Thưc tập kĩ thuật thực phẩm (ns113) phúc trình truyền khối bài 1 xác định tốc độ thấm hơi nước qua màng bao bì

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM   THƯC TẬP KĨ THUẬT THỰC PHẨM (NS113) PHÚC TRÌNH TRUYỀN KHỐI  Sinh viên Võ Ngọc Trân MSSV B1900904 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS Trần[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA NÔNG NGHIỆP

BÀI 1 XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ THẤM HƠI NƯỚC QUA MÀNG

Hạt silicagel sau khi sấy khô được lấy một lượng xác định cho vào đĩa petri, sau

đó đậy lại bằng màng bao bì thí nghiệm (PE) và một dĩa bao màng (PE) nhưng khôngchứa silicagel ( dĩa đối chứng)

Để xét sự thấm hơi nước đi qua một diện tích giới hạn trên đĩa petri, màng bao

bì cần được cố định thật chặt bằng dây thun và dán keo làm dấu

Trước khi đặt vào bình kín, các đĩa chứa hạt silicagel (mẫu) được cân chínhxác, sau đó đặt toàn bộ mẫu vào bình có các độ ẩm tương đối khác nhau

Tiến hành cân lại các mẫu theo từng ngày để theo dõi sự thay đổi về khối lượngcủa mẫu và xác định tốc độ thấm hơi nước qua màng bao bì

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ thấm hơi nước qua màng bao bì

4 Báo cáo kết quả

4.1 Trả lời câu hỏi

- Độ thấm hơi nước qua màng là gì?

 Độ thấm hơi nước qua màng là tốc độ truyền hơi nước qua màng

- Nêu những yếu tố ảnh hưởng đến sự thấm hơi nước qua màng?

 Những yếu tố ảnh hưởng đến sự thấm hơi nước qua màng: độ dày màng, loạimàng, độ ẩm môi trường, khối lượng và loại nguyên liệu chứ bên trong, nhiệtđộ

- Độ ẩm không khí bên ngoài(RH1): 100%

- Độ ẩm không khí bên trong (RH2): 0%

Bảng 1: Sự thay đổi khối lượng bên trong hai dĩa petri theo ngày bảo quản ở môi trường 100% ẩm

 Xác định độ thấm hơi nước qua màng bằng công thức sau:

- Tốc độ thấm hơi nước (g nước/ngày.m2)

5 Câu hỏi thảo luận

- Nhiệt độ có ảnh hưởng đến sự thấm hơi nước qua màng không, giải thích?

 Nhiệt độ có ảnh hưởng đến tinh thấm hơi nước qua màng Vì độ ẩm môi trường dẫnđến ảnh hưởng sự thấm hơi nước qua màng và nhiệt độ ảnh hưởng áp suất hơi bão hòacủa hơi nước

- Nếu đường kính đĩa petri nhỏ hơn, hệ số thấm hơi nước có thay đổi không?

 Áp suất của hơi nước và độ ẩm môi trường giảm đi Vì hệ số thẩm hơi nước có thayđổi nếu đường kính đĩa petri nhỏ hơn

- Lượng silicagel có ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm không, giải thích?

 Nếu lượng silicagel nhỏ thì lượng thẩm hơi nước qua mảng ít và nếu lượngsilicagel nhiều thì sự thẩm hơi nước qua màng lớn nên lượng silicagel có ảnhhưởng đến kết quả thí nghiệm

- Đề nghị loại màng thích hợp cho bảo quản sản phẩm sấy?

 Vì màng PVC có sự thấp hơi nước cao hơn các màng PE, PP, PA nên mảngPVC thích hợp cho bảo quản sản phẩm sấy

BÀI 2 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẤY THỰC PHẨM

1 Mục đích thí nghiệm

Theo dõi diễn biến thoát ẩm trong quá trình sấy thực phẩm

Sử dụng mô hình hóa để tính các thông số trong các mô hình biểu diễn nhằmbiểu diễn quá trình sấy thực tế

Sử dụng kỹ thuật so sánh kết quả lý thuyết và thực nghiệm để có thể áp dụngtrong các quá trình khác

2 Phương tiện thí nghiệm

2.1 Dụng cụ

- Hệ thống sấy thực phẩm (hình 2.1)

- Cân

- Tủ sấy hay thiết bị đo độ ẩm

- Dụng cụ thí nghiệm thông thường

2.2 Nguyên liệu

- Xoài

3 Tiến hành thí nghiệm

3.1 Sơ đồ thí nghiệm

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm được tiến hành như ở hình 2.1

(3) Hệ thống gia nhiệt điều khiển nhiệt độ bằng máy tính (4) Thực phẩm

(5) Cân điện tử kết nối với máy tính (6) Cảm biến nhiệt độ(7) Cảm biến độ ẩm không khí (8) Cảm biến tốc độ gió (9) Analog kết nối các cảm biến với máy tính và điều khiển nhiệt độ

(10)Máy tính thu nhận dữ liệu

3.2 Tiến hành thí nghiệm

 Chuẩn bị mẫu trước khi sấy: Xoài cắt thành các khối và cân khối lượng (gram)

- Tiến hành phân tích độ ẩm ban đầu của mẫu nguyên liệu

- Cho mẫu vật đã biết trước hàm ẩm lên bàn cân (5) trong phòng sấy

- Bật cầu dao điều khiển hệ thống

- Mở máy tính, mở chương trình Matlab

- Điều chỉnh vận tốc không khí ra khỏi máy sấy (bằng tay)

- Tại dấu nhắc của chương trình đánh saythucpham và Enter

 Các thông số cần cài đặt cho hệ thống sấy:

- Nhiệt độ không khí cần sấy: điều chỉnh nhiệt độ cần thiết 65°C

- Khoảng cách giữa 2 lần ghi: 1 phút

- Số dữ liệu muốn ghi: Tùy thuộc vào loại sản phẩm và khối lượng mẫu

- Ấn Enter để bắt đầu ghi dữ liệu của quá trình sấy

- Kết thúc quá trình bằng cách ấn Ctrl-C (copy) và lưu dữ liệu ở dạng Excel(XLS) hay Mat để sử dụng trong tính toán

4 Báo cáo kết quả

4.1 Dữ liệu đối với tác nhân sấy

 Dữ liệu thu nhận từ thí nghiệm: dùng để tính toán quá trình sấy

- Nhiệt độ sấy (°C): T = 65°C

- Vận tốc không khí (m/s): V = 1,5 m/s

4.2 Dữ liệu đối với vật liệu sấy

- Độ ẩm ban đầu của vật liệu (% căn bản khô) : M0 = 75,67%

- Độ ẩm cân bằng của vật liệu (% căn bản khô): Me = 20%

Bảng 1: Sự thay đổi khối lượng mẫu theo thời gian

Thời gian sấy ( phút) Khối lượng vật liệu (g)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi khối lượng mẫu theo thời gian

Thời gian sấy ( phút)

Bảng 2: Sự thay đổi nhiệt độ mẫu theo thời gian

Thời gian sấy

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ mẫu theo thời gian

Thời gian sấy (phút)

4.3 Kết quả tính toán quá trình sấy

 Đối với phương trình Lewis: K là hệ số góc a của phương trình y = - ax

Bảng 2: Tổng hợp số liệu theo mô hình Lewis:

Thời gian (s) Độ ẩm M t ( Căn bản khô) MR = M(t)−M e

 Đối với phương trình Page: n là hệ số góc a và – ln(K) =b của phương trình y=ax+b

Bảng 3: Tổng hợp số liệu theo mô hình Page:

Biểu đồ thể hiện quá trình tính toán theo Page

quan tâm để có thể kiểm soát và điểu khiển quá trình Đây là quá trình rất phức tạp kết hợp cả ba quá trình truyền: Truyền moment, truyền nhiệt và truyền vật chất Các đặc tính của thực phẩm và tính chất của môi trường sấy cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thoát ẩm.

BÀI 3 HIỆN TƯỢNG THẨM THẤU

- Pha dung dịch đường có nồng độ phù hợp cho thí nghiệm, sau đó kiểm tra lại

độ chính xác bằng Brix kế Chú ý pha ở 2 mức nồng độ có sự chênh lệch đáng kể (thí

dụ mức nồng độ đường 30% và nồng độ bão hòa) để có thể nhận thấy rõ sự khác biệt

về tốc độ truyền khối do ảnh hưởng của nồng độ dịch ngâm

- Cắt xoài thành khối sau đó đem cân

- Phân tích độ ẩm, độ Brix ban đầu của nguyên liệu

- Cho mẫu vào dung dịch đường với tỷ lệ 1 kg mẫu / 5 lít dung dịch Gài nén ở

bề mặt dụng cụ ngâm nhằm đảm bảo mẫu được ngâm ngập hoàn toàn trong dung dịchđường

4 Báo cáo kết quả

4.1 Các thông số ban đầu

- Độ Brix mẫu: 13,53%

- Độ ẩm mẫu : 86,65%

- Khối lượng mẫu ban đầu: m0=50g; m1=49g; m2=47,9g; m3=49,9g

- Khối lượng dung dịch đường: mđường = 1000g

- Độ Brix dung dịch đường ban đầu: 48,5%

W0 = (49,4−46,8)+((46,8 x 0,26449,4 )−(49,4 x 0,136)) =0,167

WLt (2)= (W o −W t)+(S t −S o)

W0 = (48,6−44,9)+((44,9 x0,26448,6 )−(48,6 x0,136)) =0,184

o = ((46,8 x 0,26449,4)−(49,4 x 0,136)) = 0,114

SGt (2) = (St W −So)

o = ((44,9 x 0,26448,6)−(48,6 x 0,136)) = 0,108SGt (3) = (St W −So)

o = ((46,8 x 0,26450)−(50x 0,136)) = 0,111

SG t = 0,115+0,114+0,108+0,1114 = 0,112

 Các thời gian còn lại tính toán tương tự, thu được kết quả tổng hợp trong bảngsau:

Bảng 2: Tốc độ ngấm đường của mẫu xoài theo thời gian ngâm ở nồng độ đường

Biểu đồ thể hiện sự biến đổi khối lượng theo thời gian ngâm

Thời gian ngâm ( phút)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

Biểu đồ thể hiện sự biến đổi độ ẩm theo thời gian ngâm

Thời gian ngâm ( phút)

0.1 0.15

0.2

0.25

f(x) = 3.53472222222222E-05 x + 0.0316 R² = 0.905649626667412

Biểu đồ thể hiện sự biến chất tan theo thời gian ngâm

Thời gian ngâm ( phút)

4.5 Trả lời câu hỏi

Câu 1: Lý do ngâm mẫu trong dung dịch đường với tỷ lệ 1kg : 5 lít dung dịch?

 Để tránh lượng nước trong nguyên liệu thoát ra làm ảnh hưởng đến nồng độ banđầu của dung dịch thì thời gian ngâm nguyên liệu phải tương đối lâu Nồng độdung dịch không bị giảm nhiều so với nồng độ ban đầu vì khi sử dụng mộtlượng dung dịch lớn hơn nhiều so với lượng nguyên liệu cho vào

Câu 2: Xác định khối lượng mẫu trước và sau từng thời gian ngâm có ý nghĩa gì?

 Có thể so sánh về tốc độ thẩm thấu khi ngâm mẫu trong dung dịch đường trongcùng một khoảng thời gian và xác định khối lượng mẫu trước và sau từng thờigian ngăm để tính toán sự thay đổi khối lượng độ ẩm, của màu theo thời gian.Thông qua tốc độ ngấm đường vào nguyên liệu nên có thể xác định tốc độtruyền khối của thực phẩm.

Câu 3: Giải thích lý do của các biến đổi khối lượng, nước và đường? Trong các biếnđổi này, biến đổi nào là chính, biến đổi nào là phụ thuộc, các biến đổi có xảy ra đồngthời không?

 Khối lượng giảm, lượng nước giảm, lượng đường tăng lên khi ngâm xoài vàodung dịch nước đường Là kết quả của quá trình thăm thẩu Đường sẽ di chuyển

từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp (Từ dung dịch đường vào trongnguyên liệu.), đồng thời nước sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ tháp đến nơi cónồng độ cao (Từ nguyên liệu ra môi trường.) đề căn bằng nồng độ chất tan giữadung dịch thẩm thấu và nguyên liệu Kết quả là lượng nước trong nguyên liệugiảm, lượng đường trong nguyên liệu tăng và khối lượng của nguyên liệu giảm

do lượng đường thẩm thấu vào nhỏ hơn lượng nước đi ra, đường có phân tửlượng lớn

 Trong các biến đổi trên thị biến đổi về khối lượng, hình dạng chỉ là phụ thuộc

và biến đổi về lượng nước, nồng độ đường mới là chính Các biến đổi xảy rađồng thời trong quá trình thẩm thấu Tiền đề cho biến đổi khối lượng nguyênliệu chính là biến đổi về khối lượng nước và đường

Câu 4: Biến đổi của hình dạng sản phẩm trong quá trình thí nghiệm? Lý do?

 Mẫu xoài bị teo nhỏ từ từ do ngâm trong dung dịch ưu trương trong suốt quátrình thí nghiệm Nguyên nhân là nồng độ đường trong mẫu xoài thấp hơn môitrường, hình dạng sản phẩm bị teo nhỏ lại do nước sẽ di chuyển từ mẫu ra môitrường dẫn đến hiện tượng mất nước (Co nguyên sinh)

Câu 5: Ảnh hưởng của sự thay đổi kích thước và sự thay đổi nồng độ đường ngâm đếntốc độ truyền khối?

 Tốc độ truyền khối chậm lại, kích thước nhỏ và mỏng thì tốc độ truyền khốinhanh do kích thước nguyên liệu dày và lớn Tốc độ truyền khối càng nhỏ donồng độ đường càng thấp Tốc độ truyền khỏi càng lớn do nồng độ đường càngcao sự chênh lệch áp suất thẩm thấu cảng lớn

Câu 6: Trong trường hợp các mẫu có đường kính bằng nhau nhưng chiều dài thay đổi,tốc độ truyền khối ở cùng một điều kiện ngâm có khác nhau không? Tại sao?

 Trong trường hợp các mẫu có đường kính bằng nhau nhưng chiều dài thay đổitốc độ truyền khối ở cùng một điều kiện ngâm có khác nhau Vì khuếch tán theophương vuông góc (Xuyên tâm)

BÀI 5 CHƯNG CẤT

(Lý thuyết)

1 Mục đích thí nghiệm

Quan sát và nhận xét quá trình chưng cất gián đoạn đơn giản

Tính toán quá trình chưng cất gián đoạn đơn giản so sánh với kết quả thực tế thuđược

2 Cơ sở lý thuyết

Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như cáchỗn hợp khí - lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của cáccấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi của các cấu tử khácnhau) Quá trình chưng cất được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau:

Chưng cất đơn giản: Thường sử dụng để tách các hỗn hợp gồm có các cấu tử có

độ bay hơi rất khác nhau Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch cáccấu tử khỏi tạp chất

Chưng bằng hơi nước trực tiếp: Dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bayhơi và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được táchkhông tan vào nước

Chưng chân không: Dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử,như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trườnghợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao

Chưng cất hoàn lưu: Đây là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toànhỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hoà tan một phần hoặc hòa tan hoàn toànvào nhau (Paul Singh and Helman, 1993).

Trong bài thí nghiệm này, sinh viên quan sát quá trình chưng cất gián đoạn đơngiản

Quá trình chưng cất đơn giản gián đoạn được tính toán theo hình 5.1

Gọi:

L1: số gmol dung dịch lỏng ban đầu cho vào hệ thống

x1: phần mol chất dễ bay hơi trong L1

L2: số gmol dung dịch lỏng còn lại trong hệ thống sau quá trình chưng cất

x2: phần mol chất dễ bay hơi trong L2

Ở thời điểm t bất kỳ lượng dung dịch lỏng trong hệ thống là L gmol và phân molcấu tử dễ bay hơi tương ứng là x

3 Phương tiện thí nghiệm

3.1 Dụng cụ thí nghiệm

Sơ đồ thí nghiệm được trình bày như hình 5.2

Tiến hành lên men rượu theo phương pháp truyền thống từ tinh bột gạo, chiết lấydịch rượu trong để tiến hành quá trình chưng cất trong hệ thống chưng luyện kiểu cộtchêm.

4.2 Tiến hành thí nghiệm

Dùng nước cất pha loãng cồn 99,5 độ ở các nồng độ khác nhau, đo đồng thờinhiệt độ và độ chiết quang của dung dịch, thiết lập bảng quan hệ giữa độ rượu chuẩn

và độ khô đo bằng chiết quang kế Vẽ đường hồi qui

Lắp hệ thống chưng luyện như hình 5.2 Bên trên là một ống hoàn lưu có thể thayđổi được lượng hồi lưu Đặt lên bếp đun có hệ thống điều chỉnh nhiệt độ

Tiến hành chưng luyện với 2 loại: dịch lên men từ gạo và hỗn hợp cồn + nước.Chú ý cho vào bình chứa rượu vài hạt đá bọt

Ghi nhận sự thay đổi nhiệt độ trong mỗi khoảng thời gian 30 giây cho đến khi kếtthúc Sinh viên lấy mẫu đo bằng chiết quang kế cầm tay (1 giọt) theo suốt thời gianchưng cất Đồng thời ghi nhận lượng sản phẩm theo thời gian và nồng độ sản phẩmcuối