(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại ở điều kiện tối ưu với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu mẻ

TÓM TẮT Nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại nhằm giải quyết được mục tiêu là xác định các thông số công nghệ tối ưu của quá trình sấy để khi tiến hàn

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT - 60520115

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐOÀN THỊ HỒNG HẢI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY

SẢN PHẨM MÍT BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI

Ở ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU VỚI NĂNG SUẤT NHỎ

10KG NGUYÊN LIỆU/MẺ

SKC007535

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐOÀN THỊ HỒNG HẢI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY SẢN PHẨM MÍT BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI Ở ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU VỚI NĂNG SUẤT NHỎ 10KG NGUYÊN

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Khu nhà Quân đội 468 Phan Văn Trị, P7,

Gò Vấp, HCM Điện thoại nhà riêng: 0942881978 E-mail:doanhonghaidhcn@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Đại học:

Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Thủy sản Nha Trang (nay là Trường

ĐH Nha Trang)

Ngành học: Công nghệ chế biến thủy sản

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: ―Nghiên cứu chiết xuất Agarose từ

Aga – Aga thô theo phương pháp PEG (Polyetylen Glucol)”

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 12/2001 tại Trường ĐH Thủy sản Nha Trang (nay là Trường ĐH Nha Trang)

Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Thị Luyến

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

LỜI 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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 9 năm 2017

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Đoàn Thị Hồng Hải

LỜI CẢM ƠN

Đề tài: ―Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức

xạ hồng ngoại ở điều kiện tối ưu với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu/mẻ ‖ được

hoàn thành với sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của TS Nguyễn Tấn Dũng - người Thầy đã theo sát, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh Đạo Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP

Hồ Chí Minh, phòng QLKH và Đào Tạo Sau Đại Học, Bộ môn Công nghệ Nhiệt - Khoa Cơ khí động lực Trường ĐHSP kỹ thuật TpHCM, Thầy Nguyễn Tấn Dũng cùng quý Thầy Cô giáo giảng dạy cao học ngành Kỹ thuật nhiệt đã dạy dỗ, quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này

Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, đồng nghiệp và bạn bè đã quan tâm, giúp đỡ, chia sẻ khó khăn và động viên tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù rất cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian thực hiện đề tài có hạn nên luận văn vẫn còn những hạn chế nhất định Tác giả xin cảm ơn và rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy Cô, các nhà khoa học, các cơ quan và các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Trân trọng

Học viên thực hiện

Đoàn Thị Hồng Hải

TÓM TẮT

Nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại nhằm giải quyết được mục tiêu là xác định các thông số công nghệ tối ưu của quá trình sấy để khi tiến hành sấy sẽ tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu, chi phí năng lượng thấp, qua đó giúp nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm mít sấy phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu

Dựa trên các thông số tối ưu tìm được sẽ tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại với năng suất 10kg/mẻ Sau đó các thực nghiệm sấy trên hệ thống đã chế tạo sẽ được tiến hành theo chế độ tối ưu để kiểm chứng chất lượng của sản phẩm, hiệu quả sử dụng năng lượng và độ ẩm sản phẩm

Đề tài luận văn “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại ở điều kiện tối ưu với năng suất nhỏ 10kg/mẻ” nhằm hỗ

trợ cho việc xác định chế độ sấy thích hợp trong công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại, đặc biệt hơn là đề tài còn phục vụ cho công nghệ chế tạo máy sấy hồng ngoại trên cơ sở có được các thông số tối ưu của quá trình sấy

Luận văn đã đạt được các kết quả chính như sau:

1 Nghiên cứu lý thuyết tổng quan về quá trình sấy hồng ngoại, xác định được quá trình sấy hồng ngoại là phù hợp để sấy mít

2 Nghiên cứu thực nghiệm theo quy hoạch trực giao cấp 2 và tối ưu hóa theo phương pháp điểm không tưởng đã xác định được các thông số công nghệ tối

ưu cho quá trình sấy hồng ngoại sản phẩm mít gồm: nhiệt độ buồng sấy 63,43C, thời gian sấy 7,13 giờ và cường độ bức xạ hồng ngoại 6,40 kW/m2

3 Dựa trên các thông số công nghệ tối ưu đã tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại sản phẩm mít với năng suất nhập liệu 10kg/mẻ, kích thước buồng sấy (dài x rộng x cao) 800mm x 800mm x 1000mm, tổng công suất của bóng đèn hồng ngoại 2000W

4 Các thực nghiệm đã được tiến hành trên hệ thống sấy đã chế tạo ở chế độ tối

ưu cho thấy chi phí năng lượng đạt 1,46 kWh/kg, độ ẩm sản phẩm 5,13% và

độ tổn thất hàm lượng carbohydrate đạt 6,27% Kết quả phù hợp với các giá trị tính được từ bài toán tối ưu

5 Sản phẩm mít đã được sấy trên máy sấy hồng ngoại và máy sấy đối lưu bằng không khí nóng nhằm so sánh chất lượng sản phẩm sấy Kết quả cho thấy quá trình sấy hồng ngoại có độ tổn thất hàm lượng carbohydrate thấp hơn so với sấy bằng không khí nóng

6 Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể làm cơ sở để nghiên cứu, thiết kế máy sấy hồng ngoại cho các loại rau, củ, quả khác nhằm tối ưu chế độ công nghệ, giảm chi phí năng lượng và tăng chất lượng sản phẩm sấy

ABSTRACT

Experimental reseach on the drying of jackfruit by infrared radiation to solve the objective is to determine the optimal technological parameters of the drying process to produce good quality product, good moisture content and low energy cost, thereby enhancing the economic value of dried jackfruit product for consumption and export

Based on the optimal technological parameters, the design and manufacture of infrared dryer with the capacity of 10kg jackfruit per batch will be carried out Then, the drying experiments on the system will be conducted in the optimal mode

to verify the quality of the product, energy efficiency and final moisture content

The thesis "Research, design and manufacture the infrared radiation drying system for jackfruit in optimal conditions with small capacity of 10kg / batch"

supports the determination of appropriate drying mode in infrared drying technology, especially the thesis also serves the technology of manufacturing infrared dryer on the basis of the optimal parameters of drying process

The thesis has obtained the main results, as follows:

1 Theoretical overview of the infrared radiation drying process, identified the infrared drying process is suitable for jackfruit product

2 Experimental reseach on the 2-level orthogonal experimental plan, combined with multi-objective optimization according to Utopian Point Method (UPM) was determined the optimal parameters in the jackfruit infrared drying process: the temperature of the drying chamber was 63,43C, the drying time was 7,13 hours and the infrared radiation intensity was 6,40 kW/m2

3 Based on the optimal technological parameters, the jackfruit infrared dryer was designed and manufactured with the capacity 10kg per batch, the dimension of dryer (length x width x height) 800mm x 800mm x 1000mm and the total power of infrared lamps 2000W

4 The experiments were carried out on the dryer in the optimal conditions, the results were the energy consumption for 1kg final product reached 1.46 kWh/kg, the final moisture content was 5.13% and the loss of carbonhydrate

in final product reached 6.27% The result matches the values calculated from the optimal problem

5 Jackfruit product was dried on the infrared dryer and the hot air convection dryer to compare the quality of the dried product Results showed that the infrared drying process had lower loss of carbohydrate than the hot air drying process

6 The research results of the thesis can be used as a basis for studying and designing infrared dryer for other vegetables and fruits in order to optimize the technology, reduce energy cost and increase the quality of dried product

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 5

1.1 Nguyên liệu mít 5

1.1.1 Tên gọi và tên khoa học 5

1.1.2 Nguồn gốc phân bố, sinh trưởng và phát triển 5

1.1.3 Thành phần hóa học, hóa lý 7

1.1.4 Giá trị của mít 8

1.1.5 Các yếu tố tác động làm hư nguyên liệu 12

1.1.6 Sản phẩm từ mít 13

1.2 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan về sấy hồng ngoại 14

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước 14

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước 16

1.2.3 Thảo luận và đề xuất mô hình sấy 17

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ SẤY HỒNG NGOẠI 18

2.1 Sấy vật liệu ẩm 18

2.2 Các phương pháp sấy vật liệu ẩm 18

2.2.1 Phương pháp sấy nóng 18

2.2.2 Phương pháp sấy lạnh 20

2.2.3 Tác nhân sấy 23

2.2.4 Vật liệu ẩm và các dạng liên kết nước với vật liệu ẩm 23

2.2.5 Một số tính chất nhiệt vật lý của vật liệu ẩm liên quan đến quá trình sấy 27

2.2.6 Động học của quá trình sấy 29

2.3 Phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại 32

2.3.1 Đặc điểm bức xạ hồng ngoại 32

2.3.2 Sấy bằng bức xạ hồng ngoại 33

2.3.3 Cơ chế sấy khô vật liệu ẩm bằng bức xạ hồng ngoại 33

2.3.4 Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại 34

2.3.5 Hệ thống thiết bị sấy hồng ngoại 35

2.4 Các biến đổi của sản phẩm trong quá trình sấy 37

2.4.1 Biến đổi vật lý 37

2.4.2 Biến đổi hóa học 38

2.4.3 Biến đổi sinh học và hóa sinh 39

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng ngoại 39

2.5.1 Yếu tố nguyên liệu 39

2.5.2 Yếu tố tác nhân sấy 39

2.5.3 Yếu tố thiết bị sấy 40

2.6 Quy trình công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại cần nghiên cứu 40

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO 42

3.1 Phương pháp tiếp cận 42

3.2 Phương pháp nghiên cứu 42

3.2.1 Phương pháp xác định các thông số công nghệ và các hàm mục tiêu 43

3.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 44

3.2.3 Phương pháp Mô hình hóa thiết lập bài toán tối ưu đa mục tiêu 47

3.2.4 Tối ưu hóa giải bài toán tối ưu đa mục tiêu trong nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại 55

3.3 Phương pháp tính toán thiết kế 57

3.3.1 Phương pháp tính toán 57

3.3.2 Phương pháp thiết kế 58

3.4 Phương pháp chế tạo 58

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG SẤY 59

4.1 Xác định và lựa chọn các thông số tối ưu cần thiết cho tính toán thiết kế 59

4.1.1 Mô hình thực nghiệm đa yếu tố 59

4.1.2 Xác định miền cực trị của thực nghiệm 60

4.1.3 Bài toán tối ưu một mục tiêu: 63

4.1.4 Bài toán tối ưu đa mục tiêu: 63

4.2 Tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống sấy 65

4.2.1 Các thông số cần thiết cho quá trình tính toán thiết kế 65

4.2.2 Tính toán thiết kế không gian sấy 66

4.2.3 Tính nhiệt tải cho hệ thống sấy 67

4.3 Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy 73

4.4 Thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại 74

4.5 Chế tạo hệ thống sấy 74

4.6 Tự động điều khiển hệ thống sấy 74

4.7 Tính kiểm tra chất lượng hệ thống sấy 75

4.7.1 Phía vật liệu sấy (mít) 75

4.7.2 Về phía nguồn phát hồng ngoại (bóng đèn) 77

4.8 Mô phỏng và thảo luận 78

4.8.1 Mô phỏng các hàm mục tiêu cần nghiên cứu trên đồ thị 3D và 2D 78

4.8.2 Thực nghiệm kiểm chứng lại các thông số công nghệ tối ưu của quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại 79

4.8.3 Xác định các thông số công nghệ tối ưu ảnh hưởng đến quá trình bảo quản sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

PHỤ LỤC 91

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

a (m2/s) - Hệ số dẫn nhiệt độ của vật liệu;

cp (kJ/(kg.K)) - Nhiệt dung riêng;

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong 100g thịt mít tươi [1], [2] 7

Bảng 1.2 Thành phần Vitamin trong cơm mít tươi [8] 7

Bảng 1.3 Thành phần chất khoáng có trong thịt mít tươi [8] 8

Bảng 1.4 Thông số hóa lý của mít 8

Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng mít (100g thịt mít tươi) [9] 10

Bảng 1.6 Thành phần dinh dưỡng trong hạt mít 10

Bảng 1.7 So sánh thành phần dinh dưỡng của mít với chuối và xoài 11

Bảng 3.1.Các mức các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng 52

Bảng 3.2 Các biến của ma trận quy hoạch cấu trúc tâm hai yếu tố 52

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của máy sấy lạnh làm thí nghiệm 59

Bảng 4.2 Thí nghiệm thăm dò số 1 60

Bảng 4.3 Thí nghiệm thăm dò số 2 60

Bảng 4.4 Thí nghiệm thăm dò số 3 60

Bảng 4.5 Miền thực nghiệm đa yếu tố quá trình sấy hồng ngoại 61

Bảng 4.6 Số liệu thực nghiệm về y1 (kWh/kg), y2 (%) và y3 (%) theo ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2; k = 3, no = 4 61

Bảng 4.7 Nghiệm tối ưu của các bài toán tối ưu một mục tiêu (4.4) 63

Bảng 4.8 Nghiệm của bài toán tối ưu đa mục tiêu (4.4) 65

Bảng 4.9 Nhiệt dung riêng các thành phần của thực phẩm theo nhiệt độ 68

(−40 ≤ t ≤ 150°C) [26] 68

Bảng 4.10 Thành phần của các chất trong mít (25C) 68

Bảng 4.12 Các thông số công nghệ quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít dùng trong bảo quản 82

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quả mít 5

Hình 1.2 Cơm mít 6

Hình 1.3 Các sản phẩm từ mít 14

Hình 2.1 Đường cong sấy và đường cong nhiệt độ sấy 30

Hình 2.2 Đường cong tốc độ sấy 31

Hình 2.3 Thiết bị sấy bằng bức xạ hồng ngoại dạng băng tải 36

Hình 2.4 Cách bố trí đèn hồng ngoại trong hệ thống sấy 36

Hình 2.5 Quy trình công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại 40

Hình 3.1 Bài toán hộp đen 47

Hình 3.2 Sơ đồ đối tượng công nghệ đa mục tiêu 48

Hình 3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố tác động đến quá trình sấy hồng ngoại 51

Hình 3.4 Không gian hàm mục tiêu của BTTƯ hai mục tiêu 54

Hình 3.5 Sơ đồ đối tượng công nghệ một mục tiêu 56

Hình 3.6 Sơ đồ đối tượng công nghệ đa mục tiêu 57

Hình 4.1 Máy sấy hồng ngoại thực nghiệm đa yếu tố sấy hồng ngoại 59

Hình 4.2 Thịt mít sau khi tách hạt và sơ mít thực tế 66

Hình 4.3 Đường đi của tia nhiệt bức xạ 70

Hình 4.4 Một số hình ảnh của hệ thống sấy hồng ngoại 74

Hình 4.5 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống sấy hồng ngoại 75

Hình 4.6 Trọng lượng và kích thước thực tế của múi mít 76

Hình 4.7 Quan hệ giữa y1, x1, x3 trong 3D 78

Hình 4.8.Đồ thị so sánh kết quả TN và PTHQ của y1 78

Hình 4.9.Quan hệ giữa y2 và x1, x3 trong 3D 78

Hình 4.10.Đồ thị so sánh kết quả TN và PTHQ của y2 79

Hình 4.11 Quan hệ giữa y3 và x1, x3 trong 3D 78

Hình 4.12 Đồ thị so sánh kết quả TN và PTHQ của y3 79

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Công nghệ bảo quản sau thu hoạch đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế,

nó không chỉ đảm bảo an ninh lương thực, thực phẩm cho mỗi quốc gia mà còn cho cả thế giới Vì thế, việc phát triển công nghệ sau thu hoạch đặc biệt là công nghệ lạnh đông, công nghệ lên men & công nghệ sấy…, đóng vai trò chủ lực nhằm bảo quản các sản phẩm thực phẩm trước sự tấn công của tất cả các yếu tố có khả năng làm hư hỏng chúng, kéo dài thời giản sử dụng tiêu thụ & thương mại có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc ổn định phát triển nền kinh tế đất nước

Việt Nam là một trong những nước có nền nông nghiệp lâu đời, do đó sản phẩm nông sản của nước ta rất phong phú và đa dạng với sản lượng lớn, vì thế việc bảo quản các loại nông sản sau thu hoạch là điều rất cần thiết và sấy là một phương pháp thông dụng để bảo quản các loại nông sản này, nhằm mục đích kéo dài thời gian sử dụng, vì sấy làm giảm khối lượng, giảm công chuyên chở, chi phí vận chuyển, giảm độ ẩm, giảm hoạt độ của nước làm mất môi trường sống của Nấm mốc, nấm men, vi sinh vật gây hại làm tăng độ bền, thay đổi một số đặc tính lưu biến của sản phẩm, làm thay đổi giá trị cảm quan Mặt khác, Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm, gió mùa nên rau củ quả phát triển tươi tốt quanh năm, đây là một đặc điểm thuận lợi để phát triển ngành công nghiệp sấy các loại rau, củ, quả xuất khẩu có giá trị kinh tế cao như: Mít sấy, chuối sấy, xoài, khoai lang, sầu riêng sấy, …

Mít là một trong những loại quả ăn trái thông dụng ở Việt Nam với sản lượng tương đối lớn nhưng hiện nay sản phẩm mít có giá trị kinh tế thấp chủ yếu tiêu thụ trong nước ở dạng sản phẩm tươi, thô Để nâng cao giá trị của sản phẩm mít thì cần phải ứng dụng công nghệ lạnh đông và công nghệ sấy làm ra những sản phẩm có chất lượng tốt phục vụ xuất khẩu, thu về lợi nhuận cao hơn

Đối với sản phẩm lạnh đông thì cần phải tiêu tốn chi phí năng lượng bảo quản trong suốt quá trình tiêu thụ xuất khẩu, chất lượng sản phẩm giảm trong suốt quá trình bảo quản, làm tăng giá thành sản phẩm, làm giảm lợi nhuận, gây khó khăn trong

thương mại, còn đối với sản phẩm sấy thì trước đây ít được quan tâm Hiện nay, ở Việt Nam bước đầu đã có một số công ty đầu tư các hệ thống sấy làm ra sản phẩm mít sấy, phục vụ tiêu thụ trong nước & xuất khẩu Tuy nhiên, công nghệ dùng để sấy mít chủ yếu là công nghệ đối lưu sấy thông thường ở nhiệt độ cao, nên sản phẩm sau khi sấy bị giảm chất lượng Bên cạnh đó, việc áp dụng công nghệ sấy hồng ngoại vẫn chưa được

quan tâm Chính vì vậy, chúng tôi mạnh dạn đề xuất đề tài ―Nghiên cứu thiết kế và chế

tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại ở điều kiện tối ưu với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu/mẻ‖, nhằm giải quyết các mục tiêu: tạo ra sản phẩm có chất

lượng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu, chi phí năng lượng thấp, nâng cao giá trị kinh tế của sản phẩm mít sấy, phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu

2 Mục tiêu của luận văn

 Nghiên cứu tìm kiếm chế độ công nghệ sấy hồng ngoại mít tối ưu để tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt, chi phí năng lượng giảm đến mức thấp nhất, với độ

ẩm sản phẩm đạt yêu cầu phục vụ cho xuất khẩu

 Dựa trên các thông số công nghệ sấy hồng ngoại mít tối ưu đã tìm được, nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu/mẻ

3 Đối tượng & phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm mít

 Giới hạn nghiên cứu: xác lập chế độ công nghệ thích hợp sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại, tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại ở điều kiện tối ưu với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu/mẻ, ứng dụng trong bảo quản và xuất khẩu

4 Nội dung nghiên cứu

 Tổng quan về nguyên liệu mít, công nghệ sấy, công nghệ sấy bằng bức xạ hồng ngoại, phân tích đối tượng công nghệ xác định các yếu tố ảnh hưởng đến các hàm mục tiêu cần quan tâm

 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến các hàm mục tiêu các quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại

 Mô hình hóa và tối ưu hóa công nghệ sấy bằng bức xạ hồng ngoại, xác lập chế

độ công nghệ và xây dựng quá trình sấy, xác định các công số công nghệ tối ưu cần thiết cho tính toán thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại

 Tính toán, thiết kế hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu/mẻ dựa vào các thông số công nghệ tối ưu

 Chế tạo hệ thống sấy sản phẩm mít bằng bức xạ hồng ngoại với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu/mẻ

 Thực nghiệm trên hệ thống sấy đã chế tạo tại chế độ tối ưu để kiểm chứng chất lượng của sản phẩm, hiệu quả sử dụng năng lượng và độ ẩm sản phẩm

 Tổng kết và kết luận kết quả nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp chọn lọc & kế thừa về tổng quan tài liệu nguyên liệu sấy, công nghệ sấy, công nghệ sấy hồng ngoại trong và ngoài nước

 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm

 Phương pháp mô hình hóa và tối ưu hóa bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm & bằng phương pháp không tưởng

 Phương pháp tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị sấy

6 Ý nghĩa khoa học

 Đề tài đã mô hình hóa và tối ưu hóa công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại, làm cơ sở khoa học cho việc xác lập chế độ công nghệ và xây dựng quá trình sấy, xác định các công số công nghệ tối ưu cần thiết cho tính toán thiết kế hệ thống sấy hồng ngoại

 Đề tài xây dựng cơ sở lý thuyết sấy bằng bức xạ hồng ngoại làm tiền đề cho các nghiên cứu sấy các sản phẩm khác

7 Ý nghĩa thực tiễn

 Dựa trên các thông số công nghệ tối ưu đã được xác lập, đề tài đã tiến hành thiết kế và chế tạo hệ thống sấy bằng bức xạ hồng ngoại với năng suất nhỏ 10kg nguyên liệu/mẻ nhằm ứng dụng để sấy sản phẩm mít có chất lượng tốt, có chi phí năng

lượng giảm đến mức thấp nhất và độ ẩm đạt yêu cầu, phục vụ cho tiêu dùng & xuất khẩu, cung cấp cho các nhà máy có thể phương pháp chế biến & bảo quản

 Dựa trên phương pháp tính toán thiết kế này, chúng ta có thể tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại với năng suất lớn hơn, phục vụ cho sản xuất công nghiệp Đồng thời phát triển thêm công nghệ sấy hồng ngoại tại Việt Nam

8 Bố cục của luận văn

Đề tài bao gồm phần mở đầu, tổng quan, phương pháp nghiên cứu, kết luận trong 3 chương:

 Mở đầu

 Chương 1: Tổng quan

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết và công nghệ sấy hồng ngoại

 Chương 3: Phương pháp nghiên cứu tính toán, thiết kế và chế tạo (sấy hồng

ngoại)

 Chương 4: Kết quả nghiên cứu, tính toán thiết kế và chế tạo hệ thống sấy hồng

ngoại và thảo luận

 Kết luận và kiến nghị

 Tài liệu tham khảo

 Mục lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1.1 Tên gọi và tên khoa học

Mít thuộc loại dâu tằm với tên khoa học của mít là: Artocarpus intrgrifolia

- Giới (Kingdom): Plantae

- Nhóm (Division): Magnoliophyta

- Lớp (Classis): Magnoliopsida

- Bộ (Ordo): Rosales

- Họ (Familia): Moraceae

- Chi (Genus): Artocarpus

- Loài (Species) : Heterophyllus

1.1.2 Nguồn gốc phân bố, sinh trưởng và phát triển

 Nguồn gốc phân bố

Mít là loài thực vật ăn quả, mọc phổ biến ở Đông Nam Á và Brasil Mít có nguồn gốc từ Ấn Độ và Bangladesh, sau được trồng rộng rãi ở Malaysia, Srilanka, Indonesia, Brazil, Madagascar, Đông Dương, Thái Lan, Việt Nam và các quốc gia nhiệt đới Mít cũng được tìm thấy ở Đông Châu Phi: Uganda, Tanzania Quả mít là trái cây quốc gia của Bangladesh, là một trong 3 loại trái cây tốt cùng với xoài và chuối ở Tamil Nadia của Ấn Độ, [1], [2], [3]

Việt Nam cũng có trồng mít từ Bắc vào Nam, từ ven biển, đồng bằng lên miền núi Ở miền Nam mít được trồng nhiều ở Đồng Nai, Bình Dương, Vĩnh Long, Đồng Tháp… với mít tố nữ, mít nghệ, mít dừa, mít thái, mít dai, mít mật… [3], [4]

Hình 1.1 Quả mít

Hình 1.2 Cơm mít

 Phân loại

Ở Việt Nam, mít được trồng ở khắp nơi, có 2 giống mít chính: mít dai có thịt rắn chắc và mít mật có thịt mềm nhão nhiều nước Ngoài ra, con có nhiều giống mít mới được nhân giống trồng tại Việt Nam, [1], [6]

Thông thường, 1ha đất trồng được 200 cây mít, sau khi được 2 đến 4 năm tuổi mỗi cây sẽ thu hoạch từ (70 ÷ 100) trái/năm tùy theo từng loại giống trồng Với trọng lượng (15 ÷ 20) kg/quả thì 1ha trồng mít sẽ cho thu hoạch (210 ÷ 400) tấn quả/năm Nếu giá trên thị trường là 2.000 đồng/kg mít quả thì người trồng mít sẽ thu nhập đạt (420 ÷ 800) triệu đồng/ha/năm

Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ năm 2014, huyện Cai Lậy hiện có gần 1.000 ha trồng mít với tỷ lệ cho trái hơn 70% được trồng tập trung tại các xã: Cẩm Sơn, Thanh Hòa, Long Khánh và Hội Xuân ; huyện Cái Bè có 200 ha trồng mít tập trung ở các xã: Đông Hòa Hiệp, Hòa Khánh, Hậu Thành, Mỹ Đức Tây, Mỹ Đức Đông, Hòa Hưng

và An Thái Trung, … Với diện tích trồng mít ngày được mở rộng, cùng với các giống mít mới thì năng suất thu hoạch mít tăng nhanh Năng suất hơn 40 tấn/ha Sản lượng thu hoạch mỗi năm từ 30.000 đến 40.000 tấn

Diện tích trồng mít còn được mở rộng tại các tỉnh Bình Dương, Đồng Nai, Bình Phước, các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long, cao nguyên Đắc Lắc

1.1.3 Thành phần hóa học, hóa lý

 Thành phần hóa học

Mít là loại quả chứa nhiều hàm lượng đường, nhiệt lượng cao Trong múi mít chín

có protein (0,6 ÷ 1,5) % (tùy loại mít), glucid (11 ÷ 14) % (bao gồm nhiều đường đơn như fructose, glucose, cơ thể dễ hấp thụ), (1 ÷ 2) % muối khoáng gồm: 18mg% canxi, 25mg% Fe, 0,14 mg% caroten, 4mg% vitamin C, 0,04 mg% vitamin B2 và các chất khoáng như sắt, canxi, phosphor… [6], [7], [8], [9]

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong 100g thịt mít tươi [1], [2]

Bảng 1.2 Thành phần Vitamin trong cơm mít tươi [8]

Bảng 1.3 Thành phần chất khoáng có trong thịt mít tươi [8]

- Liên kết cơ lý: tồn tại dưới dạng hấp thụ, hấp thụ giữa lượng ẩm và hơi ẩm với mít,

lượng ẩm này còn gọi là ẩm liên kết, để tách chúng ra khỏi vật liệu sấy cần cung cấp một năng lượng cao

- Liên kết hóa học: lượng hơi liên kết với vật liệu sấy dưới các dạng hóa học như liên

kết hidro, liên kết tương tác giữa các điện tử, liên kết ion Rất khó tách lượng ẩm dạng này ra khỏi vật liệu sấy Nếu tách chúng ra khỏi vật liệu sấy thì dinh dưỡng bị biến đổi theo chiều hướng giảm nhanh, làm phá vỡ cấu trúc và tính chất của vật liệu sấy

Ngoài ra, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt và khối lượng riêng [1], [2], [3]

Bảng 1.4 Thông số hóa lý của mít

Trong mít có chứa nhiều chất phytonutrient (lignans, isoflavones và saponins) rất

có lợi cho sức khỏe, chống lại ung thư, tăng huyết áp, viêm loét dạ dày và làm chậm quá trình thái hoá tế bào, tăng sức sống cho làn da Đây còn là nguồn cung cấp nhiều vitamin C và chất chống oxy hóa giúp củng cố hệ miễn dịch và tăng cường chức năng hoạt động của các tế bào bạch cầu trong cơ thể Mít còn chứa nhiều vitamin A giúp duy trì thị lực tốt [1], [3]

Là một nguồn phong phú kali, mít có tác dụng điều hòa huyết áp và do đó giúp giảm nguy cơ bị đột quỵ và mắc bệnh tim mạch Kali giúp duy trì sự cân bằng chất điện phân trong cơ thể

Mít chứa nhiều chất xơ giúp giảm táo bón và trợ giúp tiêu hóa Chất xơ trong mít còn giúp tống khứ các hóa chất gây ung thư ở ruột Loại đường tự nhiên như sucrose, fructose trong mít giúp cung cấp năng lượng cho cơ thể và cũng giúp dễ tiêu hóa Mặc

dù mít là trái cây giàu năng lượng, nhưng nó không có chứa chất béo bão hòa hay các cholesterol nên đây là một trong những trái cây rất tốt cho cơ thể người

Mít còn chứa nhiều khoáng chất khác như mangan, sắt, vitamin B6, niacin, axit folic cần thiết cho việc duy trì hoạt động của cơ thể

Trong múi mít có chứa nhiều chất magiê, một loại dinh dưỡng có vai trò quan trọng cho việc hấp thụ canxi của cơ thể, đồng thời giúp tăng cường sức khỏe cho xương và ngăn chặn những rối loạn liên quan đến xương như bệnh viêm khớp xương mãn tính Mít cũng chứa sắt nên giúp ngăn chặn chứng thiếu máu và giúp việc tuần hoàn máu trong cơ thể được tốt [1], [2]

Khoáng chất đồng trong quả mít đóng một vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất ở tuyến giáp, đặc biệt là việc sản xuất và hấp thụ hooc mon Các nhà khoa học chứng minh được rằng, thường xuyên ăn mít sẽ giúp tuyến giáp khỏe mạnh hơn những người không ăn Ngoài ra, loại trái cây này cũng giàu các vi khoáng chất tốt cho tuyến giáp [3], [6]

Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng mít (100g thịt mít tươi) [9]

Ngoài ra, hạt mít cũng có giá trị lương thực như các loại hạt và củ khác, được nhân dân dùng chống đói trong những ngày giáp hạt Hạt mít có thể phơi khô làm lương thực dự trữ, thành phần chất dinh dưỡng có trong hạt mít

Chất lượng của thịt mít so với hai trái phổ biến xoài, chuối (trong 100g phần ăn được)

Bảng 1.7 So sánh thành phần dinh dưỡng của mít với chuối và xoài

- Giúp giảm béo, hạ huyết áp: mít có hàm lượng nước nhiều, protein thấp, không

có chất béo, nhưng lượng chất xơ nhiều, mít thực sự là món ăn lý tưởng cho người béo phì, tim mạch, đặc biệt người muốn giảm cân Tuy nhiên, lượng đường trong mít mật nhiều hơn mít dai, nên những người béo chỉ nên ăn mít dai

- Giúp chống viêm: hàm lượng vitamin C và gluxit cao, giúp cơ thể hấp thu nặng

lượng tốt, chống viêm tốt, tăng sức đề kháng, nâng cao hệ miễn dịch, đặc biệt tốt cho những miền có mùa đông giá lạnh

- Giúp sáng mắt: mít là một loại quả màu vàng, vì vậy rất tốt cho mắt Lượng

β-caroten là tiền chất của vitamin A tương đối cao, chỉ thua chuối và xoài, đu đủ, giúp

cơ thể phòng tránh được tình trạng thiếu hụt vitamin A, ngăn chặn mù lòa

- Đào thải muối trong cơ thể: trong mít giàu kali, thành phần này chỉ đứng sau

chuối Kali ngược lại có tác dụng giúp cơ thể đào thải bớt natri, vì vậy tốt cho hoạt động của hệ tim mạch và những người bị bệnh thận

- Phòng ung thư dạ dày: Chất phytonutrient có trong mít, giúp phòng bệnh ung

thư, đặc biệt ung thư dạ dày, viêm loét dạ dày và làm chậm lại tiến trình thoái hóa tế bào [7]

- Tốt cho phụ nữ mang thai: Lượng phốt pho, sắt và vitamin B tương đối sẽ là

thành phần giúp cho phụ nữ mang thai bổ sung vitamin, khoáng chất, tăng sức khoẻ cho thai nhi Các loại thức ăn từ mít non giúp sản phụ tiết nhiều sữa, thông sữa, đặc biệt là món mít nấu canh

- Múi mít chín thơm ngon, có tác dụng long đờm

- Rượu mít lên men bổ, uống lâu say vì mít có tính giải rượu, dùng khai vị trong bữa ăn như bia hay rượu vang

- Theo đông y, các món từ mít non còn có tác dụng bổ tỳ, hòa can, bổ trung ích khí, thông tiểu tiện Lá mít giúp chữa tưa lưỡi ở trẻ em Chữa chứng trẻ em tiểu ra cặn trắng Ngoài ra lá mít còn chữa hen suyễn, chữa mụn nhọt, lở loét

1.1.5 Các yếu tố tác động làm hư nguyên liệu

Mít là loại quả có mùi thơm, hàm lượng đường cao Vì vậy, cây hấp dẫn ruồi, côn trùng đến tìm quả đẻ trứng Hiện nay, dịch hại phổ biến làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng trái, đó là ruồi đục trái và bệnh thối trái Ruồi phá hoại nhiều khi trái gần chín đến chín Triệu chứng thể hiện trên trái mít có những đốm thối nâu, có nhiều chất nhựa đục chảy ra trên trái, ngay nơi bị hại mềm nhũn, dòi tạo nhưng

lỗ nhỏ trên trái và búng mình ra khỏi trái Chẻ bên trong thịt trái bị thối hư, dòi có khả năng búng mình rất xa, trên một trái mít có rất nhiều

Bệnh thối trái còn xuất hiện ở mít Bệnh thường xuất hiện dọc theo chiều từ cuống trái trở xuống xung quanh trái, sau đó phát triển lan rộng và ăn sâu vào thịt trái, làm trái bị nhũn, thối và có mùi hôi, chua

1.1.6 Sản phẩm từ mít

Hầu hết các thành phần của mít đều có giá trị sử dụng: lá mít non được sử dụng như một loại rau sống, lá mít già có thể nấu nước uống hàng ngày, quả mít non và mít già được chế biến thành một số món ăn như: mít nộm với lạc, nấu canh

Với giá trị kinh tế cao các sản phẩm từ mít đã sản xuất cung cấp trong và ngoài nước như: nước giải khát từ mít, mứt mít, kẹo mít, mít sấy, chip mít, mít đóng hộp, rượu vang mít, [1], [2], [3]

a) Sản phẩm nước giải khát mít; b) Sản phẩm mứt mít

c) Sản phẩm kẹo mít; d) Sản phẩm mít sấy

e) f)

e) Sản phẩm chip mít; f) Sản phẩm mít đóng hộp

Hình 1.3 Các sản phẩm từ mít 1.2 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan về sấy hồng ngoại

Theo tổng quan tài liệu có rất nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã khẳng định rằng, công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại sử dụng năng lượng của các tia bức

xạ phát ra từ vật bức xạ để làm nóng vật liệu sấy đến nhiệt độ bay hơi ẩm khỏi vật sấy Nhiệt lượng cung cấp cho vật liệu sấy nóng dần lên và làm ẩm bốc hơi được lấy từ năng lượng của các tia bức xạ Vì vậy cường độ và đặc tính của quá trình truyền nhiệt

và truyền khối trong sấy bức xạ được xác định bởi quang phổ bức xạ của vật phát ra bức xạ và khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ của vật liệu sấy [1]

Trong hệ thống sấy bức xạ, vật liệu sấy nhận nhiệt từ nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuếch tán ra môi trường Quá trình làm nóng vật sấy được thực hiện bằng cách chiếu các tia hồng ngoại lên sản phẩm Nguồn phát tia hồng ngoại là các đèn đặc biệt có trang bị các bộ phận phản xạ

để định hướng các tia vào sản phẩm sấy [1], [2], [3] Phương pháp này có hiện tượng quá nhiệt của sản phẩm vì thế lớp bề mặt nóng nhanh hơn bên trong nên không dùng

để sấy các vật liệu có bề dày Phương pháp sấy bằng bức xạ cho chất lượng khá tốt, đồng thời còn có tác dụng diệt trùng và thời gian sấy được rút ngắn, cấu tạo của thiết

bị đơn giản, [6], [7], [8], [9]

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước

Một số nghiên cứu ở Việt Nam dùng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại để sấy

các sản phẩm nông sản như lúa, trái cây đã cho kết quả khá tốt như:

Sử dụng bức xạ hồng ngoại trong sấy bánh tráng, (Lê Văn Hoàng, ĐHBK Đà Nẵng, 2010) đã đưa ra kết luận sấy bằng bức xạ hồng ngoại rút ngắn được thời gian sấy so với các phương pháp sấy khác

Sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh để sấy mực ống khô lột da (Trần Đại Tiến,

ĐH Nha Trang, 2011) Kết quả chất lượng mực khô được sấy bằng phương pháp này tốt hơn so với phương pháp sấy bức xạ kết hợp đối lưu Chế độ sấy thích hợp là nhiệt

độ 350

C, vận tốc gió 2m/s, khoảng cách bức xạ 40cm

Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh để sấy mực ống lột da xuất khẩu (Ngô Đăng Nghĩa, ĐH Nha Trang, 2007) Kết quả thời gian sấy 10 ÷ 12 giờ, màu sắc trắng trong, khô đều, phẳng, hầu như không có nấm mốc, hàm lượng NH3 sau khi sấy tăng lên không đáng kể so với trước khi sấy;

Nghiên cứu quá trình sấy khô một số nguyên liệu nông sản có độ ẩm cao bằng bức

xạ hồng ngoại (Nguyễn Thị Bích Thủy) Kết quả nghiên cứu tìm ra chế độ sấy thóc, lạc tối ưu bằng máy sấy băng truyền dùng đèn hồng ngoại với vận tốc băng tải 7mm/s, khoảng cách bức xạ 45cm, quá trình ủ ẩm là 3 phút

Ứng dụng công nghệ gốm bức xạ hồng ngoại giải tần hẹp chọn lọc kết hợp với không khí có nhiệt độ thấp để sấy cá cơm săng xuất khẩu (Đào Trọng Hiếu) Kết quả nghiên cứu tìm ra được chế độ tối ưu với nhiệt độ không khí trong buồng sấy là 450

C, vận tốc gió 1,2m/s Sản phẩm có màu sáng đẹp, thân thẳng và khô đều

Nghiên cứu tối ưu hóa quy trình sấy thịt cá sấu tẩm gia vị bằng bơm nhiệt máy nén kết hợp với bức xạ hồng ngoại (Lê Như Chính, ĐH Nha Trang, 2013) kết quả cho thấy thời gian sấy được rút ngắn so với các phương pháp sấy khác và chất lượng sản phẩm tốt hơn nhiều

Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại năng suất nhỏ phục vụ cho chế biến thực phẩm (Nguyễn Tấn Dũng, Phạm Ngọc Cảnh, Nguyễn Thanh Phương, ĐHSPKT TPHCM, 2012) Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian sấy được rút ngắn và chất lượng sản phẩm được đảm bảo yêu cầu

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước

Theo Jones [54] thì phương pháp sấy bằng bức xạ sẽ giảm được thời gian sấy, năng lượng dùng cho sấy bằng bức xạ được truyền trực tiếp vào nguyên liệu không phải làm nóng không khí nên giảm được chi phí nhiệt cho quá trình sấy

Navaii [59] cho rằng phương pháp sấy bằng bức xạ có những ưu điểm như: tốc độ truyền nhiệt lớn, dễ điều chỉnh được nguồn nhiệt và nhiệt độ cho bề mặt nguyên liệu sấy, thời gian sấy nhanh

Paakomen [55] nhận thấy sấy bằng bức xạ hồng ngoại cải thiện được chất lượng sản phẩm các loại rau quả và đặc biệt là các loại thảo dược

Zbinciski [56] qua nghiên cứu đã tìm ra phương pháp kết hợp giữa sấy đối lưu và bức xạ cho sản phẩm chất lượng tốt và thiết bị làm việc có hiệu quả cao

Yamada và Wada [57] nghiên cứu sấy cá thu bằng tia hồng ngoại có khoảng cách

từ các tấm bức xạ gốm hồng ngoại đến bề mặt cá là 200mm và kết quả cho thấy chi phí nhiệt ít hơn cũng như tránh được sự ô nhiễm của dầu chảy ra từ cá, đồng thời nhiệt

độ của cơ thịt cá trong quá trình sấy không quá 350

C cho chất lượng rất tốt

Matsuura [58] cho thấy thời gian sấy bằng bức xạ giảm đi hai lần so với phương pháp sấy đối lưu bằng không khí nóng cho các sản phẩm cá đã được luộc hay chần và chi phí cho giá thành sản phẩm giảm được từ 30 đến 50%

Adisak Nathakaranakule cùng cộng sự (2010) nghiên cứu kết hợp bức xạ hồng ngoại để sấy nhãn Kết quả hồng ngoại kết hợp với sấy không khí nóng và sấy bơm nhiệt làm tăng tốc độ sấy của nhãn do đó giảm thời gian sấy Sản phẩm nhãn sấy có cấu trúc xốp hơn, ít co ngót hơn, tỷ lệ bù nước cao hơn, độ cứng ít hơn, và độ dẻo dai

ít hơn các mẫu sấy khác Ngoài ra màu nhãn khô đỏ hơn và sẫm màu hơn

H Umesh Hebbar cùng với cộng sự (2004) nghiên sấy kết hợp hồng ngoại với máy sấy không khí nóng cho sấy cà rốt và khoai tây Kết quả sấy kết hợp hồng ngoại

và không khí nóng của cà rốt và khoai tây với thời gian sấy giảm 48%, bên cạnh đó tiêu thụ năng lượng ít hơn 63% so với sấy không khí nóng

D.G Praveen Kumar cùng cộng sự (2005) nghiên cứu sấy hành tây lát mỏng (2mm) kết hợp hồng ngoại và không khí nóng Kết quả sấy kết hợp hồng ngoại với

không khí nóng rút ngắn thời gian sấy và cho chất lượng lát hành tây tốt hơn so với sấy hồng ngoại và không khí nóng

1.2.3 Thảo luận và đề xuất mô hình sấy

1.2.3.1 Thảo luận

Qua các nghiên cứu trong và ngoài nước ta thấy phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại cho chất lượng sản phẩm tốt, thời gian sấy được rút ngắn do đó chi phí năng lượng sẽ được giảm đi

Về mặt cấu tạo thiết bị thì thiết bị sấy bức xạ hồng ngoại đơn giản dễ chế tạo và

dễ vận hành, khả năng mở rộng và ứng dụng vào thực tế để sấy các sản phẩm với quy

mô số lượng lớn, việc sửa chữa cũng đơn giản hơn so với các phương pháp sấy khác

Ngoài ra dựa vào đặc tính diệt khuẩn của hồng ngoại làm tăng thời gian bảo quản của sản phẩm

ở Việt Nam Chính vì lý do này nên chủ đề tài đề xuất phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại để giảm chi phí năng lượng và vẫn đảm bảo được hàm lượng carbohydate trong Mít cũng như sản phẩm đạt được độ ẩm yêu cầu để phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu Đây là một ưu điểm nổi bật của phương pháp này Nó đã giải quyết được một vấn đề rất khó khăn trong quá trình sấy là nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt, độ

ẩm đạt yêu cầu, chi phí năng lượng nhỏ nhất

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ

SẤY HỒNG NGOẠI

2.1 Sấy vật liệu ẩm

Sấy là quá trình tách nước ra khỏi vật liệu ẩm bằng phương pháp nhiệt tại một nhiệt độ và áp suất xác định, nhằm mục đích sau:

 Giảm khối lượng, giảm công chuyên trở và chi phí vận chuyển

 Giảm độ ẩm, giảm hoạt độ của nước trong vật liệu ẩm, làm tăng khả năng bảo quản

 Làm thay đổi các đặc tính lưu biến của vật liệu ẩm về độ cứng, độ đàn hồi, độ dẻo, độ dai, …, làm tăng độ bền cho sản phẩm

 Làm thay đổi giá trị cảm quan, tiện lợi trong việc sử dụng, v.v

Sấy là quá trình công nghệ phức tạp Về nguyên tắc, có nhiều phương pháp sấy vật liệu khác nhau Theo dấu hiệu về năng lượng ta có hai phương pháp chính:

- Loại bỏ ẩm nước 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 thứ nhất có thể được thể hiện bằng phương pháp cơ học (ép, ly tâm, lọc) Loại thứ hai liên quan đến chi phí nhiệt để hâm nóng vật liệu ẩm, bốc hơi nước trên bề mặt vật liệu và làm sôi lỏng trên bề mặt vật liệu và dần thoát ra ngoài [10]

2.2 Các phương pháp sấy vật liệu ẩm

Dựa vào trạng thái tác nhân sấy hay cách tạo ra động lực quá trình dịch chuyển ẩm mà người ta chia ra hai phương pháp sấy: Phương pháp sấy nóng và phương pháp sấy lạnh [11]

2.2.1 Phương pháp sấy nóng

Trong phương pháp sấy nóng, để tạo ra độ chênh lệch thế sấy người ta cung cấp nhiệt để đốt nóng cho tác nhân sấy, vật liệu sấy Do đó hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt sau:

a Hệ thống sấy đối lưu

Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối lưu từ một dịch thể nóng

mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò Đây là loại hệ thống sấy phổ biến hơn cả, trong hệ thống sấy đối lưu người ta phân ra các loại:

c Hệ thống sấy bức xạ

VLS nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ bên trong vật liệu sấy

ra bề mặt và từ bề mặt khuếch tán vào tác nhân sấy Ở hệ thống sấy bức xạ người ta tạo ra sự chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy chỉ bằng cách đốt nóng vật liệu sấy

d Các hệ thống sấy khác

Ngoài các phương pháp sấy trên, trong hệ thống sấy nóng còn có hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc hệ thống sấy dùng năng lượng điện từ trường để đốt nóng vật

Nhận xét ưu, nhược điểm của phương pháp sấy nóng:

Ưu điểm:

 Phương pháp sấy nóng phổ biến và hệ thống sấy đa dạng, áp dụng cho nhiều loại vật liệu sấy

 Dải nhiệt độ nóng rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại vật liệu sấy

 Nguồn nhiệt cung cấp phong phú

 Chi phí đầu tư thiết bị không cao

Nhược điểm:

 Không thích hợp cho một số loại vật liệu có đặc tính nhạy cảm với nhiệt độ

 Chất lượng sản phẩm không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi

 Chi phí năng lượng cao

a Hệ thống lạnh ở nhiệt độ > 0 0 C

Với HTS này, TNS thông thường là không khí trước hết được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ, sau đó được đốt nóng (nếu khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh) hoặc được làm lạnh (nếu khử ẩm bằng phương pháp hấp phụ) đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi cho đi qua VLS Khi đó, do phân áp suất ph

trong TNS bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật pbm nên ẩm từ dạng lỏng trên

bề mặt VLS bay hơi vào TNS, kéo theo sự dịch chuyển ẩm trong lòng vật ra bề mặt Như vậy, quy luật dịch chuyển ẩm trong các HTS lạnh ở nhiệt độ t > 0 hoàn toàn giống như trong các HTS đối lưu nói chung Điều khác nhau ở đây chỉ là cách giảm phân áp suất hơi nước trong TNS

b HTS thăng hoa

Trong HTS này, nước ở dưới điểm ba thể, nghĩa là T < 273K, p < 610Pa nhận được nhiệt lượng (thường là do dẫn nhiệt và bức xạ) thực hiện quá trình thăng hoa để nước chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi và đi vào TNS Như vậy, trong các HTS thăng hoa, một mặt ta phải làm lạnh VLS xuống dưới 0°C trong các kho lạnh và sau đó đưa VLS với ẩm dưới dạng rắn vào bình thăng hoa Ở đây, VLS được đốt nóng và đồng thời tạo chân không trong không gian xung quanh bằng bơm hút chân không

Ưu điểm:

- Phương pháp sấy này gần như bảo toàn được chất lượng sản phẩm bao gồm màu sắc, mùi vị và thành phần hóa học

c Hệ thống sấy chân không

Nếu nhiệt độ VLS vẫn nhỏ hơn 273K nhưng áp suất xung quanh p > 610Pa thì khi VLS nhận được nhiệt lượng, các phân tử nước ở thể rắn chuyển thành thể lỏng và sau

đó mới chuyển thành thể hơi dễ đi vào TNS

Do tính phức tạp và không kinh tế nên các hệ thống sấy chân không và hệ thống sấy thăng hoa chỉ dùng để sấy những sản phẩm quý hiếm không chịu được nhiệt độ cao Vì vậy, các hệ thống sấy này là những hệ thống sấy chuyên dùng, không phổ biến

d Phương pháp sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với máy lạnh

Tác nhân sấy thông thường là không khí, trước hết được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc khử ẩm hấp phụ, sau đó được đốt nóng đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy Khi đó phân áp suất ph trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy pbm nên ẩm từ bề mặt vật liệu sấy bay hơi vào tác nhân sấy, kéo theo sự dịch chuyển ẩm trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt

- Chi phí đầu tư ban đầu lớn do phải sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng và máy lạnh

- Chất hút ẩm phải thay thế theo định kỳ

- Điện năng tiêu thụ lớn do cần cho chạy máy lạnh để tách ẩm và điện trở để hoàn nguyên chất hấp phụ

- Lắp đặt, vận hành phức tạp

- Trong môi trường có bụi cần phải dừng máy nhiều lần để vệ sinh chất hấp phụ gây khó khăn, tốn kém và hiệu quả thấp

e Phương pháp dùng bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp

Trong phương pháp này, người ta chỉ dùng một hệ thống bơm nhiệt để tạo ra môi trường sấy Nhiệt độ tác nhân sấy có thể điều chỉnh trong giới hạn khá rộng từ nhiệt độ xấp xỉ môi trường đến nhiệt độ âm, tùy thuộc yêu cầu của vật liệu sấy Khác với các thiết bị nhiệt lạnh khác, khi sử dụng bơm nhiệt để sấy khô và hút ẩm thì cả dàn nóng

và dàn lạnh đều được sử dụng hữu ích nên năng lượng tiêu thụ ở đây có thể được tận dụng đến mức cao nhất mà nhiệt độ không khí lại có thể chỉ cần duy trì ở mức nhiệt độ

môi trường hoặc thấp hơn

Ưu điểm:

- Khả năng giữ màu sắc, mùi vị và vitamine của vật liệu sấy đều tốt

- Tiết kiệm năng lượng nhờ sử dụng cả năng lượng dàn nóng và dàn lạnh, hiệu quả

sử dụng nhiệt cao

- Bảo vệ môi trường, tuổi thọ thiết bị cao, vận hành an toàn

- Có khả năng điều chỉnh nhiệt độ tác nhân sấy tùy thuộc vào yêu cầu và khả năng chịu nhiệt của từng loại sản phẩm nhờ thay đổi công suất nhiệt của dàn ngưng trong

- Công suất khá lớn

- Chi phí đầu tư hệ thống thấp hơn so với các phương pháp sấy lạnh khác

- Vận hành đơn giản

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu cao

- Đòi hỏi kiểm tra, xử lý và bảo dưỡng thường xuyên cho hệ thống máy nén lạnh

2.2.3 Tác nhân sấy

Để duy trì động lực của quá trình sấy cần một môi chất mang ẩm thoát từ bề mặt vật liệu sấy thải ra ngoài môi trường Môi chất làm nhiệm vụ nhận ẩm từ bề mặt vật sấy ra ngoài môi trường gọi là tác nhân sấy Tác nhân sấy có thể là không khí, khói lò, hỗn hợp không khí hơi và hơi nước, hơi quá nhiệt hoặc môi chất lỏng như dầu, macarin, …, trong đó không khí và khói lò là hai tác nhân sấy phổ biến nhất Trạng thái của tác nhân sấy cũng như nhiệt độ và tốc độ của nó đóng vai trò quan trọng trong toàn bộ quá trình sấy [11]

Tác nhân sấy có nhiệm vụ sau: [12]

- Gia nhiệt cho vật liệu sấy

- Tải ẩm: mang ẩm từ bề mặt vật vào môi trường

- Bảo vệ vật sấy khỏi bị hỏng do quá nhiệt

Tùy theo phương pháp sấy, tác nhân sấy có thể thực hiện một hoặc hai trong ba nhiệm vụ trên

- Khi sấy đối lưu tác nhân sấy làm hai nhiệm vụ là gia nhiệt và tải ẩm

- Khi sấy bức xạ tác nhân sấy làm hai nhiệm vụ là tải ẩm và bảo vệ vật sấy

- Khi sấy tiếp xúc tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm

- Khi sấy bằng điện trường tần số cao tác nhân sấy làm nhiệm vụ tải ẩm

- Khi sấy chân không chỉ có thể cấp nhiệt bằng bức xạ hay dẫn nhiệt hoặc kết hợp cả hai cách cấp nhiệt này Việc thoát ẩm dùng bơm chân không hay kết hợp bơm chân không và thiết bị ngưng kết ẩm (sấy thăng hoa) vì vậy phương pháp sấy chân không không cần tác nhân sấy

2.2.4 Vật liệu ẩm và các dạng liên kết nước với vật liệu ẩm

Đa số nông sản là vật liệu ẩm chứa một lượng nước đáng kể Nước là thành phần của tổ chức động vật và thực vật Động vật và thực vật lại là nguồn thức ăn của con người, tuy nhiên thừa nước có thể dẫn đến hư hỏng sản phẩm do tác động của vi sinh vật trong môi trường nước Do đó phần lớn các sản phẩm cần được giữ khô

Trạng thái vật liệu ẩm được xác định bởi nhiệt độ và độ ẩm của nó Tính chất vật liệu ẩm được đặc trưng bởi tính chất nhiệt - vật lý và các thông số vật lý: nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, …, [10]

Trong lý thuyết sấy, độ ẩm được chia thành độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối

+ Gn Khối lượng ẩm chứa trong vật liệu [kg]

+ Gk Khối lượng vật khô tuyệt đối [kg]

Nếu giả thiết thể tích của vật không thay đổi trong quá trình sấy, tức là V = Vk

(Vk là thể tích của vật khô tuyệt đối), ta có: