BÁO cáo THỰC tập QUÁ TRÌNH và THIẾT bị TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM Bộ môn Công nghệ Thực phẩm BÁO CÁO THỰC TẬP QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD ThS HỒ THỊ THU TRANG TP HCM, tháng 32019 i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH IV DANH MỤC BẢNG V BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 1 SẤY VẬT LIỆU ẨM 1 1 1 Tổng quan 1 1 1 1 Tổng quan về cà rốt 1 1 1 2 Tổng quan về thiết bị sấy 2 1 1 2 1 Động học quá trình sấy 2 1 1 2 2 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy lạnh 3 1 1 2 3 Nguyên tắc hoạt động của.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH IV DANH MỤC BẢNG V

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 1: SẤY VẬT LIỆU ẨM 1

1.1 Tổng quan 1

1.1.1 Tổng quan về cà rốt 1

1.1.2 Tổng quan về thiết bị sấy 2

1.1.2.1 Động học quá trình sấy 2

1.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy lạnh 3

1.1.2.3 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy đối lưu 4

1.1.2.4 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy hồng ngoại 5

1.2 Nguyên liệu và phương pháp thí nghiệm 6

1.2.1 Nguyên liệu 6

1.2.2 Quy trình thí nghiệm 7

1.2.2.1 Sơ đồ quy trình 7

1.2.2.2 Giải thích quy trình 7

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 8

1.2.3.1 Xác định độ ẩm ban đầu 8

1.2.3.2 Xác định độ ẩm theo thời gian 8

1.2.3.3 Xây dựng đường cong sấy 9

1.2.3.4 Xây dựng đường cong tốc độ sấy 9

1.3 Kết quả thí nghiệm và bàn luận 10

1.3.1 Kết quả sấy hồng ngoại 10

1.3.2 Kết quả sấy đối lưu 12

1.3.3 Kết quả sấy lạnh 13

1.3.4 Biện luận 14

1.3.5 So sánh tính chất cảm quan giữa các phương pháp sấy 15

1.3.5.1 Kết quả 15

1.3.5.2 Bàn luận 15

1.4 Tổng kết 16

1.5 Tài liệu tham khảo 16

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 2: LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM 18

2.1 Tổng quan 18

2.1.1 Tổng quan về phương pháp lạnh đông 18

2.1.2 Phân loại các kỹ thuật lạnh đông dựa theo quá trình làm lạnh 18

2.1.2.1 Lạnh đông chậm 18

2.1.2.2 Lạnh đông nhanh 19

2.1.2.3 Siêu cấp đông 19

2.2 Những biến đổi của sản phẩm trong quá trình lạnh đông ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm 20

2.2.1 Biến đổi vật lý 20

2.2.2 Biến đổi hoá học 20

2.2.3 Biến đổi sinh học 21

2.3 Mục đích thí nghiệm 22

2.4 Nguyên liệu và phương pháp tiến hành 22

2.4.1 Nguyên liệu 22

2.4.2 Phương pháp tiến hành 22

2.4.2.1 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm 22

2.4.2.2 Giải thích quy trình 24

2.4.2.3 Phương pháp xác định sự biến thiên nhiệt độ theo thời gian lạnh đông 24

2.5 Kết quả và biện luận 24

2.5.1 Kết quả 24

2.5.2 Biện luận 25

2.6 Tổng kết 25

2.7 Tài liệu tham khảo 25

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 3: TRUYỀN NHIỆT ỐNG LỒNG ỐNG 27

3.1 Tổng quan 27

3.1.1 Tổng quan về thiết bị trao đổi nhiệt 27

3.1.2 Phân loại các quá trình trao đổi nhiệt 27

3.1.2.1 Thiết bị trao đổi nhiệt xuôi dòng 28

3.1.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng 28

3.2 Mục đích thí nghiệm 29

3.3.1 Dụng cụ thí nghiệm 29

3.3.2 Phương pháp tiến hành 29

3.3.2.1 Xác định nhiệt độ đầu vào và đầu ra của dòng nóng và dòng lạnh 29

3.3.2.2 Thiết lập phương trình cân bằng năng lượng 30

3.4 Kết quả và biện luận 31

3.4.1 Kết quả 31

3.4.1.1 Trao đổi nhiệt ngược dòng 31

3.4.1.2 Trao đổi nhiệt xuôi dòng 31

3.4.2 Biện luận 31

3.5 Tổng kết 32

3.6 Tài liệu tham khảo 32

PHỤ LỤC 34

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị sấy lạnh 3

Hình 1.2 Hệ thống sấy lạnh DSL.P.V.01 4

Hình 1.3 Thiết bị sấy đối lưu Binder FD-115 5

Hình 1.4 Sơ đồ thực nghiệm quá trình sấy 7

Hình 1.5 Đường cong sấy hồng ngoại 10

Hình 1.6 Đường cong tốc độ sấy hồng ngoại 11

Hình 1.7 Đường cong sấy đối lưu 12

Hình 1.8 Đường cong tốc độ sấy đối lưu 12

Hình 1.9 Đường cong sấy lạnh 13

Hình 1.10 Đường cong tốc độ sấy lạnh 13

Hình 1.11 Kết quả cảm quan cà rốt được sấy bằng ba phương pháp khác nhau 15

Hình 2.1 Sơ đồ tiến hành lạnh đông thực phẩm 23

Hình 2.2 Đồ thị động học của quá trình lạnh đông 24

Hình 3.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt xuôi dòng 28

Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng 29

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Độ ẩm vật liệu sấy biến thiên theo thời gian 9

Bảng 3.1 Kết quả quá trình trao đổi nhiệt ngược dòng (cố định dòng lạnh) 31

Bảng 3.2 Kết quả quá trình trao đổi nhiệt ngược dòng (cố định dòng nóng) 31

Bảng 3.3 Kết quả quá trình trao đổi nhiệt xuôi dòng (cố định dòng lạnh) 31

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 1: SẤY VẬT LIỆU ẨM 1.1 Tổng quan

1.1.1 Tổng quan về cà rốt

Cà rốt là một loại rau quan trọng trên thế giới Người ta đã tìm được hạt giống

cà rốt hoang dại có niên đại từ thời Mesolithic cách đây 10000 năm Cà rốt hoang dại xuất hiện ở Châu Âu, miền Bắc Châu Phi, và một phần của Tây Á Những loại cà rốt hoang dại này có tên là D carota var Carota Nó có nhiều hình dạng khác nhau, thân nhỏ, màu trắng hoặc vàng nhạt, rễ mảnh, thơm, và có vị chát Ở một số nước nó được xem là cỏ dại Gần 5000 năm trước cà rốt thuần hóa lần đầu tiên được trồng ở cao nguyên Iran (Afghanistan, Pakistan và Iran) và sau đó là Đế quốc Ba Tư (Brothwell, 1969) Màu sắc và hương vị là tiêu chí lựa chọn chính cho việc thuần hóa Màu gốc thay đổi đáng kể trong thời gian thuần hóa Kết quả ban đầu sau khi thuần hóa, cà rốt

đã có màu tím hoặc vàng (John Stolarczyk và Jules Janick, 2011)

Dựa và hình thái lá và rễ, có thể chia cà rốt làm hai nhóm chính: (i) Cà rốt phương Đông: Rễ phân nhánh và chứa sắc tố anthocyanin, thường có màu vàng, đỏ vàng hoặc đỏ đen, hiếm khi có màu vàng cam, các lá thưa nhau, lá có màu xanh xám,

có lông tơ, nở hoa vào năm đầu tiên; (ii) Cà rốt phương Tây: Rễ không phân nhánh và chứa sắc tố carotene, thường có màu vàng, cam hay đỏ, đôi khi có màu trắng, các lá cách xa nhau, có màu trắng sáng, lông tơ rải rác, thường nở hoa 2 năm một lần hoặc hằng năm ở vùng nhiệt đới (Grubben, 2004)

Kết cấu của cà rốt phụ thuộc rất lớn vào các polyme thành tế bào Các polyme này bao gồm chủ yếu là mạng lưới cellulose không hòa tan, hemicellulose và pectin Cellulose và hemicellulose thể hiện một mạng lưới vi sợi đặc biệt thông qua các liên kết hydro, giúp tăng cường độ cứng của thành tế bào và khả năng chống rách Pectin

và hemicellulose tạo độ dẻo và khả năng co giãn Ở giữa màng, pectin đóng vai trò chính trong sự kết dính giữa các tế bào (Van Buren, 1979)

Trong 100g phần thịt cà rốt có chứa khoảng 88.8g nước, 0.7g protein, 0.5g chất béo, 6.0g carbohydrates, 2.4g xơ hòa tan, 34mg Ca, 9mg Mg, 25mg P, 0.4mg Fe, 0.2mg Zn, 5.33mg carotene, 0.04mg thiamin, 0.02 riboflavin, 0.2mg niacin, 28 micro gram folate, 4mg ascorbic acid ( Holland và cộng sự, 1991)

1.1.2 Tổng quan về thiết bị sấy

1.1.2.1 Động học quá trình sấy

Sấy là quá trình làm bốc hơi nước ra khỏi vật liệu bằng nhiệt nhằm giảm khối lượng của vật liệu, tăng độ bền và bảo quản được tốt Sấy là một quá trình không ổn định, độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian Động học của quá trình sấy là mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu với thời gian và các thông số của quá trình như tính chất, cấu trúc, kích thước vật liệu và các điều kiện của quá trình sấy (Võ Văn Bang và Vũ Bá Minh, 2004)

Độ ẩm của vật liệu chịu ảnh hưởng của môi trường xung quanh Vật liệu hút ẩm khi áp suất hơi riêng phần của không khí ẩm lớn hơn áp suất hơi riêng phần của không khí ngay sát trên bề mặt vật liệu Ngược lại, vật liệu bị mất ẩm khi áp suất hơi riêng phần của không khí ẩm nhỏ hơn áp suất hơi riêng phần của không khí ngay sát trên bề mặt vật liệu (Nguyễn Bin, 2008)

Độ ẩm của vật liệu còn có liên hệ với sự liên kết ẩm Sự liên kết ẩm này phụ thuộc vào tính chất chất lỏng, cấu trúc vật liệu và môi trường hình thành liên kết ( Phạm Thanh 2007) Liên kết càng vững càng khó tách ẩm và ngược lại Trong vật liệu sấy còn có ẩm tự do và ẩm liên kết Trong quá trình sấy thường chỉ tách được ẩm tự do

và một phần ẩm liên kết (Võ Văn Bang và Vũ Bá Minh, 2004)

Để xác định thời gian sấy, trước tiên ta xác định tốc độ sấy Tốc độ sấy được biểu diễn bằng lượng ẩm (kg) bay hơi trên một 1m2 bề mặt vật liệu sấy trong một đơn

vị thời gian (h) Tuy nhiên, tốc độ sấy bị thay đổi trong quá trình sấy nên khi sấy cần làm thí nghiệm để xác định đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy (Võ Văn Bang

và Vũ Bá Minh, 2004)

Trong phương pháp sấy đối lưu, động học sấy bị ảnh hưởng rất lớn bởi nhiệt độ không khí và kích thước đặc tính vật liệu, trong khi tất cả các yếu tố khác gây ảnh hưởng thực tế không đáng kể Kích thước vật liệu càng nhỏ thì độ ẩm trong vật liệu giảm càng mạnh, thời gian sấy càng ngắn Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí được coi

là rất quan trọng, nó ảnh hưởng đến nhiệt độ sấy Ảnh hưởng của tốc độ không khí đến tiến độ sấy được coi là thấp Để sự khuếch tán nước dễ dàng hơn, tốc độ không khí cần theo một quy mô để hạn chế lực cản không khí khô vào bên trong rau (Mulet và cộng

sự, 1989; Marinos-Kouris & Maroulis, 1995; Karathanos & Belessiotis, 1997) Ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến tiến độ sấy được coi là thấp hơn so với ảnh hưởng của

nhiệt độ không khí Tóm lại, nhiệt độ sấy là yếu tố quan trọng nhất của tốc độ sấy Và trong các điều kiện không khí thì tầm ảnh hưởng của nhiệt độ không khí là cao nhất (Kiranoudis và cộng sự, 1997)

Trong phương pháp sấy hồng ngoại, độ ẩm vật liệu, thời gian sấy, tốc độ sấy và năng lượng hồng ngoại có liên hệ với nhau Độ ẩm vật liệu giảm khi tăng thời gian sấy Sự thay đổi của độ ẩm theo tốc độ sấy là một đường cong, ở giai đoạn đầu tốc độ sấy tăng rất nhanh sau đó giảm dần Thời gian sấy giảm khi tăng năng lượng hồng ngoại (Kocabiyik Habib và Tezer Dilvin, 2009)

1.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy lạnh

Một vấn đề nảy sinh khi tách nước ra khỏi sản phẩm cần sấy ở nhiệt độ cao là

sự hao hụt về hàm lượng dinh dưỡng cũng như sự biến đổi về màu sắc và hương vị của sản phẩm so với ban đầu Bởi vì các nông sản, hoa quả được đặt trong môi trường nhiệt quá cao, thúc ép quá trình mất nước nhanh và làm biến đổi cấu trúc của sản phẩm Vì vậy, máy sấy lạnh hay còn gọi là mấy sấy bơm nhiệt được sử dụng để giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng một chu trình khép kín với tác nhân sấy là không khí nóng và khô với nhiệt độ thấp (30 – 40oC) được cung cấp tuần hoàn khiến quá trình tách ẩm diễn ra liên tục Nhờ vậy mà hàm lượng chất dinh dưỡng không bị mất

đi

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị sấy lạnh Nguyên lý làm việc của máy sấy lạnh: Không khí mang hơi ẩm lớn từ buồng

hấp thụ, hơi nước được ngưng tụ thành giọt nước chảy ra ngoài, qua cục lạnh là không khí khô có nhiệt độ thấp Chúng tiếp tục được đưa qua cục nóng, tại đây, không khí khô được sấy nóng và được đưa trở lại buồng sấy để sấy khô sản phẩm Đây là chu trình kín, chỉ có lượng nước trong sản phẩm là được đưa ra ngoài

 Chi phí đắt đỏ, quá trình bảo dưỡng và vận hành máy phức tạp

 Tốn nhiều thời gian để sấy hơn

1.1.2.3 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy đối lưu

Sấy đối lưu là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cấp nhiệt cho ẩm bay hơi Đây là phương phấp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với tác nhân sấy là không khí nóng hoặc khói lò có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy như không khí, các khí trơ như N2 (dùng cho các vật liệu rắn hữu cơ) hay hơi nước bão hòa

(Mujumdar, 2006) Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm (Palowski & Mujumdar, 2006)

Hình 1.3 Thiết bị sấy đối lưu Binder FD-115 Thiết bị sấy đối lưu được sử dụng trong thí nghiệm là thiết bị sấy buồng Vật liệu sấy được để trên các khay hoặc giá Môi chất sấy là không khí chuyển động cưỡng bức trong buồng sấy nhờ quạt gió Tốc độ dòng khí từ 0.5 – 5 m/s qua hệ thống ống dẫn và van đổi hướng để cung cấp không khí đồng nhất qua cấc khay Thiết bị sấy buồng làm việc theo chu kì Vật liệu đưa vào buồng sấy theo từng mẻ một Độ ẩm và nhiệt độ thay đổi theo thời gian sấy (Hoàng Văn Chước, 1999)

1.1.2.4 Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy hồng ngoại

Tia hồng ngoại là tia bức xạ điện từ mà mắt không nhìn thấy được có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến và ngắn hơn tia vi sóng, dao động trong khoảng 0.76 -1000μm Cường độ bức xạ hồng ngoại giảm dần theo khoảng cách từ nguồn phát đến vật được phát Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0K (-273,15oC) đều phát ra tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại được phân chia theo bước sóng thành ba vùng chính: Hồng ngoại gần (NIR), hồng ngoại giữa (MIR) và hồng ngoại xa (FIR) ( Liew, S C, 2001)

Sấy bức xạ hồng ngoại là phương pháp sấy vật liệu ẩm sử dụng nguồn phát ra tia hồng ngoại làm tác nhân chính để làm bay hơi nước có trong thực phẩm Khi tia hồng ngoại tác động đến một đối tượng nào đó, nó sẽ làm cho các điện tử bị kích thích

và dao động Khi các điện tử dao động sẽ tương tác với các điện tử bên cạnh và làm chúng dao động theo Quá trình dao động sẽ sinh ra năng lượng động năng, làm nhiệt

độ các phân tử nước tăng lên dẫn đến sự bốc hơi nước (Nguyễn Tấn Dũng, 2017)

Các vật liệu ẩm thường được cấu tạo từ nước và các hợp chất hữu cơ Trong cùng một điều kiện giống nhau thì nước và các hợp chất hữu cơ sẽ hấp thụ năng lượng cực đại của tia hồng ngoại ở những bước sóng khác nhau Từ đó chúng ta có thể điều chỉnh bước sóng thích hợp cho nguồn phát ánh sáng để nước bay hơi nhiều nhất mà không ảnh hưởng đến các hợp chất hữu cơ khác trong nguyên liệu, giữ được chất lượng nguyên liệu (Nguyễn Tấn Dũng, 2017)

Trong ngành công nghệ thực phẩm, tia hồng ngoại thường được ứng dụng trong

kỹ thuật sấy các loại vật liệu mỏng như bánh tráng, củ và quả thái lát Ngoài ra, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong đời sống như làm lò sưởi, sử dụng tia hồng ngoại

để đo nhiệt độ vật từ xa, điều trị bệnh liên quan đến xương khớp (Nguyễn Tấn Dũng, 2017)

Ưu điểm

 Tia hồng ngoại có khả năng diệt khuẩn, tiệt trùng sản phẩm sấy

 Sản phẩm sau khi sấy đảm bảo được chất lượng dinh dưỡng như ban đầu, mùi vị sản phẩm thơm, ngon

 Không gây ô nhiễm môi trường, vệ sinh an toàn thực phẩm cao

 Không cần sử dụng thêm chất xúc tác hỗ trợ

 Thời gian sấy nhanh, tiết kiệm năng lượng

Nhược điểm

 Khả năng xuyên thấu kém chỉ sấy những sản phẩm mỏng, nhỏ, cắt lát

 Sản phẩm dễ bị cong vênh do sự phân bố đường đẳng nhiệt của đèn không đều

 Chi phí đầu tư và lắp đặt máy sấy hồng ngoại trong công nghiệp khá cao

1.2 Nguyên liệu và phương pháp thí nghiệm

1.2.1 Nguyên liệu

 Cà rốt (3cm x 2.8cm x 0.4cm)

 Dao

 Thước và khay đựng

 Máy sấy đối lưu

 Máy sấy hồng ngoại

 Máy sấy lạnh

1.2.2 Quy trình thí nghiệm

1.2.2.1 Sơ đồ quy trình

Quy trình thí nghiệm sấy vật liệu ẩm được mô tả trong hình 1.4

Nguyên liệu sấy

Cắt theo hình dạng

và xác định độ dày

Xác định độ ẩm ban đầu và độ ẩm theo thời gian

Thành phẩm

Hình 1.4 Sơ đồ thực nghiệm quá trình sấy

1.2.2.2 Giải thích quy trình

Lựa chọn và phân loại nguyên liệu

 Mục đích: Đảm bao chất lượng nguyên liệu và độ đồng đều

 Cách tiến hành: Lựa chọn những củ cà rốt có kích thước đồng đều nhau, không bầm dập, sâu bệnh tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cắt gọt tiếp theo

Gọt vỏ, cắt hình dạng và bề dày các miếng đồng đều nhau

 Mục đích: Làm sạch nguyên liệu, loại bỏ tạp chất bám bên ngoài vỏ, tạo kích thước đồng đều cho sản phẩm, giảm thời gian sấy, tiết kiệm nhiên liệu, tăng giá trị cảm quan và chất lượng cho sản phẩm

 Cách tiến hành: Dùng dao cắt lát cà rốt theo kích thước mong muốn và đồng đều nhau Các lát cà rốt khi cắt không quá dày và cũng không quá mỏng Nếu dày quá

thì thời gian sấy lâu, nếu mỏng quá thì sau khi sấy cà rốt sẽ bị co, cong vênh không giữ được hình dáng ban đầu

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu

Trong bài thí nghiệm sấy vật liệu ẩm, chúng tôi sử dụng các phương pháp sấy khác nhau như sấy đối lưu, sấy hồng ngoại và sấy lạnh để xác định độ ẩm theo thời gian của vật liệu sấy Ngoài ra, chúng tôi còn khảo sát chất lượng cảm quan sản phẩm cuối cùng giữa các phương pháp sấy khác nhau

1.2.3.1 Xác định độ ẩm ban đầu

Nguyên tắc

Dùng máy sấy đối lưu sấy khô tuyệt đối mẫu nguyên liệu cà rốt Cân trọng lượng mẫu trước và sau khi sấy Trọng lượng mẫu mất đi khi sấy khô tuyệt đối là lượng nước có trong mẫu Từ đó, tính ra phần trăm lượng nước của mẫu

Cách tiến hành

Cân khoảng 10 gram mẫu cho vào khay nhôm đã sấy khô Cân lượng mẫu và khay trước khi sấy (m1) Sấy đến khối lượng không đổi ở 1050C, làm nguội trong bình hút ẩm và cân lại mẫu (m2)

Kết quả

Độ ẩm của mẫu cà rốt (W0) tính theo công thức:

m1 m2

Trong đó: W0 là độ ẩm ban đầu của mẫu cà rốt (%)

m1, m2 lần lượt là khối lượng mẫu + khay trước và sau khi sấy (g)

m là khối lượng của mẫu trước khi sấy (g)

1.2.3.2 Xác định độ ẩm theo thời gian

Nguyên tắc

Dựa trên sự cân bằng vật liệu của hàm lượng chất khô có trong mẫu cà rốt, ta có

độ ẩm vật liệu sấy biến thiên theo thời gian sấy được biểu diễn thông quan phương trình:

G0 (100 – W0) = Gj (100 – Wj) Sau thời gian: τ τj , đem mẫu cân xác định được Gj (kg)

Wj = 100 - GO

Gj (100 – W0)

Với Δτ τj + 1 – τi = (10 – 12) phút

Cách tiến hành

Cân mẫu sau mỗi 10 – 12 phút Tính toán theo công thức đã đề cập ở phần nguyên tắc và ghi kết quả vào bảng 1.1 Sấy cà rốt đến khối lượng không đổi thì ngừng thí nghiệm

Bảng 1.1 Độ ẩm vật liệu sấy biến thiên theo thời gian

τ là thời gian sấy (giờ)

1.2.3.4 Xây dựng đường cong tốc độ sấy

Nguyên tắc

Đường cong tốc độ sấy là đường biểu diễn tốc độ sấy hay lượng hơi nước thoát

ra khỏi vật liệu ứng với một đơn vị diện tích bề mặt vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian Đường cong tốc độ sấy thu được từ việc đạo hàm đường cong sấy theo thời gian

Tiến hành

Từ phương trình đường cong sấy, xác định phương trình tốc độ sấy Vẽ đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy, so sánh với đường cong lý thuyết

u = -GdW

F.dτ = f(W) Trong đó: u là tốc độ sấy, (kg/(m2.h));

G là khối lượng vật liệu sấy, (kg);

là độ ẩm vật liệu sấy, (%);

1.3 Kết quả thí nghiệm và bàn luận

1.3.1 Kết quả sấy hồng ngoại

Đồ thị đường cong sấy và tốc độ sấy của phương pháp sấy hồng ngoại được thể hiện trong hình 1.4 và hình 1.5

Hình 1.5 Đường cong sấy hồng ngoại

y = -0.0013x 2 - 0.0941x + 89.433

R² = 0.9998

y = -0.6158x + 124.59 R² = 0.9934

y = 3E-07x 3 + 0.0006x 2 - 0.3954x + 64.767

R² = 0.9966 0

Đường cong sấy hồng ngoại

Đường cong sấy Poly (Giai đoạn 1) Linear (Giai đoạn 2) Poly (Giai đoạn 3)

Đường cong tốc độ sấy

Poly (Giai đoạn 1) Linear (Giai đoạn 2) Poly (Giai đoạn 3)

Hình 1.6 Đường cong tốc độ sấy hồng ngoại

1.3.2 Kết quả sấy đối lưu

Đồ thị đường cong sấy và tốc độ sấy của phương pháp sấy đối lưu được thể hiện trong hình 1.6 và hình 1.7

Hình 1.7 Đường cong sấy đối lưu

Hình 1.8 Đường cong tốc độ sấy đối lưu

y = -0.0032x 2 - 0.2387x + 89.468

R² = 0.9996

y = -0.8366x + 107.72 R² = 0.9933

y = -2E-05x 3 + 0.0112x 2 - 2.1232x + 142.72

R² = 0.9917 0

Đường cong sấy đối lưu

Đường cong sấy Poly (Giai đoạn 1) Linear (Giai đoạn 2) Poly (Giai đoạn 3)

Đường cong tốc độ sấy đối lưu

Poly (Giai đoạn 1) Linear (Giai đoạn 2) Poly (Giai đoạn 3)

1.3.3 Kết quả sấy lạnh

Đồ thị đường cong sấy và tốc độ sấy của phương pháp sấy lạnh được thể hiện trong hình 1.8 và hình 1.9

Hình 1.9 Đường cong sấy lạnh

Hình 1.10 Đường cong tốc độ sấy lạnh

y = -0.0003x 2 - 0.0289x + 89.407

R² = 0.999

y = -0.2935x + 124.75 R² = 0.9936

y = -3E-07x 3 + 0.0011x 2 - 0.8842x + 205.1

R² = 0.9971 0

Đường cong sấy lạnh

Đường cong sấy Poly (Giai đoạn 1) Linear (Giai đoạn 2) Poly (Giai đoạn 3)

Đường cong tốc độ sấy lạnh

Poly (Giai đoạn 1) Linear (Giai đoạn 2) Poly (Giai đoạn 3)

1.3.4 Biện luận

Phương trình đường cong sấy

Đường cong sấy của các phương pháp sấy khác nhau của cà rốt đều bao gồm ba

giai đoạn sấy theo hình 1.5, hình 1.7 và hình 1.9 Giai đoạn 1 của quá trình sấy được

biểu thị bằng màu xanh dương Trong giai đoạn đầu, phương trình sấy có dạng phương trình bậc 2 và có chiều đi xuống Điều này được giải thích là do nhiệt độ tác nhân sấy cao hơn nhiệt độ của vật liệu sấy (May, 2004) Thời gian sấy ở các phương pháp sấy cũng khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ của tác nhân sấy và kỹ thuật sấy Giai đoạn 1 của phương pháp sấy lạnh là lâu nhất, tiếp đến là phương pháp sấy hồng ngoại và cuối cùng là phương pháp sấy đối lưu Thời gian sấy tỉ lệ với nhiệt độ của tác nhân sấy Nhiệt độ của tác nhân sấy càng cao, tốc độ sấy càng rút ngắn

Giai đoạn 2 của quá trình sấy dược biểu thị bằng màu cam Giai đoạn này gọi là giai đoạn tốc độ sấy không đổi Trong giai đoạn này, nhiệt độ mẫu nói chung, nhiệt độ tâm và ở bề mặt cà rốt nói riêng đạt đến một giá trị nhất định xấp xỉ nhiệt độ nhiệt kế ướt Ẩm bay hơi nhanh vì nhiệt lượng cà rốt nhận được chỉ để bay hơi hơi nước Vì vậy, nhiệt độ mẫu gần như không thay đổi trong suốt giai đoạn này Cũng tương tự như giai đoạn một, thời gian sấy ở giai đoạn này cũng tăng dần theo thứ tự sấy đối lưu, sấy hồng ngoại và sấy lạnh Trong thực tế, đường cong sấy của giai đoạn hai không tuyến tính như lý thuyết Nguyên nhân là do bị ảnh hưởng bởi các yêu tố như thiết bị sấy, tác nhân sấy, việc lấy mẫu ra cân và diện tích tiếp xúc nhiệt của các mẫu không đồng đều, dẫn đến mất ẩm không đồng đều

Giai đoạn 3 của quá trình sấy được biểu hiện bằng màu xám Giai đoạn 3 cũng

là giai đoạn cuối của quá trình sấy và có phương trình bậc ba Trong giai đoạn này, ẩm mao dẫn trong vật liệu sấy đã bay hơi gần hết và chỉ còn ẩm dưới dạng hơi liên kết hấp thụ với vật liệu sấy Loại ẩm này cần nhiều năng lượng hơn để thoát khỏi ra ngoài nên

độ ẩm trung bình thay đổi chậm hơn Độ ẩm trung bình của phương pháp sấy lạnh thay đổi chậm nhất và độ ẩm trung bình của phương pháp sấy đối lưu là nhanh nhất Vì vậy, người ta gọi giai đoạn giảm tốc nhưng mẫu vẫn tiếp tục nhận nhiệt lượng từ tác nhân sấy nên nhiệt độ mẫu bắt đầu tăng nhanh

Phương trình đường cong tốc độ sấy

Trong quá trình sấy, hàm ẩm trong vật liệu sấy giảm dần nên đường cong tốc độ

sấy được bắt đầu từ bên phải sang bên trái được thể hiện trong hình 1.6, hình 1.8 và

hình 1.10 Giai đoạn 1 được biểu thị bằng màu xanh dương Đây là giai đoạn bắt đầu

của quá trình sấy Tại đây, tốc độ sấy tăng rất nhanh và mạnh đến giá trị ổn định của giai đoạn sấy thứ 2

Giai đoạn 2 được biểu thị bằng màu cam Đây là giai đoạn có tốc độ sấy không đổi nên đường cong tốc độ sấy song song với trục hoành Tại giai đoạn này, tốc độ sấy của phương pháp sấy đôi lưu là cao nhất (1.3 kg/m2.phút), tiếp đến là hồng ngoại (0.95 kg/m2.phút) và cuối cùng là sấy lạnh (0.45 kg/m2.phút)

Từ sau giai đoạn 2, giai đoạn 3 có tốc độ sấy giảm dần cho đến 0, ứng với độ

ẩm cân bằng của vật liệu sấy Đường cong tốc độ sấy ở giai đoạn 3 có dạng phương trình bậc 3 Phương trình này thể hiện cấu trúc của cà rốt tương tự như cấu trúc của mì sợi và mì ống (May, 2004) Tuy nhiên, đường cong tốc độ sấy trong mỗi phương pháp sấy vẫn chưa về 0 Điều này được giải thích là do độ ẩm trong vật liệu sấy chưa đạt tới trạng thái cân bằng khiến tốc độ sấy chưa về 0

1.3.5 So sánh tính chất cảm quan giữa các phương pháp sấy

bởi nhiệt độ sấy của phương pháp sấy lạnh thấp nên hạn chế được các phản ứng oxy hoá – khử có trong mẫu cà rốt, khiến cà rốt có màu sáng hơn

Hình dạng bên ngoài cho thấy mẫu cà rốt được sấy đối lưu bị quăn lại nhiều nhất, từ đó làm giảm chất lượng cảm quan của sản phẩm cuối cùng Phương pháp sấy lạnh cho hình dạng sản phẩm cuối cùng tốt nhất, miếng cà rốt không bị cong và quăn quá nhiều

1.4 Tổng kết

Mỗi loại phương pháp sấy khác nhau, điều kiện sấy khác nhau và nguyên liệu sấy khác nhau sẽ cho chất lượng sản phẩm khác nhau Đối với sản phầm là cà rốt, chúng tôi khuyến nghị nên sử dụng phương pháp sấy lạnh để giữ lại những tính chất đặc trưng của cà rốt như màu sắc và cấu trúc của miếng cà rốt Tuy nhiên, thời gian sấy lạnh tương đối dài Vì vậy, chúng ta có thể sử dụng phương pháp sấy hồng ngoại

để thay thế

1.5 Tài liệu tham khảo

Mustafa Aktas 2016 Performance analysis of heat pump and infrared–heat pump

drying of grated carrot using energy-exergy methodology Energy Conversion and Management, pp: 132

Min Zhang Bhesh Bhandari Zhongxiang Fang Handbook of Drying of Vegetables and

Vegetable Products Section I Drying Processes and Technologies Highly Efficient Vegetable Drying Technology II: Infrared Radiation Drying and Related Combination Drying International Standard Book.Number(13) pp 65-

81

Nguyễn Bin 2006 Chương 7: Sấy In: Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất

và thực phẩm, tập 4: phân riêng dưới tác dụng của nhiệt, pp: 269 – 313

Adams, M., & Moss, M (2000) Factors affecting the growth and survival of

micro-organisms in foods In Food Microbiology (pp 21-64)

May, N V (2004) Giáo trình Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm: Nhà Xuất Bản Khoa

học và Kỹ thuật

Mujumdar, A S (2006) Principles, Classification, and Selection of Dryers In

Handbook of Industrial Drying (pp 21): CRC Press

Palowski, Z., & Mujumdar, A S (2006) Basic Process Calculations and Simulations

in Drying In Handbook of Industrial Drying (pp 63): CRC Press