Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa bổ sung vị dâu

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Trang 24 TÓM TẮT KHÓA LUẬN Đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa bổ sung vị dâu” thực hiện để xác định các hàm mục tiêu gồm: chi p

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT SỮA

CHUA SẤY THĂNG HOA BỔ SUNG VỊ DÂU

GVHD: PGS TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: TRẦN THỊ PHƯƠNG LINH

S K L 0 0 9 6 8 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÃ SỐ: 2022-18116084

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT SỮA CHUA

GVHD: PGS TS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH:

18116084

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 02/2023

SẤY THĂNG HOA BỔ SUNG VỊ DÂU

TRẦN THỊ PHƯƠNG LINH MSSV:

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng tôi có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này Trong những năm học tập tại trường, thầy cô trong Khoa đã tận tâm truyền dạy cho chúng tôi những kiến thức quý báu, những lời khuyên

Chúng tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giảng viên Bộ môn Công nghệ thực phẩm đã luôn hỗ trợ và giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình làm khóa luận Chúng tôi xin cảm ơn quý thầy cô vì đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều về dụng cụ, máy móc, thiết bị trong quá trình làm thực nghiệm

Cuối cùng, chúng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã hết lòng động viên và hỗ trợ chúng tôi về vật chất lẫn tinh thần trong suốt thời gian qua Mặc

dù đã cố gắng hoàn thành khóa luận trong phạm vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận được sự thông cảm, góp ý và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn

Xin kính chúc thầy cô thật nhiều sức khỏe và luôn thành công trên con đường giảng dạy của mình

1 LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong khóa luận tốt nghiệp

là do chính tôi thực hiện Tôi xin cam đoan các nội dung được tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2023

Ký tên

Trần Thị Phương Linh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH xvi

DANH MỤC BẢNG xviii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xx

TÓM TẮT KHÓA LUẬN 1

MỞ ĐẦU 2

1 Tính cấp thiết của đề tài 2

2 Mục tiêu đề tài 2

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu đề tài 3

4 Nội dung nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3

6.1 Ý nghĩa khoa học 3

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 4

7 Bố cục 4

Chương 1 5

1.1 Cơ sở khoa học của máy sấy thăng hoa 5

1.1.1.Định nghĩa 5

1.1.2.Nguyên lý hoạt động 7

1.1.3.Ưu và nhược điểm của sấy thăng hoa 10

1.1.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 11

1.1.5.Sự biến đổi chất lượng của sản phẩm sau khi lạnh đông 12

1.1.6.Hệ thống và thiết bị sấy thăng hoa 14

1.1.7.Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa 16

1.1.8.Các biến đổi ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 17

1.1.9.Một số hệ thống sấy thăng hoa 18

1.1.10.Ứng dụng 19

1.1.11.Tình hình nghiên cứu về lĩnh vực sấy thăng hoa 20

1.2 Nguyên liệu sữa chua 26

1.2.1.Định nghĩa - Nguồn gốc 26

1.2.2.Phân loại 28

1.2.3.Tình hình sản xuất và tiêu thụ sữa chua dâu những năm gần đây 33

1.2.4.Chỉ tiêu đánh giá chất lượng sữa chua dâu sấy thăng hoa 34

1.2.5.Quy trình sản xuất sữa chua 36

1.2.6.Quy trình công nghệ sấy thăng hoa sữa chua dâu 37

1.2.7.Các tính chất nhiệt vật lý của nguyên liệu cần thiết cho quá trình sản xuất 40

1.2.8.Phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa sữa chua dâu 43

1.2.9.Bài toán tối ưu hóa của công nghệ sấy thăng hoa 45

1.2.10.Kết luận 46

Chương 2 48

2.1 Nguyên liệu 48

2.1.1.Nguyên liệu nghiên cứu 48

2.1.2.Phương pháp xử lý nguyên liệu 48

2.2 Phương pháp nghiên cứu 49

2.2.1.Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu 49

2.2.2.Tiến hành nghiên cứu 51

2.3 Phương pháp phân tích các hàm mục tiêu trong công nghệ sấy thăng hoa 54

2.3.1.Xác định chi phí năng lượng (y1) 54

2.3.2.Xác định độ ẩm (y2) 55

2.3.3.Xác định tỷ lệ vi sinh vật sống sót của sản phẩm (y3) 56

2.3.4.Xác định độ xốp của sản phẩm (y4) 57

2.4 Phương pháp nghiên cứu 59

2.4.1.Phương pháp xác định thành phần hóa học của nguyên liệu đầu vào 59

2.4.2.Phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm 59

2.5 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 60

2.6 Phương pháp tối ưu hoa đa mục tiêu trong nghiên cứu công nghệ sản xuất sữa chua dâu sấy thăng hoa 65

2.6.1.Xây dựng BTTƯ một mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa sữa chua dâu 65

2.6.2.Xây dựng BTTƯ hóa đa mục tiêu cho quá trình sấy thăng hoa sữa chua dâu 66

2.7 Phương pháp đánh giá cảm quan sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa 67

2.8 Một số công cụ toán học và công nghệ hỗ trợ quá trình nghiên cứu 68

2.9 So sánh với các sản phẩm trên thị trường hiện nay 68

Chương 3 71

3.1 Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu ban đầu 71

3.2 Xây dựng bảng yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa 71

3.2.1.Nhiệt độ môi trường sấy 71

Hình 3.1 Đồ thị biễu diễn sự thay đổi độ ẩm của sản phẩm theo nhiệt độ 72

3.2.2.Áp suất môi trường sấy 72

3.2.3.Thời gian sấy thăng hoa 73

3.3 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ đến hàm mục tiêu 74

3.4 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu chi phí năng lượng 75

3.5 Xây dựng và giải mô hình toán – hàm mục tiêu độ ẩm của sản phẩm 77

3.6 Xây dựng và giải bài toán – hàm mục tiêu tỷ lệ vi sinh vật sống sót 79

3.7 Xây dựng và giải bài toán – hàm mục tiêu độ xốp của sản phẩm 81

3.8 Xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa để xác định chế độ công nghệ cho quy trình sấy thăng hoa sữa chua dâu 83

3.8.1.Xây dựng bài toán tối ưu hóa một mục tiêu 83

3.8.2.Xây dựng bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu 85

3.9 Kết quả thực nghiệm kiểm chứng – bàn luận 88

3.9.1.Kết quả kiểm chứng bằng thực nghiệm 88

3.9.2.Bàn luận 90

3.10.Đánh giá cảm quan sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa 92

3.11.Đánh giá chất lượng sản phẩm tối ưu 94

3.12.Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sữa chua dâu sấy thăng hoa 95

3.12.1.Sơ đồ quy trình 95

3.12.2.Thuyết minh quy trình 95

3.13.Định mức nguyên liệu và giá thành của sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa 96

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

PHỤ LỤC 105

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Giản đồ trạng thái pha của nước [10] 5

Hình 1.2 Quy trình công nghệ sấy thăng hoa 7

Hình 1.3 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa [10] 7

Hình 1.4 Ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến cấu trúc nguyên liệu 13

Hình 1.5 Buồng sấy thăng hoa 14

Hình 1.6 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng 15

Hình 1.7 Máy bơm chân không 16

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa [10] 16

Hình 1.9 Máy sấy thăng hoa DS-8 [10] 21

Hình 1.10 Hệ thống sấy thăng hoa DS-9 [10] 21

Hình 1.11 Sầu riêng sấy thăng hoa 22

Hình 1.12 a) Quýt sấy thăng hoa; b) Chuối sấy thăng hoa; c) Táo sấy thăng hoa; d) Cà rốt sấy thăng hoa [10] 23

Hình 1.13 Máy sấy thăng hoa một buồng Epsilon 2-40 D [10] 24

Hình 1.14 Máy sấy thăng hoa của Anh [10] 24

Hình 1.15 Máy sấy thăng hoa FD-81 của New Zealand [10] 25

Hình 1.16 Máy sấy thăng hoa của Pháp 26

Hình 1.17 Sữa chua vị dâu tây 27

Hình 1.18 Vi khuẩn trong sữa chua 27

Hình 1.19 Hàm lượng dinh dưỡng trong một vài loại sữa chua 31

Hình 1.20 Quy trình sản xuất sữa chua dâu 36

Hình 1.21 Quy trình sấy thăng hoa sữa chua dâu 38

Hình 1.22 Khuôn silicon đựng sữa chua 39

Hình 1.23 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa sữa chua dâu 43

Hình 2.1 Sữa chua vị dâu 48

Hình 2.2 Sữa chua sau khi rót vào khuôn silicon 48

Hình 2.3 Tủ lạnh âm sâu Arctiko 49

Hình 2.4 Hệ thống sấy thăng hoa DS-12 49

Hình 2.5 Tủ sấy đối lưu Memmert 50

Hình 2.6 Cân phân tích Precisa 50

Hình 2.7 Máy phân tích kết cấu TPA Brookfield Ametek (Model CT3) 51

Hình 2.8 Sơ đồ nghiên cứu hệ thống sản xuất sữa chua dâu sấy thăng hoa 52

Hình 2.9 Màn hình Chương trình điều khiển hệ thống sấy thăng hoa DS–12 53

Hình 2.10 Màn hình của chương trình làm việc của thiết bị đo cấu trúc 58

Hình 2.11 Sơ đồ mối quan hệ mô tả sự ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến các hàm mục tiêu 61

Hình 2.12 Sơ đồ bố trí thực nghiệm: Phương án cấu trúc tâm cấp 2, ba yếu tố 63

Hình 2.13 Sữa chua sấy thăng hoa YoBite 69

Hình 2.14 Sữa chua sấy thăng hoa Yumi Yumi 69

Hình 2.15 Sữa chua ngũ sắc sấy thăng hoa 70

Hình 2.16 Sữa chua sấy thăng hoa Nhất Thiên Hương 70

Hình 3.1 Đồ thị biễu diễn sự thay đổi độ ẩm của sản phẩm theo nhiệt độ……… 71

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm theo áp suất môi trường sấy 72

Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của độ ẩm theo thời gian sấy ……… 72

Hình 3.4 Sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa ở chế độ sấy tối ưu……… 89

Hình 3.5 Đồ thị thể hiện điểm đánh giá cảm quan……… 92

Hình 3.6 Quy trình sản xuất sữa chua dâu sấy thăng hoa theo chế độ công nghệ tối ưu……… 94

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong 100g sữa chua dâu [13] 29

Bảng 1.2 Chỉ tiêu đánh giá cảm quan 34

Bảng 1.3 Chỉ tiêu vi sinh 35

Bảng 1.4 Chỉ tiêu hàm lượng kim loại nặng 35

Bảng 1.5 Chỉ tiêu hóa lý 35

Bảng 2.1 Thông số đo cấu trúc mẫu sữa chua dâu sấy thăng hoa 58

Bảng 2.2 Phương pháp xác định thành phần dinh dưỡng của nguyên liệu sữa chua dâu 59

Bảng 2.3 Các phương pháp đánh giá thành phần hóa học của sản phẩm 59

Bảng 2.4 Các phương pháp đánh giá chỉ tiêu vi sinh của sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa 60

Bảng 2.5 Các phương pháp đánh giá chỉ tiêu kim loại nặng của sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa 60

Bảng 2.6 Các mức yếu tố ảnh hưởng quá trình sấy thăng hoa sữa chua dâu 61

Bảng 2.7 Ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2, k = 3, n0 = 4 61

Bảng 2.8 Thang điểm để đánh giá cảm quan 68

Bảng 3.1 Thành phần dinh dưỡng của sữa chua dâu sấy thăng hoa trong 100g 71

Bảng 3.2 Các mức yếu tố ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy thăng hoa sữa chua dâu 74

Bảng 3.3 Số liệu thực nghiệm của các hàm mục tiêu 74

Bảng 3.4 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 75

Bảng 3.5 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk có hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 76

Bảng 3.6 Hệ số phương sai tj với hàm chi phí năng lượng 76

Bảng 3.7 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 77

Bảng 3.8 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là độ ẩm 77

Bảng 3.9 Hệ số phương trình hồi quy bj, bjk hàm mục tiêu là độ ẩm sản phẩm 78

Bảng 3.10 Hệ số phương sai tj với hàm độ ẩm sản phẩm 78Bảng 3.11 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu

là độ ẩm sản 79Bảng 3.12 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là tỷ lệ VSV sống sót 79Bảng 3.13 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk có hàm mục tiêu là tỷ lệ sống 80Bảng 3.14 Hệ số phương sai tj với hàm tỷ lệ sống sót của vi sinh vật sót của vi sinh vật 81Bảng 3.15 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu

là tỷ lệ vi sinh vật sống sót 81Bảng 3.16 Ma trận quy hoạch thực nghiệm với hàm mục tiêu là độ xốp của sản phẩm 82Bảng 3.17 Hệ số phương trình hồi quy bj và bjk có hàm mục tiêu là độ xốp của sản phẩm 83Bảng 3.18 Hệ số phương sai tj với hàm độ xốp sản phẩm 83Bảng 3.19 Các giá trị phương sai và kiểm định tiêu chuẩn Fisher với hàm mục tiêu

là độ xốp của sản phẩm 83Bảng 3.20 Giá trị tối ưu của từng hàm mục tiêu 85Bảng 3.21 Nghiệm Paréto tối ưu và giá trị hiệu quả Paréto tối ưu 87Bảng 3.22 Kết quả kiểm chứng bằng thực nghiệm 88Bảng 3.23 Độ ẩm của sữa chua dâu sấy thăng hoa 91Bảng 3.24 Độ xốp của sữa chua dâu sấy thăng hoa 92Bảng 3.25 Điểm đánh giá cảm quan của người tiêu dùng 93Bảng 3.26 Thành phần dinh dưỡng của sữa chua dâu sấy thăng hoa trong 100g 94

2 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

VSV: Vi sinh vật

BTTƯ: Bài toán tối ưu

PTHQ: Phương trình hồi quy

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

Chế độ sấy thăng hoa sữa chua dâu tối ưu được thiết lập như sau: nhiệt độ sấy 35,18oC, áp suất môi trường sấy 0,044 mmHg và thời gian sấy 35,022 giờ Việc sử dụng chế độ công nghệ sấy tối ưu giúp hạn chế sự thất thoát của vi sinh vật có lợi trong sữa chua ban đầu cũng như giữ được tối đa hàm lượng chất dinh dưỡng Còn giúp sản phẩm đạt được độ giòn xốp mong muốn Từ đó, giúp kéo dài thời gian bảo quản cũng như dễ dàng vận chuyển sản phẩm đi xa Tóm lại, phương pháp sấy thăng hoa hoàn toàn phù hợp để sấy các loại thực phẩm lỏng như sữa chua Qua nghiên cứu này, giúp ta xây dựng được quy trình công nghệ phù hợp để sản xuất sữa chua dâu sấy thăng hoa và có thể ứng dụng vào sản xuất ở quy mô công nghiệp Từ đó, tạo ra các sản phẩm chất lượng cao để xuất khẩu ra thị trường thế giới và nâng cao vị thế của Việt Nam trong ngành công nghiệp thực phẩm

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, ngành công nghiệp thực phẩm đã và đang được đầu tư, phát triển mạnh mẽ kể cả trong nước lẫn quốc tế Vì vậy, việc ưu tiên nghiên cứu và phát triển

ra những sản phẩm mới phục vụ cho nhu cầu của người tiêu dùng là điều cần thiết Trong đó, sữa và sản phẩm từ sữa là những thực phẩm thiết yếu, có nguồn dinh dưỡng cao như protein, chất béo, đường, khoáng chất, vitamin, Giúp cơ thể phát triển, nâng cao sức khỏe và tăng sức đề kháng giúp phòng chống bệnh tật Các sản phẩm

từ sữa rất đa dạng và được tiêu thụ trên toàn thế giới Sữa chua là sản phẩm ưu thích của người tiêu dùng ở mọi lứa tuổi vì nó có nhiều hương vị thơm ngon, chứa nhiều chất dinh dưỡng như các vitamin nhóm B và vi khuẩn có lợi probiotics giúp tăng cường hệ miễn dịch của cơ thể Tuy nhiên, việc bảo quản sữa chua dưới dạng lỏng có những hạn chế như: hạn sử dụng ngắn, phải bảo quản trong tủ mát nhiệt độ từ 2 –

4oC, việc vận chuyển sữa chua đến tay người tiêu dùng còn nhiều khó khăn Vì vậy,

để giải quyết những hạn chế trên cần tìm ra một phương pháp bảo quản mới

Để đáp ứng nhu cầu bảo quản sữa chua trong thời gian dài từ 6 – 12 tháng trong nhiệt độ thường, tăng tính tiện dụng khi mang đi và việc vận chuyển đến tay người tiêu dùng nhanh chóng thì công nghệ bảo quản sữa chua đã ra đời Việc bảo quản thực phẩm bằng phương pháp sấy đã trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi hơn Phương pháp sấy nhằm mục đích làm giảm độ ẩm, ngăn ngừa sự sinh sản và phát triển của các loài vi sinh vật gây thối rữa và làm chậm các phản ứng sinh hóa gây hư hỏng thực phẩm

Trên thị trường hiện nay, nhu cầu sử dụng sản phẩm vừa có tính tiện dụng cao, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm vừa tốt cho sức khỏe ngày càng tăng Chính vì

thế, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất sữa chua sấy thăng hoa bổ sung vị dâu” với mong muốn giải quyết được những vấn đề

và đáp ứng những nhu cầu trên của người tiêu dùng

2 Mục tiêu đề tài

Đề tài nghiên cứu hướng đến mục tiêu tính toán, xây dựng quy trình sản xuất

sữa chua dâu sấy thăng hoa và xác lập các thông số công nghệ (nhiệt độ, áp suất, thời

gian) tối ưu nhất trên thiết bị sấy thăng hoa DS – 12

3 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu đề tài

Đối tượng nghiên cứu: Sữa chua vị dâu tây và thông số công nghệ tối ưu cho

nguyên liệu sấy

Giới hạn nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu xác lập các thông số công

nghệ tối ưu cho sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa trên hệ thống sấy thăng hoa DS

– 12 Từ đó xây dựng quy trình công nghệ cho sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về nguyên liệu sữa chua dâu và công nghệ sấy thăng hoa

- Xác định thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của nguyên liệu sữa chua dâu và sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa

- Mô tả động học, xây dựng và giải bài toán tối ưu hóa nhằm xác lập thông số cho công nghệ sản xuất sữa chua dâu sấy thăng hoa

- Tiến hành thực nghiệm để thiết lập quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa

- Tính toàn giá thành sản phẩm

- Kết luận và kiến nghị

5 Phương pháp nghiên cứu

- Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

- Phương pháp phân tích: Xác định thành phần hóa học của nguyên liệu và các hàm mục tiêu về chất lượng sản phẩm

- Phương pháp tiếp cận hệ thống để phân tích xác lập mối quan hệ giữa đại lượng đầu vào

- Phương pháp mô hình hóa và tối ưu hóa ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2 bằng phương pháp vùng cấm

- Ngoài ra còn sử dụng các phần mềm hỗ trợ như: Microsoft Excel, Microsoft Word…

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu này làm cơ sở khoa học cho việc xây dựng các thông số công nghệ tối ưu của sản phẩm sữa chua dâu sấy thăng hoa Qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm và có sự hỗ trợ của các công cụ toán học để có thể mô hình hóa và giải bài toán tối ưu hóa quá trình sấy thăng hoa Từ kết quả nghiên cứu này, có thể làm cơ

sở để tiếp tục phát triển và hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất sữa chua dâu sấy thăng hoa

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đối với nhu cầu ngày càng đa dạng và khắt khe của người tiêu dùng dẫn đến thị trường ngày càng cạnh tranh, việc tạo ra sản phẩm mới thỏa mãn sự lựa chọn của khách hàng là cần thiết Do đó, đề tài này sẽ tạo tiền đề cho sự phát triển công nghệ sấy thăng hoa nói chung và công nghệ sấy thăng hoa sữa chua dâu nói riêng Công nghệ này giúp giữ lại các dưỡng chất quan trọng và mang đến cho các doanh nghiệp một phương pháp bảo quản mới Cải tiến và đổi mới các sản phẩm là cách mà các doanh nghiệp tham gia vào thị trường cạnh tranh khắc nghiệt như hiện nay Đồng thời giúp tạo ra các sản phẩm chất lượng cao để xuất khẩu ra thị trường thế giới và nâng cao vị thế của Việt Nam trong ngành công nghiệp thực phẩm

7 Bố cục

Luận văn nghiên cứu này được trình bày trong các chương bao gồm:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và bàn luận

Kết luận – Kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

áp suất và nhiệt độ thấp, dưới điểm ba thể O tương ứng với 4,58 mmHg (hoặc 0,006 atm) và 0,0098 0C được thể hiện trong hình 1.1[10] Sau khi sấy xong, nguyên liệu gần như vẫn giữ nguyên được chất lượng như ban đầu Hàm lượng protein và gluxit của sản phẩm không bị thủy phân và biến tính; vitamin và các hoạt chất sinh học không bị phá hủy; màu sắc và mùi vị giữ nguyên Nguyên liệu sau khi sấy xong có cấu trúc giòn xốp, khi ngâm vào nước nó hoàn nguyên trở lại trạng thái ban đầu mà các phương pháp sấy khác không thể làm được

Hình 1.1 Giản đồ trạng thái pha của nước [10]

• Các quá trình chuyển pha của nước:

- Khi điều kiện áp suất PM = const, khi cấp một lượng nhiệt vào thì thấy nhiệt

độ của nước sẽ tăng từ TM đến TG, trạng thái của nước xảy ra theo M – G, khi ở G nước ở thể hơi, khi ở M nước ở thể lỏng Đây là hiện tượng diễn ra thường xuyên trong quá trình sấy nguyên liệu ẩm

- Khi điều kiện nếu giảm áp suất PM xuống dưới 760mmHg, thì quá trình sấy

sẽ diễn ra theo đường M – L Đây là hiện tượng diễn ra thường xuyên trong quá trình sấy chân không

- Khi điều kiện áp suất PM = const, khi lấy một lượng nhiệt ra sẽ làm giảm nhiệt độ của nước từ TM xuống TN = TR = TH , thì trạng thái pha của nước sẽ diễn ra theo M – N, khi ở M nước là thể lỏng, khi ở N nước là thể rắn (đá) Đây là hiện tượng diễn ra thường xuyên trong quá trình đông lạnh vật liệu

Khi điều kiện áp suất PR = const < PO = 4,58mmHg, nước ở thể rắn tại R sẽ

có nhiệt độ TH = TR Ở mỗi giá trị nhiệt độ của nước đá tương ứng TH ta sẽ có một

áp suất thăng hoa tương ứng là PH (điểm H) và ngược lại Vì vậy, nếu để nước đá trong môi trường có áp suất là PR, có PH < PR < 4,58 mmHg, tương ứng có nhiệt độ khi thăng hoa của nước đá là Tth = TF > TH

Tại thời điểm này nước đá chưa thể thăng hoa ngay (điểm R) mà phải qua một giai đoạn truyền nhiệt đốt nóng (đoạn RF), để có thể nâng nhiệt độ từ TR = TH lên đến

TF (tương ứng với PR = PF), lúc này nước đá sẽ bắt đầu thực hiện quá trình thăng hoa, quá trình này sẽ diễn biến theo đường R – Q và cần có lượng nhiệt cấp vào Q =

Gndcnd(TF – TH) Trong đó, Gnd, cnd là khối lượng và nhiệt dung riêng của nước đá Nên sẽ tiêu tốn một khoảng thời gian và năng lượng để có thể nâng nhiệt trước khi thực hiện quá trình thăng hoa

Khi nước đá được đặt trong môi trường với áp suất là PD, với PD <= PH < 4,58 mmHg, ứng với nó sẽ có nhiệt độ thăng hoa của nước đá TD <= TH, lúc đó nước đá

sẽ thực hiện quá trình thăng hoa ngay tại điểm H (trong thực tế điểm thăng hoa là E) Động lực quá trình thăng hoa là: ΔT = TH – TD Vì thế, giúp rút ngắn thời gian thăng hoa, khi có một lượng nhiệt cấp vào sẽ làm tăng động lực thăng hoa nước đá, đây là hiện tượng xảy ra thường xuyên trong quá trình sấy thăng hoa vật liệu ẩm [10]

1.1.2 Nguyên lý hoạt động

So với các phương pháp sấy khác, sấy thăng hoa là một trong những phương

pháp được thực hiện bởi một hệ thống thiết bị phức tạp theo sơ đồ quy trình công nghệ như sau:

Hình 1.2 Quy trình công nghệ sấy thăng hoa

Quá trình sấy thăng hoa được chia thành 3 giai đoạn: [10]

Giai đoạn 1: Giai đoạn làm lạnh đông

Giai đoạn 2: Giai đoạn sấy thăng hoa

Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy chân không làm bay hơi ẩm còn lại

Hình 1.3 Đồ thị làm việc của buồng sấy thăng hoa [10]

Sử dụng nguồn nhiệt bức xạ, nhiệt độ lạnh đông (-35 ÷ -30)oC

1 - nhiệt độ tấm gia nhiệt; 2 - nhiệt độ môi trường sấy thăng hoa;

Nguyên

liệu

Các bước chuẩn

bị ban đầu cần thiết

Lạnh đông sản phẩm

Sản phẩm ghép

mí chân không

Sấy chân không nhiệt

độ thấp (nếu có) Sấy thăng hoa sản phẩm

Bảo quản sản phẩm

3 - nhiệt độ thực phẩm sấy; 4 - nhiệt độ ở lối ra buồng thăng hoa;

5 - độ ẩm của thực phẩm sấy; 6 - áp suất trong buồng sấy thăng hoa

Giai đoạn lạnh đông

Giai đoạn này là giai đoạn đầu tiên trong quá trình sấy thăng hoa, sản phẩm sấy sẽ được làm lạnh đông từ nhiệt độ khoảng (20 ÷ 25)0C xuống đến khoảng (-35 ÷ -30)0C, với nhiệt độ này nước trong nguyên liệu sẽ bị đông lạnh gần như hoàn toàn Mỗi loại nguyên liệu sấy khác nhau sẽ có một nhiệt độ lạnh đông khác nhau, nhưng

để đảm bảo cho sự kết tinh của nước bên trong nguyên liệu phải đạt đến 100%, còn những loại vật liệu mà nhiệt độ cuối cùng của giai đoạn lạnh đông chỉ từ khoảng (-22

÷ -20)0C thì nước đã kết tinh hoàn toàn Hình 1.3 cho thấy, đường (3) biểu thị cho nhiệt độ của sản phẩm sấy, trong cùng giai đoạn này áp suất ở bên trong buồng sấy thăng hoa là đường (6) và buồng lạnh đông của nguyên liệu không đổi và bằng với

áp suất khí quyển

Khi quá trình làm lạnh diễn ra, nhiệt độ không khí giảm sẽ dẫn đến áp suất giảm (thể tích buồng sấy thăng hoa kín và không thay đổi) Ở giai đoạn này, một lượng ẩm thoát ra ngoài rất ít, phần lớn là do sự bay hơi và thăng hoa của nước trên

bề mặt nguyên liệu sấy Quá trình thoát ẩm này là do sự chênh lệch áp suất riêng phần hơi nước bên trong môi trường sấy thăng hoa và lớp không khí sát với bề mặt sản phẩm Sự chênh lệch giữa nhiệt độ thực phẩm lạnh đông này với nhiệt độ của môi trường lạnh đông cũng là nguyên nhân làm bay hơi ẩm để đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt [10]

Giai đoạn sấy thăng hoa

Sau khi nguyên liệu đạt tới nhiệt độ lạnh đông thích hợp, sẽ kết thúc giai đoạn lạnh đông, sau đó bơm hút chân không sẽ bắt đầu hoạt động, áp suất buồng sấy lúc này hạ rất nhanh và tạo môi trường chân không, áp suất gần như không thay đổi Pm

= (0,001 ÷ 1) mmHg, đường (6) Vì có sự chênh lệch áp suất hơi nước trong môi trường sấy Pnm quá lớn và áp suất riêng phần hơi nước ở sản phẩm Pn, cùng với dòng nhiệt bức xạ từ các tấm gia nhiệt kim loại để đốt nóng đã làm cho sự chênh lệch nhiệt

độ giữa sản phẩm và môi trường sấy khá lớn Kết quả là nước trong vật liệu lạnh đông

sẽ bắt đầu thăng hoa mãnh liệt, còn độ ẩm giảm rất nhanh và tuyến tính (đường (5))

Vậy nên, giai đoạn này có thể xem là giai đoạn sấy đẳng tốc, lượng nhiệt bức

xạ nhận được trong giai đoạn này dùng để biến thành nhiệt ẩn thăng hoa và nhiệt độ nguyên liệu sấy gần như không thay đổi, xem đường (3) Trên thực tế, nhiệt độ sản phẩm sấy sẽ tăng nhưng sẽ rất chậm, ở cuối của giai đoạn sấy nhiệt độ vật liệu sấy sẽ tăng dần từ (-30 ÷ -25)0C đến 0,00980C (Tkt là nhiệt độ kết tinh của ẩm trong sản phẩm), tại đây kết thúc giai đoạn thăng hoa [10]

Trong giai đoạn thăng hoa này, nhiệt độ ở lối ra của buồng thăng hoa gần như không thay đổi, xem đường (4) hình 1.3, điều này cho thấy nhiệt độ ở thiết bị ngưng

tụ – đóng băng cũng gần như không thay đổi trong suốt quá trình Nhiệt độ môi trường giữa các tấm gia nhiệt và nhiệt độ của các tấm gia nhiệt kim loại gần như không đổi khi diễn ra quá trình thăng hoa cũng như sấy nhiệt, xem đường (1) và (2) hình 1.3 Nhiệt độ của các tấm gia nhiệt trong công nghệ sấy thăng hoa, phải duy trì trong khoảng từ (0 ÷ 45)0C, ứng với nhiệt độ của môi trường sấy khoảng từ (0 ÷ 40)0C tùy thuộc vào từng yêu cầu của từng quy trình công nghệ Cuối cùng, để sản phẩm sấy đạt chất lượng tốt thì khi kết thúc giai đoạn này độ ẩm sản phẩm phải đạt độ ẩm như yêu cầu [10]

Giai đoạn sấy chân không làm bay hơi ẩm còn lại

Đến cuối quá trình thăng hoa, nhiệt độ của sản phẩm sấy đạt Tkt (0C), áp suất môi trường sấy chân không không thay đổi, sẽ dao động khoảng (0,001 ÷1) mmHg, nhưng áp suất riêng của phần ẩm còn lại trong sản phẩm lớn hơn 4,58 mmHg (áp suất của điểm ba thể) Vậy nên, độ ẩm trong sản phẩm sấy sẽ về lại trạng thái lỏng

Vì áp suất bên trong môi trường sấy cần được duy trì bởi bơm chân không là

áp suất chân không khoảng từ (0,001 ÷ 1) mmHg, và vật liệu sấy vẫn được cấp nhiệt bằng bức xạ nhiệt nên ẩm sẽ không ngừng biến đổi pha từ dạng lỏng sang dạng hơi sau đó khuếch tán, bay hơi vào môi trường sấy trước khi đi về lại thiết bị bình ngưng

tụ – đóng băng Do vậy, trong giai đoạn này sẽ loại bỏ đi phần hơi ẩm còn lại chính

là giai đoạn sấy chân không ở nhiệt độ thấp Sự chênh lệch giữa áp suất riêng phần hơi nước và nhiệt độ giữa sản phẩm và môi trường sấy là động lực của quá trình bay hơi – khuếch tán

Khi giai đoạn sấy chân không nhiệt độ thấp kết thúc, sản phẩm sấy sẽ có độ

ẩm đạt yêu cầu hoặc nhiệt độ giữa các tấm gia nhiệt kim loại, nhiệt độ môi trường sấy và nhiệt độ sản phẩm như nhau Từ hình 1.3, ta thấy đường (1), đường (2) và đường (3) giao nhau tại một điểm Tại đây sẽ xảy ra hiện tượng cân bằng giữa nhiệt

và ẩm, lượng ẩm trong nguyên liệu sấy không thể bốc hơi được nữa nên độ ẩm sản phẩm sấy đạt tới độ ẩm cân bằng (đường (5)) [10]

Trong sấy thăng hoa, quá trình di chuyển ẩm sẽ khác với quá trình di chuyển

ẩm trong các phương pháp sấy khác khi ở áp suất khí quyển (P = 760 mmHg = 1atm)

Vì môi trường chân không không tồn tại trường lực đàn hồi của không khí nên khi thăng hoa, các phân tử nước không va chạm vào nhau, các phân tử nước tương tác với nhau không thể va chạm bởi lực đẩy ra xa nên điều này được chứng minh trong thuyết chuyển động các hạt vật chất của Plank R Vì vậy, sấy thăng hoa có một ưu điểm rất lớn là bảo toàn được chất lượng sinh học và hàm lượng dinh dưỡng của sản phẩm sấy còn giúp sản phẩm sấy không bị oxy hóa [10]

1.1.3 Ưu và nhược điểm của sấy thăng hoa

Ưu điểm

- Trong môi trường chân không các sản phẩm sấy sẽ không bị oxy hóa

- Sấy thăng hoa ở nhiệt độ và áp suất thấp sẽ không làm tổn thất các thành phần nhạy cảm với nhiệt trong thực phẩm như các loại vitamin, các chất có hoạt tính sinh học cao, chất khoáng,…

- Giữ nguyên được màu sắc, mùi vị và các chất dinh dưỡng,… ban đầu có trong thực phẩm

- Giữ được hình dạng ban đầu của sản phẩm có cấu trúc rắn, ít bị co và không

Nhược điểm

- Nhược điểm lớn nhất của hệ thống sấy thăng hoa là chi phí sấy 1 kg sản phẩm rất cao (chi phí đầu tư thiết bị,…), hệ thống phức tạp, phải dùng đồngthời bơm chân không và máy lạnh Do đó, vận hành phức tạp và đòi hỏi công nhân có trình độ kỹ thuật cao [10]

- Sản phẩm rất dễ bị hút ẩm trong quá trình bảo quản

- Trong quá trình vận chuyển, vì sản phẩm có cấu trúc giòn xốp nên dễ bị bể hoặc nứt, vỡ nếu không được bảo quản cẩn thận trong bao bì thích hợp

- Sản phẩm sấy thăng hoa sẽ tiêu tốn nhiều thời gian dẫn đến giá thành sản phẩm cao hơn các sản phẩm được sấy bằng các phương pháp khác

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa

Nhiệt độ

Nhiệt độ trong quá trình sấy thăng hoa tạo động lực cho quá trình truyền nhiệt, tách ẩm Đây là một trong những yếu tố chính sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cảm quan, mức độ chấp nhận của người tiêu dùng đối với sản phẩm, hạn sử dụng của sản phẩm, vì nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến màu sắc và hoạt độ nước của sản phẩm Nếu nhiệt độ không phù hợp sẽ dẫn đến sự hư hỏng cấu trúc và làm sản phẩm sấy bị phồng rộp, biến dạng làm mất giá trị cảm quan của sản phẩm.[31]

Nhiệt độ của môi trường sấy càng cao thì quá trình hút ẩm và truyền nhiệt sẽ tăng lên, nhiệt độ vật liệu sấy tăng nhanh, khi đó ẩm sẽ chuyển sang thể lỏng Giai đoạn sấy thăng hoa sẽ kết thúc sớm hơn, nhưng nhiệt độ của sản phẩm sấy sẽ tăng lên và độ ẩm sẽ không đạt yêu cầu Do vậy, cần phải có quá trình sấy chân không, dẫn đến thời gian sấy kéo dài, sản phẩm sấy bị biến tính, giảm khả năng hoàn nguyên, giảm chất lượng sản phẩm, tăng chi phí năng lượng Ngược lại, nếu sấy ở nhiệt độ thấp sẽ làm giảm quá trình hút ẩm, chất lượng sản phẩm cao hơn, chi phí năng lượng cao hơn [10]

Thời gian

Nếu thời gian sấy quá ngắn, độ ẩm sẽ không lý tưởng dẫn đến hạn sử dụng của sản phẩm ngắn Ngược lại, nếu thời gian sấy quá lâu, chi phí năng lượng sẽ tăng lên dẫn đến giá thành sản phẩm cao Vì cơ chế hút ẩm từ pha rắn sang pha khí trong quá

trình sấy thăng hoa xảy ra khi nhiệt độ tấm gia nhiệt thấp hơn nhiệt độ kết tinh, khác với cơ chế hút ẩm từ pha lỏng sang pha khí trong quá trình sấy chân không nên tính chất hóa học và các chất dinh dưỡng sẽ bị ảnh hưởng [12] Thời gian sấy thăng hoa lâu hơn dẫn đến tăng chi phí năng lượng, do sản phẩm có độ ẩm 3-5% sau khi sấy là đạt yêu cầu Ngoài ra, khi thời gian sấy thăng hoa ngắn và sấy chân không dài sẽ có ảnh hưởng lớn đến mức độ hoàn nguyên của sản phẩm, chất lượng sản phẩm sấy và làm tăng chi phí năng lượng [10]

Bề dày lớp sản phẩm

Bề dày của lớp sản phẩm ảnh hưởng đến tốc độ khi cấp đông Khi chiều dày của lớp sản phẩm lớn, tốc độ lạnh đông giảm và sản phẩm sẽ đạt đến nhiệt độ lạnh đông thích hợp chậm hơn Ngược lại, giảm chiều dày của lớp sản phẩm sẽ làm tăng tốc độ lạnh đông, từ đó sản phẩm đạt đến nhiệt độ lạnh đông thích hợp nhanh hơn Thay đổi độ dày sản phẩm sấy sẽ luôn ảnh hưởng đến tốc độ cấp đông và ảnh hưởng đến chi phí năng lượng của quá trình lạnh đông [10]

1.1.5 Sự biến đổi chất lượng của sản phẩm sau khi lạnh đông

Các thành phần dinh dưỡng của sữa chua dâu có một số biến đổi diễn ra phức tạp trong quá trình lạnh đông Những biến đổi này phụ thuộc vào sự thay đổi tính chất hóa lý của độ ẩm và kích thước của các tinh thể ẩm kết tinh tạo thành, tốc độ làm lạnh đông Đối với hệ thống sấy thăng hoa cần nhiệt độ môi trường lạnh đông sản phẩm

từ -500C đến -400C, nhiệt độ môi trường hóa đá -300C đến -400C (-300C được xem là tốt nhất)

Trong quá trình đông lạnh, sự hình thành băng bên trong của nguyên liệu sữa chua dâu tây được coi là sự thay đổi đáng kể nhất trong cấu trúc của nguyên liệu Tùy thuộc vào từng loại nguyên liệu khác nhau để xác định được sự thay đổi cấu trúc, các loại nguyên liệu khác nhau thì mức độ biến đổi cấu trúc sẽ khác nhau Mức độ thay đổi cấu trúc của nguyên liệu sẽ phụ thuộc vào kích thước của các tinh thể đá để tạo thành cũng như tốc độ của quá trình lạnh đông Khi chuyển từ dạng lỏng sang dạng rắn, thể tích của nước tăng lên khoảng 9%

Vì vậy, sau khi thực hiện quá trình lạnh đông thể tích của nguyên liệu có thể tăng hơn phụ thuộc vào một số yếu tố như hàm lượng ẩm trong nguyên liệu, các thành phần tạo thành tinh thể,…

Hình 1.4 Ảnh hưởng của quá trình lạnh đông đến cấu trúc nguyên liệu

Trong khi diễn ra quá trình lạnh đông chậm (hình (a)) các tinh thể bên trong nước đá tạo thành kích thước lớn sẽ phá vỡ cấu trúc protein (do nước tách ra để kết tinh) của sản phẩm, dẫn đến biến tính protein Kết quả sẽ dẫn đến khả năng hút nước

và giữ nước sau này của protein, làm thay đổi một số tính chất sinh hóa quan trọng của sản phẩm, làm giảm chất lượng của sản phẩm Quá trình lạnh đông chậm sẽ làm giảm thể tích của tế bào [4]

Khi lạnh đông nhanh (hình (b)) Theo Heldman, độ ẩm trong sản phẩm sẽ kết tinh đồng loạt tại chỗ (giống dạng vô định hình) các tinh thể nước đá tạo thành có kích thước nhỏ, không làm phá vỡ cấu trúc protein, làm cấu trúc sản phẩm ổn định, các tính chất sinh hóa của sản phẩm được bảo toàn, chất lượng sản phẩm được bảo toàn Theo Taylor, quá trình lạnh đông thực phẩm được tiến hành càng nhanh càng tốt ở môi trường có nhiệt độ ẩm sâu (dưới – 50oC) Lúc này, dễ xảy ra hiện tượng

cháy lạnh tại bề mặt của sản phẩm, dẫn đến kết quả sản phẩm bị biến tính, chất lượng sản phẩm giảm đi, khó hoàn nguyên trở lại trạng thái ban đầu Quá trình lạnh đông càng nhanh, sự chênh lệch áp sất riêng phần của hơi nước sẽ càng nhỏ làm cho cấu trúc của sản phẩm sẽ ít biến đổi Tuy nhiên, đối với một số sản phẩm khác khi lạnh đông nhanh sẽ bị vỡ cấu trúc, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm [4]

1.1.6 Hệ thống và thiết bị sấy thăng hoa

Buồng sấy thăng hoa

Trong hệ thống sấy, buồng sấy thăng hoa chính là buồng cấp đông sản phẩm (hệ thống tự cấp đông), đây là nơi chứa sản phẩm sấy và thực hiện quá trình sấy thăng hoa Buồng sấy thăng hoa có dạng hình trụ kín, thẳng đứng hoặc nằm ngang Vật liệu sau khi làm lạnh đông sẽ được đưa vào buồng sấy thăng hoa Buồng sấy phải đảm bảo được đóng kín để áp suất chân không và các ngăn được kiểm soát nhiệt độ có thể quan sát môi trường sấy trong cả quá trình sấy thăng hoa Mật độ vị trí đặt sản phẩm

và cường độ bay hơi tối đa Đồng thời, trong môi trường chân không, truyền nhiệt và sấy khô nên ở mức tối đa

Hình 1.5 Buồng sấy thăng hoa Thiết bị ngưng tụ - đóng băng

Đây là hệ thống lạnh quan trọng, chạy cho buồng hóa đá và buồng cấp đông sản phẩm: Khi hơi ẩm thoát ra khỏi sản phẩm sấy sẽ được làm lạnh để hóa đá trước khi được bơm chân không hút ra ngoài Nó còn giúp cho bơm chân không làm việc

ổn định, không gây va đập dẫn đến việc hư hỏng bơm chân không Và giúp cho nhiệt

độ bơm chân không ổn định hơn, cường độ bay hơi nước khi quá trình sấy diễn ra ổn

định, bởi vì nhiệt độ ngưng tụ - đóng băng luôn được giữ ở mức ổn định Thiết bị ngưng tụ - đóng băng được thiết kế ở dạng ống chùm, hơi ẩm và không khí đi ra bên ngoài, còn môi chất lạnh đi bên trong

Hình 1.6 Thiết bị ngưng tụ - đóng băng

1- Đường nối với buồng thăng hoa; 2- Đường nối với bơm chân không; 3- Đường môi chất lạnh sau khi qua van tiết lưu vào; 4- Đường môi chất lạnh ra khỏi thiết bị ngưng tụ – đóng băng; 5- Đường xả nước ra ngoài; 6- Đường nối với bơm nước xả nước về bể chứa; 7- Ống trao đổi nhiệt; 8- Xyfon; 9- Van chặn; 10- Thiết bị ngưng

tụ – đóng băng

Bơm chân không

Hệ chân không kết nối với buồng sấy và buồng hóa đá: Tác dụng là loại trừ không khí ngưng tụ bên trong ra khỏi buồng sấy để tạo môi trường chân không trong quá trình sấy Cường độ bay hơi ẩm phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất riêng phần của nước và hơi ẩm trên bề mặt vật liệu sấy Môi trường sấy thăng hoa phải tuân theo các yêu cầu như sau [58]: Áp suất trong môi trường sấy phải nhỏ hơn điểm ba thể (P0

= 4,58 mmHg) Và cường độ bay hơi lớn nhất xảy ra khi áp suất của môi trường sấy thăng hoa dao động trong khoảng (0,001 ÷ 1) mmHg Thời gian máy bơm chân không hút khí từ áp suất khi quyển đến áp suất chân không được cài đặt trên thiết bị Tác dụng của việc này là giúp nhiệt độ vật liệu sấy không tăng trong lúc môi trường tạo chân không

Hình 1.7 Máy bơm chân không

Hệ thống đo lường, điều khiển

Hệ thống đo lường, điều khiển trong quá trình sấy thăng hoa: Gồm các thiết bị điều khiển được tự đông hóa, tín hiệu và thiết bị được điều khiển và hoạt động có tổ chức do các chương trình đã được thiết lập sẵn giúp việc quan sát và theo dõi các yếu

tố công nghệ trên màn hình hệ thống sấy thăng hoa dễ dàng hơn

Để hệ thống sấy thăng hoa đạt chất lượng tốt, vận hành ổn định và thương mại hóa trên thị trường được cần đòi hỏi nhà sản xuất phải thiết kế, tính toán một cách chính xác, diện tích bề mặt truyền nhiệt trong cả giai đoạn lạnh đông, giai đoạn sấy thăng hoa đến công suất của các thiết bị bên trong hệ thống sấy

1.1.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa [10]

1- Máy nén cấp 2; 2- Bình tách dầu; 3- Thiết bị ngưng tụ; 4- Bình chứa cao áp; 5- Phin lọc; 6- Mắt gas; 7- Van điện từ; 8- Van tiết lưu 1; 9- Bình tách lỏng; 10- Máy nén cấp 1; 12- Thiết bị hóa đá; 13- Bơm hút chân không; 14- Buồng thăng hoa; 15- Tấm gia nhiệt và đặt vật liệu sấy; 16- Đường xả nước ngưng; P k - Áp kế cao áp; P 0 - Áp kế thấp áp; P TG - Áp kế trung gian; P ck - Áp kế chân không

1.1.8 Các biến đổi ảnh hưởng đến quá trình sấy thăng hoa

Biến đổi vật lý

Tính chất vật lý của nguyên liệu sấy sẽ bị thay đổi như: hình dạng, kích thước, khối lượng, khối lượng riêng, độ giòn… tùy thuộc vào tính chất của nguyên liệu và các thông số công nghệ trong quá trình sấy mà những thay đổi này sẽ diễn ra theo các cấp độ khác nhau Sự khuếch tán ẩm xảy ra do sự khác biệt về độ ẩm ở các vùng khác nhau trong vật liệu mẫu Ở giai đoạn sấy đẳng nhiệt, các phân tử nước ở vùng trung tâm của vật liệu sẽ di chuyển đến các vùng biên [22]

Biến đổi hoá học

Protein, carbohydrate, lipid, khoáng chất, các acid béo và amino acid tự do, (thành phần chính của chất khô trong nguyên liệu sấy) và vitamin của sản phẩm sấy

là một số yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm sau khi sấy Các chất khô này kết hợp với độ ẩm tạo thành khi đông lạnh, chúng kết tinh cùng với phân tử nước

Theo Carslaw và Taylor, việc hao hụt các thành phần chất khô sau khi sấy thăng hoa không vượt quá 3%, còn trên 3% thì phương pháp sấy thăng hoa được coi

là không phù hợp Trường hợp sấy thăng hoa trong môi trường nhiệt độ và áp suất thấp, các phân đoạn làm khô sẽ ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố công nghệ như nhiệt

độ, áp suất và thời gian sấy Đối với hàm lượng vitamin của sản phẩm, thông qua quá trình sấy thăng hoa ở nhiệt độ thấp trong môi trường chân không, sản phẩm giữ được đặc tính tự nhiên ban đầu, vitamin vẫn được giữ nguyên [24]

Biến đổi vi sinh

Trong thời gian diễn ra quá trình sấy, sự trao đổi chất của tế bào, mô ở thực vật và động vật ngừng lại khi nhiệt độ sấy cao Nguyên nhân là do hệ thống enzym của tế bào bị bất hoạt và không thể phục hồi Ngoài ra, các thành phần khác của tế bào như DNA, cũng có thể bị biến tính do nhiệt độ cao Các vi sinh vật bên trong nguyên liệu sấy cũng bị ức chế hoặc bị tiêu diệt một phần trong quá trình sấy do tác