BÀI BÁO CÁO SẤY CÀ CHUA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU SO SÁNH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KHỬ NƯỚC VÀ HẤP THỤ NƯỚC

BÀI BÁO CÁO SẤY CÀ CHUA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU SO SÁNH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KHỬ NƯỚC VÀ HẤP THỤ NƯỚC. Có 5 phương pháp để sấy khô cà chua, đó là: sấy không khí nóng (HAD), sấy năng lượng mặt trời (SCD),sấy bơm nhiệt (HPD), sấy chân không vi sóng (MVD), và sấy lạnh khô (FD).

BÀI BÁO CÁO

GVHD: Th.s ĐẶNG THỊ NGỌC DUNGSVTH : NHÓM 4

TP.HCM, ngày… tháng… năm……

Chữ ký của giảng viên

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, nhóm xin cảm ơn Khoa Công nghệ Hóa Học và Thực Phẩm đã mởmôn học Các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm, để giúp chúng tôi tìmhiểu sâu hơn về các quy trình sản xuất, cấu tạo, mô hình thiết bị trên quy mô côngnghiệp…

Và kế tiếp là sự cảm ơn chân thành đến cô Ngọc Dung- người giảng dạy môn họcCác quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm, cô đã truyền đạt cho chúng tôi rấtnhiều kiến thức không chỉ qua lý thuyết mà còn rất thực tế, những kinh nghiệm hữuích mà cô mang lại cho chúng tôi là vô cùng quý giá Cảm ơn vì sự nhiệt tình giảiđáp mọi thắc mắc cho chúng tôi Cô còn cho chúng tôi những lời góp ý, những nhậnxét chân thành, giúp chúng tôi càng hoàn thiện hơn trên con đường sau này

Do kiến thức còn hạn hẹp, nên còn nhiều thiếu sót trong bài làm, rất mong cô sẵnlòng góp ý, để các bài báo cáo lần sau được hoàn thiện hơn

MỤC LỤC

Giới thiệu 5

Nguyên liệu và phương pháp 6

Nguyên liệu thô 6

Sấy khô cà chua 7

Kết quả và bàn luận 14

Kết quả của phương pháp sấy khô dựa trên hoạt động và tốc độ sấy 14

Động học quá trình sấy khô 15

Động học quá trình hấp thu nước 17

Kết luận 19

Thuật ngữ 20

Lời cảm ơn 20

Tài liệu tham khảo 20

SẤY CÀ CHUA BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC NHAU: SO SÁNH ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH KHỬ NƯỚC VÀ HẤP THU NƯỚC.

mô hình Peleg được ước tính để so sánh động học quá trình khử nước và hấp thunước Hằng sồ tốc độ và độ khuếch tán độ ẩm của mô hình Page đạt giá trị cao nhấtkhi cà chua được sấy khô bằng phương pháp sấy chân không bằng vi sóng, ngượclại sấy khô bằng phương pháp lạnh đông thì đạt giá trị thấp nhất Trong nghiên cứu

sự hấp thu nước, các lát cà chua được sấy khô bằng phương pháp bơm nhiệt và chânkhông vi sóng có tỷ lệ hấp thu nước cao hơn sấy khô bằng phương pháp không khínóng và năng lượng mặt trời Các mẫu được sấy khô bằng phương pháp đông lạnh

có tỉ lệ hấp thu nước cao nhất Hằng số mô hình Peleg cũng được ước lượng

GIỚI THIỆU

Về phương diện thương mại cà chua (Lycopersicon esculentum) là loại rau quả

được sản xuất nhiều nhất Ấn độ nằm trong top 5 các thành phố sản xuất cà chuatrên thế giới Sản lượng cà chua ở Ấn Độ năm 1990 là 4,6 triệu tấn, năm 2006 là 8,6triệu tấn Trong thời gian thu hoạch cà chua bị mất mát và hao hụt đáng kể do đócần phải giảm đến mức tối thiểu sự mất mát và hao hụt này Cà chua là nguồn chủyếu của chất chống oxi hoá lycopene Lycopene có tác dụng giúp ngăn chặn nhiềubệnh mãn tính như bệnh tim và bệnh ung thư do nó có khả năng bảo vệ các thànhphần tế bào khỏi sự phá hủy sự oxi hoá Ngoài lycopene, cà chua cũng chứa nhiềuchất chống oxi hoá cung cấp dinh dưỡng (vitamin A,C,E) và không cung cấp dinhdưỡng khác(beta-carotene, carotenoid, flavonoids, flavones, và phenolic tổng)

Trong nghành công nghiệp chế biến thực phẩm truyền thống, quá trình gianhiệt để bảo quản và đảm bảo an toànvi sinh vật thì ít quan tâm đến chất lượng của

cà chua nhưng hiện nay chất lượng cà chua thì được quan tâm nhiều hơn Sự khửnước là một quá trình gia nhiệt, được sử dụng như một cách thay thế nhằm ngănchặn sự mất mát và làm tăng gía trị thương mại cho cà chua Sấy không khí nóng(HAD) là phương pháp sấy cà chua phổ biến nhất Sự mất nước của cà chua có thểgây ra sự biến đổi tính chất vật lý, cấu trúc, dinh dưỡng như tế bào bị co rút, cứnghơn, hút nước sẽ chậm hơn, làm mất các hợp chất dễ bay hơi và các chất chống oxihoá Để giảm thiểu tối đa những thay đổi này, một vài phương pháp sấy thay thếnhư sấy lạnh đông (FD), sấy bằngvi sóng, sấy bằng tia hồng ngoại, sấy bơm nhiệt(HPD), khử nước bằng cách thẩm thấu thì được áp dụng trong thực tiễn Thông quacác quá trình gia nhiệt như hấp bằng hơi nước, sấy vi sóng, chiên Chen và các cộng

sự đã phát hiện được hoạt động chống oxi hoá cao hơn của lycopene Để đánh giánhững đặc điểm của các lát mỏng cà chua sấy khô thì nhiều mô hình toán học đãđược sử dụng Mô hình Page rất thích hợp Động học sấy khô và mô hình tham sốthì thường bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ không khí, tốc độ chuyển động của không khí,

độ ẩm tương đối và kích thước của nguyên liệu Hàm lượng ẩm trong buồng sấycũng ảnh hưởng đến động học quá trình sấy (drying kinetics)

Tài liệu khảo sát sự so sánh sự khử nước và hấp thu nước của cà chua bằngcác kĩ thuật khác nhau thì rất ít Do đó, hiện nay một nghiên cứu đã được thực hiện

để nghiên cứu các quá trình khử nước và hấp thu nước của cà chua trong suốt quátrình sấy bằng không khí nóng, năng lượng mặt trời( SCD), bơm nhiệt, sấy lạnhđông, và sấy chân không vi sóng

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Nguyên liệu thô

Cà chua tươi có đường kính trung bình 60mm được mua từ các chợ nội địa vàđược bảo quản ở 50C Trước khi thí nghiệm, cà chua được chuyển khỏi kho lạnh vàđược giữ ở môi trường xung quanh khoảng 2 giờ Sau đó rửa sạch cà chua bằng

nước máy và cắt thành từng lát mỏng dày khoảng 6mm bằng máy cắt lát Hàmlượng ẩm ban đầu thì được xác định bằng phương pháp lò chân không.

Sấy khô cà chua

Sấybằng không khí nóng

Máy sấy khô không khí nóng ( M/s S B Panchal and Company, Mumbai,India) trong phòng thí nghiệm và sử dụng trong nghiên cứu hiện nay được trang bịmột vài thiết bị hỗ trợ như quạt gió, bộ điều chỉnh tốc độ, bộ điều khiển nhiệt độ, bộphận truyền nhiệt, thiết bị cảm biến độ ẩm tương đối, và một ống pitot để đo tốc độchuyển động của không khí Độ ẩm và nhiệt độ tương đối của không khí xungquanh lần lượt là 60-65% và 300C Các lát cà chua được trải trên một cái khay đãđục lỗ và quá trình sấy được thực hiện ở nhiệt độ không khí 400C với tốc độ chuyểnđộng của không khí 1m/s Kết cấu điển hình của thiết bị HAD thì được thể hiện ởhình 1

Hình 1: Sơ đồ máy sấy khô không khí nóng ( HAD)

Sấy bằng cách bơm nhiệt

Máy sấy khô bơm nhiệt ( M/s Pan-Asia, Mumbai, India) để khử nước trong càchua có thể tạo ra độ ẩm tương đối thấp ( 0-50% RH) và nhiệt độ biến thiên trongkhoảng từ dưới 0 đến 500C hoặc cao hơn Như ta thấy ở hình 2, máy sấy khô gồm

có một cuộn dây cách nhiệt có tác dụng cải thiện hiệu suất của máy sấy bơm nhiệt

và tách riêng hơi ẩm Hệ thống bơm nhiệt bao gồm một tải nhiệt 1,5Kh cung cấpkhông khí tách ẩm trong khoảng 100-175 Nm3/h với độ ẩm tương đối 10-20% vànhiệt độ không khí 30-450C Sấy bằng phương pháp bơm nhiệt được thực hiện ởnhiệt độ không khí 40-420C, độ ẩm tương đối 15% và tốc độ không khí 1m/s

Hình 2: Máy sấy khô bơm nhiệt (HPD)

Sấy khô bằng năng lượng mặt trời

Máy sấy khô năng lượng mặt trời ( M/s NRG Technologies, Baroda, India)được dùng để sấy các lát cà chua Sơ đồ của thiết bị sấy này được mô tả ở hình 3.Quá trình sấy khô được thực hiện vào ngày nắng gắt trong tháng 6 Các lát cà chuađược trải trên những khay riêng có diện tích 0,43m2 với mật độ nguyên liệu thô là4kg/m2 Không khí được làm nóng bởi một cái bảng hấp thu bức xạ mặt trời vớidiện tích hấp thu 20m2 Không khí nóng được phân bố trong các buồng sấy bằngmột cái quạt gió gắn vừa khớp với 1ống dẫn được đặt ở bên phải cái tủ có chiều dài1,2m, chiều rộng 0,76m, chiều cao 0.40m Vận tốc chuyển động của không khí,nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối trong tủ tương ứng dao động trong khoảng 0,9-1m/s, 50-550C, 45-55%.

Hình 3:Sơ đồ máy sấy khô bằng năng lượng mặt trời

Sấy khô bằng phương pháp lạnh đông

Máy sấy đông dùng trong thí nghiệm ( M/s Ref-vac Consultancy, Baroda,India) được sử dụng trong nghiên cứu này Nó gồm buồng sấy khô hình trụ bằngthép không gỉ có chiều dài 0,4m và đường kính 0,4m, ba tấm kim loại đốt nóng cótổng diện tích bề mặt đốt nóng 0,25m2, một bình ngưng tụ ( sức chứa băng tối đa là1,8kg và diện tích bề mặt 0,25m2) hoạt động ở -350C, một bơm chân không ( tốc độ

di chuyển của không khí 16m3/h) Bình ngưng tụ được nối với buồng sấy bằng mộtông dẫn Một cân điện tử ( M/s Tapsons Weighing Systems, Munbai, India) có giátrị tối thiểu 0,1, được đặc bên trong buồng sấy để đo khối lượng mẫu một cách liêntục, và được quan sát qua một cửa sổ trong suốt Thực hiện một số cài đặc để kiểmsoát toàn diện số đo, ghi nhận áp suất và nhiệt độ bên trong buồng sấy Áp suất bêntrong buồng sấy được đo bằng áp kế Pirani và được điều chỉnh bằng một van điện

từ Có 3 tấm kim loại đốt nóng, nhiệt độ của 3 tấm kim loại đốt nóng và mẫu được

đo bằng cặp nhiệt điện 1000 PT và được điều khiển bằng bếp kháng điện Sơ dồmáy sấy khô được thể hiện ở hình 4 Các lát cà chua dày 6mm được đông lạnh bằngmáy đông lạnh nhanh ( Blue Star, Mumbai, India) ở -200C đến -220C khoảng 6 giờ.Trong lúc đó, máy sấy lạnh đông bắt đầu hoạt động và nhiệt độ ngưng tụ trung bìnhđạt mức tối thiểu -350C Sau đó, đặt các lát cà chua đã được đông lạnh trên cân đokhối lượng được đặt trong buồng sấy và bơm chân không bắt đầu hoạt động Nhiệt

độ của lát cà chua và áp suất bên trong buồng sấy được ổn định ở giá trị định trước

250C và 30 Pa Khối lượng của các lát cà chua 5 phút được ghi lại 1 lần cho đến khiđạt được giá trị không đổi

Hình 4: Sơ đồ máy sấy lạnh đông (FD)

Sấy chân không bằng vi sóng.

Thí nghiệm được tiến hành bằng máy sấy chân không bẳng vi sóng sử dụngtrong phòng thí nghiệm (M/s Puschner Microwave Power Systems, Bremen,Germany) Sơ đồ máy sấy chân không bằng vi sóng như hình 5, bao gồm mộtmagnetron, ống dẫn sóng, bệ cân tự động, bảng điện điều khiển các thông số vàbuồng sấy được nối với một máy bơm chân không thông qua một ống linh hoạt Visóng được tạo ra bởi máy phát vi sóng 750-W, 2450-MHz và thông qua ống dẫnsóng hình chữ nhật đến khoang vi sóng Để hấp thụ các vi sóng phản xạ bên trongkhoang sử dụng một bộ xoay vòng và điều chỉnh năng lượng phản xạ trong suốt quátrình được thực hiện bằng việc điều chỉnh các vít Áp suất chân không trong buồngsấy được duy trì ở 80 mbar Nhiệt độ sản phẩm được đo bằng một bộ cảm biến nhiệt

độ sợi quang (OPTPcon GmbH, Bremen, Germany) và một bộ cảm biến nhiệt độhồng ngoại Các lát mỏng được đặt trên cái chảo khô có đục lỗ gắn với bệ cân điện

tử kỹ thuật số Các thí nghiệm sấy được thực hiện ở nhiệt độ nhất định ( biến số

năng lượng vi sóng) Trong các thí nghiệm hiện nay, nhiệt độ của sản phẩm đượcgiữ không đổi ( 40°C-45°C)bằng năng lượng vi sóng được tạo ra một cách thủ côngvới áp suất dao động khoảng 300W đến 600W trong suốt quá trình thí nghiệm.Tất

cả các thông số như áp suất buồng sấy, năng lượng vi sóng được hấp thụ, nănglượng vi sóng phản xạ, nhiệt độ sản phẩm, khối lượng và độ ẩm mất mát đã được tựđộng ghi lại bởi phần mềm( Wave Cat 2007 4.1.2.4) được kết nối với máy sấy visóng

Mô hình động học quá trình sấy khô và độ khuếch tán độ ẩm(Modeling Drying Kinetics and Moisture Diffusivity).

Mô hình do Page triển khai [8]và được sử dụng rộng rãi để mô tả các đặc điểmsấycủa nhiều loại trái cây và rau quả sấy khô như mơ, ớt đỏ, cà tím và cây rau sam

Mô hình này được cho như sau:

MR = exp(-ktn)Trong đó, MR là tỷ lệ độ ẩm (không thứ nguyên), k là hằng số tốc độ sấy (min-

1), n là hằng số mô hình Mô hình Page được trang bị để xác định các dữ liệu sấy vàthông số mô hình bằng cách phân tích hồi quy phi tuyến tính

Độ khuếch tán của ẩm trong chất khô là hàm số của cả nhiệt độ lẫn hàm lượng

ẩm Đối với vật liệu có độ co rút cao thì mô hình toán học mà được sử dụng để xácđịnh DL cần phải giải thích tốt được sự thay đổi trong con đường khuếch tán Nhìnchung, độ khuếch tán ẩm tăng khi hàm lượng ẩm tăng Nhiệt độ có tác động tíchcực,nó phụ thuộc mạnh vào chất liệu thực phẩm Nhìnchung nhiệt độ ảnh hưởngđến độ khuếch tán trong chất lỏng và chất rắn mạnh hơn ở trạng thái khí Các hệ sốkhuếch tán được tính toán bằng cách vẽ đồ thị dữ liệu thí nghiệm sấy dưới dạngln(MR) đối với thời gian và đặt các giá trị trong mô hình khuếch tán chất lỏng bằngphương trình cân bằng sau đây:

Hệ số hấp thu nước (Rehydration ratio).

Đánh giá tỉ lệ hấp thu nước của lát cà chua đã được khử nước bằng cách ngâmlát cà chua đã được sấy trong nước ở 25°C và 100°C Mẫu được làm ráo và đượccân ở những khoảng thời gian đã lựa chọn cho đến khối lượng không đổi Hệ số hấpthu nước là tỉ số giữa lượng nước hấp thu (g) và trọng lượng mẫu ban đầu (g).Ngoài ra mô hình được đề xuất bởi Peleg được dùng đê mô tả động học hấp thunước trong quá trình hấp thu nước, được cho bởi phương trình sau đây:

180, 200, 200 và 580 phút, để loại bỏ cùng một lượng ẩm Trong quá trình làm nóngbằng vi sóng, nhiệt được tạo ra trong sản phẩm dẫn đến sự thay đổi khối lượngnhanh chóng, tạo nên sự khác biệt áp suất hơi ở chính giữa và bề mặt của sản phẩm.Đây là nguyên nhân làm cho thời gian sấy ngắn hơn Lin cùng với các cộng sự, đãđưa ra kết quả tương tự trong quá trình sấy chân không vi sóng của những lát cà rốt,mất 33 phút để giảm độ ẩm từ 91,45 xuống còn 10%

Hình 7 cho thấy với những kỹ thuật sấy khô khác nhau sẽ có tốc độ sấy khácnhau.Có thể thấy rằng phương pháp MVD và FD có cả giai đoạn sấy tốc độ khôngđổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần Trong khi đó SCD, HAD và HPD chỉ có giaiđoạn sấy tốc độ giảm dần Trong suốt quá trình sấy FD, có tốc độ không đổi do ẩmkết đông được tháo ra để duy trì sự thăng hoa của giai đoạn tốc độ sấy khôngđổi.Trong phương pháp MVD, xảy ra giai đoạn sấy tốc độ không đổi tiếp theo làgiai đoạn sấy tốc độ giảm dần do ở giai đoạn đầu những lát cà chua có bề mặt ẩmướt và màng ẩm liên tục hoạt động như thể không có mặt của các chất khô Độ ẩmban đầu của những miếng cà chua rất cao (94,2% wb), chịu trách nhiệm cho việcduy trì bề mặt ẩm ướt trong giai đoạn đầu của quá trình sấy khô Do đó, ẩm sẽ đượctruyền từ bên trong ra ngoài bề mặt vật rắn để duy trì tốc độ không đổi của sự hóahơi dưới tác dụng của năng lượng và áp suất của lò vi sóng Không có sự phân biệt

rõ ràng giữa giai đoạn đầu và giai đoạn thứ hai trong sấy tốc độ giảm dần trong tất

cả các quá trình sấy Ban đầu tốc độ sấy khô rất cao và sau đó giảm dần theo hàmlượng ẩm Điều này có thể do ẩm tự do có sẵn cao, nó có thể dễ dàng bị loại bỏtrong giai đoạn đầu của quá trình sấy

Động học quá trình sấy khô (Drying Kinetics).

Nghiên cứu hoạt động sấy khô các lát cà chua bằng cách phân tích các môhình mất ẩm đã có được với năm máy sấy khác nhau

Hình 8 cho thấy sự thay đổi của hàm lượng ẩm có liên quan đến thời gianđược dự đoán bằng mô hình Page và so sánh với hàm lượng ẩm thực nghiệm Hẳng

số tốc độ (k) được tìm thấy trong khoảng 0.00382 đến 0.02151 min-1 (Table 1).Ngoài ra, quá trình MVD có giá trị hằng số tốc độ cao hơn vì mức năng lượng visóng làm tăng tốc độ sấy khô bằng cách tạo ra lượng nhiệt lớn hơn bên trong sảnphẩm

Thực nghiệm đã xác định được hệ số khuếch tán hiệu nghiệm của những lát càchua ở các máy sấy khác nhau được thể hiện ở bảng 1 Các hệ số khuếch tán hiệunghiệm của HAD, SCD, HPD, MVD và FD đã được tìm thấy tương ứng là 5.90 ×

10-9, 3.86 × 10-9, 3.61 × 10-9, 1.85 × 10-8, và 1.04 × 10-9 m2/s, trong tất cả các quátrình thì MVD có hệ số khuếch tán cao nhất, tiếp theo là HAD, SCD, và HPD Cácgiá trị khuếch tán được so sánh với các giá trị của những lát nho khô và táo

Govanelli cùng các cộng sự đã cho rằng các giá trị khuếch tán thay đổi từ 2.26 ×

10-9 đến 9.14 × 10-9 m2/s như là một hàm số của cấu trúc sản phẩm cà chua sấy khôbằng không khí nóng Sacilik cùng các cộng sự đã báo cáo các giá trị khuếch tánhiệu nghiệm bằng máy sấy năng lượng mặt trời và sấy khô bằng cách phơi nắngtương ứng là 1.31 × 10-9 và 1.07 × 10-9

Động học của quá trình hấp thu nước (Rehydration kinetics).

Hình 9 và 10 là các mô hình hấp thu nước của cà chua được sấy khô ở 250C và

1000C Cả hai nhiệt độ trên, những miếng cà chua sấy khô bằng phương phápMVD

và HPD thể hiện tỉ lệ bù nước cao hơn những lát cà chua sấy khô bằng phương phápHAD và SCD

Những lát cà chua sấy khô bằng phương pháp FD có hệ số hấp thu nước caonhất do có kích thước khe hở lớn, làm cho nước dễ dàng xâm nhập vào Khi tăng