CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Cơ sở lý thuyết quá trình sấy 1. Khái niệm Sấy khô là một trong những phương pháp phổ biến nhất để giảm hoạt động của nước và bảo quản thực phẩm. Mặc dù một số phương pháp sấy đã được đề xuất và thử nghiệm nhằm mục đích đạt được quá trình sấy tiết kiệm năng lượng và thời gian, nhưng hầu hết các phương pháp sấy hiện nay vẫn dựa vào nhiệt năng để loại bỏ hơi ẩm ra khỏi sản phẩm[9].
Sấy khô theo định nghĩa truyền thống hay cơ bản là một hoạt động chuyển đổi nguyên liệu lỏng, rắn hoặc bán rắn thành sản phẩm rắn có độ ẩm thấp hơn từ đó giúp kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm[7] Sấy là một hoạt động phức tạp liên quan đến sự trao đổi năng lượng, đồng thời làm giảm trọng lượng sản phẩm, cùng với một số quá trình về vận tốc truyền tải năng lượng. Từ đó xảy ra những biến đổi vật lý hoặc hóa học. Do đó, có thể gây ra những thay đổi về chất lượng sản phẩm cũng như cơ chế của nhiệt và khối lượng chuyển hóa[4] 1. Phân loại phương pháp sấy Sấy tự nhiên Sấy tự nhiên là một phương pháp mà nguyên liệu được phơi ngoài trời.
Phương pháp này sử dụng nhiệt bức xạ từ mặt trời giúp đưa ẩm trong nguyên liệu ra bên ngoài một phần ẩm được đưa ra bằng gió tự nhiên. ưu nhược điểm của phương pháp sấy tự nhiên Ưu điểm Nhược điểm Công nghệ dơn giản Năng suất thấp Chi phí đầu tư thấp Tiêu tốn chi phí nhân công Không đòi hỏi kỹ thuật cao Dễ bị ô nhiễm bởi bụi và vi sinh vật Không cần cung cấp năng lượng Chất lượng sản phẩm không đều SVTH: Lê Văn Thắng Trang. 4 KHÓA LUÂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.NGUYỄN TẤN DŨNG Sấy nhân tạo Sấy nhân tạo là phương pháp sấy bằng thiết bị, cung cấp nhiệt để bay hơi nước ra khỏi vật liệu và di chuyển hơi ẩm ra ngoài môi trường dưới tác nhân sấy. ưu nhược điểm của phương pháp sấy nhân tạo Ưu điểm Nhược điểm Kiểm soát thông số tác nhân sấy Chi phí đầu tư sản xuất cao Chất lượng sản phẩm ổn định Trong suốt quá trình sấy cần cung cấp Năng suất cao, quy mô sản xuất lớn năng lượng.
Thời gian gian sấy ngắn Chất lượng sản phẩm thấp Tiêu tốn ít nhân công Hiện nay các thiết bị sấy nhân tạo được nghiên cứu và phân loại dựa vào các điều kiện khác nhau của loại máy sấy hoặc nguyên liệu sấy và các điều kiện để phân loại phương pháp sấy được trình bày ở bảng dưới đây[7]: Bảng 1. phân loại thiết bị dựa trên chế độ sấy Điều kiện tiêu chuẩn Phân loại Phương thức hoạt động Theo mẻ Liên tục Trạng thái của vật liệu sấy Giữ nguyên Di chuyển trên băng truyền, phân tán Áp suất vận hành Áp suất không khí Áp suất chân không Môi trường sấy Không khí Hơi nước nóng Khí khô Chân không Hồng ngoại, vi sóng SVTH: Lê Văn Thắng Trang. 5 KHÓA LUÂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.NGUYỄN TẤN DŨNG Nhiệt độ sấy Dưới nhiệt độ sôi Trên nhiệt độ sôi Dưới nhiệt độ đóng băng Số giai đoạn sấy Một giai đoạn Nhiều giai đoạn Thời gian sấy Ngắn<1 phút Trung bình (1- 60 phút) Dài > 60 phút Mốt số thiết bị sấy tiêu biểu ▪ Thiết bị sấy tiếp xúc: là một phương pháp gián tiếp loại bỏ pha lỏng khỏi chất rắn bằng cách tác dụng nhiệt sao cho môi trường truyền nhiệt được ngăn cách với sản phẩm được làm khô bằng một lớp kim loại. Truyền nhiệt đến sản phẩm chủ yếu bằng cách dẫn qua thành kim loại hoặc cánh quạt [8].
Một số thiết bị sấy tiếp xúc có thể kể đến như thiết bị cô đặc, máy trộn có gia nhiệt như máy rang cà phê. ▪ Thiết bị sấy đối lưu: Cho đến nay là loại phổ biến nhất. Khoảng 85% máy sấy công nghiệp được ước tính là thuộc loại này mặc dù hiệu suất nhiệt tương đối thấp do khó thu hồi nhiệt tiềm ẩn của quá trình hóa hơi chứa trong khí thải của máy sấy một cách hiệu quả về chi phí. Không khí nóng được tạo ra bằng cách gia nhiệt gián tiếp hoặc nung trực tiếp là phương tiện làm khô phổ biến nhất mặc dù đối với một số ứng dụng đặc biệt, hơi quá nhiệt gần đây đã được chứng minh là mang lại hiệu quả cao hơn và chất lượng sản phẩm thường cao hơn.
Trong máy sấy đối lưu, tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu cần sấy và cung cấp nhiệt cần thiết cho quá trình sấy bằng đối lưu, độ ẩm định mức bay hơi được mang đi bởi cùng một môi trường làm khô[7]. ▪ Thiết bị sấy hồng ngoại: Quá trình đốt nóng hồng ngoại xảy ra bằng cách cho vật liệu cụ thể tiếp xúc với bức xạ điện từ có bước sóng từ 0,8 đến 1. Tia hồng ngoại đi qua hạt, và năng lượng bức xạ được chuyển đổi thành nhiệt, tương tác với cấu trúc bên trong của sản phẩm, làm tăng nhiệt độ của nó và tạo điều kiện cho sự khuếch tán nước và bay hơi. Loại gia nhiệt này dẫn đến việc làm khô ban SVTH: Lê Văn Thắng Trang.
6 KHÓA LUÂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.NGUYỄN TẤN DŨNG đầu từ bên trong đến ngoại vi của hạt, sử dụng hiện tượng bức xạ và đối lưu, tạo ra tốc độ truyền nhiệt cao [13]. ▪ Thiết bị sấy bơm nhiệt (HDP) : phương pháp sấy bằng tác nhân là không khí rất khô ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sấy thông thường. Dải nhiệt độ sấy từ 35 ÷ 65oC, độ ẩm không khí sấy vào khoảng 10 ÷ 30%. Máy sấy lạnh được cấu thành bởi một máy bơm nhiệt được đặt trong một tủ sấy hoặc một hầm sấy tùy theo quy mô.
Máy bơm nhiệt có một đầu nóng và đầu lạnh, đầu nóng sẽ cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân sấy, còn đầu lạnh dùng để tách ẩm cho không khí sấy. Do đó, một số nơi, còn gọi máy sấy lạnh là máy sấy bơm nhiệt [14]. ▪ Thiết bị sấy thăng hoa: Sấy thăng hoa dựa trên việc loại bỏ độ ẩm khỏi sản phẩm đông lạnh trong điều kiện chân không sâu. Các thiết bị sấy thăng hoa rất phức tạp từ quan điểm kỹ thuật, và chúng đòi hỏi sự kết hợp của công nghệ chân không sâu và công nghệ đông lạnh.
Loại thiết bị này được xếp vào nhóm máy thực phẩm có độ phức tạp cao nhất. ▪ Thiết bị sấy tầng sôi là một trong những loại máy sấy phổ biến nhất được sử dụng trong nhiều thập kỷ vì nguyên nhân của tốc độ truyền nhiệt và khối lượng cao. Máy sấy tầng sôi có ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm để sấy nhiều loại sản phẩm như đậu xanh, ngô ngọt, cà phê, trà, bột sữa, ngũ cốc[7]. Nguyên lý của quá trình tầng sôi là khi một chất khí được đưa qua một vòi phun với vận tốc lớn hơn vận tốc lắng của các hạt hoặc chất rắn, các hạt có xu hướng lơ lửng trong không khí được cung cấp và tiếp tục trong dòng khí đi lên.
Khi các hạt lên đến đỉnh của thiết bị, chúng có xu hướng chịu lực hấp dẫn và do đó rơi xuống và quá trình sấy tầng sôi này tiếp tục. ▪ Thiết bị sấy phun là loại máy sấy quan trọng thứ hai được sử dụng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm. Một số ứng dụng phổ biến là làm khô nước trái cây, chiết xuất thảo mộc, sữa và nhiều loại khác[7]. Sấy phun được định nghĩa là quá trình đồng thời nguyên tử hóa và làm khô nguyên liệu dạng lỏng với các đặc tính lưu biến đặc biệt, với sự có mặt của môi trường sấy nóng, để tạo điều kiện bay hơi ẩm nhanh chóng và tạo ra các sản phẩm dạng hạt khô[11].
Lựa chọn phương pháp sấy Hai yếu tố quan trọng nhất trong lựa chọn máy sấy phù hợp đó chính là chất lượng và chi phí đầu tư. Chẳng hạn như nhiều sản phẩm thực phẩm có giá trị thấp lại SVTH: Lê Văn Thắng Trang. 7 KHÓA LUÂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.NGUYỄN TẤN DŨNG sử dụng các kỹ thuật đắt tiền như sấy thăng hoa sẽ trở nên vô ích[7]. Mặt khác, một số sản phẩm có giá trị cao, giàu hàm lượng hợp chất sinh học có đặc tính tốt và giá trị dinh dưỡng cao cần được giữ lại sau khi sấy thì các kỹ thuật sấy đơn giản lại rất khó để thực hiện được.
Vì thế việc lựa chọn một kỹ thuật sấy cũng là vấn đề quan trọng cần lưu ý. Đối với đối tượng mà chúng tôi nghiên cứu là gấc một sản phẩm có giá thành cao, giàu hàm lượng các dặc tính sinh học như beta carotene, licopene. Nhưng những hợp chất sinh học này lại cực kì nhạy cảm với nhiệt độ. Vì vậy một số phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp là cực kì phù hợp.
Tuy nhiên, nếu sấy thăng hoa hoặc sấy chân không nhiệt độ thấp thì chi phí đầu tư trang thiết bị tương đối đắt tiền, không có hiệu quả về kinh tế. Chúng tôi quyết định chọn phương pháp sấy lạnh làm phương pháp chính cho quá trình nghiên cứu sản phẩm để tạo ra sản phẩm đạt giá trị cao về các hợp chất sinh học cũng như hiệu quả kinh tế. Cơ sở khoa học của sấy lạnh 1. Sơ đồ nguyên lý của quá trình sấy bơm nhiệt Hình 1.
Sơ đồ nguyên lý của máy sấy lạnh có bơm cấp nhiệt sấy bơm nhiệt(HDP) là quá trình sấy được tiến hành ở áp suất khí quyển, tác nhân sấy là không khí được đưa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh để hạ nhiệt độ SVTH: Lê Văn Thắng Trang. 8 KHÓA LUÂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.NGUYỄN TẤN DŨNG xuống dưới điểm đọng sương để loại bỏ và làm giảm ẩm trong hơi nước xuống thấp. Không khí sau khi được làm lạnh và tách ẩm được gia nhiệt nhờ điện trở và đưa vào buồng sấy. Dưới sự chênh lệch áp suất riêng của hơi nước trên bề mặt sản phẩm với áp suất riêng của hơi nước trong không khí, hơi nước trong sản phẩm sẽ được kéo theo và đưa ra ngoài làm khô sản phẩm[21].
Tĩnh lực học quá trình sấy Tĩnh học của quá trình sấy được xác định bởi mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối của vật liệu sấy cùng tác nhân sấy dựa trên phương pháp cân bằng vật chất và năng lượng, từ đó xác định được thành phần vật liệu, lượng tác nhân sấy và lượng nhiệt cần thiết[19]. Nếu dùng chất tải nhiệt là không khí thì gọi là sấy bằng không khí.