Nhiệm vụ của khóa luận: Tổng quan về tài liệu nguyên liệu và công nghệ sấy thăng hoa Xác lập các thông số cần thiết cho tính toán thiết kế Tính toán, thiết kế hệ thống sấy thăng ho
Đặ t v ấn đề
Nấm từ lâu đã là một trong những nguồn cung cấp thực phẩm cho con người
Nấm là nguồn cung cấp phong phú vitamin B như acid pantothenic (B5), niacin (B3) và riboflavin (B2), cùng với các khoáng chất như đồng và selen Ngoài ra, nấm còn bổ sung protein, chất xơ, kali, vitamin D, canxi và nhiều vi chất thiết yếu khác cho cơ thể Đặc biệt, nấm dược liệu chứa các chất chuyển hóa có thể được phát triển thành thuốc thông qua công nghệ sinh học Các hợp chất này bao gồm thuốc kháng sinh, thuốc chống ung thư, chất ức chế tổng hợp cholesterol và ergosterol, thuốc hướng thần, thuốc ức chế miễn dịch và thuốc diệt nấm, trong đó nấm linh chi là một ví dụ tiêu biểu.
Nấm Linh Chi được xem như một loại thuốc dân gian với nhiều tác dụng tích cực cho sức khỏe, bao gồm hỗ trợ điều trị bệnh gan, thận, tiểu đường, dị ứng, ho suyễn, điều hòa huyết áp, giảm lượng đường trong máu, tăng cường thị lực, giảm cholesterol, chống lão hóa và có khả năng chống oxy hóa cao Việt Nam có khí hậu lý tưởng cho sự phát triển của nấm linh chi, và nhiều mô hình trồng nấm đang phát triển để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng Nấm linh chi chứa nhiều hoạt chất có lợi như polysaccharide, germanium hữu cơ, peptidoglycans, adenosine và triterpenoid, với thành phần hoạt chất phụ thuộc vào nguồn gốc, cách nuôi dưỡng và môi trường Các hoạt chất này được chiết xuất theo nhu cầu của người tiêu dùng.
Nấm linh chi đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu nhờ vào công dụng thần kỳ của nó, đặc biệt là sản phẩm dịch chiết nấm linh chi Dịch chiết này được tạo ra từ các chất hòa tan trong nấm linh chi, giúp thu được các hoạt chất cần thiết dưới dạng dung dịch hoặc bột, từ đó phát triển các loại thuốc mới và tiêu chuẩn hóa dược liệu Trong bối cảnh yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về sản phẩm chất lượng, dễ bảo quản và tốt cho sức khỏe, các nhà khoa học đang nỗ lực tìm ra giải pháp tối ưu Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng và ThS Đỗ Thùy Khánh Linh, chúng tôi đã thiết kế thành công hệ thống sấy thăng hoa cho dịch chiết nấm linh chi với năng suất 1500kg/mẻ, tạo ra bột tinh chất nấm linh chi, không chỉ tốt cho sức khỏe mà còn dễ bảo quản, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và phát triển công nghệ trồng nấm linh chi tại Việt Nam.
M ụ c tiêu
Tập trung nghiên cứu về tổng quan của nguyên liệu dịch chiết nấm linh chi quá trình sấy thăng hoa dịch chiết nấm linh chi
Phân tích các yếu tốảnh hưởng đến quá trình và những tính chất của nguyên liệu tác động đến quá trình sấy thăng hoa.
Nghiên cứu tính toán, thiết kế hệ thống sấy thăng hoa sản phẩmdịch chiết nấm linh chi, năng suất 1500kgdịch chiết nấm linh chi/mẻ.
N ội dung đồ án
- Tổng quan những đặc điểm về nguyên liệu nấm linh chi
- Tổng quan nghiên cứu về sấy thăng hoa.
- Phương pháp nghiên cứu và tính toán
+ Thiết lập sơ đồ nghiên cứu, tính toán
+ Các phương pháp sử dụng trong tính toán và thiết kế
- Tính toán và thiết kế hệ thống
+ Các thông số cần thiết cho tính toán
+ Các định luật cần sử dụng trong tính toán
+ Tính toán hệ thống và thiết bị
- Tính kinh tế của hệ thống sấy thăng hoa và sản phẩm
- Kết luận, bàn luận vềđề tài.
Ph ạm vi đồ án
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống sấy thăng hoa cho sản phẩm dịch chiết nấm linh chi với năng suất 1500 kg mỗi mẻ Đồ án tập trung vào việc tính toán và thiết kế hệ thống sấy thăng hoa nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất dịch chiết nấm linh chi.
Ý nghĩa khoa họ c
Đồ án này trình bày các thông số kỹ thuật và thiết kế cho hệ thống sấy thăng hoa dịch chiết nấm linh chi với công suất 1500kg/mẻ Nghiên cứu cũng sẽ tạo nền tảng vững chắc cho việc phát triển các hệ thống sấy thăng hoa với năng suất và nguyên liệu đa dạng hơn.
Ý nghĩa thự c ti ễ n
Dựa trên các thông số đã thiết lập, có thể ứng dụng vào việc chế tạo máy sấy hoàn chỉnh, nhằm tạo ra sản phẩm dịch chiết nấm linh chi đạt chất lượng theo năng suất mong muốn Hơn nữa, có thể nâng cấp máy sấy thăng hoa để đạt năng suất cao hơn, theo nguyên tắc tương tự như trong nghiên cứu.
Sau quá trình sấy, dịch chiết nấm linh chi chuyển thành dạng rắn dễ dàng nghiền thành bột mịn mà không cần tinh lọc, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống máy móc Phương pháp sấy thăng hoa không chỉ tạo ra sản phẩm có giá trị cảm quan đẹp mà còn giữ nguyên các tính chất và hoạt tính bên trong Sản phẩm dịch chiết nấm linh chi đáp ứng yêu cầu khắt khe của người tiêu dùng về dưỡng chất và ngoại quan, đồng thời có chi phí sản xuất thấp, cạnh tranh với các sản phẩm tương tự trên thị trường, mang lại lợi nhuận cao cho doanh nghiệp.
Sự thu hút đầu tư từ các doanh nghiệp lớn đã thúc đẩy cải tiến quy trình và nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời cho ra đời những sản phẩm mới tốt cho sức khỏe Xuất khẩu sản phẩm dịch chiết nấm linh chi ra thị trường quốc tế cũng góp phần nâng cao thế mạnh nông nghiệp Việt Nam, khẳng định tên tuổi về chất lượng nông sản, đặc biệt là nấm linh chi Việt Nam, trên toàn cầu.
B ố c ụ c
Đề tài được cấu trúc thành 6 chương, kèm theo phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, mục lục, danh mục hình, danh mục bảng, tài liệu tham khảo, phụ lục và bản vẽ đính kèm, tổng cộng 148 trang.
TỔ NG QUAN
Cơ sở khoa h ọ c c ủ a quá trình s ấy thăng hoa
1.1.1 Định nghĩa quá trình sấy thăng hoa
Quá trình sấy thăng hoa diễn ra ở nhiệt độ thấp (T < 0°C) và áp suất thấp (P < 4.58mmHg), trong đó vật liệu được cấp đông để nước bên trong chuyển hoàn toàn thành trạng thái rắn Khi nhiệt được cung cấp qua tiếp xúc hoặc bức xạ, nước thăng hoa từ trạng thái rắn sang hơi, giúp sản phẩm sấy có cấu trúc xốp, ít co rút và biến dạng Nhiệt độ cuối của quá trình sấy thấp, do đó sản phẩm giữ được chất lượng dinh dưỡng và giá trị cảm quan.
1.1.2 Phân loại hệ thống sấy thăng hoa
1.1.2.1 Sấy thăng hoa cấp đông riêng
Hệ thống sấy thăng hoa cấp đông riêng cho phép sản phẩm được cấp đông trong một thiết bị lạnh độc lập, sau đó chuyển vào buồng sấy để thực hiện quá trình thăng hoa.
Để đạt được năng suất lớn từ 50kg đến 1500kg nguyên liệu mỗi mẻ (hoặc hơn 1500kg), nên sử dụng hệ thống sấy thăng hoa cấp đông riêng Hệ thống này giúp điều khiển và kiểm soát quá trình sấy một cách dễ dàng, đảm bảo an toàn cho sản phẩm và tăng năng suất cho hệ thống sấy.
Hình 1.1 Hệ thống sấy thăng hoa cấp đông riêng
1.1.2.2 Sấy thăng hoa tự cấp đông
Hệ thống sấy thăng hoa có buồng sấy thăng hoa cũng chính là buồng cấp đông sản phẩm (hay được gọi hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông).
Nếu bạn cần một hệ thống sấy thăng hoa với năng suất dưới 50kg nguyên liệu mỗi mẻ, hãy chọn hệ thống tự cấp đông Hệ thống này không chỉ đơn giản, gọn nhẹ mà còn tiết kiệm Ngoài ra, nó cũng có khả năng sấy các sản phẩm đã được đông lạnh từ một tủ cấp đông khác.
Hình 1.2 Hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông
1.1.2.3 Sấy thăng hoa liên tục
Để đạt được năng suất lớn trong hệ thống sấy thăng hoa, cần sử dụng phương pháp đông lạnh sản phẩm bằng hệ thống lạnh đông nhanh như IQF Hệ thống sấy thăng hoa liên tục là lựa chọn tối ưu, mặc dù có chi phí cao do yêu cầu kỹ thuật phức tạp.
Công nghệ sấy thăng hoa luôn trải qua ba giai đoạn:
Giai đoạn 1: cấp đông sản phẩm, chuyển ẩm từ thể lỏng sang thể rắn
Giai đoạn 2 của quá trình sấy thăng hoa thực phẩm là chuyển ẩm từ thể rắn sang thể khí Giai đoạn này kết thúc khi nhiệt độ của nguyên liệu đạt 0 °C và ẩm tự do hoàn toàn bay hơi.
Giai đoạn 3 của quá trình sấy chân không thực phẩm tập trung vào việc loại bỏ độ ẩm liên kết hóa lý trong nguyên liệu Giai đoạn này kết thúc khi đạt được sự cân bằng nhiệt độ, tức là nhiệt độ của nguyên liệu tương đương với nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ của tấm bức xạ Độ ẩm cuối cùng của sản phẩm đạt khoảng từ 2% đến 4%, đảm bảo sản phẩm rất khô.
Hình 1.3 Đồ thị biểu diễn quá trình sấy thăng hoa [3]
Giai đoạn làm lạnh đông:
Trong giai đoạn lạnh đông, sản phẩm được làm lạnh từ nhiệt độ 20 ÷ 25°C xuống -35 ÷ -30°C, khiến nước trong thực phẩm đóng băng gần như hoàn toàn Giai đoạn này kết thúc khi nhiệt độ đạt mức lạnh đông thích hợp, đảm bảo ẩm trong vật liệu sấy kết tinh hoàn toàn trước khi thăng hoa Thời gian lạnh đông ảnh hưởng đến sự kết tinh và chất lượng sản phẩm, kéo dài thời gian này sẽ làm tăng chi phí năng lượng và giá thành sản phẩm Mỗi loại thực phẩm có nhiệt độ lạnh đông khác nhau, nhưng cần đảm bảo nước bên trong sản phẩm kết tinh 100% Một số sản phẩm có thể đạt kết tinh hoàn toàn ở nhiệt độ từ -22 ÷ -20°C Trong giai đoạn này, áp suất trong buồng sấy thăng hoa và buồng lạnh đông hầu như không thay đổi, chủ yếu do sự bay hơi và thăng hoa nước trên bề mặt thực phẩm Sự thoát ẩm xảy ra do chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước và nhiệt độ giữa thực phẩm lạnh đông với môi trường xung quanh.
Hình 1.4 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa[4]
Sử dụng nguồn nhiệt bức xạ, nhiệt độ lạnh đông (-35 ÷ -30)°C
Nhiệt độ tấm gia nhiệt, nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa, và nhiệt độ thực phẩm sấy là những yếu tố quan trọng trong quá trình sấy thăng hoa Ngoài ra, nhiệt độ ở lối ra buồng thăng hoa và độ ẩm của thực phẩm sấy cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng Cuối cùng, áp suất trong buồng sấy thăng hoa đóng vai trò quyết định trong hiệu quả của quá trình này.
Giai đoạn này diễn ra trong môi trường có nhiệt độ và áp suất thấp, dưới điểm ba thể O (0,0098 °C; 4,58 mmHg) đối với nước đá và dưới điểm Tkt (4,58 mmHg) đối với ẩm kết tinh trong quá trình sấy vật liệu Để đảm bảo sản phẩm sấy khô đạt chất lượng tốt, cần kết thúc giai đoạn này khi các tinh thể đã thăng hoa hoàn toàn, độ ẩm đạt yêu cầu và nhiệt độ sản xuất vượt qua nhiệt độ kết thúc (Tkt) Khi đó, ẩm còn lại trong sản phẩm sẽ rất ít, chủ yếu là ẩm liên kết và tồn tại ở pha lỏng.
Sau khi sản phẩm đạt nhiệt độ lạnh đông thích hợp, quá trình lạnh sản phẩm được ngừng lại và giai đoạn lạnh đông kết thúc Lúc này, bơm hút chân không hoạt động, tạo ra môi trường sấy chân không với áp suất ổn định từ 0,001 đến 1 mmHg Sự chênh lệch áp suất giữa hơi nước trong sản phẩm và môi trường sấy rất lớn, cùng với dòng nhiệt bức xạ từ các tấm kim loại, tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ đáng kể Kết quả là nước trong sản phẩm bắt đầu thăng hoa mạnh mẽ, độ ẩm giảm nhanh chóng và gần như tuyến tính Giai đoạn sấy thăng hoa có thể coi là giai đoạn sấy đẳng tốc, trong đó nhiệt lượng bức xạ được sử dụng để biến thành nhiệt ẩn thăng hoa, khiến nhiệt độ sản phẩm hầu như không thay đổi Mặc dù nhiệt độ sản phẩm có tăng nhưng với tốc độ chậm, và vào cuối giai đoạn này, nhiệt độ tăng từ -30 đến -25°C đến 0,0098°C, đánh dấu sự kết thúc của giai đoạn thăng hoa.
Trong giai đoạn thăng hoa, nhiệt độ ở lối ra của buồng thăng hoa hầu như không thay đổi, như thể hiện trong đường (4) hình 1.4 Điều này dẫn đến việc nhiệt độ tại thiết bị ngưng tụ và đóng băng cũng giữ ổn định trong suốt quá trình thăng hoa.
Nhiệt độ của tấm gia nhiệt và môi trường giữa các tấm gia nhiệt giữ ổn định trong suốt quá trình thăng hoa và sấy nhiệt, như thể hiện trong các đường (1) và (2) của hình 1.4 Trong công nghệ sấy thăng hoa, nhiệt độ tấm gia nhiệt cần được duy trì trong một khoảng nhất định.
(0 ÷45)°C, tương ứng nhiệt độmôi trường sấy dao động từ (0 ÷40)°C tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ [4]
Nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa lý tưởng nằm trong khoảng 25 đến 45 o C Nếu nhiệt độ vượt quá 45 o C, quá trình truyền nhiệt tách ẩm sẽ tăng nhanh, dẫn đến việc vật liệu sấy có thể vượt qua nhiệt độ kết tinh, khiến ẩm chuyển sang trạng thái lỏng và kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa sớm, mặc dù độ ẩm vẫn chưa đạt yêu cầu Ngược lại, khi nhiệt độ dưới 25 o C, quá trình truyền nhiệt giảm, kéo dài thời gian sấy thăng hoa và tăng chi phí năng lượng, nhưng vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm Nhiệt độ của sản phẩm khi sấy thăng hoa cần tương ứng với nhiệt độ lạnh đông thích hợp, và áp suất thăng hoa cũng cần được chọn sao cho tương thích với nhiệt độ này.
Thời gian sấy thăng hoa cần được điều chỉnh hợp lý để đảm bảo độ ẩm sản phẩm đạt yêu cầu Nếu thời gian sấy quá ngắn, sản phẩm sẽ không đạt độ ẩm mong muốn, trong khi thời gian sấy quá dài sẽ làm tăng chi phí năng lượng Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, độ ẩm cuối cùng sau giai đoạn sấy thăng hoa phải đạt tiêu chuẩn, do đó không cần thiết phải có giai đoạn 3 trong quá trình này.
Giai đoạn sấy chân không làm bay hơi ẩm còn lại:
Tình hình nghiên c ứu trong nướ c v ề h ệ th ố ng s ấy thăng hoa
Công nghệ sấy thăng hoa tại Việt Nam chỉ bắt đầu được chú ý từ năm 1999 Tuy nhiên, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này trong bảo quản các sản phẩm dược, thực phẩm và chế phẩm sinh học, bao gồm dịch chiết nấm linh chi, vẫn còn rất hạn chế Nguyên nhân chủ yếu là do hệ thống sấy thăng hoa có chi phí cao và yêu cầu vốn đầu tư lớn, dẫn đến khó khăn trong việc đầu tư thiết bị.
Dưới đây là 3 trongcác phiên bản hệ thống sấy thăng hoa nổi bật trong nước do nhóm tác giả của PGS-TS Nguyễn Tấn Dũng nghiên cứu chế tạo:
1.2.1 Máy sấy thăng hoa DS-9
Hình 1.5 Máy sấy thăng hoa DS-9
Hệ thống sấy thăng hoa DS-9 do PGS-TS Nguyễn Tấn Dũng và cộng sự chế tạo thành công vào ngày 8/12/2016
Hệ thống sấy thăng hoa DS-9 đã được cải tiến đáng kể so với các phiên bản trước, từ DS-1 đến DS-8, với mẫu mã và kiểu dáng hiện đại hơn, cùng chất lượng kỹ thuật vượt trội Hệ thống này ứng dụng công nghệ IoT trong việc điều khiển quá trình sấy, bao gồm cả tính năng tự động đo lường và điều khiển qua máy tính với màn hình cảm ứng Người dùng có thể điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống sấy thăng hoa DS-9 từ xa qua Internet, mang lại sự tiện lợi cho việc vận hành và bảo trì.
Các thông số kỹ thuật máy sấy thăng hoa DS-9: [6]
Năng suất đạt từ 20-25kg nước hóa tuyết mỗi mẻ, tương đương với khoảng 30 - 50 kg nguyên liệu, rất phù hợp cho việc sấy các chế phẩm sinh học, nấm linh chi, sữa ong chúa, tổ yến và nhiều sản phẩm khác có giá trị kinh tế cao.
Hệ thống sấy tự lạnh đông.
Nhiệt độ lạnh đông-45 o C đến -35 o C
Áp suất môi trường sấy đạt tối thiểu 0.001mmHg
Hệ thống sấy thăng hoa DS-9 được điều khiển tự động thông qua máy tính màn hình cảm ứng và có khả năng điều khiển từ xa qua mạng Internet, cho phép người dùng quản lý hệ thống ngay cả khi ở xa nhà máy.
Tiêu thụnăng lượng điện khoảng (3,5 - 8,0)kWh/kg ẩm hóa tuyết
Giá cả chỉ bằng 1/7 - 1/8 giá ngoại nhập cùng năng suất
Thời gian bảo hành 1 năm.
1.2.2 Máy sấy thăng hoa DS-10
Hệ thống sấy thăng hoa DS-10, phiên bản thứ mười của PGS-TS Nguyễn Tấn Dũng và cộng sự, được tối ưu hóa năng lượng nhờ bơm nhiệt trong quá trình sấy thăng hoa Ứng dụng IoT trong điều khiển và kiểm soát quy trình đã biến nó thành phiên bản của IR 4.0 Nhóm nghiên cứu thuộc Bộ môn Công nghệ thực phẩm - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM đã thành công trong việc cải tiến và chế tạo hệ thống này vào năm 2017-2018 Trước đây, nhiệt lượng từ thiết bị hóa đá được thải ra ngoài môi trường, gây ô nhiễm và lãng phí Do đó, nhóm nghiên cứu đã phát triển thiết bị hồi nhiệt để thu hồi lượng nhiệt thải ra từ thiết bị ngưng tụ, cung cấp cho quá trình sấy.
Tiết kiệm được năng lượng, giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm, tạo ra lợi thế cạnh tranh trong sản xuất thương mại [15]
Các thông số kỹ thuật máy sấy thăng hoa DS-10: [15]
Năng suất 35kg nước ngưng/24h (khoảng 50kg đến 70kg nguyên liệu/mẻ, tùy theo loại sản phẩm, tùy theo hàm lượng ẩm và trọng lượng riêng của sản phẩm)
Nhiệt độ lạnh đông sản phẩm: -45 o C đến -35 o C
Nhiệt độmôi trường lạnh đông sản phẩm: -45 o C đến -35 o C
Nhiệt độmôi trường sấy: -45 o C đến 30 o C
Nhiệt độhóa đá:-45 o C đến -35 o C Áp suất môi trường sấy sản phẩm: 0.001mmHg đến 4.58mmHg
Hình 1.6 Máy sấy thăng hoa DS-10
Tình hình nghiên c ứu ngoài nướ c v ề h ệ th ố ng s ấy thăng hoa
Công nghệ sấy thăng hoa đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, với các quốc gia tiên tiến như Mỹ, Nga, Nhật Bản, Pháp, Đức, Ý và Tây Ban Nha đã chế tạo hệ thống sấy thăng hoa hoàn thiện Những hệ thống này ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và được trang bị hệ thống đo lường cùng tự động điều khiển bằng máy tính rất tiên tiến Dưới đây là hai máy sấy thăng hoa nổi tiếng trên thế giới.
1.3.1 Hệ thống sấy thăng hoa của Đức
Máy sấy thăng hoa một buồng Epsilon 2-40D của hãng Christ (Đức), là một trong hệ thống sấy có rất nhiều tính ưu việt
Thông số kỹ thuật như sau:
Năng suất thiết bị: bay hơi 25kg nước/24 giờ;
Nhiệt môi trường lạnh đông (-50 ÷ -45)°C;
Áp suất môi trường sấy: có thểđạt tới 0,001 mmHg;
Nhiệt độmôi trường sấy có thểđiều khiển (-50 ÷ 45°C);
Hệ thống tựđộng điều khiển bằng máy tính;
Giá trị của máy này là: 320.000 USD, tương đương khoảng 6,7 tỷ đồng Việt Nam
Hình 1.7 Máy sấy thăng hoa một buồng Epsilon 2-40 D
1.3.2 Hệ thống sấy thăng hoa của Anh
Sản phẩm sấy thăng hoa chủ yếu được xuất khẩu, trong khi tiêu thụ nội địa còn hạn chế do giá thành cao, không phù hợp với thu nhập bình quân của người Việt Nam Do đó, các doanh nghiệp có khả năng xuất khẩu nên đầu tư vào công nghệ này Trên thế giới, sấy thăng hoa đã được áp dụng trong chế biến dịch chiết nấm linh chi trong những năm gần đây, giúp giảm chi phí và mang đến cho người tiêu dùng sản phẩm dinh dưỡng giá trị với mức giá hợp lý hơn.
Hình 1.8 Máy sấy thăng hoa của Anh
Thông số kỹ thuật như sau:
Năng suất thiết bị: bay hơi 500kg nước/24 giờ;
Nhiệt độmôi trường lạnh đông (55 ÷ -50)°C;
Áp suất môi trường sấy: có thểđạt tới 0,004 mmHg;
Nhiệt độmôi trường sấy có thểđiều khiển (-55 ÷ 45)°C;
Hệ thống tựđộng điều khiển bằng máy tính;
Giá trị của máy này là: 1 triệu USD, tương đương khoảng 21 tỷđồng Việt Nam
1.4 Nguyên liệu: Dịch chiết nấm linh chi
1.4.1 Tổng quan về linh chi
Ganoderma, trong tiếng Latinh, là một danh từ ghép với "gano" có nghĩa là láng bóng và "derma" nghĩa là lớp vỏ, phản ánh hình thái quả thể bên ngoài của nhiều loài trong họ Ganodermataceae Tuy nhiên, yếu tố quan trọng nhất để phân loại các loài trong họ này là tính đồng nhất cao về cấu trúc bào tử Do đó, lịch sử nghiên cứu hệ thống tự nhiên của họ Ganodermataceae được xem là quá trình tìm hiểu cấu trúc bào tử của chúng.
Nấm linh chi, còn được biết đến với nhiều tên gọi như bất lão thảo, vạn niên thảo, và thần tiên thảo, mang trong mình giá trị dược liệu quý giá Tên gọi linh chi có nguồn gốc từ Trung Quốc, phản ánh sự trân trọng và ứng dụng của loại nấm này trong y học cổ truyền.
Nhật gọi là Reishi hoặc Mannentake Ởcác nước Châu Á, đặc biệt Trung Quốc, Nhật
Việc nghiên cứu, phát triển và sử dụng linh chi đang được công nghiệp hóa mạnh mẽ tại các quốc gia như Bản, Hàn Quốc và Đài Loan, với quy mô lớn trong phân loại, nuôi trồng chủ động, chế biến và bào chế dược phẩm.
Nấm Linh chi đã được biết đến và sử dụng từ xa xưa ở các nước châu Á, đặc biệt là Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc Tại Trung Quốc, tên nấm Linh chi lần đầu tiên được ghi lại trong “Thần nông bản thảo kinh” vào triều đại Đông Hán (25-220 năm trước Công nguyên), và được xếp vào loại siêu thượng phẩm, vượt trội hơn cả nhân sâm Một số tài liệu cho rằng nấm Linh chi đã được sử dụng làm thuốc từ khoảng 4000 năm trước ở Trung Quốc.
Linh chi đã thu hút sự chú ý trong nghiên cứu và ứng dụng từ những năm 1960, đặc biệt tại Trung Quốc Nấm này có khả năng phát triển trên thân cây sống hoặc đã chết, và phân bố rộng rãi trên toàn cầu, từ rừng nhiệt đới đến rừng ôn đới Chúng có thể ký sinh hoặc hoại sinh trên nhiều loại cây, bao gồm cây lá rộng, lá kim, tre, trúc, dừa, cau và nho.
Chất lượng Nấm Linh chi phụ thuộc vào dinh dưỡng nơi chúng sống Theo Bản thảo cương mục (1590) của đại danh y Lý Thời Trân, Linh chi được phân loại thành 6 loại dựa trên màu sắc, gọi là “Lục Bảo Linh chi”, mỗi loại có công dụng chữa bệnh khác nhau: Hoàng chi (màu vàng), Thanh chi (màu xanh), Xích chi (màu hồng, đỏ), Bạch chi (màu trắng), Huyền chi (màu đen) và Tử chi (màu tím) Trên thế giới, có hơn 250 loài Nấm Linh chi (Ganoderma) được mô tả, trong đó Xích chi (Ganoderma lucidum) là loài được nghiên cứu chi tiết nhất.
Xích chi được coi là Linh chi thật sự trong “Lục Bảo Linh chi” với thành phần hoạt chất phong phú và hàm lượng cao Trước đây, nấm Linh chi rất hiếm và có giá trị cao do số lượng tự nhiên ít ỏi Tuy nhiên, từ những năm 1970, các nhà khoa học đã thành công trong việc trồng nhân tạo nấm Linh chi, và kỹ thuật này đã được cải tiến liên tục, đạt quy mô công nghiệp Kể từ năm 1980, sản xuất nấm Linh chi đã phát triển nhanh chóng, đặc biệt là tại Trung Quốc.
Linh chi, loại thảo dược quý, có thể được trồng nhân tạo trên thân gỗ hoặc trong môi trường chứa phụ phẩm lâm nghiệp Ngoài mùn cưa, nó còn có thể phát triển trên rơm rạ và bã mía, mở rộng khả năng nuôi trồng.
Khoảng 120 năm trước, nhà nghiên cứu Karten từ Phần Lan đã phân loại một nhóm nấm đặc biệt từ các năm Polypore, tạo ra chỉ nấm độc lập mang tên Ganoderma Chỉ nấm này có kiểu bào tử đặc trưng với lớp vỏ kép, hình trứng cụt, và bề mặt sần sùi với các mụn cóc nhỏ.
Việc phân loại Ganoderma đã có những bước tiến quan trọng, cho phép dễ dàng xác định các loài thuộc nhóm Polypore, Formes, Boletus có vị trí tự nhiên trong chi Ganoderma Hiện nay, G lucidum đã được phân loại theo quy ước quốc tế.
Trong tự nhiên, nấm linh chi mọc ở rừng rậm, ít ánh sáng và có độẩm hơi cao.
Nấm linh chi tự nhiên thường mọc trên những thân cây mục như cây mận, cây dẻ và guercus serrata Tuy nhiên, không phải cây nào cũng có thể sản sinh ra nấm linh chi; trong hàng vạn cây, chỉ có vài cây đủ điều kiện Chính vì vậy, nấm linh chi trở thành một loại thực vật quý hiếm Khi quan sát, nấm linh chi thường có màu đỏ tươi, vàng và trắng, với bề mặt bóng loáng, đẹp như một bông hoa khi còn tươi non.
Nấm linh chi trưởng thành có mặt dưới màu trắng hoặc vàng chanh, trong khi mặt trên có màu nâu đỏ sậm Nấm linh chi nguyên chất được bao phủ bởi lớp bào tử màu nâu, với nhiều bào tử bám trên mặt trên của tai nấm, càng nhiều càng tốt, vì đây là nơi tập trung các dưỡng chất quý giá Nấm cũng có mùi thơm và vị đắng đặc trưng.
Nấm Linh chi có thể mọc đơn lẻ hoặc thành cụm, với phần thịt có màu nâu, mềm xốp nhưng sẽ hóa gỗ theo thời gian Thể quả nấm bao gồm hai phần chính: mũ nấm và cuống nấm, trong đó phần phiến nằm đối diện với cuống Đặc biệt, trên mũ nấm có hai vách, nơi bào tử hình thành giữa chúng, giúp phân biệt nấm Linh chi với các loài nấm khác.
Công ngh ệ s ấy thăng hoa dị ch chi ế t n ấ m linh chi
Nấm linh chi từ lâu đã nổi tiếng với nhiều công dụng tuyệt vời Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào dịch chiết nấm linh chi, được nhập khẩu từ các nhà cung cấp uy tín và trải qua quy trình nghiên cứu sấy thăng hoa để đảm bảo chất lượng tốt nhất.
Hình 1.12 Quy trình sản xuất tinh chất linh chi từ dịch chiết nấm linh chi
Giai đoạn cấp đông nhanh là rất quan trọng trong quá trình chế biến dịch chiết nấm linh chi, với nhiệt độ thường từ -50°C đến -80°C Công nghệ cấp đông có thể sử dụng các tác nhân như đá khô, methanol hoặc nitơ lỏng Đặc biệt, sau khi rót khay, dịch chiết được cấp đông ở nhiệt độ -40°C để đảm bảo tâm sản phẩm đạt -18,33°C trong buồng lạnh đông Việc thực hiện vệ sinh khay, buồng sấy và khử trùng quần áo bảo hộ công nhân là cần thiết để đảm bảo tiêu chuẩn trong quá trình này.
Dịch chiết nấm Linh chi
Bột tinh chất nấm linh chi
Lạnh đông Làm khô sơ cấp
1.5.2.2 Làm khô sơ cấp Ở giai đoạn này, áp suất trong môi trường sấy sẽ được giảm xuống dưới điểm ba thể Lượng nhiệt được cấp vào được tính toán một cách chính xác sao cho các tinh thể nước đá thăng hoa mà không qua pha lỏng Ở giai đoạn này, 90 ẩm trong nguyên liệudịch chiết nấm linh chi được lấy đi
Giai đoạn làm khô thứ cấp là quá trình loại bỏ ẩm còn lại từ giai đoạn trước, với nhiệt độ có thể được điều chỉnh tăng dần và vượt quá 0°C Cuối quá trình, độ ẩm trong nguyên liệu giảm xuống còn khoảng 6-8% Sản phẩm bột tinh chất nấm linh chi đạt độ ẩm 6% sau khi hoàn thành giai đoạn này.
Sau khi sấy tinh chất nấm linh chi, việc nghiền bột trở nên dễ dàng và có thể đạt được độ mịn mà không cần tinh lọc Điều này cho thấy sự vượt trội của phương pháp sấy thăng hoa so với các phương pháp khác.
Giai đoạn này sẽ tiến hành xay chất rắn được làm khô từ dịch chiết nấm linh chi tạo thành hỗn hợp bột tinh chất nấm linh chi mịn
Trong quá trình xay, cần chú ý làm sạch thiết bị xay, công nhân thực hiện quá trình này cung nên tuân thủ các quy tắc theo TCVN và HACCP
Thi ế t b ị dùng trong s ấy thăng hoa dị ch chi ế t n ấ m linh chi
Bảng 1.1 So sánh hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông và cấp đông riêng
Hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông
Hệ thống sấy thăng hoa cấp đông riêng Ưu điểm
Buồng cấp đông sản phẩm cũng đồng thời là buồng thăng hoa, giúp loại bỏ bước vận chuyển giữa giai đoạn cấp đông và giai đoạn sấy thăng hoa.
Không ảnh hưởng đến nhiệt độ sản phẩm trước khi sấy thăng hoa.
Không tốn nhân công, máy móc, chi phí vận chuyển sản phẩm sấy từ
Buồng cấp đông sản phẩm riêng biệt với buồng sấy thăng hoa đảm bảo quá trình an toàn, không lo ngại về nổ áp suất do gas trong giai đoạn cấp nhiệt cuối.
Không có sự cố nào liên quan đến gas lạnh như rò rỉ hay xì gas, điều này giúp bảo vệ sản phẩm khỏi hư hỏng Đồng thời, cần đảm bảo vệ sinh an toàn khi chuyển từ buồng cấp đông sang buồng sấy.
Có thể sấy được các sản phẩm đã được cấp đông sản phẩm
Buồng thăng hoa không cần bọc bảo ôn do đó dễ chế tạo, lắp đặt và bảo hành bảo trì
Hệ thống tự điều khiển an toàn và bền hơn.
Hệ thống lạnh chỉ chạy cho thiết bị hoá đá nên thiết kế phù hợp với công suất, tiết kiệm điện năng.
Nếu năng suất sấy lớn thì hệ thống lạnh giữa buồng sấy và thiết bị hóa đá không tương thích nhau.
Buồng cấp đông sản phẩm cũng chính là buồng thăng hoa nên buồng sấy có không gian lớn hơn 3 lần so với thông thường
Khí gas lạnh nếu rò rỉ sẽ làm hỏng sản phẩm
Khi gia nhiệt sẽtăng áp suất khí gas dễ xảy ra nổống dẫn khí
Buồng sấy và buồng cấp đông là 1 nên phải bọc bảo ôn khiếp khó chế tạo, bảo hành, bảo trì
Hệ thống điều khiển phức tạp, ít ổn định
Quá trình sấy sản phẩm trong buồng cấp đông riêng biệt với buồng thăng hóa đòi hỏi thời gian vận chuyển Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, yêu cầu vận chuyển cần phải nhanh chóng nhằm tránh ảnh hưởng đến sản phẩm.
Tốn nhân công hoặc máy móc, thiết bịđể vận chuyển sản phẩm từ buồng cấp đông sang buồng sấy
Thông thường, hệ thống sấy thăng hoa nhất thiết phải có các thiết bị chính sau:
Buồng sấy thăng hoa, hay còn gọi là bình thăng hoa, là thiết bị quan trọng trong quá trình sấy thực phẩm Nếu hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đông, thì buồng sấy thăng hoa cũng đồng thời là buồng sấy lạnh đông thực phẩm.
Thiết bịngưng tụ- đóng băng, còn gọi là thiết bịhóa đá, hay thiết bịngưng ẩm
Hệ thống tựđộng điều khiển
Yêu cầu đặt ra trong đồ án này này sấy thăng hoa theo mẻ, do đó không chọn máy sấy thăng hoa liên tục
Chúng tôi đã so sánh hai hệ thống sấy thăng hoa: hệ thống cấp đông riêng và hệ thống tự cấp đông, nhằm tìm ra giải pháp phù hợp nhất với nhu cầu Cuối cùng, tôi đã quyết định chọn hệ thống thăng hoa tự cấp đông vì tính tiện lợi, giúp loại bỏ công đoạn di chuyển vật liệu sấy từ buồng lạnh đông sang buồng thăng hoa.
Buồng thăng hoa là một thiết bị hình trụ nằm ngang, với một đáy hàn liền và một chóp cầu gắn kết bằng bu lông, cho phép đưa vật liệu sấy vào và ra Đỉnh của buồng được kết nối với bơm chân không qua bình ngưng - đóng băng Bên trong buồng, các hộp kim loại được bố trí xen kẽ, trên đó là các khay chứa vật liệu sấy, trong khi nước nóng lưu thông bên trong các hộp.
Hình 1.13 Cấu tạo buồng thăng hoa của hệ thống sấy thăng hoa tự lạnh đông
1- Van xả chân không; 2-Đường nối với bơm chân không; 3- Đường cấp môi chất lạnh sau khi tiết lưu cấp vào dàn lạnh (thiết bị bay hơi);4- Đường môi chất lạnh ra được máy nén lạnh hút về; 5-Cửa vào buồng thăng hoa; 6- Các đường cho các chất tải nhiệt gia nhiệt vào và ra khỏi buồng sấy thăng hoa.
Một buồng sấy thăng hoa phải đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật như:[4]
- Tuyệt đối kín khi hút chân không
- Không gian đặt thực phẩm có mật độ sản phẩm và cường độbay hơi lớn nhất
- Khả năng truyền nhiệt trong quá trình sấy thăng hoa và sấy nhiệt trong môi trường chân không là lớn nhất
- Sử dụng phương pháp truyền nhiệt phải đạt hiệu quả nhất để rút ngắn thời gian sấy thăng hoa và sấy nhiệt
Dựa trên kiểu hệ thống sấy thăng hoa, có 3 loại buồng sấy thăng hoa:
- Buồng thăng hoa của hệ thống sấy thăng hoa cấp đông riêng.
- Buồng thăng hoa của hệ thống sấy thăng hoa tự cấp đông.
- Buồng thăng hoa của hệ thống sấy thăng hoa liên tục
Buồng thăng hoa loại này có cấu tạo phức tạp, vì nó cũng đóng vai trò là buồng lạnh đông Dưới các tấm gia nhiệt được bố trí song song trong không gian sấy, cần phải lắp đặt các đường ống trao đổi nhiệt của dàn lạnh (thiết bị bay hơi) trong hệ thống lạnh đông sản phẩm sấy, đồng thời cũng phải có các đường ống dẫn chất gia nhiệt để thực hiện quá trình gia nhiệt trong sấy.
Hình 1.14 Cấu tạo dạng mặt cắt A-A của buồng thăng hoa tự lạnh đông
Để gia nhiệt trong quá trình sấy, cần bố trí các điện trở gia nhiệt hoặc tấm bức xạ nhiệt Buồng thăng hoa được kết nối với nhiều đường ống, bao gồm đường vào và ra của môi chất lạnh, đường vào và ra của chất tải nhiệt, đường hút chân không, đường xả chân không, cùng với các đường vào và ra của cảm biến nhiệt độ và áp suất Thông thường, buồng thăng hoa có hình dạng trụ hoặc lập phương.
1.6.2 Thiết bịngưng tụ- đóng băng
Hệ thống ngưng tụ-đóng băng đóng vai trò quan trọng trong thiết bị sấy thăng hoa, giúp làm lạnh hơi ẩm từ sản phẩm để hóa tuyết trước khi bơm chân không hút ra ngoài Điều này đảm bảo bơm chân không hoạt động ổn định, tránh va đập thủy lực gây hư hỏng Hơn nữa, hệ thống này duy trì nhiệt độ bơm chân không ổn định và tăng cường độ bay hơi trong quá trình sấy, nhờ vào việc giữ nhiệt độ của thiết bị ngưng tụ-đóng băng luôn ổn định.
Có 2 dạng cơ bản là: thiết bịngưng tụ - đóng băng có bộ phận cào, nạo tuyết và thiết bị ngưng tụ- đóng băng không có bộ phận cào, nạo tuyết Thiết bị ngưng tụ- đóng băng không có bộ phận cào, nạo tuyết để gia công máy dễ dàng, tuyết sẽđược dọn sau mỗi mẻ, phù hợp với máy sấy chân không thực hiện sấy không liên tục (sấy từng mẻ) của đề tài này
Hình 1.15 Cấu tạo thiết bịngưng tụ- đóng băng không có bộ phận cào- nạo tuyết, dạng ống chùm
Đường nối với buồng thăng hoa và bơm chân không là các thành phần quan trọng trong hệ thống Môi chất lạnh sau khi qua van tiết lưu sẽ vào đường môi chất lạnh, tiếp theo là đường môi chất lạnh ra khỏi thiết bị ngưng tụ-đóng băng Đường xảnước ra ngoài và đường nối với bơm xảnước về bể chứa cũng đóng vai trò thiết yếu Hệ thống còn bao gồm ống trao đổi nhiệt, xyfon, và van chặn, tất cả đều hỗ trợ cho thiết bị ngưng tụ-đóng băng hoạt động hiệu quả.
Thiết bị ngưng tụ đóng băng không có bộ phận cào tuyết thường có hai dạng phổ biến: dạng ống chùm và dạng ống xoắn Dạng ống xoắn có cấu tạo tương tự như thiết bị hồi nhiệt trong hệ thống lạnh một cấp nén, nhưng khó gia công và có tổn thất áp suất khi môi chất lạnh tuần hoàn Dầu bôi trơn cũng khó kéo về cacte máy nén hoàn toàn Mặc dù vậy, khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị này tương đối tốt, nên nó chỉ phù hợp cho các hệ thống lạnh có công suất nhỏ và trung bình Khi cấp nhiệt cho thiết bị ngưng tụ-đóng băng, cần giữ nhiệt độ bay hơi của môi chất không đổi, và nhiệt độ trong dàn bốc hơi phải phù hợp với độ chân không để hơi ẩm có thể hóa tuyết.
Bơm chân không đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra độ chân không cần thiết cho buồng thăng hoa Việc tạo môi trường chân không trong quá trình sấy thăng hoa là rất quan trọng, vì cường độ bay hơi ẩm phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh lệch áp suất riêng phần giữa hơi ẩm và hơi ẩm trên bề mặt thực phẩm sấy Để đảm bảo hiệu quả sấy, có hai yêu cầu cơ bản về độ chân không của môi trường sấy.