Ứng dụng công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp việt nam

Trần Thị Thu Hằng Học viên thực hiện: Hoàng Thị Hoài Thu Mã số học viên: 20202068M Đề tài luận văn: Ứng dụng công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam Số li

TRƯỜNG CƠ KHÍ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ứng dụng công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam

HOÀNG THỊ HOÀI THU Ngành: Kỹ thuật Nhiệt

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thị Thu Hằng

HÀ NỘI, 0/2023

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thị Thu Hằng

Nhóm chuyên môn: Kỹ thuật Nhiệt

Chữ ký của GVHD

HÀ NỘI, 0/2023

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Thị Hoài Thu

Đề tài luận văn: Ứng dụng công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt

cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt

Mã số SV: 20202068M

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 24/4/2023 với các nội dung sau:

- Sửa lại một số lỗi trình bày, Việt hoá các hình

- Sửa lại một số từ ngữ theo văn phong khoa học kỹ thuật

- Đổi mục 2.1 thành “Thí nghiệm sấy bơ bằng hơi nước quá nhiệt”

- Chuẩn hoá các đại lượng sử dụng cho đồng bộ luận văn

- Bổ sung bảng ký hiệu

- Chỉnh sửa lại kết luận

Ngày 05 tháng 05 năm 2023

Hoàng Thị Hoài Thu

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS Nguyễn Đức Quang767UҫQ7Kӏ7KX+ҵQJ

sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam” là công trình nghiên cứu cá nhân của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Trần ThịThu Hằng Các kết quả được trình bày trong luận văn hoàn toàn đáng tin cậy.

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sự không trung thực trong thông tin được sử dụng trong luận văn thạc sĩ này,

Học viên viên thực hiện

Hoàng Thị Hoài Thu

-*** -

-*** -ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thị Thu Hằng

Học viên thực hiện: Hoàng Thị Hoài Thu

Mã số học viên: 20202068M

Đề tài luận văn:

Ứng dụng công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam

Số liệu ban đầu:

- Đối tượng sấy là bơ cắt lát có chiều dày khoảng 2 mm

- Tác nhân sấy là hơi nước quá nhiệt, áp suất 1 bar

- Hệ thống thí nghiệm cho phép sấy thử nghiệm mẫu củ quả cắt lát ởđiều kiện hơi nước quá nhiệt, nhiệt độ lớn nhất có thể lên tới 150oC

Mô tả tóm tắt nội dung và các yêu cầu tính toán:

- Tổng quan về các nghiên cứu trong công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt và lựa chọn sản phẩm sấy thử nghiệm

- Nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy

- Lập mô hình lý thuyết, đánh giá mô hình và phân tích các biến đổiphân bố nhiệt độ và độ ẩm bên trong vật liệu theo thời gian

Hà Nội, ngày 30 tháng 09 năm 2021

Giảng viên hướng dẫn(Ký, ghi rõ họ tên)

TS Trần Thị Thu Hằng

bị một hành trang vững vàng trước khi tốt nghiệp

Em xin trân trọng được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Đại học Bách khoa

Hà Nội nói chung cũng như các thầy cô trong khoa Năng Lượng Nhiệt, trường Cơ Khí, Đại học Bách khoa Hà Nội nói riêng đã truyền đạt cho em những kiến thức

vô cùng hữu ích, qua đó giúp em có được cơ sở vững chắc để vận dụng vào luận văn thạc sĩ Bên cạnh đó em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các anh chị em bạn

bè đồng học đã luôn giúp đỡ em trong quá trình học tập tại trường

Tóm tắt nội dung luận văn

Trong bài luận văn này, hệ thống sấy quả bơ sử dụng tác nhân sấy là hơi nước quá nhiệt đã được đề xuất sử dụng vì cường độ sấy cao hơn không khí, chất lượng sản phẩm tốt do hạn chế phản ứng oxy hóa, tác nhân sấy rẻ Quá trình sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho bơ cắt lát được nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm

Một hệ thống thí nghiệm đã được xây dựng và sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy của cùi bơ Booth cắt lát Mô hình thực nghiệm được xây dựng mô tả độ biến thiên hàm lượng ẩm của bơ theo thời gian Đây là mô hình đơn giản, dễ sử dụng, độ chính xác khá cao khi so sánh với số liệu thực nghiệm Bên cạnh đó do khả năng ngoại suy của mô hình thực nghiệm yếu nên một mô hình lý thuyết đã được xây dựng dựa trên định luật Fick Hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng được xác định và có khả năng ứng dụng cao Bên cạnh đó, chất lượng sản phẩm cũng được đánh giá cảm quan thông qua độ thay đổi màu và hàm lượng phenol

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Kỹ thuật sấy trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm 1

1.2 Quá trình sấy trong môi trường hơi nước quá nhiệt 3

1.3 Tổng quan về quả bơ 6

Giới thiệu 6

Thành phần 7

Công dụng 9

1.4 Tình hình nghiên cứu sấy bằng hơi nước quá nhiệt trên thế giới 11

1.5 Nhu cầu ứng dụng công nghệ sấy bơ sử dụng hơi nước quá nhiệt 19

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH SẤY BƠ TRONG MÔI TRƯỜNG HƠI NƯỚC QUÁ NHIỆT 21

2.1 Thí nghiệm sấy bơ bằng hơi nước quá nhiệm 21

Thiết bị thí nghiệm 21

Vật liệu thí nghiệm 22

Chế độ thí nghiệm 22

Quy trình thí nghiệm 23

2.2 Cân bằng nhiệt và cân bằng chất trong quá trình sấy bơ 24

2.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 26

Động học quá trình sấy 26

Xác định các đặc tính chống oxy hoá 34

Sự thay đổi màu sắc 38

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH SẤY BƠ TRONG MÔI TRƯỜNG HƠI NƯỚC QUÁ NHIỆT 44

3.1 Mô hình toán học của các đường cong sấy 44

3.2 Phương pháp xây dựng mô hình thực nghiệm 45

Công cụ 45

Sai số của mô hình 46

3.3 Kết quả 47

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH LÝ THUYẾT MÔ TẢ ĐỘNG LỰC QUÁ TRÌNH SẤY 53

4.1 Các phương trình truyền nhiệt và truyền chất 53

4.2 Xác định hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng 55

4.3 Kết quả mô phỏng 55

Đánh giá mô hình 55

Phân bố độ ẩm và nhiệt độ trong vật liệu sấy 57

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 60

5.1 Kết luận 60

5.2 Hướng phát triển của luận văn trong tương lai 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 63

DANH MỤC KÝ HIỆU

c p,o – Nhiệt dung riêng đẳng áp vật liệu khô [J/kgK]

c eff – Nhiệt dung riêng hiệu dụng của vật liệu sấy [J/kgK]

c p,w – Nhiệt dung riêng đẳng áp vật liệu ẩm [J/kgK]

D eff –Hệ số khuếch tán hiệu dụng của ẩm [m2/s]

F – Diện tích bề mặt vật liệu sấy [m2]

G 0 – Khối lượng vật liệu khô [kg]

G – Khối lượng khô của mẫu[kg]

G w – Khối lượng vật liệu ẩm [kg]

G߬ – Khối lượng mẫu tại thời điểm ߬[kg]

MR – Độ ẩm không thứ nguyên

M ev – Dòng ẩm thoát ra khỏi vật liệu sấy [kg/s]

m ev – Mật độ dòng ẩm thoát ra khỏi vật liệu sấy [kg/m2s]

X 0 – Độ ẩm tuyệt đối tại thời điểm ban đầu [kg ẩm/kg khô]

X τ – Độ ẩm tuyệt đối tại thời điểm τ [kg ẩm/kg khô]

X e – Độ ẩm tuyệt đối tại thời điểm cân bằng [kg ẩm/kg khô] Xirr – Độ ẩm tuyệt đối tại thời điểm chuyển tiếp [kg ẩm/kg khô]\ Pv,sat – Áp suất hơi nước bão hòa [Pa]

Pv,surf – Áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu [Pa]

r – Nhiệt ẩn hoá hơi của ẩm [J/kg]

t – Nhiệt độ trung bình vật liệu sấy [oC]

t f – Nhiệt độ tác nhân sấy [oC]

t surf – Nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy [oC

D – Hệ số toả nhiệt đối lưu [W/m2K]

β – Hệ số truyền chất [m/s]

ߣeff – Hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng của vật liệu sấy [W/mK]

υ – Độ nhớt động học của tác nhân sấy [m2/s]

ρ 0 – Khối lượng riêng của phần rắn [kg/m3]

ρ eff – Khối lượng riêng hiệu dụng của vật liệu sấy [kg/m3]

U – Khối lượng riêng của hơi nước trong tác nhân sấy [kg ẩm/m3]

τ – Thời gian sấy [s]

ω – Tốc độ tác nhân sấy qua bề mặt cắt lát [m/s]

ω 0 – Độ ẩm tương đối tại thời điểm ban đầu [%]

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phản ứng nâu hoá sản phẩm sấy 4

Hình 1.2 Hình ảnh quả bơ 6

Hình 1.3 Lát cắt thành phần quả bơ 7

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống sấy buồng sử dụng hơi nước quá nhiệt: (1) Bình sinh hơi, (2) Heater điện, (3) Buồng sấy và (4) Quạt ly tâm 21

Hình 2.2 Tổng thể thiết bị thí nghiệm 22

Hình 2.3 Quy trình thí nghiệm 23

Hình 2.4 Quá trình truyền nhiệt – truyền chất trong sấy lát bơ 24

Hình 2.6 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở 110 oC 28

Hình 2.7 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở 120 oC 29

Hình 2.8 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở 130 oC 29

Hình 2.9 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở 140 oC 30

Hình 2.10 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở 150 oC 30

Hình 2.11 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở ω = 3 m/s 31

Hình 2.12 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở ω = 5 m/s 32

Hình 2.13 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở ω = 5,5 m/s 32

Hình 2.14 Đồ thị sự thay đổi của MR theo thời gian ở ω = 6 m/s 33

Hình 2.15 Đồ thị thay đổi MR theo thời gian ở ω = 6 m/s với tác nhân sấy không khí nóng 34

Hình 2.16 Tổng hàm lượng phenol của các mẫu 36

Hình 2.17 Phần trăm loại bỏ gốc tự do, chống oxy hoá của mẫu 37

Hình 2.18 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự thay đổi màu sắc của mẫu 42

Hình 3.1 Giao diện làm việc của công cụ Curve Fitting 45

Hình 3.2 Tương quan giữa SSE, SSR, SST 47

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn giá trị MR thực nghiệm và mô hình Lewis tại t = 110 oC và ω = 6 m/s 49

Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn giá trị MR thực nghiệm và mô hình Lewis tại t = 120 oC và ω = 6 m/s 49

Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn giá trị MR thực nghiệm và mô hình Lewis tại t = 130 oC và ω = 6 m/s 50

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn giá trị MR thực nghiệm và mô hình Lewis tại t = 140 oC và ω = 6 m/s 50

Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn giá trị MR thực nghiệm và mô hình Lewis tại t = 150 oC và ω = 6 m/s 51

Hình 3.8 Sơ đồ bề mặt đáp ứng cho thấy biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ và vận tốc tới hệ số k 51

Hình 4.1 So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm tại cùng điều kiện sấy 56

Hình 4.2 Phân bố độ ẩm và nhiệt độ trong vật liệu sấy tại điều kiện sấy 57Hình 4.3 Phân bố độ ẩm và nhiệt độ trong vật liệu sấy tại cùng điều kiện sấy 58

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Chế độ thí nghiệm 23

Bảng 2.2 Số liệu thực nghiệm mô tả sự thay đổi độ ẩm theo thời gian 27

Bảng 2.3 Tổng hàm lượng Phenol, % đặc tính chống oxy hoá trong các mẫu 35

Bảng 2.4 Bảng kết quả đo màu mẫu bơ 39

Bảng 2.5 Bảng số liệu mức độ biến đổi màu 42

Bảng 3.1 Các mô thực nghiệm và bán thực nghiệm ứng dụng trong quá trình sấy 44

Bảng 3.2 Các tham số của mô hình Lewis 48

Bảng 3.3 Kết quả mô tả độ phù hợp của hàm phụ thuộc k 52

Bảng 4.1 Thành phần ban đầu của bơ 54

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Quả bơ được biết đến là loại thực phẩm vô cùng tuyệt vời bởi chúng không chỉ có giá trị cao về mặt dinh dưỡng mà còn có mùi vị hấp dẫn Bên cạnh đó, bên trong quả bơ chứa các hợp chất chống oxy hoá có thể kể đến như các loại vitamin, axit amin,… có tác dụng ngăn ngừa lão hoá, cải thiện cũng như bảo vệ làn da Lượng chất béo không bão hoà đơn trong quả bơ giúp giảm mức cholesterol toàn phần, góp phần hỗ trợ việc kiểm soát cân nặng và là sản phẩm không thể thiếu trong bữa ăn của người tập luyện thể thao hay những người muốn giảm lượng mỡ thừa trong cơ thể Ngày nay thị trường tiêu thụ bơ đã và đang được mở rộng mạnh

mẽ không chỉ riêng tại Việt Nam mà còn trên toàn thế giới Tuy nhiên, phần lớn rau củ quả nói chung và quả bơ nói riêng chủ yếu được sử dụng dưới dạng tươi do đặc điểm vốn có sẵn và thời gian bảo quản tương đối ngắn Mặt khác, quả bơ có tính thời vụ cao, chỉ có nhiều trong khoảng 2 – 3 tháng đối với một giống bơ Chính

vì vậy các công nghệ bảo quản sau thu hoạch kéo dài (6 tháng đến hơn 1 năm) là thiết yếu đối với việc bảo quản quả bơ nhằm đảm bảo nguồn cung ứng trong suốt

cả năm Trong các công nghệ bảo quản, công nghệ sấy nổi lên là một trong những công nghệ đem lại hiệu quả tối ưu nhất không chỉ về mặt chất lượng sản phẩm sau chế biến mà còn có giá trị to lớn về mặt kinh tế đối với các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực chế biến thực phẩm

Bơ là một loại trái cây có thời gian bảo quản tương đối ngắn: Đối với quả

bơ xanh có thể để ngoài môi trường được khoảng 5 – 8 ngày và chỉ khoảng 2 ngày sau khi chín, hiện tượng hư hỏng sẽ dần xuất hiện, làm suy giảm đáng kể chất lượng sản phẩm Bên cạnh đó bơ là một loại quả rất dễ bị oxy hoá khi đặt trong môi trường tự nhiên, quá trình này diễn ra càng mạnh mẽ hơn khi ta tăng nhiệt độ môi trường tiếp xúc trực tiếp Do đó, hệ thống sấy đối lưu không khí nóng không thể đáp ứng được yêu cầu về chất lượng sản phẩm sau khi sấy Hiện nay phương pháp sấy lạnh là một trong những phương pháp phổ biến hạn chế được hiện tượng oxy hoá và phù hợp với các sản phẩm nhạy cảm về nhiệt Tuy nhiên phương pháp sấy này có chi phí lắp đặt đặt, vận hành, bảo trì và bảo dưỡng rất cao; chỉ phù hợp đối với những loại vật liệu sấy có giá trị kinh tế cao Để khắc phụ hiện trạng trên, một nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho sản phẩm nông nghiệp Việt Nam” đã được đề xuất thực hiện trong luận văn này

2 Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tổng quan về quá trình sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt Thu thập dữ liệu thực nghiệm nhằm phân tích đánh giá các ảnh hưởng của các thông số trong quá trình sấy bằng hơi nước quá nhiệt tới động học quá trình sấy và các chỉ tiêu về mặt chất lượng Xây dựng thành công mô hình thực nghiệm mô tả quá trình sấy Xây dựng mô hình lý thuyết để làm cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện dựa trên phương pháp thực nghiệm kết hợp với

lý thuyết Các dữ liệu thực nghiệm được sử dụng nhằm đánh giá ảnh hưởng của các chế độ sấy đối với động học quá trình sấy sản phẩm bơ cắt lát Các dữ liệu này

là cơ sở để xây dựng các mô hình thực nghiệm và bán thực nghiệm mô tả quá trình sấy cũng như là dữ liệu đầu vào phục vụ việc thiết kế chế tạo các hệ thống sấy bằng hơi nước quá nhiệt ứng dụng cho quả bơ Sản phẩm khô sau khi sấy được gửi

đi đánh giá chất lượng tại các đơn vị nhằm đánh giá sự phụ thuộc của chất lượng vào các chế độ sấy khác nhau Mô hình lý thuyết được xây dựng dựa trên định luật Fick thông qua việc xác định hệ số khuếch tán ẩm bên trong vật liệu Mô hình lý thuyết được đánh giá bằng cách so sánh với kết quả thực nghiệm

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Việc ứng dụng thành công công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt sẽ giúp giảm thiểu hao hụt các sản phẩm nông sản do bảo quản không đúng cách, nâng cao chất lượng sản phẩm sau chế biến

Xây dựng các mặt hàng hoa quả sấy khô chất lượng cao đem lại lợi ích kinh

tế cho các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực chế biến và bảo quản thực phẩm

5 Bố cục luận văn

Luận văn được trình bày trong 5 chương bao gồm:

™ Chương 1 Tổng quan

x Vai trò của kỹ thuật sáy trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm

x Ưu và nhược điểm của phương pháp sấy bằng hơi nước quá nhiệt

x Giới thiệu tổng quát về vật liệu sấy là quả bơ

x Tổng quan về phương pháp sấy bằng hơi nước quá nhiệt trên thế giới

x Nhu cầu ứng dụng phương pháp sấy bằng hơi nước quá nhiệt

™ Chương 2 Nghiên cứu thực nghiệm quá trình sấy bơ trong môi trường hơi nước quá nhiệt

x Trình bày về vật liệu và phương pháp sấy

x Cân bằng nhiệt và cân bằng ẩm trong quá trình sấy bơ

x Kết quả nghiên cứu thực nghiệm: Động học quá trình sấy, màu sắc, và các đặc tính chống oxy hóa

™ Chương 3 Xây dựng mô hình thực nghiệm quá trình sấy bơ trong môi trường hơi nước quá nhiệt

x Xây dựng mô hình thực nghiệm cho từng chế độ sấy

™ Chương 4 Mô hình lý thuyết mô tả động lực quá trình sấy

x Xây dựng hệ phương trình truyền nhiệt, truyền chất kết hợp

x Xác định hệ số khuếch tán ẩm hiệu dụng

x Trình bày kết quả mô phỏng hệ phương trình truyền nhiệt, truyền chất đã xây dựng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Sấy là một quá trình công nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công, nông và lâm nghiệp có thể kể đến như công nghiệp sản xuất giấy, công nghiệp sản xuất xi măng, công nghiệp sản xuất vũ khí quân sự, công nghiệp sản xuất sản phẩm

đồ gia dụng, công nghiệp chế biến gỗ,… Đặc biệt trong nông nghiệp, công nghệ sấy nổi lên là một trong những công nghệ bảo quản sau thu hoạch đóng vai trò vô cùng to lớn tới ngành công nghệ thực phẩm Để đảm bảo chất lượng sản phẩm với mức chi phí năng lượng tối thiểu, trong mỗi loại hệ thống sấy (hệ thống sấy buồng,

hệ thống sấy tháp,…), khi thực hiện sấy một loại sản phẩm nhất định cần phải có chế độ sấy thích hợp Chế độ sấy được hiểu là quy trình tổ chức quá trình trao đổi nhiệt - ẩm giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy, độ ẩm trước và sau quá trình sấy của vật liệu sấy, nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy vào ra thiết bị cũng như thời gian sấy tương ứng,… Hiện nay việc nghiên cứu phát triển công nghệ sấy được các nhà khoa học quan tâm mạnh mẽ, hầu hết các nghiên cứu thường được triển khai theo hướng nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện thời gian sấy cũng như giảm chi phí tiêu hao năng lượng

1.1 Kỹ thuật sấy trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm

Kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong dây chuyền sản xuất của nhiều lĩnh vực đặc biệt nổi bật trong ngành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, nông sản sau thu hoạch Quá trình sấy là quá trình loại bỏ ẩm, chủ yếu

là nước và hơi nước ra khỏi vật liệu sấy để thải vào môi trường Hơi ẩm tồn tại trong vật liệu sấy nhận được năng lượng theo một phương thức nào đó tách khỏi vật liệu sấy và dịch chuyển từ trong lòng vật ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường xung quanh [1] Sấy có lẽ là một trong những quá trình công nghệ lâu đời nhất, phổ biến nhất và có sức ảnh hưởng to lớn nhất trong ngành công nghiệp chế biến

và bảo quản nông sản sau thu hoạch Điều này dễ dàng được giải thích bởi kĩ thuật sấy không chỉ là một kĩ thuật đem lại thời gian hiệu quả vượt bậc so với các phương pháp bảo quản khác, mà chúng còn giúp tạo ra hương vị mới lạ cho sản phẩm cũng như giảm thiểu đáng kể chi phí bao bì và vận chuyển; điều này càng được quan tâm mạnh mẽ trong thời kì đại dịch Covid-19 bùng phát và sự phát triển bùng nổ của ngành logistics trong thương mại điện tử Tuy nhiên ta biết rằng nhiệt ẩn hoá hơi của nước là tương đối cao, do đó đây là một trong những kĩ thuật có mức tiêu thụ năng lượng lớn Các nghiên cứu khác nhau báo cáo mức tiêu thụ năng lượng quốc gia cho hoạt động sấy khô trong công nghiệp nằm trong khoảng từ 10 – 15% tại Hoa Kỳ, Canada, Pháp và vương quốc Anh Con số này tăng tới 20 – 25% đối với Đan Mạch và Đức [2]

Sấy là một hoạt động tương đối phức tạp liên quan đến quá trình trao đổi nhiệt - ẩm kết hợp Ẩm trong vật liệu sấy tồn tại dưới dạng liên kết hoá học lỏng, hiện diện dưới dạng dung dịch lỏng bên trong vật liệu rắn, tạo ra áp suất hơi nhỏ hơn áp suất của lỏng nguyên chất, được gọi là ẩm liên kết Trong quá trình sấy, hơi

hơi nước giữa bề mặt vật liệu và tác nhân sấy Quá trình truyền nhiệt truyền chất tại bề mặt chủ yếu dưới hình thức trao đổi nhiệt và trao đổi chất đối lưu, quá trình này diễn ra nhanh hay chậm phụ thuộc vào các biến quá trình trong trao đổi nhiệt

và trao đổi chất có thể kể đến như: nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy, diện tích

bề mặt vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy,… Sau khi ẩm trên bề mặt vật liệu sấy bay hơi hình thành các gradient nhiệt độ, độ ẩm và áp suất dẫn đến hiện tượng dịch chuyển ẩm từ trong lòng sản phẩm ra bên ngoài bề mặt và tiếp tục khuếch tán vào tác nhân sấy Quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi vật liệu sấy đạt đến trạng thái cân bằng ẩm Quá trình truyền nhiệt và truyền chất bên trong lòng vật liệu chịu tác động bởi các biến quá trình chẳng hạn như: Đặc tính của sản phẩm (hình dạng

và kích thước của sản phẩm, kích thước các hang xốp, độ ẩm, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, thành phần hoá học,…), đặc tính của tác nhân sấy (nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ,…)

Sấy là một trong những phương pháp bảo quản có thời gian thực hiện tương đối lâu Tốc độ sấy có thể được tăng lên bằng cách giảm độ ẩm tương đối, tăng cường tốc độ và đặc biệt là nhiệt độ của tác nhân sấy Việc tăng nhiệt độ tác nhân sấy có tác động mạnh tới tốc độ sấy, tuy nhiên đây cũng chính là yếu tố then chốt ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm sau khi sấy, đặc biệt là trong hệ thống sấy đối lưu không khí nóng Các yếu tố khác chẳng hạn như hàm lượng oxy, áp suất và thời gian sấy cũng đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng tới chất lượng thành phẩm trong một số trường hợp nhất định Trong các thông số này, nhiệt độ, tốc độ và hàm lượng oxy trong tác nhân sấy có thể được kiểm soát dưới dạng các thông số

xử lý để tăng tốc độ sấy, hiệu quả năng lượng và giảm thiểu tổn thất chất lượng trong các thành phẩm khô Ngoài ra một số tính chất nhiệt vật lý của các sản phẩm thực phẩm, chẳng hạn như hoạt độ nước, hệ số khuếch tán ẩm, cơ chế truyền nhiệt – truyền chất và các vấn đề về hiệu quả tiêu thụ năng lượng cũng rất quan trọng với công đoạn thiết kế một hệ thống sấy thích hợp Dựa trên các yếu tố này, nhiều nghiên cứu về kỹ thuật sấy đã và đang phát triển nhằm cải thiện chất lượng sản phẩm song hành cùng với hiệu quả năng lượng cao

Trong lĩnh vực chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghệ sấy là một trong những công nghệ bảo quản sau thu hoạch cho thời gian kéo dài tốt nhất hiện nay nhằm mục đích giảm hoạt độ nước xuống mức tối thiểu giúp ức chế sự phát triển của các vi sinh vật, phản ứng của các enzyme và các phản ứng gây hư hại khác cho thực phẩm Bên cạnh tác dụng kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm nông sản, kỹ thuật sấy còn giúp giảm thiểu lượng lớn chi phí bao bì và vận chuyển, tiết kiệm không gian lưu trữ và cho phép khả năng lưu trữ sản phẩm dưới nhiệt độ môi trường tự nhiên Ngoài ra, việc khử ẩm giúp nồng độ chất dinh dưỡng trong sản phẩm tăng lên đáng kể so với sản phẩm tươi Thành phẩm sau quá trình sấy cần được đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng liên quan đến an toàn vệ sinh thực phẩm, thành phần dinh dưỡng, các cảm quan về màu sắc và hương vị Tuỳ vào điều kiện sấy của từng loại sản phẩm khác nhau mà mức độ suy giảm chất lượng cũng sẽ khác nhau Các loại thực phẩm chẳng hạn như các loại rau củ quả có chứa các thành phần chủ yếu như: nước, carbohydrate và protein Các hợp chất này dễ dàng

bị biến đổi khi tiến hành sấy ở nhiệt độ cao; điều này ảnh hưởng không nhỏ tới giá trị của thành phẩm sau khi sấy

Hiện nay, các hệ thống sấy thực phẩm phổ biến trong công nghiệp chủ yếu hoạt động theo phương pháp sấy nóng Cơ sở của phương pháp này là tác nhân sấy được đốt nóng dẫn tới độ ẩm tương đối giảm kéo theo phân áp suất hơi nước giảm Vật liệu sấy nhận nhiệt trực tiếp từ tác nhân sấy thông qua hình thức trao đổi nhiệt đối lưu làm tăng nhiệt độ của vật Điều này làm tăng áp suất hơi nước bên trong

và trên bề mặt của vật liệu Khi đó, hiệu số phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy

và phân áp suất của hơi nước trong và trên bề mặt vật liệu sấy, dẫn đến hiện tượng dịch chuyển ẩm từ trong lòng vật liệu ra bề mặt và khuếch tán vào môi trường xung quanh Các phương pháp sấy nóng phổ biến có thể kể đến bao gồm: phương pháp sấy đổi lưu không khí nóng, phương pháp sấy tiếp xúc, phương pháp sấy bức xạ

và một số phương pháp sấy đặc thù khác Hiện nay các công nghệ sấy nóng đã có những bước phát triển mạnh mẽ Nhiều nghiên cứu khác nhau sử dụng tích hợp phương pháp sấy nóng truyền thống với các công nghệ khác nhau đã có những thành quả nhằm giảm thời gian sấy của sản phẩm Là một trong những phương pháp bảo quản đơn giản và nhanh chóng, tuy nhiên chúng lại gây ra tác động không nhỏ tới chất lượng sản phẩm sau chế biến, đặc biệt là các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ cao Đối với những sản phẩm nông sản có giá trị kinh tế cao, đòi hỏi yêu cầu khắt khe về chất lượng thành phẩm sau khi sấy, các kỹ thuật sấy ở nhiệt độ thấp và cực thấp như công nghệ sấy lạnh, sấy thăng hoa hay sấy chân không được

sử dụng để ngăn chặn sự suy thoái của các hợp chất nhạy cảm về nhiệt Mặc dù các kỹ thuật sấy lạnh giữ được hầu hết các thành phần dinh dưỡng, màu sắc, và hương thơm của sản phẩm khô, tuy nhiên đây là những kĩ thuật có thời gian sấy tương đối lâu, tiêu hao năng lượng cũng như chi phí đầu tư lớn hơn rất nhiều so với phương pháp sấy nóng Chính vì lý do trên, việc nghiên cứu các kỹ thuật sấy thay thế để tăng hiệu quả năng lượng, chất lượng sản phẩm và giảm thời gian sấy

là yếu tố cấp bách cần được quan tâm mạnh mẽ đặc biệt trong giai đoạn khủng hoảng năng lượng toàn cầu trong những năm gần đây

1.2 Quá trình sấy trong môi trường hơi nước quá nhiệt

Chất lượng sản phẩm sau khi sấy đóng vai trò then chốt trong kỹ thuật sấy khô nhằm tăng sức hấp dẫn của chúng đối với người tiêu dùng, trong đó màu sắc của sản phẩm khô là một trong những yếu tố quan trọng mang tính thương mại Sự nâu hoá của sản phẩm trong quá trình sấy có thể xảy ra bởi các phản ứng enzym

và nonenzymic (Maillard), thường làm giảm giá trị của sản phẩm do những thay đổi liên quan về màu sắc, hương vị, kết cấu và thành phần dinh dưỡng Quá trình nâu hoá đòi hỏi 4 thành phần cơ bản bao gồm Oxy, enzyme, đồng và chất xúc tác Nhóm polyphonenol oxidase (PPO) của các enzym xúc tác quá trình oxy hóa các hợp chất phenolic trong thực vật để tạo thành o-quinones Ngay lập tức, quinone ngưng tụ và phản ứng không enzym với các hợp chất phenolic khác và các axit amin,… để tạo ra các sắc tố màu nâu sẫm, đen hoặc đỏ của các cấu trúc không xác định; phản ứng hoá học được minh hoạ dưới hình 1.1

Hình 1.1 Phản ứng nâu hoá sản phẩm sấy

Oxy là thành phần chủ yếu tác động mạnh mẽ đến sự thay đổi về màu sắc, hoá lý và các đặc tính chất lượng khác của sản phẩm sau khi sấy Hầu hết các hệ thống sấy ứng dụng trong công nghiệp hiện nay sử dụng không khí làm tác nhân sấy Ta biết rằng, hàm lượng khí O2 trong không khí lên tới 21%, điều này tác động không nhỏ tới phản ứng nâu hoá trong quá trình sấy khô Do đó việc giảm thiểu tối đa hàm lượng O2 có trong tác nhân sấy hứa hẹn có tác động tích cực đến phản ứng nâu hoá Cho đến nay, các tác nhân sunfat hóa được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sấy khô, nhưng chúng được coi là có hại cho người hen suyễn cho nên không được áp dụng đối với những khách hàng tiêu dùng kể trên Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng axit ascorbic có thể làm giảm hiện tượng nâu hoá [3], tuy nhiên ta biết rằng chính axit ascorbic có thể trải qua phản ứng oxy hóa trong quá trình sấy vì vậy nó không thích hợp để ngăn ngừa phản ứng nâu hóa của sản phẩm khô O’Neill và cộng sự năm 1998 đã tiến hành thí nghiệm sử dụng khí trơ thay thế cho không khí, kết quả cho thấy sản phẩm được sấy trong môi trường khí trơ giúp hạn chế phản ứng nâu hoá, tăng độ xốp và rút ngắn thời gian sấy [4]; Ramesh và cộng sự (1999,2001) cũng tuyên bố rằng, tác nhân sấy sử dụng khí N2 giúp tăng tốc độ sấy, tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt và trao đổi chất, duy trì các thành phần dinh dưỡng tốt hơn so với không khí thông thường [5, 6] Correa

và các cộng sự của mình đã thực hiệnnghiên cứu sấy đối lưu chuối sử dụng các tác nhân sấy lần lượt là không khí, khí trơ và ethanol, kết quả cho thấy rằng hệ số khuếch tán ẩm khi sấy trong môi trường khí ethanol là cao nhất, tiếp theo là khí trơ và cuối cùng khí không khí bình thường [7] Ihsan Burak Cam và cộng sự [8]

đã nghiên cứu hệ thống sấy khí điều biến chu kỳ khép kín ứng dụng cho quả dâu tây Sự mất mát của axit ascorbic đã được giảm đáng kể bằng kỹ thuật sử dụng khí điều biến thay cho không khí Những tổn thất này được tìm thấy là 2,9%; 6,9%; 27,2% và 23,8% lần lượt bằng phương pháp sấy lạnh, phương pháp sấy sử dụng khí điều biến, sấy bằng không khí nóng và kết hợp giữa sấy bằng khí nóng và sấy trong môi trường khí điều biến Xu hướng này cũng gần giống so với tổn thất Anthocyanin (Anthocyanin là hợp chất thuộc nhóm flavonoid màu đỏ, tím hoặc đỏ tía có nguồn gốc hữu cơ từ thiên nhiên) Ngoài ra năng lượng tiêu hao của phương pháp sấy này là 12,446 kJ/kg (sản phẩm tươi sống tại thời điểm sấy 4 giờ) ít hơn

ba lần về chi phí năng lượng so với sấy lạnh (30,492,8 kJ/kg sản phẩm tươi tại thời điểm sấy 24 giờ) và nhanh hơn sáu lần về thời gian sấy

Bên cạnh việc sử dụng khí trơ thay cho tác nhân sấy là không khí thông thường, việc sử dụng hơi nước quá nhiệt cũng đã được chứng minh đem lại hiệu quả đáng kể trong quá trình sấy Hơi nước quá nhiệt là hơi nước có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bão hòa ở một áp suất nhất định Hơi nước quá nhiệt ở áp suất khí quyển là một tác nhân sấy thay thế cho các loại vật liệu sấy có thể chịu được nhiệt

độ trên 100 oC Hơi nước bão hòa (100 oC ở áp suất khí quyển) sau khi được làm nóng đến trạng thái hơi quá nhiệt ở trên 100 oC được sử dụng làm tác nhân sấy Trong quá trình sấy khô, hơi nước quá nhiệt nhận ẩm từ vật liệu sấy và truyền nhiệt cho vật liệu cho đến khi nhiệt độ vật tiến đến trạng thái bão hòa Mô hình sấy bằng hơi nước quá nhiệt đã xuất hiện từ nhiều thập kỷ trước, tuy nhiên phương pháp này chỉ mới xuất hiện trở lại đây như một công nghệ có tiềm năng lớn Về cơ bản, sấy bằng hơi nước quá nhiệt liên quan đến việc sử dụng hơi nước quá nhiệt làm tác nhân sấy Kết quả thu được bởi một số nhà nghiên cứu cho thấy rằng, sấy bằng hơi nước quá nhiệt có thể thu được sản phẩm sấy với chất lượng cao hơn sấy bằng không khí nóng truyền thống Một trong những lợi ích rõ ràng khác của phương pháp này là khí thải của máy sấy cũng là hơi nước, mặc dù ở mức enthalpy thấp hơn Một số ưu điểm chính của phương pháp này bao gồm:

x Sấy bằng hơi nước quá nhiệt có thể tiết kiệm từ 50 đến 80% năng lượng so với khi sử dụng không khí thông thường làm tác nhân sấy Những tiết kiệm này có thể đạt được do hệ số truyền nhiệt cao hơn và tốc độ sấy tăng trong giai đoạn sấy cân bằng và giảm nếu nhiệt độ hơi cao hơn nhiệt độ nghịch đảo [9] Tốc độ sấy cao hơn này sẽ làm tăng hiệu suất trong quá trình sản xuất, dẫn đến giảm kích thước thiết bị hoặc tăng sản lượng Hiệu suất nhiệt cao thường chỉ đạt được nếu hơi thải được thu gom và tái sử dụng

x Không có phản ứng oxy hóa hoặc cháy có thể xảy ra trong sấy bằng hơi nước quá nhiệt Điều đó đồng nghĩa rằng sẽ không có phản ứng oxy hóa hoặc cháy trong quá trình sấy Môi trường không oxy cũng tạo ra chất lượng sản phẩm tốt hơn (không xảy ra quá trình cháy) Ứng dụng hiệu quả đối với các loại vật liệu dễ cháy nổ chẳng hạn như: Đạn dược, thuốc súng, pháo nổ,

x Chất lượng sản phẩm tốt: trong quá trình sấy, vật liệu sấy trải qua các giai đoạn thanh trùng, khử trùng và khử mùi thực phẩm

x Hầu hết các máy sấy bằng hơi nước quá nhiệt được thiết kế khép kín, nơi hơi nước sau khi thực hiện quá trình sấy có thể được thu gom và ngưng tụ Bằng cách này, các hợp chất độc hại hoặc đắt tiền được loại bỏ và thu gom trước khi được thải ra môi trường, do đó làm giảm ô nhiễm không khí

x Hơi nước quá nhiệt có tính chất tách các chất hữu cơ bay hơi hoặc bán bay hơi ra khỏi sản phẩm Mùi thơm của thức ăn chăn nuôi hoặc các thực phẩm được sấy bằng hơi nước quá nhiệt có thể được cải thiện do làm mất đi một số axit trong sản phẩm Bên cạnh đó, một số hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hình thành từ vật liệu sấy có thể được thu hồi và tách ra bằng thiết bị ngưng tụ

1.3 Tổng quan về quả bơ

Giới thiệu

Quả bơ (tên tiếng Anh: Avocado, tên la tinh: Persea Americana Miler, tên khác: P Graitissima Gaertn) là một loại trái cây được cả thế giới công nhận là siêu thực phẩm với những tác dụng vô cùng tốt đối với sức khỏe Tên bơ có nguồn gốc

từ từ tiếng Aztec Nahuatl – ahuacatl, có nghĩa là “sinh sản” Tên này đề cập đến hình dạng của trái cây, được người Aztec coi là loại trái cây sinh sản Quả bơ đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày Đặc biệt hơn các nhà khoa học còn khuyến khích mỗi ngày nên sử dụng từ ½ đến 1 quả bơ nhằm bổ sung các dưỡng chất hữu ích cho cơ thể Bơ là một loại cây hai lá mầm thuộc bộ Ranales, họ Lauraceae, chi Persea và chủng loài P.Americana

Hình 1.2 Hình ảnh quả bơ

Bơ là loại trái cây có giá trị dinh dưỡng và xuất khẩu cao Bơ thuộc loại cây thân gỗ có chiều cao từ 3 – 15 m (tính từ chiều cao cổ rễ đến điểm phần cành đầu tiên), lá chen kẽ và được xếp vào loại cây xanh lá quanh năm Lá lúc còn non thường có lông mịn, màu hơi đỏ hoặc màu đồng nhưng đến khi trưởng thành, lá có màu xanh láng và thuôn dài Lá hình thuỗng hoặc hình dao dài khoảng từ 10 – 30

cm Chóp lá hình bén nhọn hoặc hình hơi tròn tuỳ vào từng giống loài khác nhau

Lá có mùi vị đặc trưng của loài Persea drymifolia Cham.et Schect, khi ngửi có mùi hôi đặc trưng Cây bơ có thể phát triển ở những nơi có điều kiện khí hậu khác nhau, tùy theo từng giống loài; với điều kiện mùa đông ôn hòa, khí hậu cận nhiệt đới và Địa Trung Hải và các khu vực nhiệt đới có độ cao và mát mẻ, nhưng không phải trong điều kiện sa mạc

Hoa có màu xanh nhạt, hoặc xanh vàng, thường phát sinh thành chùm trên đoạn cuối cánh hoa Khi hoa nở, hoa có đường kính 12 – 14 mm Một cây bơ sẽ cho ra rất nhiều hoa, trung bình một cây sẽ cho ra khoảng một triệu hoa nhưng chỉ

có 1% trong số đó là đậu quả Điều đặc biệt là hoa có 12 nhị, nhưng chỉ có 9 nhị hoạt động, mỗi nhị mang 4 túi phấn Hoa chỉ có một nhụy và một tâm bì chứa một tiểu noãn Đa số các bộ phận của hoa có lông mịn Mỗi bông hoa chỉ nở 2 lần và mỗi một lần nở sẽ thay đổi giới tính đực, cái 1 lần

Quả bơ có trọng lượng và hình dáng khác nhau tùy giống: Tròn, trứng, quả

lê, thuỗng,… Có giống quả rất to, nặng đến 1,5 kg và dài khoảng 7 – 20 cm Quả

có 3 phần rõ rệt: Vỏ, thịt và hạt Bề dày và cấu tạo của vỏ thay đổi tùy giống Có những giống có vỏ mỏng và láng, có giống quả vỏ sần sùi Màu sắc của vỏ quả thường có màu xanh vàng hoặc tím sẫm khi quả chín Thịt quả thường có màu vàng kem, vàng bơ hoặc màu vàng sáng, có giống cho thịt quả có màu vàng xanh

ở sát phần vỏ quả Thịt quả có hàm lượng dầu béo rất cao so với các loại quả khác Hạt được 2 lớp vỏ lụa bao bọc, gồm có hai tử diệp hình bán cầu Giữa hai tử diệp

có phôi hạt nằm về phía cuống quả, và khi hạt nảy mầm, cây mầm sẽ mọc thẳng

từ dưới lên theo trục thẳng đứng của hạt Mặt ngoài tử diệp trơn láng hoặc sần sùi tùy theo giống và hình dạng cũng biến đổi khá nhiều Tỷ lệ giữa vỏ, thịt và hạt của quả cũng tùy thuộc nhiều vào giống

Hình 1.3 Lát cắt thành phần quả bơ

Quả bơ ở trên cây đạt được quá trình chín sinh lý và có thể tồn tại trên cây trong nhiều tháng cho đến khi thu hoạch Độ chín của quả được xác định bằng phần trăm chất khô, tỷ lệ này tương ứng với phần trăm độ ẩm và đã được chứng minh là có mối tương quan rất tốt với khả năng chín sau thu hoạch của quả bơ Quy trình này được hầu hết cơ sở sản xuất bơ áp dụng để xác định độ chín có thể thu hoạch và đưa vào thị trường

Thành phần

Quả bơ được biết đến là loại trái cây cận nhiệt đới có giá trị dinh dưỡng cao hơn nhiều so với các loại trái cây khác [10] Bơ có thể cung cấp từ 150 đến 300 calorie trên 100 g, cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng quan trọng cho cơ thể Một quả bơ cỡ trung bình có chứa khoảng 700 calorie và 40 g chất béo Trong quả

bơ có chứa tới hơn 14 loại Vitamin và khoáng chất Tuỳ thuộc vào từng giống bơ khác nhau sẽ có hàm lượng các thành phần dinh dưỡng khác nhau Bảng 1.1 trình bày thành phần dinh dưỡng chính của thịt bơ

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng có trong 100 gram thịt bơ

Tên thành phần Tên gọi Đơn vị Giá trị /100 g

Monounsaturated fatty acids g 9,799

Polyunsaturated fatty acids g 1,816

Một số lợi ích về sức khoẻ của quả bơ:

x Tác dụng chống oxy hoá: Ngoài các vitamin, khoáng chất, chất béo lành

mạnh và chất xơ, bơ chứa nhiều hợp chất hoạt tính sinh học bao gồm carotenoid, vitamin C, vitamin E và các hợp chất phenolic Những chất này đã được chứng minh là có các hoạt động chống oxy hóa, bảo vệ thần kinh và tim mạch đáng kể

Ví dụ, các carotenoid được tìm thấy trong quả bơ bao gồm lutein, α-Caroten và Carotene đã được chứng minh là có tác dụng chống oxy hóa mạnh, bảo vệ chống lại tổn thương oxy hóa, có liên quan đến sự tiến triển của nhiều bệnh mãn tính Một nghiên cứu nhỏ bao gồm 45 người đã phát hiện ra rằng ăn một quả bơ mỗi ngày làm tăng nồng độ carotenoid lutein trong máu so với chế độ ăn kiêng điển hình của người phương Tây không có quả bơ

β-x Ngăn ngừa chống ung thư: Có thể giảm bớt nguy cơ mắc bệnh ung thư ở

người bằng cách tiêu thụ trái cây và rau quả Điều này là do sự hiện diện của các hoá chất thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa ung thư Quả bơ là một nguồn tiềm năng của các chất chống ung thư do các chất chuyển hóa thứ cấp của nó như alkaloid, triterpenoids, tannin, flavonoid, saponin và polyphenol Các phytochemical chiết xuất từ quả bơ đã được chứng minh là gây ra sự bắt giữ chu

kỳ tế bào có chọn lọc, ức chế sự phát triển và tạo ra quá trình apoptosis ở các dòng

tế bào tiền ung thư và ung thư Quercetin được glycosyl hóa và các chất tương tự của nó, luteolin và apigenin, được phát hiện rộng rãi trong bơ và quercetin có tác dụng tạo G2/M trong các dòng tế bào ung thư phổi, ung thư biểu mô tuyến tiền liệt

x Cải thiện thị giác: Trong quả bơ có chứa các hợp chất antioxidants là lutein

carotene cao hơn bất cứ loại trái cây nào khác Chất này giúp trung hòa các gốc tự

do chống sự thoái hóa thành các vết đen, cải thiện thị giác và phòng tránh các bệnh

về mắt như bệnh loạn thị, bênh tăng nhãn áp và bệnh đục thủy tinh thể

x Giảm cholesterol gây hại: ŠŠ’Šần acid oleic, linoleic, betaΫ•‹–‘•”‘Ž

có trong bơ có tác dụng l‰‹ảm mức cholesterol xấu (LDL) và gia tăng lượng cholesterol tốt cho cơ thểǤ

x Giúp tim mạch khỏe mạnh: Folate trong bơ đã được chứng minh có tác

dụng giảm nguy cơ gây bệnh tim Vitamin E và glutathione có trong bơ cũng rất tốt cho tim mạch Nhờ có hàm folate cao (một ly sinh tố bơ chứa 23% folate) cũng với kali có trong bơ giúp giảm thiếu tối đa các cơn đột quỵ Điều chỉnh huyết áp

và các bệnh liên quan đến tuần hoàn

x Giúp hấp thụ chất dinh dưỡng tốt hơn: Một nghiên cứu cho thấy người ăn

salad kèm với bơ sẽ hấp thụ lượng caroteroid (bao gồm lycopence và carotene) gấp

5 lần so với việc ăn salad không

x Giúp hơi thở thơm tho: Các thành phần trong trái bơ có tác dụng tẩy trừ

các chất cặn bã đã bị phân hủy trong đường ruột

x Ngăn ngừa sạn thận: Chất kali chứa nhiều trong trái bơ giúp làm giảm

lượng canxi bài tiết qua đường nước tiểu, nhờ thế sẽ giảm nguy cơ mắc bệnh sỏi thận

x Ngăn ngừa bệnh vẩy nén: Theo các chuyên gia, chất dầu trong trái bơ rất

có ích trong việc điều trị các chứng bệnh về da như bệnh vẩy nến và chứng khô da

x Ngăn ngừa tình trạng nôn ói ở thai phụ: Vitamin B6 có trong trái bơ có thể

giúp làm dịu cảm giác buồn nôn và khó chịu ở bao tử của các bà mẹ mang thai trong suốt thời gian thai nghén

x Ngăn ngừa đái tháo đường: Trong một phát hiện trước đó, bơ đã được

chứng minh là một chất ức chế mạnh đối với sự dịch chuyển của glucose trong ống nghiệm bằng cách làm chậm sự khuếch tán của glucose trong đường ruột Bệnh nhân tiểu đường được phát hiện bị ảnh hưởng bởi sự gia tăng mức đường huyết, gây ra bởi sự gia tăng của quá trình thủy phân tinh bột và hấp thu glucose thông qua α-amylase của tuyến tụy và α-glucosidase ở ruột Sự ức chế các enzym thủy phân, α-amylase và α-glucosidase, sẽ làm chậm quá trình hấp thu glucose và cải thiện tình trạng tăng đường huyết

x Tác dụng kháng khuẩn: Theo thời gian, việc sử dụng bơ vì tác dụng kháng

khuẩn đã thu hút sự chú ý của con người vì nó dẫn đến ít tác dụng phụ hơn cộng với khả năng giảm độc tính khi so sánh với các loại thuốc kháng sinh (theo Nedd

và cộng sự, 2015) Nghiên cứu cho thấy rằng chất chiết xuất từ hạt bơ có thể giúp bảo vệ cơ thể chống lại cả nhiễm trùng liên cầu khuẩn nhóm B và tụ cầu vàng

x Trị loét bao tử: Bơ giúp làm dịu phần bề ngoài nhạy cảm, niêm mạc bao tử

và tá tràng, do vậy sẽ có tác dụng điều trị hiệu quả các vết loét

x Tăng cường độ khỏe khoắn của hệ thần kinh và cơ bắp: Lượng kali chứa

trong trái bơ giúp cân bằng các chất điện phân, giúp các cơ bắp hoạt động hiệu

quả, đồng thời còn giúp tăng cường năng lượng cho hệ thần kinh và quá trình trao đổi chất trong cơ thể

™ Lợi ích về mặt dinh dưỡng

Bơ là loại trái cây đặc biệt bổ dưỡng và là một nguồn tập trung các loại axit béo không bão hoà dạng đơn có thể giúp kiểm soát quá trình trao đổi chất trong cơ thể Chúng cung cấp nhiều dinh dưỡng thường bị thiếu trong chế độ ăn của nhiều người có thể kể đến như: magiê, vitamin A, vitamin nhóm B, C, E, folate, axit floic

và canxi; những chất này cần thiết cho sức khỏe của hệ thống miễn dịch Một nửa quả bơ cung cấp 30% nhu cầu hàng ngày của con người về B6, một chất dinh dưỡng giúp giảm viêm và bảo vệ chống lại tác hại của quá trình oxy hóa Bơ chứa rất nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho sức khỏe tối ưu và thường xuyên ăn bơ có thể giúp cải thiện chất lượng chế độ ăn uống tổng thể

™ Lợi ích trong ngành mỹ phẩm

Ngoài việc được sử dụng làm nguyên liệu trong công nghiệp thực phẩm, bơ còn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất xà phòng, mỹ phẩm chăm sóc da, dầu gội đầu và các sản phẩm dầu Với màu xanh đặc trưng và có sẵn quanh năm, chủng

bơ Hass là sự lựa chọn chủ yếu cho ngành công nghiệp dầu bơ Chất béo có trong

bơ được chiết xuất rộng rãi bằng công nghệ sấy lạnh thường tốt hơn dầu ô liu vì lượng axit béo không bão hòa đơn cao, cùng với các riboflavin, vitamin A, thiamine, canxi, tocopherols, đồng, phốt pho, kali, và protein Do đó, dầu bơ được

sử dụng trong các sản phẩm chăm sóc da như kem dưỡng da và kem chống nắng cũng như dầu dưỡng tóc Thành phần vitamin E trong quả bơ có tác dụng bảo vệ các axit béo chống lại sự oxy hóa, nhờ vậy làm chậm quá trình lão hóa của tế bào giúp làn da tươi trẻ và săn chắc Vitamin A có tác dụng lột bỏ lớp da chết, thúc đẩy việc sản xuất collagen Vitamin D giúp duy trì hàm lượng canxi trong máu nhờ đó xương và răng chắc khỏe Kali và phốt pho có tác dụng làm đẹp da, tóc và giúp phát triển cơ thể

1.4 Tình hình nghiên cứu sấy bằng hơi nước quá nhiệt trên thế giới

Công nghệ sấy khô sử dụng hơi nước quá nhiệt đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm mạnh mẽ trong những năm trở lại đây bởi nhiều lợi thế mà chúng đem lại Một nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tác nhân sấy đến động học quá trình sấy và các chỉ tiêu về mặt chất lượng của sầu riêng cắt lát được thực hiện bởi Jamradloedluk và cộng sự [11] Hệ thống thiết bị thí nghiệm của ông bao gồm một nồi hơi 31,5 kg/h để tạo ra hơi nước bão hoà, bộ quá nhiệt hơi nước sử dụng điện (13,5 kW) nhằm chuyển đổi hơi nước bão hoà thành hơi nước quá nhiệt, buồng sấy có kích thước 0,3×0,3×0,1 m, một quạt ly tâm được điều khiển bằng động cơ 2,2 kW, hệ thống đường ống và các van Nghiên cứu của ông được thực hiện với tổng cộng 4 chế độ khác nhau tương ứng với hai tác nhân sấy lần lượt là hơi nước quá nhiệt và không khí khô ở 2 mốc nhiệt độ 130 oC và

150 oC với tốc độ tác nhân sấy giữ ổn định ở mức 2 m/s

Mức độ ảnh hưởng của các chế độ sấy khác nhau là khác nhau đối với động học quá trình sấy, các thuộc tính chất lượng cũng như cấu trúc vi mô của sản phẩm thành phẩm đã xác định Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả cho thấy, ảnh hưởng của việc thay thế không khí nóng bằng hơi nước quá nhiệt đối với động học quá trình sấy là không đáng kể trong trường hợp này Trong quá trình sấy bằng hơi nước quá nhiệt, quá trình ngưng tụ ban đầu là điều khó tránh khỏi, tuy nhiên chúng chỉ diễn ra trong thời gian rất ngắn do nhiệt độ bề mặt vật liệu tăng nhanh đến nhiệt

độ sôi của nước ở áp suất tương ứng Sự gia tăng nhanh chóng của nhiệt độ dẫn đến sự phá vỡ bề mặt với tốc độ bằng hoặc cao hơn tốc độ di chuyển của ẩm do đó hình thành các lớp dày đặc Các lớp hình thành trên bề mặt lát sầu riêng được sấy bởi hơi nước quá nhiệt dày hơn so với khi sấy bằng không khí nóng Các lớp này cản trở quá trình vận chuyển ẩm từ bên trong ra ngoài bề mặt, từ đó dẫn tới hiện tượng giảm hệ số khuếch tán ẩm trong trường hợp sấy bằng hơi nước quá nhiệt Mặc dù quá trình sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt có tốc độ sấy thấp hơn so với sấy bằng không khí nóng, tuy nhiên, sản phẩm sau khi sấy có màu đỏ và vàng hơn cũng như khả năng bù nước cao hơn Bên cạnh đó, kết quả phân tích từ SEM cho thấy rằng sản phẩm khi sấy bằng hơi nước quá nhiệt có sự đồng nhất ít hơn nhưng lại xốp hơn so với trường hợp sấy bằng không khí Ngoài ra, độ cứng của lát sầu riêng sau khi trải qua quá trình sấy khô bằng hơi nước quá nhiệt cao hơn khoảng

từ 10% đến 20% so với khi sấy bằng không khí nóng Điều này dễ dàng được giải thích bởi sự hình thành các lớp cứng trên bề mặt của vật liệu sấy như đã trình bày trước đó Trong khi đó, ảnh hưởng của nhiệt độ tác nhân sấy tới độ cứng của sản phẩm khô là không quá đáng kể

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo hệ thống sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt:

(1) thiết bị sinh hơi, (2) van điều chỉnh áp suất hơi, (3) thiết bị trao đổi nhiệt, (4) van hơi, (5) bộ quá nhiệt hơi, (6) quạt, (7) bộ gia nhiệt không khí, (8) van khí, (9) buồng sấy, (10) mẫu, (11) cân, (12) thiết bị ngưng tụ, (13) bể chứa nước ngưng

Nhóm tác giả Tang và Cenkowski đã triển khai nghiên cứu so sánh, đánh giá động học quá trình sấy sản phẩm khoai tây giữa công nghệ sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt và không khí nóng thông thường [12] Một hệ thống sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt đã được chế tạo và phát triển bởi khoa kỹ thuật sinh học thuộc trường đại học Mainitoba Hệ thống sấy có 6 thành phần cấu tạo chính bao gồm: Một thiết bị sinh hơi, hệ thống đường ống dẫn hơi, buồng sấy, thiết bị gia nhiệt (quá nhiệt hơi bão hoà), hệ thống cấp không khí nóng, hệ thống thu thập dữ liệu

và điều khiển (hình 1.4) Vận tốc của tác nhân sấy được đặt ổn định ở mức 0,35 ± 0,01 m/s, nhiệt độ tác nhân sấy trong buồng sấy được thực hiện với 3 mức khác nhau tương ứng với các chế độ sấy khác nhau lần lượt là 125 ± 3, 145 ± 3 và 165

± 3 oC Kích thước của mẫu khoai tây với độ ẩm ban đầu 4,17 kg ẩm/kg khô được giữ cố định với mọi thí nghiệm với chiều dày 5 mm và đường kính 30 mm

Tương tự nghiên cứu của Jamradloedluk và cộng sự, hàm lượng ẩm trong vật liệu sấy tăng lên một lượng nhỏ gây ra bởi kết quả của hiện tượng ngưng tụ của hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy trong khoảng 30 giây đầu tiên Đối với quá trình sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt, nhiệt độ tại tâm của mẫu tăng nhanh chóng tới

100 oC trong giai đoạn đầu tiên và sau đó tăng từ từ tới nhiệt độ tác nhân sấy Đối với quá trình sấy sử dụng không khí nóng, nhiệt độ vật liệu sấy tăng dần từ 50 oC đến nhiệt độ tác nhân sấy trong suốt quá trình sấy Kết quả nghiên cứu đã cho thấy rằng việc sử dụng hơi nước quá nhiệt thay thế không khí nóng đem lại hiệu quả tương đối tích cực về động học quá trình sấy Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình sấy cũng có sự khác biệt rõ rệt giữa hai công nghệ sấy, cụ thể khi tăng nhiệt độ tác nhân sấy từ 125 lên 165 oC giúp giảm thời gian sấy sản phẩm xuống 60% đối với công nghệ sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt; con số này chỉ đạt 24% khi sử dụng không khí nóng thông thường Tương tự, hệ số khuếch tán ẩm tăng lên tới 165% khi tăng nhiệt độ tác nhân sấy từ 125 oC lên 165 oC đối với quá trình sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt và chỉ đạt 20% đối với quá trình sấy sử dụng không khí nóng truyền thống

Một nghiên cứu khác cũng được tiến hành bởi Iyota và cộng sự được tiến hành với củ khoai tây nhằm so sánh ảnh hưởng của công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt với không khí nóng thông thường tại áp suất khí quyển [13] Hệ thống thiết bị thí nghiệm được nhóm tác giả sử dụng được trình bày như hình 1.5 gồm có: (1) nồi hơi – 6 kW, (2) quạt thổi, (3) và (5) bộ quá nhiệt, (4) đồng hồ đo lưu lượng, (6) buồng sấy, (7) quạt, (8) lưới phân bố lưu chất, (9) cân, (10) và (12) máy tính, (11) thiết bị ghi dữ liệu Thí nghiệm được thực hiện với lát khoai tây có kích thước là 22 x 11 x 3 mm Quá trình sấy được thực hiện ở 2 mốc nhiệt độ 170 oC

và 240 oC đối với cả 2 phương pháp sấy

Kết quả nghiên cứu của của Iyota có sự tương đồng với Tang và Cenkowski;

cụ thể tốc độ sấy tăng đáng kể khi tăng nhiệt độ tác nhân sấy, đặc biệt kết quả này càng rõ nét hơn khi thực hiện sấy bằng hơi nước quá nhiệt Trong quá trình sấy bằng hơi nước quá nhiệt, độ ẩm của mẫu tạm thời tăng lên do hơi nước ngưng tụ trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, do đó quá trình hồ hoá tinh bột diễn ra nhanh chóng Trong khi đó, khi sấy khô sử dụng không khí nóng, quá trình hồ hoá tinh bột diễn ra chậm hơn so với sấy bằng hơi nước quá nhiệt và các hạt tinh bột không

hồ hoá vẫn còn trên bề mặt sản phẩm sau khi sấy

Davahastin và cộng sự đã thực hiện một nghiên cứu nhằm đánh giá, kiểm tra, động học quá trình sấy, các thông số chất lượng của cà rốt sau khi trải qua quá trình sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt ở áp suất thấp cùng với quá trình sấy chân không [14] Hệ thống sấy được Davahastin và cộng sự nghiên cứu chế tạo được trình bày trong hình 1.6 gồm có các thành phần: (1) thiết bị sinh hơi, (2) van hơi, (3) bao hơi, (4) đồng hồ đo áp suất, (5) bẫy hơi, (6) van điều chỉnh hơi, (7) buồng sấy, (8) vòi phun hơi, (9) quạt, (10) giá đặt mẫu, (11) bộ gia nhiệt, (12) cảm biến

và ghi nhiệt độ trực tuyến, (13) van chân không, (14) chất cách điện, (15) bộ chỉ thị và ghi khối lượng trực tuyến, (16) bơm chân không, (17) Máy tính với thẻ thu

dữ liệu được cài đặt Cà rốt được gọt vỏ và cắt thành các khối có thể tích 1 cm3được đưa vào buồng sấy Các thí nghiệm của nhóm tác giả được thực hiện ở các điều kiện sau: Áp suất tuyệt đối của hơi: 7; 10; 13 kPa và nhiệt độ hơi: 60; 70; 80

oC với sai số nhiệt độ hơi không quá 3oC Mẫu cà rốt có độ ẩm tuyệt đối ban đầu khoảng 9 kga/kgk được sấy đến khi độ ẩm tuyệt đối chỉ còn 0,01 kga/kgk đối với

cả phương pháp sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt ở áp suất thấp và phương pháp sấy chân không thông thường

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống sấy bằng hơi nước quá nhiệt của Davahastin và các

cộng sự

Tương tự các kết quả nghiên cứu đã được trình bày, trong những giây đầu tiên, vật liệu sấy nhận thêm ẩm do hiện tượng ngưng tụ hơi nước tại bề mặt Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ sấy lớn hơn so với ảnh hưởng của áp suất đối với phương pháp sấy bằng hơi nước quá nhiệt ở áp suất thấp, đặc biệt ở nhiệt độ sấy cao Ảnh hưởng của áp suất là không quá rõ rệt ở nhiệt

độ thấp (60 oC) đối với phương pháp sấy chân không Điều này có lẽ bởi do thực

tế các đặc tính nhiệt của hơi bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ ở mức lớn hơn so với không khí, đặc biệt là ở nhiệt độ sấy thấp hơn Không có sự ngưng tụ ban đầu trong quá trình sấy chân không Khi tăng nhiệt độ tác nhân sấy từ 60 lên đến 80 oC giúp giảm thời gian sấy khoảng 40% và 32% lần lượt trong các trường hợp sấy bằng hơi nước quá nhiệt áp suất thấp và sấy chân không tại áp suất là 7 kPa Việc giảm áp suất cũng tác động không nhỏ tới thời gian sấy khô, áp suất càng lớn thì thời gian sấy khô càng lâu và ngược lại Quan sát bảng 1.2 có thể thấy rằng phương pháp sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt ở áp suất thấp cho thời gian sấy lớn hơn so với phương pháp sấy chân không ở cùng một điều kiện sấy Điều này có lẽ do bộ gia nhiệt được sử dụng thường xuyên hơn trong quá trình sấy chân không bởi nó là nguồn năng lượng duy nhất cho quá trình sấy khô Điều này có thể làm tăng lượng bức

xạ hấp thụ bởi bề mặt cà rốt, do đó giải thích được hiện tượng tốc độ sấy cao hơn trong quá trình sấy chân không Sự ngưng tụ hơi nước ban đầu trên bề mặt vật liệu cũng có thể đóng góp một phần vào việc gia tăng thời gian sấy trong trường hợp sấy bằng hơi nước quá nhiệt ở áp suất thấp

Bảng 1.2: Thời gian sấy trung bình của cà rốt ở các điều kiện khác nhau trong

nghiên cứu của Davahastin

Dễ dàng quan sát thấy rằng áp suất là yếu tố quyết định tới thể tích và khối lượng riêng của vật liệu sấy Việc giảm áp suất ảnh hưởng tới kích thước của các hang xốp bên trong vật liệu, áp suất tác nhân sấy càng giảm sự phá hủy cấu trúc của thực phẩm càng bị hạn chế và ngược lại Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng tỷ lệ co rút của sản phẩm khô giữa hai phương pháp sấy là tương đương nhau mặc dù sấy bằng hơi nước quá nhiệt được biết là có khả năng giảm mức độ co rút của sản phẩm do sự phát triển của hơi nước bên trong sản phẩm, điều này làm mở rộng thành tế bào, dẫn đến sản phẩm khô thường có độ xốp cao hơn [15–17] Sự cải thiện về đặc tính co ngót gần như chỉ có thể được nhìn thấy rõ khi so sánh sản phẩm khô thu được với phương pháp sấy đối lưu sử dụng không khí nóng truyền thống ở áp suất khí quyển Mặc dù các giá trị co ngót của cà rốt sau khi trải qua cả hai quá trình sấy là tương tự nhau, tuy nhiên sự co ngót giữa của sản phẩm sau các quá trình sấy khác nhau là khác nhau; cà rốt trải qua quá trình sấy chân không có

xu hướng co ngọt không đồng nhất so với khi sấy bằng hơi nước quá nhiệt dẫn đến chất lượng sản phẩm khô trong trường hợp này không được đánh giá cao Ngoài

ra, cà rốt sau khi trải qua quá trình sấy bằng hơi nước quá nhiệt có khả năng bù nước tốt hơn nhiều so với khi sấy chân không Điều này cũng là do sự hình thành các lớp dày đặc trong trường hợp sấy chân không, dẫn đến sự co rút không đồng nhất Các lớp dày đặc và cứng đã ngăn chặn sự hấp thụ lại của nước và do đó dẫn đến mức độ bù nước thấp hơn Những thay đổi về màu sắc cũng được nhóm tác giả đưa vào phân tích, đánh giá Kết quả phân tích cho thấy màu sắc của sản phẩm sau khi trải qua quá trình sấy bằng hơi nước quá nhiệt có màu đỏ hơn và nhạt hơn

so với phương pháp sấy chân không

Một mô hình kết hợp giữa sấy bằng hơi nước quá nhiệt ở áp suất thấp đã được kết hợp với bức xạ hồng ngoại (LPSSD-FIR: low-pressure superheated steam drying - far-infrared radiation) đã được nghiên cứu như một công nghệ sấy mới cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt được thực hiện bởi Nimmol và những người cộng sự [18] Sơ đồ hệ thống được trình bày như hình 1.7 Ảnh hưởng của các thông số vận hành khác nhau như nhiệt độ và áp suất môi trường sấy, về động học quá trình sấy và chất lượng của các lát chuối sấy (màu sắc, độ co ngót, hấp thụ

nước, cấu trúc vi mô và kết cấu) đã được phân tích đánh giá trong nghiên cứu của nhóm tác giả

Hình 1.7: Sơ đồ kết hợp hơi nước quá nhiệt áp suất thấp và hệ thống sấy bức xạ

hồng ngoại

Hệ thống thiết bị thí nghiệm gồm có 1: Nồi hơi; 2: van hơi; 3: bao hơi; 4: áp kế; 5: bẫy hơi; 6: bộ điều chỉnh hơi nước; 7: buồng sấy; 8: bơm chân không; 9: bộ tản nhiệt hồng ngoại; 10: quạt; 11: đầu vào và phân phối hơi nước; 12: giá đỡ mẫu; 13: cặp nhiệt điện; 14: cảm biến lực; 15: van ngắt chân không; 16: Bộ điều khiển PID và 17: PC thu nhập dữ liệu

Các lát chuối dày 3 mm có độ ẩm ban đầu trong khoảng 70 – 74% được dùng trong nghiên cứu Kết quả nghiên cứu cho thấy, các lát chuối được sấy khô bởi LPSSD-FIR cần thời gian sấy lâu hơn so với khi sấy chân không thông thường Tuy nhiên, chất lượng sản phẩm sấy khi thực hiện quá trình sấy với hệ thống LPSSD-FIR cho ra những lát chuối sấy có độ giòn cao hơn khi so sánh với sấy chân không kết hợp, đặc biệt là khi sấy ở nhiệt độ cao Mặc dù LPSSD-FIR ở nhiệt

độ 90 °C yêu cầu thời gian sấy ngắn nhất để có được độ ẩm cuối cùng mong muốn

và có thể tạo ra chuối khô với độ giòn cao hơn; ở nhiệt độ này cho thấy các lát chuối sẫm màu hơn Do đó, LPSSD-FIR ở 80 oC được đề xuất là điều kiện tốt nhất

để làm khô các lát chuối trong nghiên cứu này

Nhóm tác giả Eang và các cộng sự [19] đã phát triển một thiết kế cải tiến của một hệ thống sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho hạt điều với mục đích xác định các đặc tính sấy và đánh giá ảnh hưởng của công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt đế màu sắc của sản phẩm Sự suy giảm màu sắc của nông sản trong quá trình xử lý nhiệt phần lớn là do sự phân huỷ sắc tố và phản ứng hoá nâu Nhiều loại trái cây chứa nhiều đường, do đó có thể xảy ra phản ứng nâu hoá, phản ứng Maillard hoặc caramen hóa trong quá trình sấy Trong nghiên cứu này, màu sắc của vật liệu sấy được đánh giá bằng hệ số ∆E và chỉ số nâu hoá (Browning Index

- BI) thông qua các thông số L (độ đậm nhạt), a (độ đỏ) và b (độ vàng)

Trong cùng thời gian sấy, sự thay đổi về màu sắc và chỉ số nâu hoá đều có

xu hướng tăng lên khi tăng nhiệt độ và vận tốc hơi nước Các xu hướng thay đổi

cao Có thể thấy rằng nhiệt độ hơi nước là nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi

về màu sắc tổng thể, dẫn đến các phản ứng nâu hoá đường amin diễn ra mạnh mẽ hơn Tuy nhiên, các giá trị này dường như không thay đổi đáng kể ở nhiệt độ thấp dưới 120 ºC Liên quan đến các phản ứng gây ra hiện tượng nâu hoá, đặc biệt là phản ứng Maillard của đường và axit amin ở nhiệt độ hơi nước cao, rõ ràng là hơi nước ở nhiệt độ thấp đã giúp hạn chế phản ứng gây ra sự suy giảm màu sắc và sự sẫm màu của vật liệu sấy

Một nghiên cứu khác nhóm tác giả Husen và cộng sự về tăng cường hàm lượng polyphenol và khả năng chống oxy hóa trong một khẩu phần ăn của trái bơ được sấy trong môi trường hơi nước quá nhiệt [20] Với mục đích đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp sấy đối với thực nghiệm, nghiên cứu này đã khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của công nghệ sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt ở ba mốc nhiệt

độ khác nhau: 130 ºC, 150 ºC và 170 ºC, đối với hàm lượng phenolic và flavonoid cũng như mức độ ảnh hưởng của phản ứng oxy hoá trong phần thịt bơ so với phương pháp sấy lạnh

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng công nghệ sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt cho thời gian sấy ngắn hơn đáng kể phương pháp sấy lạnh thông thường Quả bơ trải qua quá trình sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt cho tổng hàm lượng phenolic và flavonoid cao hơn đáng kể so với phương pháp sấy lạnh như được trình bày trong hình 1.7 Trong nghiên cứu này, Giá trị IC50 từ thí nghiệm DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) trong bơ sấy ở khi sấy bằng hơi nước quá nhiệt (6,69 – 12,16 mg/ml) thấp hơn đáng kể so với phương pháp sấy lạnh sấy lạnh (35,02 mg/ml), điều này đồng nghĩa với việc phương pháp sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt có khả năng chống lại các phản ứng oxy hoá tốt hơn phương pháp sấy lạnh Giá trị ORAC (Oxygen radical absorbance capacity) cũng cho thấy khả năng hấp thụ gốc cao hơn đáng kể khi thực hiện quá trình sấy bằng hơi nước quá nhiệt ở 170 ºC (26,58 μmol TE/1g) so với sấy lạnh (15,18 μmol TE/1g) Kết quả cho thấy rằng phương pháp

sử dụng hơi nước quá nhiệt giúp gia tăng đáng kể khả năng chống oxy hóa của thịt

bơ so với phương pháp sấy lạnh Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt vô cùng triển vọng đối với thịt bơ bởi khả năng tăng cường hàm lượng polyphenol và các hoạt chất chống oxy hoá

Bên cạnh những nghiên cứu đã được trình bày ở trên còn có rất nhiều những nghiên cứu khác ứng dụng công nghệ sấy bằng hơi nước quá nhiệt cho các sản phẩm nông sản đã được các nhà khoa học trên thế giới triển khai Nhìn chung, phương pháp sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt vô cùng triển vọng hứa hẹn sẽ mang lại lợi ích to lớn về cả mặt kĩ thuật lẫn những lợi ích về kinh tế cho các chủ doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực Tuy nhiên ảnh hưởng của phương pháp sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt đến quá trình sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau bao gồm: loại vật liệu sấy, chế độ sấy và các điều kiện liên quan khác,… Ngoài ra, ứng dụng của công nghệ sấy sử dụng hơi nước quá nhiệt mới chỉ dừng lại ở quy

mô nghiên cứu nhỏ lẻ tại các phòng thí nghiệm do thiếu những nghiên cứu tổng

quát Do vậy, một nghiên cứu mang tính tổng quát rất cần được làm sáng tỏ trong thời gian tới

1.5 Nhu cầu ứng dụng công nghệ sấy bơ sử dụng hơi nước quá nhiệt

Hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm bơ chất lượng cao mang lại lợi ích

to lớn về mặt dinh dưỡng và sức khoẻ được người tiêu dùng quan tâm mạnh mẽ Tuy nhiên quả bơ là một trong những loại trái cây tương đối khó bảo quản trong thời gian dài dẫn đến tình trạng thiếu hụt nguồn cung ở thời điểm trái vụ, đòi hỏi các phương pháp bảo quản đặc trưng Tại Việt Nam, hai phương pháp bảo quản

bơ được sử dụng phổ biến là phương pháp bảo quản lạnh và bảo quản khô, ngoài

ra phương pháp chiết xuất tinh dầu cũng được đưa vào ứng dụng tuy nhiên phạm

vi ứng dụng tương đối hẹp, chủ yếu phục vụ trong lĩnh vực thẩm mĩ Là một trong những phương pháp bảo quản được biết đến với thời gian bảo quản lâu dài, phương pháp sấy khô đang được các đơn vị chế biến bơ ứng dụng và phát triển ngày càng rộng rãi Bột bơ khô không những được sử dụng để chăm sóc da mà còn là nguyên liệu dinh dưỡng trong nhiều món ăn và đồ uống Hiện nay trên thị trường sản phẩm bột bơ đang được bán với giá 2180000 VNĐ/1 kg (gấp khoảng 40ൊ50 lần so với giá bơ tươi) Có thể nói, đây hứa hẹn sẽ là sản phẩm đem lại lợi ích kinh tế cao cho các doanh nghiệp

Như chúng ta được biết, quả bơ sau khi bóc bỏ lớp vỏ ngoài sẽ nhanh chóng

bị nâu hóa, quá trình này diễn ra mạnh mẽ khi đặt bơ trong môi trường có nhiệt độ cao, điều này dẫn đến giảm giá trị của sản phẩm đặc biệt đối với các sản phẩm sấy với tác nhân sấy là không khí nóng Nguyên nhân của hiện tượng này là do quá trình oxy hóa cũng như sự hiện diện của các hợp chất phenolic trong chính quả bơ Trong điều kiện có oxy, bên trong quả bơ có chứa một loại enzyme được gọi là polyphenol oxidase Nhóm polyphonenol oxidase này xúc tác quá trình oxy hóa các hợp chất phenolic trong thực vật để tạo thành o−quinons, o−quinones có khả năng polyme hóa, chúng lấy các phân tử nhỏ hơn và liên kết chúng với nhau để tạo thành một chiều dài, sản phẩm của quá trình polyme hóa này gọi là polyphenols

Sự polyme hóa này biểu hiện thành màu nâu của thịt quả bơ khi tiếp xúc với oxy

Sự chuyển màu nâu này không chỉ có ở quả bơ, màu nâu của nhiều loại trái cây khác, chẳng hạn như táo, cũng là hậu quả của phản ứng này Đối với trái cây, đó không phải là một quá trình thẩm mỹ thuần túy Quinones là hợp chất độc đối với

vi khuẩn, vì vậy việc tạo ra chúng từ các hợp chất phenol phục vụ mục đích thiết thực cho trái cây, điều này cho phép trái cây tồn tại lâu hơn một chút sau khi tiếp xúc với oxy trước khi bắt đầu thối rữa

Như vậy, để bơ sau khi sấy đáp ứng được các chỉ tiêu về mặt chất lượng, việc thực hiện quá trình sấy bơ trong không khí nóng là điều gần như không thể Hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng hai phương pháp sấy lạnh và sấy chân không để tránh hiện tượng nâu hóa cũng như giữ được sản phẩm sau khi sấy đạt chất lượng cao Thực tế tại các cơ sở sản xuất bột bơ tại Việt Nam đều sản xuất theo các công nghệ sấy lạnh Phương pháp kể trên đáp ứng tốt nhu cầu về chất lượng sản phẩm, tuy nhiên các phương pháp sấy này có thời gian sấy rất lâu, tiêu

tốn năng lượng và chi phí đầu tư ban đầu cao Chính vì thế, việc tìm ra phương pháp sấy mới, đem lại hiệu quả kinh tế hơn mà không làm ảnh hưởng quá nhiều đến thành phần dinh dưỡng có trong bơ là điều rất cần thiết Phương pháp sấy trong môi trường hơi nước quá nhiệt thay cho không khí bình thường nhằm khắc phục hiện tượng nâu hóa cũng như hạn chế các phản ứng làm suy giảm chất lượng sản phẩm đã được đề xuất đưa vào nghiên cứu Đây hứa hẹn sẽ là phương pháp đem lại hiệu quả cao trong lĩnh vực chế biến các sản phẩm khô từ quả bơ

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH SẤY BƠ

TRONG MÔI TRƯỜNG HƠI NƯỚC QUÁ NHIỆT 2.1 Thí nghiệm sấy bơ bằng hơi nước quá nhiệm

Thiết bị thí nghiệm

Thí nghiệm được thực hiện trên hệ thống sấy buồng sử dụng hơi nước quá nhiệt đã được nhóm tác giả TS Lê Kiều Hiệp cùng các cộng sự tiến hành nghiên cứu, chế tạo và lắp đặt tại phòng thí nghiệm khoa Năng lượng nhiệt, trường Cơ Khí, Đại học Bách khoa Hà Nội Thiết bị thí nghiệm bao gồm một bình sinh hơi,

có khả năng điều khiển nhiệt độ và tỷ lệ hơi – không khí ra nhằm mục đích cung cấp hơi tới buồng sấy, thực hiện quá trình sấy Buồng sấy thực hiện quá trình sấy

có kích thước bên trong cao 35 cm, rộng 25 cm và sâu 35 cm Mặt trước và trên buồng sấy được lắp đặt vật liệu trong suốt giúp cho việc quan sát mẫu thí nghiệm trở nên dễ dàng hơn

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống sấy buồng sử dụng hơi nước quá nhiệt: (1) Bình sinh

hơi, (2) Heater điện, (3) Buồng sấy và (4) Quạt ly tâm

Thiết bị thí nghiệm được tính toán thiết kế đảm bảo không có sự ngưng tụ hay đọng sương ở hai mặt tấm kính Phạm vi nhiệt độ cho phép của buồng sấy dao động từ 30 oC đến 200 oC Tốc độ dòng khí được thổi từ quạt được xác định theo phương trình thực nghiệm; tốc độ này được điều chỉnh ở 4 mức riêng biệt theo yêu cầu của bài toán thực nghiệm Cặp nhiệt được lắp đặt trong buồng sấy và được bọc kín bằng silicon chịu nhiệt độ cao nhằm mục đích ngăn hiện tượng lọt không khí vào từ bên ngoài và hiện tượng tổn thất hơi nước ra môi trường xung quanh Cặp nhiệt này được kết nối trực tiếp đến bộ hiển thị nhiệt độ bên ngoài buồng nhằm

trình sấy Mẫu thí nghiệm được đặt tiếp trên khay sấy lắp đặt bên trong buồng sấy

có kích thước 20ൈ20 cm và cách đáy buồng sấy 10 cm Cân kỹ thuật số PS 750.R1 của hãng Radwag được lắp đặt ở bên dưới buồng sấy, có khả năng đo khối lượng mẫu trong phạm vi từ 0 ൊ750 g với độ chính xác ±0,01 g Cân điện tử được sử dụng để đo lường và hiển thị khối lượng của vật liệu sấy trong suốt quá trình sấy Một quạt ly tâm đặt phía sau dùng để tuần hoàn hơi - không khí bên trong buồng sấy

Hình 2.2 Ảnh chụp thực tế thiết bị thí nghiệm

Vật liệu thí nghiệm

Vật liệu thí nghiệm được sử dụng trong nghiên cứu này là giống bơ sáp phổ biến trên thị trường Việt Nam và được phân phối tại siêu thị Klever Fruit Những quả bơ được lựa chọn trong quá trình thí nghiệm cần có sự đồng đều về độ tươi,

độ chín nhằm đảm bảo tính tin cậy của nghiên cứu Độ ẩm tương đối ban đầu của mỗi quả bơ đạt giá trị 87,94% ± 3%

Chế độ thí nghiệm

Thí nghiệm bao gồm 20 chế độ với 5 mức nhiệt độ khác nhau: 110 oC, 120

oC 130 oC, 140 oC, 150 oC Mỗi giá trị nhiệt độ này tương ứng với 4 giá trị tốc độ quạt đầu vào như được trình bày trong bảng 2.1 Các chế độ đều được tiến hành dưới điều kiện nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển Kết quả đo được ghi vào bảng Excel trước khi được xử lý, phân tích và đánh giá ở các bước tiếp theo

Thực hiện thí nghiệm với 5 mức nhiệt độ 110 oC, 120 oC, 130 oC, 140 oC,

150 oC Nhằm đảm bảo tính chính xác của quá trình thí nghiệm, mỗi chế độ sấy được thực hiện lặp đi lặp lại 3 lần khác nhau Mẫu bơ trải qua quá trình sấy đến khi đạt đến trạng thái cân bằng ẩm Quy trình thực hiện được phân thành 3 giai đoạn chính bao gồm: chuẩn bị vật liệu; thiết lập chế độ thí nghiệm; thực hiện quá trình sấy và ghi kết quả Các bước thực hiện theo thứ tự thời gian được trình bày dưới đây:

– Bước 1: Bơ được chọn lọc là những quả tươi ngon, chín vừa đủ, không bị

dập, úng hay sẹo trên thân; và được chọn mua từ một nguồn cố định để đảm bảo

sự đồng đều của vật liệu trong suốt quá trình thí nghiệm

– Bước 2: Khởi động thiết bị, thiết lập các giá trị nhiệt độ của heater và bình

sinh hơi, tốc độ quạt và tỷ lệ phần trăm của hơi nước

– Bước 3: Hệ thống được mở 30 phút cho đến khi các thông số đạt đến giá trị

ổn định

– Bước 4: Trong khi các giá trị thông số ổn định, tiến hành chuẩn bị mẫu Bơ

được bóc vỏ và cắt thành lát mỏng với đường kính 80 mm, độ dày 2 mm Phần thịt

bơ ngon nhất của quả sẽ được lựa chọn làm mẫu thí nghiệm Cửa buồng sấy được

mở ra trong vòng không quá 10 giây để đặt các mẫu thí nghiệm vào khay sấy, tránh trường hợp để bơ quá lâu trong không khí dẫn tới hiện tượng hoá nâu hoặc oxy hoá, có thể dẫn đến sai số trong việc đánh giá các kết quả trong nghiên cứu

– Bước 5: Đặt các lát bơ lên giá đỡ, bắt đầu quá trình sấy

– Bước 6: Quan sát sự thay đổi các thông số nhiệt độ của hơi và heater cũng

như khối lượng của cân điện tử tránh trường hợp có sự cố xảy ra gây mất ổn định

hệ thống Quan sát sự thay đổi của màu sắc các lát bơ, cùng lúc chụp hình để ghi lại các hiện tượng có thể xảy ra trong quá trình thí nghiệm

– Bước 7: Quan sát khi khối lượng của vật liệu sấy không thay đổi trong 10

phút thì tiến hành lấy mẫu ra

– Bước 8: Bơ được lấy ra và bảo quản trong túi zip có và đặt trong hộp cùng

gói chống ẩm tránh trường hợp ẩm trong môi trường lọt vào nhiều nhất có thể Lưu kết quả thí nghiệm và tiến hành tương tự cho đến khi hoàn thành thí nghiệm

2.2 Cân bằng nhiệt và cân bằng chất trong quá trình sấy bơ

Xét một vật ẩm có khối lượng G = G 0 + G w [kg] Khi đó, nếu ta truyền một

lượng nhiệt vào vật Q = Q 0 + Q w [W], theo định luật bảo toàn năng lượng, vật sẽ

giữ lại một lượng nhiệt là Q = G.c.(dt/dτ), một phần khác sẽ phục vụ quá trình bay hơi của vật có giá trị bằng F.r.m ev, quá trình truyền - nhiệt truyền chất diễn ra được

mô tả trong hình 2.4

Hình 2.4 Quá trình truyền nhiệt – truyền chất trong sấy lát bơ

Phương trình truyền nhiệt được viết dưới dạng:

Với: F – Diện tích bề mặt vật liệu sấy, [m2]

D – Hệ số toả nhiệt đối lưu, [W/m2K]

t f – Nhiệt độ tác nhân sấy, [oC]

t surf – Nhiệt độ bề mặt vật liệu sấy, [oC]

t – Nhiệt độ trung bình vật liệu sấy, [oC]

x Q 0 – Lượng nhiệt dùng gia nhiệt cho vật liệu sấy (làm tăng nhiệt độ vật liệu sấy – nhiệt hiện) [W]

0 G c0 p,0.dt

d

Q

Với: G 0 – Khối lượng vật liệu khô, [kg]

c p,o – Nhiệt dung riêng đẳng áp vật liệu khô, [J/kgK]

τ – Thời gian sấy, [s]

x Q w – Lượng nhiệt dùng gia nhiệt cho ẩm trong vật liệu sấy (làm tăng nhiệt

độ ẩm trong vật liệu sấy – nhiệt hiện) [W]

Với: G w – Khối lượng vật liệu ẩm, [kg]

c p,w – Nhiệt dung riêng đẳng áp vật liệu ẩm, [J/kgK]

τ – Thời gian sấy, [s]

x Q ev – Lượng nhiệt dùng để bay hơi ẩm trong vật liệu sấy (nhiệt ẩn), [W]

Với: r – Nhiệt ẩn hoá hơi của ẩm, [J/kg]

m ev – Mật độ dòng ẩm thoát ra khỏi vật liệu sấy, [kg/m2s] Thông số m ev

là một giá trị quan trọng để đánh giá tốc độ thoát ẩm trong vật liệu sấy

M ev – Dòng ẩm thoát ra khỏi vật liệu sấy, [kg/s]