Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy lạnh trong sấy gấc

Đánh giá chất lượng gấc sấy khô bằng bơm nhiệt ở chế độ sấy tối ưu so với các phương pháp khác .... Khi lựa chọn đề tài ứng dụng bơm nhiệt để sấy gấc, tác giả tập trung vào nghiên cứu sấ

NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT

SKC007482

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SẤY LẠNH

TRONG SẤY GẤC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

UẬN V N THẠC S NGU N TRUNG I N

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SẤY LẠNH

TRONG SẤY GẤC

NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT - 60520115

Tp HCM tháng 10 năm 2017

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SẤY LẠNH

ỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 9 năm 2017

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

ỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập tại trường ĐHSPKT TPHCM, ngoài sự cố gắng của bản thân, Tôi còn nhận được sự chỉ dẫn nhiệt tình của quí thầy trong ngành Kỹ thuật nhiệt

và cán bộ hướng dẫn khoa học cùng các đồng nghiệp

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới quí thầy:

Ngành Kỹ thuật nhiệt – Trường ĐHSPKT TPHCM PGS – TS Bùi Trung Thành : Cán bộ hướng dẫn khoa học

Đồng nghiệp

NCS Phạm Quang Phú

Cùng các thầy cô trong khoa Nhiệt Lạnh trường ĐHCN TPHCM đã chia sẻ và giúp đỡ tôi hoàn thành Luận văn này

MỤC ỤC

Trang tựa

TRANG QU ẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC Error! Bookmark not defined LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix

ANH S CH C C CH VIẾT T T xi

T M T T 1

ABSTRACT 3

MỞ ĐẦU 5

Đặt vấn đề 5

A Phạm vi nghiên cứu đề tài 6

B Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 6

C Ý nghĩa khoa học và tính cấp thiết của đề tài 6

E Phương pháp nghiên cứu 6

F Tổng quát các nội dung thực hiện đề tài 7

Chương 1 9

TỔNG QUAN 9

1.1 Tổng quan về vật liệu sấy 9

1.2 Thành phần dinh dưỡng của quả gấc 10

1.3 Tổng quan về sấy bơm nhiệt 12

1.4 Cơ sở lý luận về sấy bơm nhiệt 15

1.5 Các kết quả nghiên cứu sử dụng bơm nhiệt sấy trong nước và thế giới 16

1.6 Các kết quả nghiên cứu sấy màng gấc 18

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23

2.1 Nước hoạt h a của thực phẩm và rau củ quả 23

2.2 Các dòng dịch chuyển và cơ chế thoát ẩm trong VLS 23

2.2.1 Cơ chế thoát ẩm trong vật liêu sấy 23

2.2.2 Các dòng dịch chuyển ẩm và thế dịch chuyển ẩm trong VLS 27

2.2.4 Các giai đoạn trong quá trình sấy 27

2.2.5 Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu 28

2.2.6 Các đặc trưng nhiệt vật lý của vật liệu 29

2.3 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm khô 31

2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy (tTNS) 31

2.3.2 Ảnh hưởng của vân tốc tác nhân sấy (vTNS) 31

2.3.3 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của không khí 32

2.3.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ ngưng tụ hơi nước trên dàn lạnh (tNT) 32

2.3.5 Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu trên một mẻ sấy 33

2.4 Phương pháp xác định một số chỉ tiêu về nguyên liệu và sản phẩm sấy 33

2.4.1 Phương pháp xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu sấy (M1) 33

2.4.2 Phương pháp xác định ẩm độ tức thời của nguyên liệu đang sấy 33

2.4.3 Phương pháp xác định tốc độ sấy theo thời gian 33

2.4.4 Phương pháp xác định hàm lượng β- carotene 34

2.4.5 Phương pháp xác định màu sắc 34

2.4.6 Phương pháp xác định điện năng riêng 34

2.4.7 Phương pháp thiết kế hệ thống sấy bơm nhiệt 34

2.5 Xử lý số liệu thống kê 37

2.5.1 Xử lý số liệu thống kế bậc 37

2.5.2 Xử lý số liệu thực nghiệm bậc 2 bằng phần mềm statgraphic 38

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤ ƠM NHIỆT 42

3.1 Tính toán quá trình sấy lý thuyết 42

3.1.1 Đồ thị I – d 42

3.1.2 Tính toán quá trình sấy 43

3.1.3 Tính toán tốc độ sấy và thời gian sấy 44

3.1.4 Tính toán nhiệt quá trình 47

3.1.5 Tính toán kích thước buồng sấy 48

3.2 Xây dựng quá trình sấy thực tế trên đồ thị I-d 49

3.2.1 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế 49

3.2.2 Tính toán tổn thất nhiệt ∆ 50

3.3 Tính toán quá trình sấy thực tế 53

3.4 Tính toán thiết kế máy sấy bơm nhiệt 54

3.5 Tính toán dàn ngưng 54

3.6 Tính toán dàn bay hơi 58

3.7 Tính chọn máy nén 60

3.8 Tính chọn quạt 60

3.9 Mô hình và phương tiện thí nghiệm 63

Chương 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SẤ MÀNG ĐỎ HẠT GẤC TRÊN MÔ HÌNH 65

4.1 Vật liệu và phương tiện 65

4.1.1 Vật liệu 65

4.1.2 Phương tiện 65

4.2 Dụng cụ đo và thiết bị đo 66

4.2.1 Dụng cụ và phương pháp điều chỉnh biến số đầu vào 66

4.2.2 Phương pháp thu thập số liệu đầu ra 67

4.3 Xác định các hàm mục tiêu và các biến đầu vào 68

4.3.1 Hàm mục tiêu và phương pháp xác định 68

4.3.2.Xác định biến số đầu vào ( thông số công nghệ) 69

4.3.3 Thực nghiệm tối ưu h a của các thông số công nghệ đến các hàm mục tiêu73

4.4 Thiết lập các hàm mục tiêu cho tối ưu h a đa mục tiêu 74

4.4.1 Qui hoạch và kết quả thực nghiệm 74

4.4.2 Thiết lập mô hình toán của thời gian sấy 77

4.4.3 Thiết lập mô hình toán học cho năng lượng tiêu thụ 79

4.4.4 Thiết lập mô hình toán học về độ giảm hàm lượng -carotene trong sản phẩm 82

4.4.5 Tối ưu h a các thông số công nghệ 86

4.5 Đánh giá chất lượng gấc sấy khô bằng bơm nhiệt ở chế độ sấy tối ưu so với các phương pháp khác 88

4.5.1 Ảnh hưởng của phương pháp sấy đến thời gian sấy 90

4.5.2 Ảnh hưởng của phương pháp sấy đến hàm lượng β-carotene 92

4.5.3 Ảnh hưởng của phương pháp sấy đến màu sắc sản phẩm 92

4.6 Đánh giá chất lượng gấc sấy khô bằng bơm nhiệt ở chế độ sấy tối ưu so với các công bố khác 93

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 96

5.1 Kết luận 96

5.2 Kiến nghị 97

PHỤ LỤC 103

Phụ lục 4.1 Bảng tính toán xác định phương sai dư của hàm Y1 103

Phụ lục 4.2 Bảng tính toán xác định phương sai tương thích của hàm Y2 104

Phụ lục 4.3 Bảng tính toán xác định phương sai dư của hàm Y3 105

Phụ lục 4.4 Xác định phương trình hồi qui đối với hàm Y1 bằng phần mềm Statgraphics 106

Phụ lục 4.5 Xác định phương trình hồi qui đối với hàm Y2 bằng phần mềm Statgraphics 109

Phụ lục 4.6 Xác định phương trình hồi qui đối với hàm Y3 bằng phần mềm

Statgraphics 112

Phụ lục 4.7 So sánh các phương pháp sấy – sấy lạnh bơm nhiệt 115

Phụ lục 4.8 So sánh các phương pháp sấy – sấy không khí n ng đối lưu 115

Phụ lục 4.9 So sánh các phương pháp sấy – phơi nắng 116

Phụ lục 4.10 Kết quả kiểm nghiệm Beta - carotene của gấc tươi 118

Phụ lục 4.11 Kết quả kiểm nghiệm Beta - carotene của gấc khô – phơi nắng 119

Phụ lục 4.12 Kết quả kiểm nghiệm Beta - carotene của gấc khô – sấy n ng 120

Phụ lục 4.13 Kết quả kiểm nghiệm Beta - carotene của gấc khô – sấy bơm nhiệt 121

Phụ lục 14 Các bài báo đã đăng 121

DANH SÁCH CÁC BẢNG

ảng 1 1 Thành phần muối khoáng và các vitamin trong các loại quả 11 ảng 1 2 Thành phần h a học trên 100g gấc 12 Bảng 1.3 So sánh hiệu quả sấy bơm nhiệt với các hệ thống sấy khác 20 Bảng 1.4 So sánh chất lượng thực phẩm sấy bằng công nghệ sấy lạnh so với các 20

công nghệ sấy truyền thống 20

Bảng 3.1: Độ ẩm của màng đỏ hạt Gấc tươi 44 Bảng 3.2- Khối lượng riêng của màng Gấc tươi 45 Bảng 3.3: Các thông số tại các điểm nút 54 Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả tính toán cho máy và thiết bị lạnh 63 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật các thiết bị trong mô hình 64 Bảng 4.1: Thông số và xuất xứ của dụng cụ thí nghiệm 68 Bảng 4.2: Miền thực nghiệm đa yếu tố 74 Bảng 4.3: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 75 Bảng 4.4 Bảng kết quả 5 chế độ thí nghiệm ở tâm 76 Bảng 4.5: Bảng tính phương sai tái hiện của thời gian sấy 77

ảng 4 6: Kết quả tính toán các hệ số b j , s bj , t bj ho hàm 1 77

Bảng 4.7: Bảng tính phương sai tái hiện của năng lượng tiêu thụ 80 ảng 4 8: Kết quả tính toán hệ số bj, sbj, tbj của hàm Y2 80

Bảng 4.9: Bảng tính phương sai tái hiện của hàm lượng -carotene trong sản phẩm 82

ảng 4 1 Kết quả tính toán hệ số bj, sbj, tbj cho hàm Y3 83

Bảng 4.11: Bảng tính phương sai dư của các hàm mục tiêu 85 ảng 4 12: Kết quả sấy bằng 3 phương pháp 89 ảng 4 13: Đo hàm lượng β- carotene trên 3 phương pháp sấy 92 ảng 4 14: Kết quả đo màu của gấc tươi và sản phẩm sau sấy của 3 phương pháp sấy

92

DANH SÁCH CÁC HÌNH

H nh 1 1 Quả gấc 9

H nh 1 2 Hàm lượng lycopene của một số loại quả 10

H nh 1 3 Hàm lượng β - carotene trong gấc và một số loại rau quả 11 Hình 1.4 Máy sấy bơm nhiệt 16 Hình 3.1- Đồ thị I –d cho quá trình sấy lý thuyết 42 Hình 3.2 Đồ thị biểu di n quá trình sấy thực tế 49 Hình 3.3 Truyền nhiệt qua vách 50 Hình 3.4 Biểu di n quá trình sấy thực trên đồ thị I-d 52 Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống mô hình thí nghiệm sấy bơm nhiệt 63

H nh 4 1 Chuẩn bị vật liệu sấy 65 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý và máy sấy bơm nhiệt S01DHCN 66 Hình 4.3 Máy sấy khay IC 106D 66 Hình 4.4 Cân điện tử 67 Hình 4.5 Máy đo độ ẩm Sartorius 67 Hình 4.6 Máy đo tốc độ gi , lưu lượng gió EXTECH SDL350 67 Hình 4.7 Dụng cụ đo bức xạ mặt trời Tenmars TM 206 và máy đo màu CM-5 68 Hình 4.8: Đồ thị tương quan giữa nhiệt độ đến thời gian sấy và điện năng tiêu thụ

Hình 4.13: Đồ thị thể hiện sự tương thích giữa hàm hồi qui Y1 với thực nghiệm 79

Hình 4.14: Ảnh hưởng của các thông số đến tiêu hao năng lượng riêng 82 Hình 4.15: Đồ thị thể hiện sự tương thích giữa hàm hồi qui Y2 với thực nghiệm 82 Hình 4.16: Ảnh hưởng của các thông số đến độ giảm hàm lượng -carotene trong

sản phẩm 84

Hình 4.17: Đồ thị thể hiện sự tương thích giữa hàm hồi qui Y3 với thực nghiệm 85

H nh 4 18: Màng đỏ hạt gấc sau khi sấy bơm nhiệt 87

H nh 4 19: Thời gian sấy, X2 -0,993 87

H nh 4 2 : Năng lượng tiêu thụ, X2 -0,993 87

H nh 4 21: Hàm lượng beta carotene, X2 -0,993 88

H nh 4 22: Tối ưu h a đa mục tiêu 88 Hình 4.24: Đường cong sấy theo phương pháp sấy bơm nhiệt 90 Hình 4.25: Đường cong sấy theo phương pháp sấy bằng khí n ng 91 Hình 4.26: Đường cong sấy theo phương pháp phơi nắng 91

SMER: Hiệu suất khử ẩm của máy sấy bơm nhiệt (Moisture Extraction Rate) kg/kWh

C

λc: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu sấy W/(m.K)

Me: Độ ẩm cân bằng %

M1: Độ ẩm ban đầu %

G2: Khối lương sản phẩm kg

J2b: Mật độ dòng nhiệt kJ/m2.h

M1 : Độ ẩm tới hạn cuối giai đoạn sấy đẳng tốc của vật liệu ẩm %

Δp: Tổn thất trở lực mm H2O

∆: Hiệu nhiệt lượng bổ sung – nhiệt lượng tổn thất chung kJ/kg

: Độ nhớt động học m2/s

Ψ : Hệ số hình dáng các phần tử tạo nên vật liệu

sth: Phương sai tái hiện

Gr: Tiêu chuẩn Grashoft

Nu: Tiêu chuẩn Nusselt

Re: Chuẩn số Raynol

T M T T

Hiện nay, có rất nhiều kỹ thuật sấy khô dùng để sản xuất bột khô trong các ngành công nghiệp thực phẩm Khi so sánh với các kỹ thuật làm khô như sấy phun, sấy chân không và sấy thăng hoa, sấy không khí n ng là phương pháp sấy đơn giản và rẻ nhất Tuy nhiên, chất lượng của các sản phẩm sấy bằng khí n ng là kém nhất, đặc biệt

là vật liệu nhạy cảm với nhiệt Sấy thăng hoa là phương pháp sấy tốt nhất cho sản xuất thực phẩm chất lượng cao cấp Sản phẩm giữ gần như nguyên v n hàm lượng chất dinh dưỡng, hương vị và mùi thơm, các tính chất vật lý và màu sắc đặc trưng so với lúc còn tươi Tuy nhiên, nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí quá cao

Khi lựa chọn đề tài ứng dụng bơm nhiệt để sấy gấc, tác giả tập trung vào nghiên cứu sấy màng đỏ hạt gấc dùng trong sản xuất bột gấc, là sản phẩm nhạy cảm về nhiệt, với ưu điểm là nhiệt độ sấy thấp từ 40 – 50C, cao hơn so với sấy chân không thăng hoa nhưng thấp hơn so với các phương pháp sấy khác c thể ngăn chặn hoặc làm giảm chậm các phân hủy chất dinh dưỡng và màu sắc c ng như tránh tạo lớp màng cứng trên

bề mặt vật liệu sấy mà chính lớp màng này cản trở sự khuyếch tán ẩm, làm giảm tốc độ sấy Độ ẩm của tác nhân sấy thấp c thể làm tăng tốc độ sấy từ đ giảm thời gian sấy, chi phí vừa phải và đặc biệt không dùng h a chất bảo quản để xử lý nhằm cung cấp thêm giải pháp cho việc lựa chọn sản xuất bột gấc n i riêng và các sản phẩm nông sản thực phẩm n i chung

Nghiên cứu đã xác định ảnh hưởng của các phương pháp sấy đến thời gian sấy, hàm lượng carotene và màu sắc của màng đỏ hạt gấc Màng đỏ hạt gấc được sấy bằng

3 phương pháp khác nhau là: Phương pháp sấy bơm nhiệt, phương pháp sấy khí n ng

và phương pháp phơi khô dưới nắng mặt trời cùng mức nhiệt độ tác nhân sấy là 430

C, vận tốc tác nhân sấy là 2,5m/s Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy phương pháp sấy bằng bơm nhiệt cho màu sắc sản phẩm gần như không thay đổi, t lệ hàm lượng carotene đạt 95,57 , thời gian sấy là 11,5 giờ chứng tỏ phương pháp sấy bằng bơm

nhiệt thích hợp đối với màng đỏ hạt gấc c ng như với loại nguyên liệu c độ nhạy cảm

về nhiệt và c hàm lượng chất chống oxi h a cao, nâng cao giá trị sản phẩm sấy, tiết kiệm điện năng khi sấy loại nguyên liệu này

Nghiên cứu đã xác định được các thông số tối ưu cho quá trình sấy, các thí nghiệm được bố trí theo quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 và tối ưu h a đa mục tiêu theo phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM), kết quả tối ưu h a đa mục tiêu quá trình sấy màng đỏ hạt gấc bằng phương pháp sấy bơm nhiệt từ thực nghiệm cho thấy nhiệt

độ tác nhân sấy trong buồng sấy là 44,160C, nhiệt độ ngưng tụ hơi ẩm tại dàn lạnh là 14,03C, vận tốc tác nhân sấy là 2,6 m/s Thời gian sấy là 11,27 giờ và mức tiêu thụ năng lượng 4,363 kWh / kg so với kết quả nghiên cứu trước đ là 16,257 giờ và 66,77 kWh/kg [19] Trong khi độ giảm hàm lượng beta carotene của sản phẩm sau khi sấy so với gấc tươi vẫn thấp hơn Hàm lượng beta carotene bị mất không đáng kể thu được sản phẩm đáp ứng được yêu cầu về chất lượng dinh dưỡng và màu sắc, năng lượng tiêu thụ giảm đáng kể do vậy c thể áp dụng chế độ công nghệ vào trong sản xuất công nghiệp

ABSTRACT

Nowadays, there are many drying techniques used to produce dry powder in the food industry When compared to drying techniques such as spray drying, vacuum drying and sublimation drying, hot air drying is the simplest and least expensive method of drying However, the quality of hot air drying products is the worst, especially the heat sensitive material Sublimation drying is the best drying method for producing high quality food The product retains almost the same amount of nutrients, flavors and fragrances, physical properties and color characteristics compared to fresh ones However, the main drawback of this approach is that the cost is too high

When choosing the topic of heat pump application for drying gac fruit, gac aril

is used as a heat sensitive product, with the advantage is low temperature of 40-50°C, higher than sublimation drying but lower than other drying methods This can prevent

or slow down the decomposition of nutrients and color as well as avoid the formation

of the hard film on the surface of the drying material which inhibits moisture diffusion, reducing the drying rate The low humidity of the drying agent can increase the drying rate, thereby reducing the drying time This method has moderately costs and especially don't used preservation chemicals, it provide additional solutions for flour gac production in particular and agricultural products in general

Study was to determine the effects of drying methods on the drying time, the carotene content and the color of red Gac aril Gac arils were dried by 3 different methods: heat pump, hot air and solar drying method at 430C with the air velocity was 2,5 m/s The results shown that the method of heat pump drying is the most suitable for the red drying of Gac aril The color of final product was almost unchanged and the ratio of carotene was 95.57% with drying time was 11.5 hours It has been shown that the method of heat pump drying is suitable for gac aril as well as for heat sensitive and

high antioxidant materials, improve the value of drying products and save energy when drying this type of material

Study was to determine the technological parameters of Gac aril drying process

in the heat pump dryer The experiments were carried out according to the 2-level orthogonal experimental plan, combined with multiple response optimization according to Response Surface method (RSM) The multi-objective optimization results

of the heat-pump drying method for the Gac aril from the experiment with the temperature of air drying is 44.16C, the temperature of moisture condensation is 14.03C and the air velocity of 2.6 m/s The drying time is 11.27 hours compared to the result of previous research which is 16.257 hours and the energy consumption 4.363 kWh/kg compared with 66.77 kWh/kg [19], while the beta carotene decease of the final product compared to fresh Gac is still lower this one ensure that the beta carotene content is not lost This helps to ensure that the quality of the product meets the quality requirements and required energy cost for production, thus reducing costs which can be applied to industrial production

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

Gấc còn c tên gọi là loại trái cây đến từ thiên đường là loại cây được trồng phổ biến ở

VN và các nước Đông Nam Màng đỏ hạt gấc c hàm lượng Carotene và Lycopene

tự nhiên cao gấp 10 lần so với cà rốt và 68 lần so với cà chua [1, 2] Các loại hợp chất

tự nhiên này c công dụng tốt trong việc chống oxi h a, ngăn ngừa ung thư tuyến tiền liệt, chữa các bệnh về mắt, làm mỹ phẩm và là chất tạo màu thực phẩm tự nhiên, là loại sản phẩm có giá trị cao Việc sử dụng các loại thực phẩm carotenoid c nguồn gốc tự nhiên để chất bổ sung dinh dưỡng đang nhận được sự quan tâm đáng kể từ các nhà sản xuất thực phẩm và người tiêu dùng Màng đỏ bao quanh hạt có tác dụng tốt đối với sức khoẻ nhưng khả năng bảo quản sau thu hoạch còn thấp và chất lượng không đồng đều

do phương pháp sấy còn nhiều hạn chế Các hoạt chất quan trọng có trong quả gấc rất nhạy cảm với nhiệt độ cao

Quá trình sấy khô màng đỏ hạt gấc được thực hiện bằng nhiều biện pháp: Phơi nắng, sấy bằng khí n ng và sấy phun, sấy thăng hoa, phương pháp sấy phun ở nhiệt độ

1200C trong vài phút c sử dụng chất phụ gia [2] cho kết quả khả quan, phương pháp sấy bằng khí n ng ở các nhiệt độ 50, 60,70,80 và 900C [3] kết luận rằng khi sấy ở nhiết

độ dưới 600C sản phẩm cho chất lương và màu sắc tốt nhất nhưng thời gian kéo dài hơn Khi sấy ở nhiệt độ cao quá 600C 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, nhiệt độ tác nhân sấy tức là phương pháp sấy Để đánh giá 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 tín trên một đơn vị sản phẩm Do vậy,

học viên lựa chọn đề tài ”Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật sấy lạnh trong sấy ấ ” trong đ tập trung vào sấy màn đỏ hạt gấc nhằm xây dựng được chế độ sấy bơm

nhiệt màng đỏ hạt gấc đảm bảo duy trì thành phần dinh dưỡng trong vật liệu sấy, tiêu hao điện năng riêng hợp lý, làm đa dạng hóa máy sấy trong vật liệu nói chung và sấy gấc nói chung

A Phạm vi nghiên cứu đề tài

- Sấy màng đỏ hạt gấc

- Dùng máy sấy bơm nhiệt

- Xây dựng thông số công nghệ ảnh hưởng tới hàm lượng dinh dưỡng, màu sắc, thời gian sấy và chi phí điện năng riêng

B Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu về phương pháp sấy bơm nhiệt hiện nay và ứng dụng sấy bơm nhiệt cho màng đỏ hạt gấc tại Việt Nam

- Khảo sát được đặc tính của VLS là màng đỏ hạt gấc, ảnh hưởng của phương pháp sấy đến vật liệu

- Tính toán, thiết kế chế tạo một mô hình sấy bơm nhiệt phù hợp phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm

- Xây dựng và xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm trong quá trình sấy

- Tối ưu h a chế độ sấy màng gấc bằng bơm nhiệt

C Ý nghĩa khoa học và tính cấp thiết của đề tài

- Việc sấy màng đỏ hạt gấc bằng bơm nhiệt cho phép bảo quản sản phẩm sau thu hoạch đạt chất lượng dinh dưỡng và màu sắc g p phần cho ngành dược phẩm

- Ngoài ra sản phẩm đề tài là mô hình máy sấy bơm nhiệt sấy hoạt động đạt hiệu quả theo mục tiêu đ ng g p 01 mẫu máy cho thực ti n sản xuất công nghiệp

E Phương pháp nghiên cứu

được ứng dụng trong thực tế, chọn lọc những kết quả c thể kế thừa sử dụng trong đề tài nghiên cứu theo hướng lựa chọn

- Xác định những vấn đề cần nghiên cứu bổ sung hoặc nghiên cứu kiểm chứng trong phạm vi sấy nông sản n i chung và sấy gấc n i riêng

- Kế thừa kinh nghiệm sử dụng, kinh nghiệm sấy bơm nhiệt của các nước tiên tiến áp dụng chọn lọc vào điều kiện trong nước

Phươn pháp iải tí h

- Tính toán quá trình sấy lý thuyết, quá trình sấy thực tế, thời gian sấy và các thông số liên quan từ đ tính các thiết bị trao đổ nhiệt, máy nén, buồng sấy, quạt

- Thiết kế, chế tạo thiết bị cho máy sấy bơm nhiệt theo mục tiêu

- Tính toán lý thuyết, áp dụng qui hoạch thực nghiệm làm tiền đề cho nghiên cứu thực nghiệm

Phươn pháp n hiên ứu thự n hiệm

Thiết kế, chế tạo máy sấy bơm nhiệt phù hợp với đặc điểm của vật liệu và thu thập đầy đủ số liệu về các yếu tố đầu vào và các giá trị đầu ra

Bố trí thí nghiệm thăm dò, kết hợp với tham khảo tài liệu tiến hành thí nghiệm đơn yếu tố từ đ xác định miền tối ưu h a các thông số đầu vào

Bố trí thí nghiệm đa yếu tố theo qui hoạch thực nghiệm trên cơ sở miền tối ưu

h a tìm được theo phương án qui hoạch trực giao cấp 2

So sánh và đánh giá hiệu quả và chất lượng sản phẩm sấy với các phương pháp sấy và các công bố khác

Phươn pháp thốn kê và xử lý số liệu

Sử dụng phương pháp phân tích hồi quy đa yếu tố với sự trợ giúp của phần mềm SPSS Statistics 15.02.1 để đánh giá ảnh hưởng của từng thông số đầu vào

F Tổng quát các nội dung thực hiện đề tài

Nội dung thực hiện qua các chương sau đây:

Chương 1: Tổng quan

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

Chương 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 Bình quân 1.5 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 700.000 – 1.000.000 đồng /kg 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

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.1.2), 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]

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]

ảng 1 1 Thành phần muối khoáng và các vitamin trong các loại quả [10,11]

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

[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 120C 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 90C [17] cho thấy rằng khi sấy ở nhiệt

độ dưới 60C sản phẩm cho chất lương và màu sắc tốt nhất nhưng thời gian kéo dài hơn Khi sấy ở nhiệt độ cao quá 60C 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 60C 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]