Chương 1: Tổng quan Trang 7 Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp Chương 2: Cơ sở lý thuyết thực hiện đề tài Chương 3: Tính toán, thiết kế mô hình máy sấy bơm nhiệt, xây dựng các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy áo hạt gấc. Chương 4: Thực nghiệm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy áo hạt gấc và tối ưu h a các thông số công nghệ. Chương 5: Kết luận và kiến nghị Trang 8 Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1 1 Tổng quan về v t iệu sấy Gấc (Momordica cochinchinensis Spreng) được phân loại như botanically Family Cucurbitaceae, Chi Momordica, và loài Cochinchinensis. Nó là một trong những loại trái cây truyền thống trong khu vực Đông Nam n i chung và Việt Nam nói riêng.
Việt Nam có các loại giống Gấc: Gấc nếp, Gấc tẻ, Gấc đen, Gấc lai.5 kg/ trái trồng khắp các vùng, tuy nhiên chưa c qui hoạch thành vùng nguyên liệu để sản xuất công nghiệp, chủ yếu là sản xuất nhỏ lẻ. Hiện nay nhu cầu sản xuất và xuất khẩu lớn. Các thị trường chính như: Hoa Kỳ, Ấn Độ, Nhật Bản, Thái Lan, thị trường Châu Âu và thị trường trong nước dùng cho nước giải khát, thực phẩm chức năng… Hiện nay giá bột gấc sấy khô khoảng 700. Việc sử dụng các loại thực phẩm carotenoid c nguồn gốc tự nhiên để chất bổ sung dinh dưỡng hiện đang nhận được sự quan tâm đáng kể từ các nhà sản xuất thực phẩm và người tiêu dùng.
Sản lượng Gấc hiện nay chưa đáp ứng được nhu cẩu xuất khẩu do chế biến và bảo quản sau thu hoạch còn lạc hậu và nhỏ lẻ. 1- Vỏ quả gấc; 2 – Lớp màu vàng; 3 – Màng đỏ hạt gấc H nh 1 1 Quả gấc Trang 9 Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp 1 2 Thành phần dinh dƣỡng của quả gấc Gấc có chứa hàm lượng lycopene và β-carotene cao gấp nhiều so với các loại trái cây và rau quả c chứa lycopene và β-carotene khác [1] (bảng.2), hàm lượng β- carotene cao hơn tám lần so với cà rốt [2]. Gấc c ng chứa hàm lượng đáng kể của α- tocopherol(vitamin E) [2] và các axit béo. Đ là các chất rất quan trọng cần duy trì trong chế biến sản phẩm từ trái cây gấc.
Bột gấc khô phải giữ được hàm lượng các chất dinh dưỡng và màu sắc như ban đầu. Carotenoid đã được sử dụng nhiều như là một chất tạo màu thực phẩm tự nhiên do màu vàng-cam-màu đỏ hấp dẫn là chất dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe, là tiền chất của vitamin A và có hoạt chất chống oxy hóa mạnh mẽ [3,4,5,6]. Do đ việc chế biến và bảo quản để duy trì màu sắc và chất lượng rất quan trọng. Nhiều công ty dược phẩm sử dụng carotenoid là giải pháp hiệu quả nhất để phòng ngừa thiếu vitamin và điều trị các bệnh khác nhau.
Đặc biệt, việc tiêu thụ hàng ngày của các loại thực phẩm giàu chất lycopene giảm nguy cơ ung thư tuyến tiền liệt và bệnh tim mạch vành. Thành phần khối lượng gấc tươi gồm lớp da 18%, lớp thịt màu vàng 49%, màng đỏ hạt 18%, hạt 14% so với toàn bộ quả [2] H nh 1 2. Hàm lượng lycopene của một số loại quả [7] Trang 10 Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp H nh 1 3. Hàm lượng β - carotene trong gấc và một số loại rau quả [8,9] Màng đỏ hạt gấc c ng chứa một lượng đáng kể của các axit béo, 50 là axit béo không no[1,2].
xit béo rất c lợi cho sức khỏe con người. Với hàm lượng cao của chất béo trong màng đỏ hạt gấc đ ng một vai trò quan trọng trong việc hấp thụ các chất dinh dưỡng và carotenes tan trong chất béo khác. Ngoài hàm lượng carotenoid đáng kể nồng độ của α-tocopherol (vitamin E) trong gấc, ở mức 76 mg/g trọng lượng tươi, c ng là tương đối cao [1]. Thành phần muối khoáng và các vitamin trong các loại quả [10,11] Muối khoáng Vitamin(mg%) Loại quả mg trong 100g Ca P Fe Carotene B1 B2 PP C Gấc 56 6,4 - 91,6 - - - - Bí đỏ 24 16 0,5 0,2 0,06 0,03 0,4 8 Cà rốt 43 39 0,08 5 0,06 0,06 0,4 8 Cà chua 12 26 1,4 2 0,06 0,04 0,5 40 Trang 11 Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp ảng 1 2.
Thành phần h a học trên 100g gấc 10,11] Thành phần Đơn vị Hàm lượng Nước % 77 Protein g 2,1 Lipid g 7,9 Glucid g 10,5 Cellulose g 1,8 Tro mg 0,7 Ca mg 56 P mg 6,4 Calories kcal 125 1 3 Tổng quan về sấy bơm nhiệt Sấy khô là một trong những cách phổ biến nhất để bảo quản các sản phẩm thực phẩm. Nhiều công nghệ sấy đã được phát triển qua nhiều năm, chẳng hạn như sấy không khí nóng, sấy chân không, và sấy chân không thăng hoa v.v… Chất lượng của các sản phẩm khô bị ảnh hưởng mạnh bởi phương pháp sấy [12,13,14,15]. Gần đây, c rất nhiều sự quan tâm đến việc sử dụng máy sấy bằng máy bơm nhiệt (HPDs) để sấy khô trái cây, rau và các vật liệu sinh học. Sấy là một quá trình nhiệt động lực học phức tạp phụ thuộc vào loại sản phẩm, khối lượng, nhiệt độ và độ ẩm ban đầu của vật liệu.
Mặt khác quá trình sấy phụ thuộc vào lưu lượng, độ ẩm, nhiệt và tốc độ chuyển động của tác nhân sấy. Như vậy hệ thống sấy bơm nhiệt c sự tương tác phức tạp giữa các quá trình sấy đối lưu và chu trình nhiệt động của máy lạnh cho nên cần tiếp cận lý thuyết và thực nghiệm cẩn thận, không nên xem xét độc lập [13,14,15]. Thiết kế của hệ thống bơm nhiệt tùy vào các ứng dụng khác nhau, nhưng thành phần chính của máy bơm nhiệt vẫn là máy nén, ngưng tụ, van tiết lưu, bay hơi làm lạnh Trang 12 Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp [10]. Qua khảo sát các thiết bị sấy bơm nhiệt hiện nay trên thế giới c ng như ở VN, các thiết bị này chủ yếu tập trung vào việc thải bỏ nhiệt dư thừa từ dàn nóng ra ngoài hoặc cải tạo hệ thống theo hướng phức tạp thêm đồng nghĩa với việc tăng chi phí đầu tư mà chưa chú trọng tới vấn đề hoạt động của máy bơm nhiệt theo từng giai đoạn hoặc thời điểm của quá trình sấy cho phù hợp nhằm tránh sự cố và nâng cao hiệu suất năng lượng tổng thể của máy sấy bơm nhiệt [14].
Quá trình sấy khô màng đỏ hạt gấc đã được thực hiện bằng nhiều biện pháp: phơi nắng, sấy bằng khí n ng và sấy phun, phương pháp sấy phun ở nhiệt độ 120C trong vài phút và c sử dụng chất phụ gia cho kết quả khả quan [16]. Phương pháp sấy bằng khí n ng ở các nhiệt độ 50, 60, 70, 80 và 90C [17] cho thấy rằng khi sấy ở nhiệt độ dưới 60C sản phẩm cho chất lương và màu sắc tốt nhất nhưng thời gian kéo dài hơn. Khi sấy ở nhiệt độ cao quá 60C trong thời gian dài, sản phẩm càng bị sẫm màu và c mùi khét, hàm lượng các hoạt chất chống oxi h a giảm rất nhanh. Như vậy chất lượng và màu sắc của loại sản phẩm này phụ thuộc rất nhiều vào thời gian sấy và nhiệt độ tác nhân sấy tức là phương pháp sấy.
Hàm lượng các chất dinh dưỡng quan trọng của quả gấc ít bị phân hu khi nhiệt độ tác nhân sấy thấp hơn 60C do đ sấy bơm nhiệt có thể thích hợp cho sản phẩm này [18,19,21]. Để đánh giá chất lượng sản phẩm bột gấc sấy khô phụ thuộc vào phương pháp sấy, tác giả dựa vào các tiêu chí quan trọng là hàm lượng β- carotene, màu sắc của sản phẩm so với nguyên liệu đầu vào, tốc độ giảm ẩm trung bình trong vật liệu, chi phí năng lượng tính trên một đơn vị sản phẩm. C nhiều nghiên cứu công bố sản phẩm sấy bằng bơm nhiệt c chất lượng và màu sắc tốt hơn so với sấy khí n ng, độ co ng t và hấp thụ nước của sản phẩm c ng tốt hơn, t lệ không khí hồi lưu để đạt hiệu quả hút ẩm cao nhất là khoảng 60% – 80%, vận tốc tối ưu khi sấy bơm nhiệt là 2 – 3m/s [20] và công nghệ sấy bơm nhiệt c ng phù hơp với sấy thực phẩm, và các loại trái, thảo mộc c mùi thơm và tinh dầu [29]. Trang 13 Khoa Cơ Khí - Động Lực Luận Văn Tốt Nghiệp Trong giai đoạn sấy giảm tốc, tốc độ thoát ẩm trong vật liệu chậm lại do vật liệu tạo màng trên bề mặt ngăn cản, độ khuyếch tán ẩm hiệu quả nhỏ, lúc này để hỗ trợ bơm nhiệt tăng tốc độ sấy c thể dùng s ng điện từ hoặc hồng ngoại với tần số thích hợp để tăng tốc độ bay hơi ẩm [22,23].
Nhằm giảm tác động của oxi trong không khí đối với chất lượng sản phẩm, người ta đề xuất sử dụng tác nhân sấy là khí trơ (Nitrogen hoặc cacbondioxit) với nhiệt độ sấy là 45C, độ ẩm tương đối buồng sấy duy trì ở khoảng 10 kết quả cho thấy màu sắc và chất lượng sản phẩm được cải thiện theo hướng tốt hơn thậm chí về hương vị còn tốt hơn sấy đông khô, hệ số khuyếch tán là 44 cao hơn 16,34 so với sấy khí n ng, việc kết hợp bơm nhiệt với tác nhân sấy là khi trơ cho hiệu quả trao đổi nhiệt cao hơn, tốc độ khuyếch tán ẩm nhanh hơn và bảo vệ chất lượng sản phẩm tốt hơn [24]. C ng c thể kết hợp sấy bơm nhiệt với áp suất tác nhân sấy trong buồng sấy đạt trang thái chân không, nghiên cứu [25] chứng minh rằng áp suất tác nhân sấy càng nhỏ thì điểm sôi càng thấp và thời gian sấy được đẩy nhanh, khả năng bù nước của sản phẩm tốt hơn, hình dáng khi sấy ở áp suất 10kPa ít bị co ng t hơn khi sấy ở áp suất 40kPa. Để nâng cao hiệu quả năng lượng, nghiên cứu c ng công bố việc sử dụng bơm nhiệt kết hợp với chất hút ẩm (Silicagel) hệ thống bơm nhiệt và hệ thống hút ẩm làm việc song song qua 3 giai đoạn, giai đoạn đầu độ ẩm lớn và tốc độ bốc hơi ẩm từ vật liệu cao, sử dụng bơm nhiệt để sấy, giai đoạn 2 lượng ẩm giảm cho dòng tác nhân sấy đi qua bộ phận hút ẩm để tiếp tục sấy, giai đoạn 3 là dùng bơm nhiệt để cấp nhiệt hoàn nguyên chất hút ẩm thông qua hệ thống van điều khiển.