình công nghệ sấy dẻo chuối có thể chuyển giao cho các cơ sở chế biến thực phẩm; giảm thiểu thời gian sấy và tiết kiệm điện năng tiêu thụ so với sấy đối lưu thông thường.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Nghiên cứu được triển khai trên mô hình thiết bị quy mô thực nghiệm tại phòng thí nghiệm/xưởng trường với các mẻ sấy gián đoạn, chưa khảo sát trên dây chuyền sấy băng tải liên tục công nghiệp. Số liệu thực nghiệm tập trung vào các yếu tố công nghệ chính mà chưa đánh giá sâu các biến đổi cấu trúc tế bào dưới kính hiển vi điện tử cũng như chỉ tiêu cảm quan qua thời gian lưu kho dài hạn.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Thử nghiệm và hoàn thiện quy trình sấy hồng ngoại trên quy mô sản xuất công nghiệp liên tục.
  • Nghiên cứu ảnh hưởng của các loại vật liệu bao bì và điều kiện bảo quản (hút chân không, bơm khí trơ) đến thời hạn sử dụng và sự biến đổi chất lượng chuối sấy dẻo sau sản xuất.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo chuyên môn đối với các nhóm đối tượng sau:

• Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, cách thức xử lý số liệu ma trận bằng phần mềm Excel và quy trình xây dựng bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong chế biến thực phẩm.
• Sinh viên và kỹ sư ngành Kỹ thuật Nhiệt, Năng lượng, Cơ khí chế biến: Tham khảo cấu tạo buồng sấy, cách tính toán cân bằng nhiệt - ẩm, nguyên lý tích hợp đèn sấy hồng ngoại, quạt ly tâm và hệ thống điều khiển tự động trong thiết bị sấy.
• Cán bộ nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất nông sản sấy: Tham khảo quy trình công nghệ, chế độ sấy dẻo chuối thực tế và các phương pháp kiểm soát tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm theo 10 TCN 482:2001.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Mục tiêu công nghệ cốt lõi của khóa luận này là gì?

Khóa luận tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ (nhiệt độ buồng sấy, vận tốc tác nhân sấy, thời gian sấy và mật độ nguyên liệu) đến quá trình sấy hồng ngoại sản phẩm chuối; từ đó xây dựng mô hình toán thực nghiệm và tìm ra bộ thông số tối ưu để sản xuất chuối sấy dẻo đạt độ ẩm tiêu chuẩn 18% - 22% với mức tiêu hao năng lượng và tổn thất vitamin C thấp nhất.

2. Tiêu chuẩn chất lượng nào được sử dụng để đánh giá sản phẩm chuối sấy trong nghiên cứu?

Nghiên cứu áp dụng Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 482:2001 (Chuối sấy) do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành để đánh giá các chỉ tiêu cảm quan, hình thức, trạng thái và độ ẩm (18% - 22%). Đồng thời, các chỉ tiêu an toàn về kim loại nặng và giới hạn vi sinh vật được kiểm soát theo Quyết định số 867/1998/QĐ-BYT của Bộ Y tế và TCVN 3572-81.

3. Những hàm mục tiêu đầu ra nào được khảo sát trong ma trận quy hoạch thực nghiệm?

Tác giả đã xác định và xây dựng mô hình toán cho 3 hàm mục tiêu đầu ra độc lập:

1. Độ ẩm sản phẩm sau khi sấy ($Y_1, %$).
2. Chi phí năng lượng tiêu thụ của quá trình sấy ($Y_2$).
3. Tỷ lệ tổn thất hàm lượng vitamin C trong sản phẩm ($Y_3, %$).

4. Hệ thống thiết bị sấy hồng ngoại trong nghiên cứu gồm những bộ phận chính nào?

Hệ thống gồm: buồng sấy 2 lớp vỏ inox có lớp cách nhiệt; hệ thống đèn sấy hồng ngoại (nhiệt độ làm việc $\le 600^\circ\text{C}$, nhiệt độ cực đại $\le 900^\circ\text{C}$); quạt ly tâm công suất áp suất 700 Pa tạo đối lưu cưỡng bức và thoát ẩm; cùng hệ thống tủ điều khiển tự động tích hợp màn hình cài đặt và hiển thị thông số.

5. Cơ chế nào giúp phương pháp sấy hồng ngoại rút ngắn thời gian và tiết kiệm năng lượng so với sấy nhiệt thông thường?

Sấy hồng ngoại sử dụng bức xạ điện từ (bước sóng từ 700 nm đến 1 mm), năng lượng từ các photon phát ra truyền trực tiếp động năng cho các electron trong môi trường sấy và vật liệu sấy. Quá trình gia nhiệt diễn ra đồng thời ở bề mặt và một phần bên trong vật liệu, giúp buồng sấy và sản phẩm đạt nhanh nhiệt độ yêu cầu, gia tăng cường độ bốc hơi ẩm mà không phụ thuộc hoàn toàn vào quá trình truyền nhiệt đối lưu chậm chạp từ không khí.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Văn Cường đã hoàn thành toàn diện việc nghiên cứu công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại ứng dụng trên sản phẩm chuối sấy dẻo. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 và công cụ xử lý số liệu thống kê, đề tài đã thiết lập thành công mô hình toán học dự báo độ ẩm, mức tiêu hao năng lượng và tỷ lệ tổn thất vitamin C. Kết quả nghiên cứu khẳng định tính ưu việt của công nghệ sấy hồng ngoại trong việc rút ngắn thời gian chế biến, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo chất lượng sản phẩm chuối sấy dẻo đạt tiêu chuẩn ngành 10 TCN 482:2001, mở ra tiềm năng ứng dụng thiết thực trong ngành công nghiệp chế biến nông sản sau thu hoạch.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về chuối 1. Đặc điểm sinh học Cây chuối thuộc về họ Musaceae, thuộc chi Musa. Nó được trồng chủ yếu để lấy trái và ở một mức độ ít hơn, lá và thân của cây chuối cũng được dùng với mục đích trang trí.

Vì cây thường mọc lên cao, thẳng và khá vững chắc nên nó thường được nhầm lẫn với thân cây thật, trong khi “thân” chính của nó là một “thân giả”, có tên khoa học là pseudostem. Mỗi thân giả có thể ra một buồng chuối trước khi chết và bị thay thế bởi một thân giả mới. Cây chuối có thân giả lên tới 6 – 7.6 m, mọc lên từ thân ngầm. Lá chuối ra theo hình xoắn và có thể kéo dài đến 2.7 m và rộng 60 cm.

Cây chuối là loài thân thảo lớn nhất. Hoa chuối thường lưỡng tính, đầu hoa thường ra một hoa đực riêng, không sinh sản, còn được gọi là bắp chuối. Có nhiều loại chuối: chuối già, chuối mật, chuối sáp, chuối xiêm, chuối cau…Ngày nay, ước lượng có từ 200 đến 300 loại chuối đang có mặt trên khắp thế giới. Hầu hết chuối ăn quả đều thuộc loại Musa pardisiaca L, chúng được phân chia khác nhau dựa trên hình dạng quả, màu sắc và vị của thịt quả.

Các giống chuối được trồng phổ biến tại nước ta - Nhóm chuối tiêu : Nhóm này có 3 giống là tiêu lùn, tiêu nhỏ, tiêu cao. Năng suất quả từ trung bình đến rất cao; phẩm chất thơm ngon, thích hợp cho xuất khẩu quả tươi, thích hợp với vùng có khí hậu mùa đông lạnh. Giống chuối tiêu ở miền Bắc bình quân đạt 13-14kg/buồng, năng suất trung bình đạt 12-15 tấn/ha. 3 do an - Nhóm chuối tây : Gồm các giống chuối tây hồng, tây phấn, tây sứ, được trồng phổ biến ở nhiều nơi, cây cao sinh trưởng khoẻ, không kén đất, chịu hạn nóng và khả năng chịu hạn song dễ bị héo rụi (vàng lá Panama), quat ot, mập, ngọt đậm và kém thơm hơn so với giống khác.

- Chuối bom : Được trồng phổ biến ở Đông Nam Bộ, trọng lượng buồng thấp, chỉ đạt từ 6-8 kg/buồng. Thời gian sinh trưởng ngắn nên hệ số sản xuất cao (5 buồng trong 20 tháng/gốc) có có thể trồng ở mật độ cao 1200-1500 cây/ha nên năng suất có thể đạt 25-40 tấn/ha. Quả được dùng làm ăn tươi, chuối sấy. - Chuối ngự: Bao gồm chuối ngự tiến, chuối ngự mắn.

Cây cao 2,5-3 m, cho quả nhỏ, màu vỏ sáng đẹp, thịt quả chắc, vị thơm đặc biệt, tuy nhiên năng suất thấp. - Chuối ngốp: Bao gồm giống ngốp cao, ngốp thấp. Là nhóm có chiều cao cây từ 3-5 m. Cây sinh trưởng khoẻ, chịu bóng, ít sâu bệnh, chịu hạn khá, thích hợ với vùng đồi.

Qảu tương đối lớn, vỏ dầy, nâu đen khi chín, thịt quả nhão, hơi chua. Ngoài ra còn các giống chuối mắn, chuối lá, chuối hột nhưng các giống chuối này có diện tích trồng ít vì giá trị kinh tế thấp. Tình hình trong trọt và sản xuất chuối trên thế giới và nước ta 1. Trên thế giới Chuối là cây lương thực của nhiều quốc gia trên thế giới, sản xuất bình quân 42 triệu tấn/năm.

Chuối được trồng ở những vùng nhiệt đới. Nguồn cung chuối toàn cầu có thể chia làm 3 khu vực chính là: - Mỹ Latinh (Ecuador, Brazil, Colombia…) - Châu Phi (Cameroon, Bờ Biển Ngà…) - Châu Á (Philippines). Các thị trường tiêu thụ chính là Bắc Mỹ, châu Âu và một vài nước châu Á. Ở Việt Nam Chuối được trồng hầu hết trên toàn lãnh thổ Việt Nam từ vùng đồng bằng đến vùng núi, các tỉnh vùng cao nguyên phía Bắc nhưng chủ yếu được trông nhiều ở đồng bằng sông Cửu Long Việt Nam là nước nhiệt đới và cũng là một trong những xứ sở của chuối với nhiều giống chuối rất quý như: chuối tiêu, chuối tây, chuối bom, chuối ngự.

Các giống chuối của Việt Nam không chỉ phong phú về kích cỡ, hương vị mà còn có những giá trị sử dụng rất 4 do an khác nhau. Ở Việt Nam, chuối cũng là loại trái cây có diện tích và sản lượng cao. Với diện tích chiếm 19% tổng diện tích cây ăn trái của Việt Nam hàng năm, cho sản lượng khoảng 1,4 triệu tấn [1]. Theo số liệu của The Econnic, Việt Nam nằm trong top 15 nước có sản lượng chuối lớn nhất thế giới.

Chuối là mặt hàng có triển vọng xuất khẩu của nước ta Quả chuối ra thành nải treo, mỗi nải có thể lên tới 20 quả, và có thể có 3 – 20 nải chuối ứng với mỗi buồng, một buồng nặng trung bình 30 – 50 kg. Một quả chuối trung bình nặng 125 g, trong đó có khoảng 75% là nước và 25% còn lại là chất khô. Mỗi quả chuối có cấu tạo bao gồm một lớp vỏ dai chung quanh, bảo vệ phần thịt quả ăn được phía trong. Các sản phẩm chuối có trên thị trường Chuối sấy Hình 1.

Chuối sấy Nước ép chuối Hình 1. Nước ép chuối 5 do an Kẹo chuối Hình 1. Kẹo chuối Rượu chuối Hình 1. Rượu chuối Kem chuối Hình 1.

Kem chuối 6 do an 1. Thành phần hóa học của chuối Bảng 1. Thành phần hóa học của 100g thịt chuối [2] Thành phần Đơn vị Thành phần Đơn vị Nước g 74.9 Sodium, Na mg 1 Năng lượng kcal 89 Zinc, Zn mg 0.1 Vitamin C, tổng acid mg 8.7 ascobic Tổng béo g 0.4 Calcium, Ca mg 5 Folate, DFE µg 20 Iron, Fe mg 0.00 Magnesium, Mg mg 27 Vitamin A, RAE µg 5 Phosphorus, P mg 22 Vitamin A, IU IU 64 Potassium, K mg 258 Vitamin E (alpha- mg 0. Giá trị dinh dưỡng Một vài nghiên cứu khác cho rằng, ăn chuối có thể giúp cơ thể con người vượt qua trầm cảm, cho chúng có chứa hàm lượng tryptophan khá cao, lượng tryptophan này sẽ được chuyển thanh serotonin khi vào trong cơ thể - có tác dụng như một chất dẫn truyền thần kinh, nhằm điều chỉnh tâm trạng, mang lại trạng thái thoải mái cho con người.

[2] Việc ăn 2 quả chuối trước khi làm một công việc nặng nhọc cũng được chứng minh sẽ cung cấp cho cơ thể đầy đủ năng lượng, do giúp duy trì lượng đường trong máu. Ngoài ra, chuối cũng có khả năng bảo vệ cơ thể chống lại triệu chứng chuột ruốt, chống mất cân bằng canxi và xây dựng hệ khung xương chắc khỏe, cải thiện tâm trạng và giảm các triệu chứng tiền kinh nguyệt như mệt mỏi, khó chịu, trầm cảm… Chuối còn được biết đến là một loại thực phẩm giúp giảm sưng, bảo vệ cơ thể chống lại bệnh tiểu đường loại 2, hỗ trợ giảm cân, tăng cường hệ thống thần kinh nhờ hàm lượng vitamin B6 cao có trong loại trái cây này. Chuối là loại trái cây dễ tiêu hóa, giàu carbonhydrate, các loại vitamin và nhiều khoáng chất. Chuối không thừa chất béo nên khi ăn không làm tăng mỡ trong máu, vì thế chuối là món ăn rất thuận tiện cho những đang giảm cân tránh khỏi cảm giác đói bụng.

Ngoài ra, chuối cũng dễ tiêu hóa nên có thể đóng vai trò là một món ăn cung cấp năng lượng nhanh khi cấp bách. [6] Cơ quan quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chứng nhận chuối là một thực phẩm có thể làm giảm đường huyết, tăng cường sức khỏe tim mạch, chống đột quỵ nhờ vào hàm lượng kali cao và ít muối. Chuối sấy Chuối sấy là một sản phẩm được chế biến từ thịt chuối qua phương pháp sấy khô. Chuối khi sấy khô vẫn giữ được hương vị của chuối, có kết cấu xốp, màu sắc (tùy chế độ sấy), bảo quan được lâu nên sản phẩm chuối sấy là sản phẩm có mặt nhiều trên thị trường trong nước, và được định hướng xuất khẩu.

Hiện nay chuối sấy nói riêng và sản phẩm sấy nói chung được cạnh tranh rất nhiều giữa các doanh nghiệp trong nước và cả với các doanh nghiệp nước ngoài. Việc sản xuất xuất khẩu cần vốn đầu tư lớn, qui định chặt chẽ khắc khe nên các doanh nghiệp trong nước gặp nhiều khó khăn, nên yếu tố công nghệ thiết bị là một trong những vấn đề luôn cần đầu tư phát triển. Các máy sấy với các chế độ sấy khác nhau, ngày càng trở nên tiên tiến, ưu việt hơn. Chuối sấy có nhiều loại: + Chuối sấy khô Hình 1.

Chuối sấy khô + Chuối sấy dẻo Hình 1. Chuối sấy dẻo 8 do an Chuối sấy còn được sấy theo nhiều công nghệ sấy khác nhau, mỗi công nghệ sấy cho các thông số công nghệ khác nhau, thời gian sấy khác nhau và đặc trưng sản phẩm cũng khác nhau. + Chuối sấy bằng tự nhiên (năng lượng mặt trời). + Chuối sấy bằng hệ thống sấy đối lưu.

+ Chuối sấy bằng hệ thống sấy hồng ngoại. + Chuối sấy bằng hệ thống sấy lạnh… 1. TVCN về chuối sấy do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành TIÊU CHUẨN NGÀNH 10 TCN 482:2001 CHUỐI SẤY 1. Phân loại sản phẩm Chuối sấy được phân thành hai loại: - Chuối sấy nguyên quả - Chuối sấy cắt khúc.

Yêu cầu kỹ thuật Chuối sấy được sản xuất theo đúng quy trình công nghệ đã được cấp có thẩm quyền duyệt y 1. Tiêu chuẩn nguyên liệu Chuối dùng để sấy phải đạt các tiêu chuẩn sau: - Quả chuối chín, tươi tốt, phát triển hoàn toàn, vỏ dễ bóc, hương thơm, vị ngọt, không chát; - Màu vỏ quả vàng sáng trên toàn bộ bề mặt quả, đối với chuối tiêu cho phép có đốm trứng quốc nhẹ trên bề mặt quả; - Không dùng các quả chuối xanh, non, chai sần, chín nẫu, sâu thối, nấm men, nấm mốc 1. Tiêu chuẩn cảm quan Sản phẩm chuối sấy phải đạt các chỉ tiêu cảm quan sau: Màu sắc: Từ nâu nhạt đến nâu sẫm. Hương vị: Đặc trưng của chuối sấy, ngọt đậm, cho phép chát nhẹ.

Không có hương vị lạ. Hình thức: + Loại nguyên quả: 9 do an - Chiều dài tối thiểu 70 mm; - Trong cùng một bao gói, các quả phải tương đối đồng đều về kích thước và màu sắc; - Có nếp nhăn dọc theo thân quả chuối. + Loại cắt khúc: - Kích thước khúc: Chiều dài từ 35 - 40 mm; - Trong cùng một bao gói, các khúc phải tương đối đồng đều về kích thước và màu sắc; - Có nếp nhăn dọc theo khúc chuối. Trạng thái: Dẻo, không cứng.

Cho phép hơi dính ở bề mặt quả. Tạp chất: Không được có. Khuyết tật nặng: Không được có. Khuyết tật nặng là sâu, sứt sẹo ,giập nát, xây xước nặng, chai sần, nấm men, nấm mốc.

Các chỉ tiêu lý, hoá, vi sinh vật: Độ ẩm: Từ 18 - 22 %. Khối lượng tịnh: Sản phẩm chuối sấy được đóng trong bao bì chất dẻo với khối lượng 100, 200 hoặc 500gr.