Đặt vấn đề Kĩ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống hiện nay. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và nhu cầu đời sống của con ngƣời mà trong quy trình công nghệ của nhiều sản phẩm có công đoạn sấy khô để giúp bảo quản thực phẩm dài ngày và tránh sự xâm nhập của vi sinh vật. Chính vì vậy mà ngày nay có rất nhiều phƣơng pháp sấy khác nhau ra đời. Việt Nam là một trong những nƣớc có nền nông nghiệp rất phát triển, đồng thời nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa nên các sản phẩm nông sản và rau củ quả phát triển tƣơi tốt quanh năm, nông sản thực phẩm đa dạng, phong phú và có sản lƣợng rất lớn.
Vì vậy, nghiên cứu phát triển công nghệ sấy các loại nông sản thực phẩm đƣợc coi là nhiệm vụ, chiến lƣợc quan trọng trong việc phát triển kinh tế. Công nghệ sấy phát triển tạo ra những sản phẩm có giá trị, chất lƣợng và xuất khẩu có giá trị kinh tế nhƣ chuối sấy, mít sấy, sầu riêng sấy, khoai lang sấy… Kĩ thuật sấy lạnh là một trong những kĩ thuật tiên tiến. So với nhiều phƣơng pháp sấy khác, sấy lạnh là một phƣơng pháp có thể đáp ứng các yêu cầu chất lƣợng khắt khe nhƣ hình dáng kích thƣớc, màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dƣỡng… và là phƣơng pháp rút ngắn đƣợc thời gian sấy một cách đáng kể. Việt Nam với rất nhiều trái cây ngon, rẻ nhƣng cũng rất bổ dƣỡng và không thể không kể đến trái chuối Việt Nam.
Chuối đƣợc coi là một trong những nguồn cung cấp nhiều năng lƣợng, chuối chứa hàm lƣợng đƣờng cao, tinh bột, lipit và một số vitamin quan trọng( vitamin C, B1…)… có tác dụng ngăn chặn các cơn co thắt cơ bắp, chống lại bệnh ung thƣ. Trên các cơ sở đó chúng tôi chọn đề tài “ Nghiên cứu quy trình sấy chuối bằng công nghệ sấy lạnh” với mục đích xây dựng quy trình sấy chuối mới góp phần đa dạng hóa sản phẩm. Với phƣơng pháp sấy lạnh thì sản phẩm chuối sấy sẽ giữ đƣợc các yêu cầu về chất lƣợng nhƣ hình dạng, màu sắc, mùi vị… nhƣ ban đầu. Mục tiêu đề tài Nghiên cứu quá trình sấy chuối bằng phƣơng pháp sấy lạnh để nhằm tạo sản phẩm có chất lƣợng tốt, đạt độ ẩm yêu cầu với chi phí năng lƣợng nhỏ nhất.
Nâng cao giá trị sử dụng và giá trị dinh dƣỡng của trái chuối. xi do an 3. Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng: vật liệu sấy là chuối mốc( chuối lùn) là nguyên liệu chính để sấy thực nghiệm. Đốí tƣợng nghiên cứu là máy sấy lạnh hoạt động theo kiểu bơm nhiệt.
Giới hạn: Tiến hành nghiên cứu trong quy mô phòng thí nghiệm, với các loại máy móc, thiết bị, cơ sở vật chất sẵn có. Xây dựng quy trình sấy chuối bằng phƣơng pháp sấy lạnh. Nghiên cứu ba yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy là nhiệt độ, tốc độ sấy và thời gian sấy. Nội dung nghiên cứu Tổng quan về nguyên liệu chuối, công nghệ sấy, công nghệ sấy lạnh.
Phân tích đối tƣợng công nghệ xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm mục tiêu cần quan tâm. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm mục tiêu. Thiết lập và giải bài toán tối ƣu của công nghệ sấy bằng phƣơng pháp sấy lạnh. Xác lập chế độ công nghệ và xây dựng quá trình sấy.
Tổng kết và kết luận kết quả thí nghiệm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Xây dựng đƣợc quy trình sấy lạnh chuối, làm cơ sở lí luận phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy lạnh chuối. Làm cơ sở, nền tảng cho việc nghiên cứu sấy lạnh cho các loại nông sản có cấu trúc và thành phần tƣơng tự nhƣ mít, khoai lang… Ý nghĩa thực tiễn: Tạo ra sản phẩm chuối sấy có tính ứng dụng cao. Sản phẩm có thể sử dụng thay thế sản phẩm chuối tƣơi hoặc nhƣ một món ăn giải trí nhƣng vẫn giữ đƣợc giá trị dinh dƣỡng cao.
Đồng thời, sản phẩm chuối sấy có hàm lƣợng nƣớc thấp giúp kéo dài thời gian bảo quản, giảm chi phí vận chuyển. Do đó, sản phẩm có thể xuất khẩu đi xa, kéo dài thời gian sử dụng và giới thiệu đƣợc với bạn bè thế giới về trái chuối của Việt Nam, tăng giá trị xuất khẩu. xii do an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Với đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất chuối sấy bằng phƣơng pháp sấy lạnh”, đầu tiên, chúng tôi đã xây dựng quy trình công nghệ dự kiến cho quá trình sấy, xác định công đoạn chính của quá trình là công đoạn sấy và chọn phƣơng pháp sấy lạnh để thực hiện. Tiếp theo, chúng tôi thực hiện theo quy trình và xác định sơ bộ các yếu tố ảnh hƣớng đến quá trình sấy lạnh và các yếu tố nào ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm.
Do bản thân nguyên liệu chuối là thức ăn giàu giá trị dinh dƣỡng và cung cấp nhiều năng lƣợng, đồng thời sau khi sấy sản phẩm chuối trở nên ngọt và thơm hơn nên chúng tôi đã đặt chỉ tiêu đầu ra là độ ẩm, hàm lƣợng đƣờng, hàm lƣợng vitamin C và chi phí năng lƣợng sau sấy, và yếu tố đầu vào là nhiệt độ, tốc độ sấy và thời gian sấy. Sau đó chúng tôi tiến hành sấy khảo sát sơ bộ để chọn khoảng nhiệt độ, tốc độ và thời gian sấy thích hợp, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình và thực hiện tối ƣu hóa với ba yếu tố đầu vào và bốn hàm mục tiêu đã nói trên. Kết quả của quá trình tối ƣu hóa chúng tôi chọn đƣợc chế độ sấy thích hợp cho công nghệ sấy chuối này là 38,62(0C) với tốc độ sấy là 9,172 (m/s) trong 29,21 (h). xiii do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.
NGUYỄN TẤN DŨNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở lý thuyết quá trình sấy 1. Cơ sở quá trình sấy Sấy là quá trình loại bỏ bất kỳ chất lỏng nào ra khỏi vật liệu, kết quả là tăng hàm lƣợng chất khô. Thực tế đối với chất lƣợng lƣơng thực và thực phầm là loại bỏ nƣớc ra khỏi sản phẩm.
Sấy vật liệu ẩm nhằm mục đích: giảm khối lƣợng, tăng độ bền, tăng nhiệt cháy, tăng độ ổn định khi bảo quản (nông sản). Sấy là quá trình công nghệ phức tạp. Về nguyên tắc, có nhiều phƣơng pháp sấy vật liệu khác nhau. Theo dấu hiệu về năng lƣợng ta có hai phƣơng pháp chính: Loại bỏ ẩm nƣớc 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. Loại đầu có thể đƣợc thể hiện bằng phƣơng pháp cơ học (ép, ly tâm, lọc). Loại thứ hai liên quan đến chi phí nhiệt để hâm nóng vật liệu ẩm, bốc hơi nƣớc trên bề mặt vật liệu và làm sôi lỏng trên bề mặt vật liệu và dần thoát ra ngoài [7], [21] 1. Động học của quá trình sấy Tất cả các vật liệu rắn ẩm đều có khả năng hút ẩm từ môi trƣờng xung quanh hoặc nhả ẩm ra ngoài môi trƣờng.
Sự chuyển động hơi nƣớc theo chiều nào phụ thuộc vào trạng thái môi trƣờng xung quanh hoặc tính chất nguyên liệu. Điều kiện để nƣớc bay hơi từ vật liệu ẩm vào môi trƣờng xung quanh là PA( áp suất hơi của nƣớc trên bề mặt vật liệu) lớn hơn pA( áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong môi trƣờng xung quanh). Áp suất hơi nƣớc trên bề mặt PA phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và dạng liên kết ẩm với vật liệu. Khi nhiệt độ và độ ẩm tăng thì PA tăng, khi lực liên kết ẩm với vật liệu càng lớn thì PA càng giảm.
Với độ ẩm tƣơng đối φ = 1, khi đó PA = pA = Pbão hòa (áp suất hơi bão hòa), đƣợc gọi là điểm hút nƣớc, độ ẩm vật liệu tƣơng ứng với điều kiện trên đƣợc gọi là độ ẩm hút nƣớc. Lƣợng ẩm ứng với vật liệu có độ ẩm lớn hơn độ ẩm hút nƣớc gọi là ẩm không liên kết. Quá trình sấy thƣờng chỉ bốc đƣợc ẩm không liên kết và một phần lƣợng ẩm liên kết. Lƣợng ẩm bốc hơi gọi là ẩm tự do [16],[21].
Trang 1 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG Hình 1. Động học quá trình sấy AB – giai đoạn đốt nóng K – điểm tới hạn BC – giai đoạn sấy Wcb – độ ẩm cân bằng 1. Khái niệm sấy Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nƣớc ra khỏi vật liệu sấy.
Với mục đích giảm bớt khối lƣợng vật liệu, tăng độ bền, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm và nhằm tránh hƣ hỏng trong quá trình bảo quản trong thời gian dài. Dƣới thời đại công nghiệp, sấy đƣợc xem là một quá trình công nghệ đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp. Bản chất quá trình sấy Sấy là sự bốc hơi nƣớc của sản phẩm bằng nhiệt, ở nhiệt độ thích hợp hay ở bức xạ ở bƣớc sóng thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật liệu sấy. Hay nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và môi trƣờng xung quanh [6].
Đặc điểm của quá trình sấy Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tƣơng đối cao, nhiệt độ sấy và tốc độ chuyển động của không khí không quá lớn, xảy ra theo ba giai đoạn đó là: Giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn tốc độ sấy giảm dần. Đối với các trƣờng hợp sấy với điều kiện khác, thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn, nhƣng các giai đoạn có thể đan xen khó phân biệt hơn. Giai đoạn làm nóng vật Giai đoạn này bắt đầu từ khi đƣa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng, cho tới khi nhiệt độ vật đạt đƣợc bằng nhiệt độ kế ƣớc. Trong quá trình sấy này toàn bộ vật đƣợc gia nhiệt.
Ẩm trong vật đƣợc gia nhiệt cho đến khi đạt đƣợc nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nƣớc trong môi trƣờng không khí trong buồng sấy. Do đƣợc làm nóng, nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do nƣớc tự do trong vật bay hơi, còn nhiệt độ vật tăng Trang 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG dần cho tới khi bằng nhiệt độ kế ƣớc. Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra không đều ở phần ngoài và phần trong vật.
Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ƣớc chậm hơn. Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra nhanh.