Thực hành các công nghệ tiên tiến trong công nghiệp thực phẩm báo cáo kĩ thuật sấy phun

Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến tốc độ bay hơi ẩm của quá trình sấy phun, tại nhiệt độ 160oC .... 1.4 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy phun - Nhiệt độ

THỰC HÀNH CÁC CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN TRONG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

BÁO CÁO:

KĨ THUẬT SẤY PHUN

HỌC VIÊN:

Đỗ Quốc Khánh – 2370259 Nguyễn Thị Mỹ Trà – 1953031 Nguyễn Lê Minh Tú – 1953082

—&–

2

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

DANH MỤC BẢNG 4

1 Tổng quan về kỹ thuật sấy phun 5

1.1 Giới thiệu 5

1.2 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun 5

1.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy 7

1.4 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy phun 7

2 Thí nghiệm sấy phun 8

2.1 Mục đích thí nghiệm 8

2.2 Nguyên liệu 8

2.2.1 Tổng quan nguyên liệu 8

2.2.2 Giá trị dinh dưỡng 9

2.3 Phương pháp nghiên cứu 9

2.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị 9

2.3.2 Phương pháp 10

3 Kết quả và thảo luận 13

3.1 Kết quả thô 13

3.2 Kết quả xử lý 14

3.3 Thảo luận 15

3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô đến quá trình sấy phun 15

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sấy phun 19

3.3.3 Đánh giá cảm quan sản phẩm sau sấy 22

4 Kết luận 24

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Hệ thống thiết bị sấy phun 6Hình 2 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến hiệu suất thu hồi của quá trình sấy phun, tại nhiệt độ 160oC 15Hình 3 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến tốc độ bay hơi ẩm của quá trình sấy phun, tại nhiệt độ 160oC 16Hình 4 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến độ ẩm sản phẩm, tại nhiệt

độ 160oC 17Hình 5 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến độ thấm ướt của sản phẩm, tại nhiệt độ 160oC 18Hình 6 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào tới hiệu suất thu hồi của quá trình sấy phun, khi HLCK là 30% 19Hình 7 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào đến tốc độ bay hơi ẩm, khi HLCK là 30% 20Hình 8 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào đến độ ẩm sản phẩm, khi HLCK là 30% 21Hình 9 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào đến độ thấm ướt, khi HLCK

là 30% 22Hình 10 Màu sắc của sản phẩm bột củ dền (từ trái qua phải: nhóm 1, 2, 3, 4) 23Hình 11 So sánh khả năng hoàn nguyên của sản phẩm 24

4

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Nguyên liệu 9

Bảng 2 Dụng cụ, thiết bị 9

Bảng 3 Bố trí thí nghiệm sấy phun dịch ép củ dền 11

Bảng 4 Số liệu thô Nhóm 1 13

Bảng 5 Số liệu xử lý của 4 nhóm 14

5

1 Tổng quan về kỹ thuật sấy phun

1.1 Giới thiệu

Sấy phun là quá trình đưa nguyên liệu dạng lỏng vào sấy và thu được sản phẩm

có dạng bột Mẫu nguyên liệu được phân tán thành những giọt nhỏ li ti trong buồn sấy

để chúng tiếp xúc nhanh chóng với tác nhân sấy (hơi nóng) từ đó hơi nước được nhanh chóng bốc hơi, các hạt sản phẩm được thu hồi nhờ một hệ thống thu hồi riêng

Sấy phun đặc biệt hơn so với các quá trình sấy khác Thông thường với các quá trình sấy, nguyên liệu đầu vào là dạng rắn còn quá trình sấy phun thì nguyên liệu đầu vào dạng lỏng (dung dịch, huyền phù), sản phẩm thu được là dạng bột

1.2 Cơ sở khoa học của quá trình sấy phun

Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn, cụ thể:

- Giai đoạn 1: Chuyển nguyên liệu cần sấy thành dạng sương mù (các hạt lỏng phân tán trong môi trường khí) nhờ cơ cấu phun sương trong thiết bị sấy phun

- Giai đoạn 2: Hoà trộn sương mù với dòng tác nhân sấy trong buồn sấy Đây chính là giai đoạn tách ẩm ra khỏi nguyên liệu Do nguyên liệu được phun sương nên diệ tích bề mặt tiếp xúc giữa các giọt lỏng và tác nhân sấy là rất lớn Nhờ đó, ẩm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh chóng Sản phẩm được tạo thành ở dạng bột mịn

- Giai đoạn 3: Tách sản phẩm ra khỏi dòng tác nhân sấy Người ta có thể sử dụng hệ thống cyclone, túi lọc hoặc phương pháp kết tủa trong trường tĩnh điện, phổ biến nhất

là sử dụng cyclone

Các thiết bị sấy phun gồm có những bộ phận chính như sau: caloriphe để gia nhiệt cho tác nhân sấy, cơ cấu phun sương, buồng sấy và hệ thống thu hồi sản phẩm

6

Hình 1 Hệ thống thiết bị sấy phun

Một dung dịch được bơm đến một bộ phun, dung dịch qua bộ phun tạo thành các giọt Sau đó, các giọt được đẩy vào buồng khí sấy khô, không khí nóng được cấp vào buồng sấy, nơi này xảy ra quá trình bay hơi ẩm, dẫn đến sự hình thành các hạt khô Cuối cùng, các hạt khô được tách ra khỏi môi trường sấy khô, sau đó được thu thập trong cyclone

Mục đích của quá trình sấy phun:

- Chế biến: Quá trình sấy phun làm thay đổi các tính chất vật lý và hóa lý của sản phẩm,

từ nguyên liệu đầu vào là dung dịch hay huyền phù, sản phẩm đầu ra là dạng bột

- Bảo quản: Quá trình sấy dùng nhiệt độ cao thì ức chế vi sinh vật (VSV) và enzyme, quá trình sấy phun cũng dùng nhiệt độ cao tuy nhiên thời gian thực phẩm tiếp xúc với nhiệt độ cao không quá 20 giây, vì thời gian tiếp xúc ngắn quá nên VSV không bị ức chế bởi nhiệt và quá trình sấy phun làm bay đi hơi nước, từ đó làm tăng mật độ VSV Tuy nhiên quá trình này vẫn có mục đích bảo quản vì độ ẩm của bột rất thấp, hoạt độ nước thấp, do đó VSV vẫn bị ức chế Theo quy định các quá trình sấy phun thực phẩm

ra sản phẩm độ ẩm < 5% thì đạt yêu cầu

7

1.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy

Biến đổi vật lý: Các tính chất vật lý của nguyên liệu sẽ thay đổi như hình dạng, kích thước, khối lượng, tỷ trọng, độ giòn Những biến đổi vật lý sẽ ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm sấy

Biến đổi hoá học: Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ của các phản ứng hoá học sẽ tăng theo Do đó trong quá trình sấy sẽ xảy ta nhiều phản ứng hoá học khác nhau trong nguyên liệu Những biến đổi hoá học có thể ảnh hưởng có lợi hoặc có hại đến chất lượng của sản phẩm sấy Dưới đây là một số phản ứng thường gặp

- Phản ứng oxy hoá:

• Một số vitamin trong thực phẩm rất dễ bị oxy hoá trong quá trình sấy

• Các hợp chất màu như carotenoids cũng bị oxy hoá và làm cho sản phẩm bị nhạt màu hoặc mất màu

- Phản ứng thuỷ phân: Trong gia đoạn đầu của quá trình sấy, nếu nguyên liệu có độ ẩm cao thì có thể xảy ra phản ứng thuỷ phân các hợp chất trong nguyên liệu

Một số hợp chất khác trong nguyên liệu cũng có thể thay đổi pha trong quá trình sấy, ví dụ như tinh bột có thể bị hồ hoá, protein bị động tụ bất thuận nghịch, chất béo

từ dạng rắn sẽ hoá lỏng

1.4 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy phun

- Nhiệt độ tác nhân sấy: Khi cố định thời gian sấy, độ ẩm của bột sản phẩm thu được sẽ giảm đi nếu ta tăng nhiệt độ tác nhân sấy Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tác nhân sấy tăng quá cao, độ ẩm cuối cùng của bột sản phẩm sẽ không giảm thêm nhiều Hơn nữa, việc gia tăng nhiệt độ có thể gây phân hủy một số cấu tử trong nguyên liệu mẫn cảm với nhiệt

và làm tăng mức tiêu hao năng lượng cho toàn bộ quá trình

- Tốc độ tác nhân sấy: Trong phương pháp sấy đối lưu, tốc độ tác nhân sấy sẽ ảnh hưởng đến thời gian sấy Sự bốc hơi nước từ bề mặt nguyên liệu sẽ diễn ra nhanh hơn khi tốc đội truyền khối được tăng cường nhờ sự đối lưu, tức khi tốc độ tác nhân sấy được gia tăng

8

- Áp lực: Áp lực trong buồng sấy sẽ ảnh hưởng đến trạng thái của nước trong nguyên liệu cần sấy

- Các yếu tố của nguyên liệu:

• Độ ẩm của nguyên liệu

• Nồng độ chất khô nguyên liệu: Trong quá trình sấy phun, nếu nồng độ chất khô củạ nguyên liệu càng cao thì lượng nước cần bốc hơi để sản phẩm đạt giá trị độ

ẩm cho trước sẽ càng thấp

2 Thí nghiệm sấy phun

2.1 Mục đích thí nghiệm

- Tìm hiểu về quy trình công nghệ sản xuất bột rau củ

- Thực hiện quy trình thu nhận bột dứa bằng phương pháp sấy phun

- Biến đổi của nguyên liệu (thành phần hóa học, cảm quan) trong quá trình sấy phun

- Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy phun dịch ép củ dền

- Sản phẩm bột củ dền (chất lượng, yêu cầu, ứng dụng)

2.2 Nguyên liệu

2.2.1 Tổng quan nguyên liệu

Củ dền (tiếng Anh: beet, beetroot) hay củ dền đỏ (red beet) là một trong nhiều

loại củ cải ngọt (Beta vulgaris) và là loại củ được trồng nhiều nhất tại Bắc Mỹ, Trung

Mỹ và Anh Quốc

Củ dền có hai màu: tím than và đỏ thẫm, vỏ đen xù xì Trong tự nhiên cũng có hai dạng củ: củ dền dài và củ dền tròn Khi cắt ngang củ thấy ruột củ có nhiều khoang đậm nhạt khác nhau tạo thành các vòng tròn đồng tâm Sở dĩ dền có màu đỏ là nhờ hợp chất hỗn hợp tự nhiên betacyanin (đỏ) và betasanthin (tím) cấu thành từ hóa tính thực

vật

9

2.2.2 Giá trị dinh dưỡng

Củ dền và cả lá của cây chứa nhiều vitamin A, B1, B2, B6 và C Lá và thân rau dền có chứa nhiều chất sắt hơn so với rau bina (spinach) Chúng cũng chứa rất nhiều chất calci, magnesi, đồng, phosphor, natri và sắt

Củ dền cũng là một nguồn cung cấp đáng kể các chất choline, acid folic, iod, mangan, natri hữu cơ, kali, chất xơ và carbohydrates ở dạng đường tiêu hóa tự nhiên Hàm lượng chất sắt trong củ dền, mặc dù không cao, nhưng có chất lượng cao nhất và tốt nhất và được xem là một loại thực phẩm có tính bổ máu

Chính vì hàm lượng dinh dưỡng trong củ mà củ dền mang lại những lợi ích về sức khỏe cho hầu hết các phần của cơ thể con người, giúp cải thiện tình trạng bệnh tật như nhiễm toan, thiếu máu, xơ vữa động mạch, huyết áp, giãn tĩnh mạch, loét dạ dày, táo bón, nhiễm độc, bệnh gan và mật, gout, ung thư, gàu tóc

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị

Xử lý thành dung dịch ép

Bảng 2 Dụng cụ, thiết bị

10

- Chú ý: phải nhớ ghi tổng khối lượng củ dền tươi ban đầu và các quá trình xử lý tiếp

theo để tính tỷ lệ thu hồi và thải bỏ khi tính toán cân bằng vật chất

- Xác định hàm lượng chất khô (%ck) của dịch ép củ dền

- Điều chỉnh hàm lượng chất khô ban đầu của dịch ép củ dền trong quá trình sấy theo yêu cầu, sử dụng chất mang là maltodextrin DE = 15 – 20 Đồng hóa cơ trong 5 - 10 phút

- Xác định hàm lượng chất khô (thực tế có thể gần đúng với tính toán), màu của dịch củ dền trước sấy (cho vào ống nghiệm, ghi chú mẫu), máy chụp hình màu do học viên tự chuẩn bị

Nội dung thí nghiệm

11

- Mỗi nhóm chuẩn bị khoảng 1100g mẫu dịch ép củ dền, 1000g dùng để sấy phun và 100g dùng để kiểm nguyên liệu trước sấy (% ck thực tế, màu dịch ban đầu) Riêng nhóm

1, chuẩn bị thêm 500g dịch ép củ dền nữa để sấy lót thành thiết bị

- Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng chất khô dịch nhập liệu, tốc độ nhập liệu và nhiệt

độ đầu vào của tác nhân sấy đến quá trình sấy phun Kế hoạch thí nghiệm trình bày ở bảng 3

- Ghi nhận: thời gian sấy (từ lúc bắt đầu nhập liệu đến lúc kết thúc), nhiệt độ khí đầu ra

- Mỗi mẫu sau khi sấy xong được xác định các thông số:

Bảng 3 Bố trí thí nghiệm sấy phun dịch ép củ dền

(g)

HLCK nhập liệu (%)

Tốc độ nhập kiệu (rpm)

Áp lực khí nén (bar)

Nhiệt độ đầu vào (oC)

12

phẩm vào (có thể dùng rây để đồng bộ cách cho mẫu vào nước)

• Sử dụng đồng hồ bấm giây để xác định thời gian làm ướt hoàn toàn mẫu bột sản phẩm thu nhận trong thí nghiệm Thời gian làm ướt (= độ thấm ướt) được tính từ thời điểm bắt đầu cho mẫu bột vào becher cho đến khi mẫu bột được thấm ướt hoàn toàn

• Thực hiện thí nghiệm 3 lần và lấy giá trị trung bình

Xác định hiệu suất thu hồi chất khô H%

𝐻 = 𝑀1 𝑀2& × 100%

Trong đó:

• M1: HLCK trong bột sản phẩm thu được sau quá trình sấy phun (g)

• M2: HLCK trong mẫu dịch trước khi sấy phun (g)

- T: Thời gian sấy phun (h)

Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình sấy và chất lượng sản phẩm

- Hiệu suất thu hồi, tốc độ bay hơi ẩm, độ ẩm, độ thấm ướt, sự thay đổi màu, mùi, vị của sản phẩm

- Các nhóm sử dụng kết quả thí nghiệm của nhau để nhận xét về ảnh hưởng của các yếu

tố công nghệ đến quá trình sấy phun

Tốc

độ nhập liệu (rpm)

Áp lực khí nén (bar)

Nhiệt

độ đầu vào ( o C)

Thời gian sấy (giây)

Khối lượng sau sấy (g)

Hàm lượng

ẩm bột sau sấy (%)

Độ thấm ướt (giây)

Thời gian sấy (giờ)

KLCK nhập liệu (g)

HLCK sau sấy phun (%)

KLCK sau sấy phun (g)

Độ thấm ướt

TB (giờ)

Hiệu suất thu hồi (%)

Tốc

độ bay hơi (kg/h)

15

3.3 Thảo luận

3.3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô đến quá trình sấy phun

Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô đến hiệu suất thu hồi

Hình 2 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến hiệu suất thu hồi của quá trình sấy phun,

tại nhiệt độ 160 o C

Nhận xét: Khi so sánh hàm lượng chất khô nhập liệu khác nhau tại cùng một nhiệt độ đầu vào 160oC, có thể thấy hiệu suất thu hồi ở mỗi hàm lượng chất khô là khác nhau Trong khi HLCK là 45.4% thì hiệu suất thu hồi lại tăng lên và đạt giá trị cao nhất

là 81.17%, thì HLCK từ 15% tăng lên 30.3% thì hiệu suất thu hồi giảm xuống 11.01% Điều này lại đi ngược với lý thuyết, bởi vì khi hàm lượng chất khô tăng lên, tức là hàm lượng maltodextrin trong dịch củ dền tăng, làm cho khả năng hút ẩm giảm, khả năng bám dính dịch trên thiết bị ít, từ đó quá trình sấy phun diễn ra dễ dàng và dẫn đến hiệu suất thu hồi sản phẩm tăng Kết quả có sự sai lệch so với lý thuyết nguyên nhân có thể

là do thao tác sai trong quá trình vận hành dẫn đến tình trạng bám dính trên thành máy nên hiệu suất bị giảm

16

Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô đến tốc độ bay hơi ẩm

Hình 3 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến tốc độ bay hơi ẩm của quá trình sấy

phun, tại nhiệt độ 160 o C

Nhận xét: Hàm lượng chất khô nhập liệu cũng ảnh hưởng tới tốc độ bay hơi ẩm, nồng độ chất khô nhập liệu càng cao thì hàm lượng ẩm càng thấp, do đó lượng ẩm cần bay hơi thấp Kết quả này của các nhóm đúng với lý thuyết, tức là hàm lượng chất khô tăng dần thì tốc độ bay hơi giảm dần Song, khi xét đến tốc độ bay hơi ta cần quan tâm

2 yếu tố là thời gian sấy và lượng ẩm bay hơi Vì thời gian sấy của mỗi nhóm là khác nhau, nên không thể khẳng định hoàn toàn mối quan hệ ràng buộc tuyến tính giữa yếu

tố hàm lượng chất khô nhập liệu và tốc độ bay hơi ẩm

17

Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô đến độ ẩm của sản phẩm

Hình 4 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến độ ẩm sản phẩm, tại nhiệt độ 160 o C

Nhận xét: Qua Hình 4, có thể thấy sự tăng giảm đối với độ ẩm sản phẩm khi tăng hàm lượng chất khô tại nhiệt độ đầu vào 160oC Theo lý thuyết, khi hàm lượng chất khô tăng dần thì độ ẩm sản phẩm sau sấy phải giảm dần Tuy nhiên, kết quả này chỉ đúng đối với 2 nhóm đầu (Nhóm 1: HLCK 30.3% và Nhóm 2: HLCK 15%), trong khi

đó kết quả của Nhóm 3 (HLCK 45.4%) không như mong muốn, có thể là do chứa một

ít bột dư đọng lại từ 2 nhóm đầu Vì vậy, độ ẩm của sản phẩm thu được cao hơn so với

lý thuyết đưa ra

18

Ảnh hưởng của hàm lượng chất khô đến độ thấm ướt của sản phẩm

Hình 5 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của HLCK nhập liệu đến độ thấm ướt của sản phẩm, tại nhiệt độ

160 o C

Nhận xét: Qua việc khảo sát thời gian thấm ướt sau khi sấy phun ở nhiệt độ

160oC, ta có thể thấy được khi tăng hàm lượng chất khô nhập liệu, thời gian thấm ướt của mẫu giảm dần Hàm lượng chất khô cao có thể dẫn đến mật độ hạt trong sản phẩm tăng Điều này có thể giải thích là do các hạt có mật độ cao hơn tạo ra một cấu trúc mạng chặt chẽ hơn, giảm không gian giữa các hạt Kết quả là, chất lỏng gặp khó khăn hơn trong việc thẩm thấu và xâm nhập vào sản phẩm, dẫn đến độ thấm ướt giảm

19

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sấy phun

Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu suất thu hồi

Hình 6 Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào tới hiệu suất thu hồi của quá trình sấy phun,

khi HLCK là 30%

Nhận xét: Khi tăng nhiệt độ đầu vào từ 160oC lên 180oC, hiệu suất thu hồi tăng

từ 60.91% lên 62.93%, lý do có sự chênh lệch không nhiều là do thực hiện không đúng thao tác trong quá trình thực hành, dẫn đến việc thực hiện lại quy trình sấy lần 2, giảm khối lượng sản phẩm thu được Việc tăng hiệu suất thu hồi cũng phù hợp với lý thuyết, khi tăng nhiệt độ thì nước bay hơi nhanh hơn qua đó làm cho hiệu suất thu hồi tăng Tuy nhiên, nếu tăng nhiệt độ lên quá cao cũng sẽ dễ làm mất mát và hư hỏng sản phẩm, làm mất thành phần dinh dưỡng

60,91

62,93

59,5

60 60,5

61 61,5

62 62,5

63 63,5

Nhiệt độ đầu vào (oC)

Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi