Nghiên cứu một số thông số làm cơ sở thiết kế thiết bị làm khô màng hạt gấc bằng phương pháp sấy thăng hoa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ðỖ MINH CHIẾN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM CƠ SỞ THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM KHÔ MÀNG HẠT GẤC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY THĂNG HOA LUẬN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ðỖ MINH CHIẾN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ LÀM CƠ SỞ THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÀM KHÔ MÀNG HẠT GẤC

BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY THĂNG HOA

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành ñào tạo: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá

nông nghiệp và nông thôn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan: Luận án “Nghiên cứu một số thông số làm cơ sở

thiết kế thiết bị làm khô màng hạt gấc bằng phương pháp sấy thăng hoa” là

công trình nghiên cứu của riêng tôi Những số liệu, kết quả nêu trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ trong quá trình thực hiện luận án này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2012

Tác giả luận án

ðỗ Minh Chiến

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ ii

LỜI CẢM ƠN

để hoàn thành luận án, tác giả ựã nhận ựược rất nhiều sự giúp ựỡ nhiệt tình và tạo ựiều kiện của các cá nhân và tập thể, ựể ựáp lại sự giúp ựỡ ựó sau ựây là lời cảm ơn chân thành của tác giả:

Với sự kắnh trọng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Như Khuyên và PGS.TS Nông Văn Vìn Ờ Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội ựã tận tình hướng dẫn, giúp ựỡ tôi trong nhiều năm tháng học tập cũng như trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể bộ môn Thiết bị bảo quản và chế biến nông sản, Ban lãnh ựạo khoa Cơ ựiện, Viện đào tạo Sau ựại học và Ban Giám hiệu Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội ựã luôn quan tâm giúp ựỡ cũng như ựóng góp các ý kiến ựể tôi hoàn thành luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy giáo khoa Cơ khắ và các phòng ban trong Trường Cao ựẳng Công nghiệp và Xây dựng ựã quan tâm

và tạo ựiều kiện thuận lợi ựể tôi hoàn thành ựề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Kiểm nghiệm vệ sinh an toàn thực phẩm, thuộc Viện Dinh Dưỡng (48B Tăng Bạt Hổ, Hai Bà Trưng, Hà Nội) ựã

giúp tôi trong việc làm thực nghiệm và ựánh giá kết quả nghiên cứu của ựề tài

Tôi xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, bạn bè, ựồng nghiệp, gia ựình ựã luôn quan tâm, ựộng viên giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập và hoàn thành bản luận án này

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả luận án

đỗ Minh Chiến

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… iii

MỤC LỤC

1.1 ðặc ñiểm, thành phần hóa học và công dụng của gấc 5

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… iv

1.4.4 So sánh phương pháp sấy thăng hoa với các phương pháp sấy

Chương 2 NGUYÊN VẬT LIỆU, ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.3.3 Phương pháp xác ñịnh một số thông số của quá trình sấy 58

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN QUÁ TRÌNH TRUYỀN

3.1 Mô hình hóa quá trình trao ñổi nhiệt ẩm trong buồng sấy thăng hoa 65

3.1.2 Quá trình trao ñổi nhiệt ẩm trong buồng sấy thăng hoa 66

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… v

3.2 Mô phỏng quá trình trao ñổi nhiệt ẩm trong buồng sấy thăng hoa 693.2.1 Hệ phương trình trạng thái quá trình nhiệt ẩm trong buồng sấy 703.2.2 Xác ñịnh ñiều kiện ñầu và ñiều kiện biên của hệ phương trình

3.2.3 Xác ñịnh một số tham số của hệ phương trình vi phân 753.3 Khảo sát quá trình nhiệt ẩm trong buồng sấy và lựa chọn các

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số ñến quá trình sấy 823.3.3 Lựa chọn các thông số cơ bản của thiết bị và chế ñộ sấy 84

4.1 Kết quả khảo sát chế ñộ sấy màng ñỏ hạt gấc trong thực tiễn sản xuất 854.2 ðề xuất cải tiến qui trình công nghệ sấy màng ñỏ hạt gấc bằng

4.3 Thí nghiệm xác ñịnh ñộ giảm ẩm của vật liệu trong quá trình sấy

4.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ nguồn bức xạ Tbx (oC) 924.4.3 Ảnh hưởng của chiều dày lớp vật liệu S (mm) 93

4.7 Kết quả thí nghiệm ứng với giá trị tối ưu của các yếu tố vào 1044.8 Hoàn thiện quy trình công nghệ sấy màng ñỏ hạt gấc 105

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ vi

4.8.1 Sơ ựồ quy trình công nghệ sấy màng ựỏ hạt gấc 105

4.9 Ứng dụng các kết quả nghiên cứu ựể hoàn thiện thiết kế hệ

4.9.1 Hoàn thiện thiết kế hệ thống sấy thăng hoa STH-50 1064.9.2 Xác ựịnh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thiết bị sấy STH-50A 1074.9.3 đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của thiết bị sấy STH-50A 110

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… vii

GMP WHO Thực hành tốt sản xuất thuốc

RS232 Cổng giao tiếp nối tiếp

SO2 Lưu huỳnh ñiôxit

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC

Cpg kJ/kg. oK Nhiệt dung riêng của khí trơ trong lớp khô

Cpk kJ/kg. oK Nhiệt dung riêng của vật liệu lớp khô

Ct mg/100g Hàm lượng Carotenoid

C1 - Hằng số phụ thuộc vào ñộ xốp của lớp khô và

tỷ số giữa ñộ khuếch tán của hơi nước và khí trơ trong lớp khô so với ñộ khuếch tán của chúng ở ñiều kiện tự do

C2 m2 Hằng số phụ thuộc vào ñộ xốp của lớp khô và

liên quan ñến ñộ thấm D’Arcy

C3 m Hằng số phụ thuộc vào ñộ xốp của lớp khô và

liên quan ñến ñộ thấm Knudsen

và khí trơ ở thời ñiểm ban ñầu

Gw kg/kg mol Khối lượng phân tử của hơi nước

Gin kg/kg mol Khối lượng phân tử của khí trơ

Gk kg Khối lượng sản phẩm khô thu ñược sau khi sấy

kd h-1 Hệ số thoát ẩm của giai ñoạn sấy ẩm liên kết

ks h-1 Hệ số thoát ẩm của giai ñoạn sấy thăng hoa

k1 m2/s Hằng số khuếch tán của hơi nước

k3 m2/s Hằng số khuếch tán của khí trơ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… ix

k2, k4 m4/N.s Hằng số khuếch tán hỗ hợp của hơi nước và

khí trơ

Kin m2/s ðộ khuếch tán Knudsen của khí trơ

Kmx m2/s ðộ khuếch tán Knudsen trung bình của hỗn hợp khí

Kw m2/s ðộ khuếch tán Knudsen của hơi nước

Nin kg/s Lưu lượng dòng khí trơ thoát ra từ vật liệu sấy

Nr kWh/kg SPK Chi phí năng lượng riêng

Nt kg/s Lưu lượng dòng chất tương ứng trong vật liệu sấy

Nw kg/s Lưu lượng dòng hơi nước thoát ra từ vật liệu sấy

pin N/m2 Áp suất riêng phần của khí trơ

pw N/m2 Áp suất riêng phần của hơi nước trong không

gian buồng sấy

qb J/kg Nhiệt lượng nguồn bức xạ truyền qua thành

khay sấy

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… x

qd J/kg Nhiệt lượng nguồn bức xạ truyền phía dưới

khay sấy

qt J/kg Nhiệt lượng nguồn bức xạ truyền phía trên

khay sấy

R J/mol.oK Hằng số khí lý tưởng

Tb oC Nhiệt ñộ không gian buồng sấy

Tvk oK Nhiệt ñộ của lớp khô

αk m2/s Hệ số khuếch tán nhiệt của lớp khô

αld m2/s Hệ số khuếch tán nhiệt của lớp lạnh ñông

Hệ số dẫn nhiệt của lớp khô

Hệ số dẫn nhiệt của lớp lạnh ñông

ðộ nhớt của hỗn hợp hơi nước và khí trơ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… xi

ρk kg/m³ Khối lượng riêng của lớp khô

ρld kg/m³ Khối lượng riêng của lớp lạnh ñông

σ kW/m2.K4 Hằng số Stefan – Boltzmann

∆Hs kJ/kg Entanpi của nước ñóng băng

∆Hv kJ/kg Entanpi của hơi nước

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… xii

DANH MỤC BẢNG

1.2 Các thành phần trong màng tươi của quả gấc chín 71.3 Quan hệ giữa áp suất và nhiệt ñộ thăng hoa của nước ñá 261.4 Lượng nước và ñiểm kết ñông của một số thực phẩm 27

3.2 Mối quan hệ giữa thời gian sấy ứng với ñộ dày lớp vật liệu sấy 83

4.2 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ lạnh ñông 904.3 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của nhiệt ñộ nguồn bức xạ 924.4 Kết quả thí nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của chiều dày lớp vật liệu 934.5 Mức biến thiên và giá trị mã hoá của các yếu tố xi 95

4.8 Giá trị tối ưu của các yếu tố vào xi và các hàm thành phần Yj 96

4.10 Kết quả thí nghiệm sấy tại các thông số tối ưu 1044.11 ðặc tính kỹ thuật của hệ thống sấy gấc STH – 50A: 1074.12 Một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các hệ thống sấy gấc 109

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… xiii

DANH MỤC HÌNH

1.11 Sự biến ñổi carotenoid của màng gấc trong quá trình sấy 201.12 Hệ thống sấy màng gấc thủ công dùng trực tiép khói lò 211.13 Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo thiết bị sấy cải tiến SVQ-1 22

1.16 Quan hệ giữa thời gian và nhiệt ñộ trong quá trình lạnh ñông 281.17 Ảnh hưởng của lạnh ñông tới mô tế bào thực vật 321.18 Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo thiết bị sấy thăng hoa gián ñoạn 341.19 Sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy thăng hoa liên tục kiểu khay 361.20 Sơ ñồ nguyên lý của thiết bị sấy thăng hoa liên tục kiểu dao ñộng 361.21 Sơ ñồ nguyên lý của thiết bị sấy thăng hoa liên tục kiểu băng tải 371.22 Hệ thống thiết bị STH liên tục hãng Virtis Gadiner 382.1 Sơ ñồ cấu tạo thiết bị sấy thăng hoa STH - 50 44

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… xiv

2.5 ðồ thị hàm mong muốn thành phần dj khi Yj bị chặn một phía 57

2.7 Thiết bị ño nhiệt ñộ, ñộ ẩm trong buồng sấy (Fox 301A) 58

3.3 Quy luật thay ñổi nhiệt ñộ và ñộ ẩm của vật liệu sấy theo thời

3.4 Ảnh hưởng của chiều dày lớp vật liệu sấy ñến nhiệt ñộ và thời

4.2 Thiết bị sấy thăng hoa thí nghiệm Labconco (Mỹ) 87

4.4 ðồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt ñộ lạnh ñông Tvl(oC) 914.5 ðồ thị ảnh hưởng của nhiệt ñộ nguồn bức xạ Tbx (oC) 924.6 ðồ thị ảnh hưởng của chiều dày lớp vật liệu sấy S (mm) 94

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… xv

4.7 Ảnh hưởng của cặp yếu tố nhiệt ñộ lạnh ñông Tvl(oC) và nhiệt

4.10 Ảnh hưởng của cặp yếu tố nhiệt ñộ lạnh ñông T vl và nhiệt ñộ bức xạ T bx (oC) 99

4.11 Ảnh hưởng của cặp yếu tố nhiệt ñộ lạnh ñông T vl (oC) và chiều dày lớp vật

4.19 Quy trình công nghệ sấy màng ñỏ hạt gấc bằng phương pháp sấy thăng hoa 105

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ 1

MỞ đẦU

1 Tắnh cấp thiết của ựề tài

Gấc có tên khoa học Momordica cochinchinensis trồng ở vùng đông

Nam châu Á từ miền Nam Trung Quốc ựến đông Bắc Australia Ở Việt Nam gấc ựược trồng rải rác ở hầu hết các ựịa phương nhưng tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hải Dương, Hải Phòng, Hà Nội, Màng hạt gấc là thành phần có giá trị nhất gồm có: protein, lipid, glucide và rất nhiều vi chất như: carotenoids, licopene, các vitamin và khoáng chất, trong ựó hàm lượng β- carotene cao gấp 1,8 lần so với dầu gan cá thu, gấp 15 lần so với củ cà rốt và gấp 68 lần so với

cà chuaỢ Vì vậy, màng hạt gấc ngoài việc sử dụng làm thực phẩm mà còn ựược dùng làm dược phẩm và mỹ phẩm rất có giá trị như: viên nang, thuốc

mỡ, tinh dầu, kem dưỡng da,Ầ(Bùi Minh đức, 2004) [10], (đỗ Tất Lợi, 1991) [24], (Lê Hồng Phúc, 2010) [33], (Nguyễn Công Suất, 2002) [35]

Do gấc quả tươi thu hoạch theo mùa và rất dễ bị hư hỏng nên ựể dự trữ nguồn nguyên liệu người ta tiến hành tách màng ựỏ hạt gấc, mang sấy khô ựến ựộ ẩm an toàn ựể bảo quản Hiện nay, việc sấy màng ựỏ ở nước ta ựược thực hiện theo phương pháp sấy nhiệt thường ở nhiệt ựộ cao (50ọ70oC) trong các thiết bị sấy vỉ ngang, thậm chắ trong các lò sấy thủ công, sử dụng khói lò làm tác nhân sấy nên chất lượng sản phẩm sấy không cao, ựặc biệt là các hàm lượng vitamin, caroten, lycopen dễ phân huỷ duới tác ựộng của nhiệt (Hoàng Kim Anh, 2008) [1] Phương pháp sấy ở nhiệt ựộ thấp (0ọ50oC) trong các thiết bị: sấy chân không, sấy bơm nhiệt và ựặc biệt là phương pháp sấy thăng hoa (sấy lạnh ựông ở nhiệt ựộ -20ọ-40oC) ựã khắc phục ựược hoàn toàn những nhược ựiểm của phương pháp sấy nhiệt nên ựã giữ gần như nguyên vẹn chất lượng sản phẩm tươi ban ựầu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 2

Thực tế ở nước ta hiện nay phương pháp sấy thăng hoa chưa ñược triển khai và ứng dụng phổ biến do thiết bị nhập ngoại có giá thành rất cao, chi phí vận hành và chi phí năng lượng khá lớn Vì vậy, việc nghiên cứu thiết

kế chế tạo hệ thống thiết bị sấy thăng hoa nhằm tạo ra sản phẩm sấy có chất lượng cao, giảm chi phí cho quá trình sấy nhằm triển khai ứng dụng rộng rãi trong sản xuất là vấn ñề cấp thiết

Xuất phát từ tình hình thực tiễn trên, chúng tôi thực hiện ñề tài “Nghiên

cứu một số thông số làm cơ sở thiết kế thiết bị làm khô màng hạt gấc bằng phương pháp sấy thăng hoa”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu xác ñịnh một số thông số tối ưu làm cơ sở hoàn thiện qui trình công nghệ và thiết kế, chế tạo thiết bị làm khô màng hạt gấc bằng phương pháp sấy thăng hoa nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, giảm chi phí cho quá trình sấy

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác ñịnh một số tính chất cơ lý hóa của màng ñỏ hạt gấc liên quan ñến quá trình sấy

- Xây dựng mô hình quá trình truyền nhiệt truyền chất trong vật liệu sấy nhằm ñịnh hướng cho việc thiết kế thiết bị sấy

- Nghiên cứu thực nghiệm xác ñịnh một số thông số tối ưu làm cơ sở cho việc hoàn thiện quy trình công nghệ và thiết kế, cải tiến thiết bị sấy

- Nghiên cứu ứng dụng thiết bị sấy trong thực tiễn sản xuất nhằm xác ñịnh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của thiết bị sấy ñể có thể triển khai áp dụng rộng rãi trong thực tiễn sản xuất

4 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 ðối tượng nghiên cứu

ðối tượng nghiên cứu của ñề tài là các thông số công nghệ của thiết bị sấy màng ñỏ hạt gấc: nhiệt ñộ lạnh ñông vật liệu sấy, nhiệt ñộ tấm gia nhiệt bức xạ, chiều dày lớp vật liệu sấy,

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ 3

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu mô hình thiết bị sấy màng ựỏ hạt gấc bằng phương pháp sấy thăng hoa năng suất 50kg màng gấc tươi/mẻ

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài

- đã ứng dụng phương pháp mô hình hoá và mô phỏng ựể xác ựịnh các thông số cơ bản về cấu tạo và chế ựộ làm việc của thiết bị sấy nhằm ựịnh hướng cho việc thiết kế, chế tạo máy Kết quả nghiên cứu trên là tài liệu tham khảo cần thiết khi thiết kế các hệ thống sấy có năng suất khác nhau với các loại vật liệu sấy khác nhau

- đã thiết kế chế tạo thành công thiết bị sấy thăng hoa ựể làm khô màng

ựỏ hạt gấc nói riêng và các loại nông sản thực phẩm nói chung đây là thiết bị sấy tạo ra sản phẩm sấy có chất lượng cao, hoàn toàn có thể chế tạo ựược ở trong nước thay cho thiết bị sấy nhập ngoại ựắt tiền, nhờ ựó có thể triển khai

áp dụng rộng rãi cho các cơ sở sản xuất

6 Những ựóng góp mới

- đã thiết kế chế tạo thành công thiết bị sấy thăng hoa STH-50A, có 2 bình ngưng - ựóng băng làm việc lệch pha nhau và xả băng trong bình ngưng-ựóng băng bằng nhiệt của hơi môi chất lạnh sau máy nén nên tiết kiệm ựược thời gian và chi phắ nhiệt năng cho quá trình sấy

- đã ứng dụng phương pháp tách màng hạt gấc bằng cách chà sát, lạnh ựông cực nhanh vật liệu sấy bằng cách phun N2 lỏng nên ựã giảm thời gian và chi phắ lao ựộng, tạo ựiều kiện thuận lợi cho việc cơ khắ hóa và tự ựộng hóa dây chuyền chế biến màng hạt gấc

- Bằng phương pháp mô hình hoá và mô phỏng ựã xây dựng ựược mô hình toán biểu diễn quá trình truyền nhiệt truyền chất trong vật liệu sấy, làm

cơ sở khoa học cho việc xác ựịnh các thông số hình học và chế ựộ làm việc của hệ thống thiết bị sấy

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 4

- Bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ñơn và ña yếu tố ñã xác ñịnh ñược các thông số tối ưu của quá trình sấy làm cơ sở hoàn thiện thiết kế

và chế tạo các cỡ thiết bị sấy thăng hoa có năng suất khác nhau phù hợp với quy mô của các cơ sở sản xuất

7 Cấu trúc nội dung luận án

Ngoài phần mở ñầu, kết luận, kiến nghị các phụ lục, luận án gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 2: Nguyên vật liệu, ñối tượng và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Xây dựng mô hình toán quá trình truyền nhiệt truyền chất trong thiết bị sấy thăng hoa

Chương 4: Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ 5

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 đặc ựiểm, thành phần hóa học và công dụng của gấc

1.1.1 đặc ựiểm của gấc

Cây Gấc có tên khoa học Momordica cochinchinensis (Lour) Spreng,

thuộc họ Bắ Cucurbitaceae, giống Momordica, ựược trồng ở vùng đông Nam châu Á từ miền Nam Trung Quốc ựến đông Bắc Australia Ở Việt Nam gấc ựược trồng rải rác ở hầu hết các ựịa phương nhưng tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hải Dương, Hải Phòng, Hà Nội, với hai loại giống gấc ựược trồng phổ biến là gấc nếp và gấc tẻ (Lê Hồng Phúc, 2010) [33]

Hình 1.1 Giống gấc ựược trồng ở Việt Nam

Gấc nếp: trái to, nhiều hạt, gai to, ắt gai Khi chắn chuyển sang màu ựỏ

cam rất ựẹp Bổ trái ra, bên trong cơm vàng tươi, màng bao bọc hạt có màu ựỏ tươi rất ựậm

Gấc tẻ: trái nhỏ, có ắt hạt, gai nhọn Trái chắn bổ ra bên trong cơm có

màu vàng và màng bao bọc hạt thường có màu ựỏ nhạt hoặc màu hồng không ựược ựỏ tươi như gấc nếp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 6

Do ñó, ta thường chọn gấc nếp ñể chế biến thực phẩm vì gấc nếp trái to, khi chín nhiều cơm và có màu sắc ñẹp, chất lượng tốt

Gấc ra hoa vào tháng 6, chín vào tháng 9, tháng 10 Âm lịch Quả gấc có hình bầu dục, ñít nhọn, bề mặt vỏ có nhiều gai nhỏ mềm, ngắn, khi chín có màu ñỏ tươi, chiều dài trung bình của quả 15÷20cm, khối lượng 0,7÷5,0kg tùy theo giống gấc và ñiều kiện gieo trồng (Lê Hồng Phúc, 2010) [33]

Cấu tạo quả gấc gồm các lớp: vỏ quả, hạt, màng ñỏ bao ngoài hạt, dịch quả (hình 1.2)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 7

phần có giá trị nhất, theo bản kê của Viện dinh dưỡng - Bộ Y Tế, màng ñỏ

Bưởi ðu ñủ Dưa hấu Ổi Cà chua (Mỹ) Pintago Tầm xuân Gấc

Hình 1.3 Hàm lượng Lycopene trong một số loại rau quả

Theo tác giả (Trần Công Khanh, 2004) [18] có viết: “khi vào cơ thể, một phân tử betacaroten, chất tiền vitamin A sẽ ñược enzim của gan và tụy thủy phân thành 2 phân tử vitamin A tùy theo nhu cầu, vì vậy khi dùng dầu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 8

gấc không có hiện tượng thừa vitamin A Trong dầu gấc vitamin A cao gấp 1,8 lần so với dầu gan cá thu, gấp 15 lần so với củ cà rốt và gấp 68 lần so với

cà chua” (Kandlakunta, B., 2008) [69], (Singh, G., 2001) [96], (Vuong, L T., 2002) [99] (hình 1.4)

Cà chua Ớt Ớt xanh Bí ngô Ớt ñỏ Cà rốt Spinach Rau mùi Súp lơ Gấc

Hình 1.4 Hàm lượng β βββ-carotene trong một số loại rau quả

1.1.3 Công dụng của gấc

Nhiều nhà khoa học Mỹ ñã thừa nhận gấc là một loại quả sạch, an toàn nhất và có tác dụng chống oxy hóa cao nhất Các hãng dược phẩm lớn của

Mỹ, người dân Mỹ hết lời khen ngợi và gọi quả gấc bằng một thuật ngữ ñầy

nghĩa lý “fruit from heaven” (trái cây ñến từ thiên ñường) (Nguyễn Minh

Thủy, 2010) [40] Ngày nay, gấc ñược sử dụng ñể chế biến thành các chế phẩm phục vụ cho các lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm: màng hạt gấc ñược sử dụng trong công

nghiệp sản xuất bánh kẹo, thực phẩm chức năng ñể chống suy dinh dưỡng, chống lão hoá, sản xuất các loại màu thực phẩm tự nhiên,…

Trong công nghiệp dược phẩm: màng hạt gấc ñược sử dụng ñể sản

xuất nhiều loại thuốc mỡ dùng bôi lên các vết thương, vết loét, vết bỏng làm cho chóng lành, làm thuốc bổ dưỡng giúp cho người bệnh chóng lên cân, tăng sức chống ñỡ bệnh tật của cơ thể, dùng cho trẻ em chậm lớn, chống bệnh khô mắt, quáng gà, ñặc biệt là vô hiệu hoá các chất gây ung thư,…

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ 9

Trước năm 1940, theo (đỗ Tất Lợi, 1991) [24], trong sách đông và Tây

Y chỉ ghi 2 vị thuốc ựược sử dụng từ cây gấc là hạt và rễ ựể chữa mụn nhọt, trĩ, ựau nhức tê thấp đến năm 1941, lần ựầu tiên Bùi đình Sang và F.Guichard, trường đại học Dược Hà Nội, ựã chiết từ màng ựỏ quả gấc và nhận thấy lượng carotenoid (tiền vitamin A) rất cao, gấp hàng chục lần trong

củ cà rốt, cà chua và dầu cọ ựỏ và ựã dùng dầu gấc ựể chế tạo son môi cho các

Ộbà ựầmỢ người Pháp, sau ựó cả phụ nữ Tràng An dùng thì thấy môi ựỏ thắm, rất ỘnhuậnỢ, ướt và má hồng tươi, mắt sáng, Sau ựó năm 1942, tác giả Bùi đình Oánh ựã sử dụng kỹ thuật công nghiệp ựể ép dầu gấc xuất sang Pháp và tiếp theo các tác giả Nguyễn Văn đàn, đinh Ngọc Lâm, Hà Văn Mạo,Ầ ựã nghiên cứu phân tắch bổ sung thành phần carotenoid trong quả gấc và sử dụng trong lâm sàng ựể phục vụ nhu cầu phòng bệnh và ựiều trị vết thương, ựề phòng ung thư gan nguyên phát v.vẦ

Từ năm 1970, ựược sự chỉ ựạo ựộng viên của ựồng chắ Từ Giấy, các tác giả Hà Huy Khôi, Phan Thị Kim, Bùi Minh đức, Nguyễn Công Khẩn, Tô Bắch Phượng ựã cùng các cộng sự Nguyễn Văn Chuyển (Nhật Bản), Vương Thúy Lệ (Hoa Kỳ) Lê Doãn Diên, Phan Quốc Kinh, Lê Văn Nhương, Lâm Xuân Thanh, Nguyễn Hưng Phúc, Lê Việt Thắng, Bùi Minh Thu, Phạm Thị Trân Châu,Ầ cùng nhiều tác giả ựã nghiên cứu sâu thêm về thành phần carotenoid, lycopen, vitamin E, acid béo nhiều nối ựôi omega 3, trong các sản phẩm chế biến từ quả gấc, ựồng thời theo dõi thực nghiệm tác dụng chống oxy hóa, hạn chế tác ựộng ựộc hại của dioxin và ựộc tố vi nấm Aflatoxin trên gan chuột và nghiên cứu ứng dụng trong chăn nuôi ựể sản xuất trứng gà có hàm lượng cao carotenoid, thành phần beta caroten, retinol và giảm cholesterol Thực tế, nghiên cứu tại Mỹ cho thấy các hợp chất của beta caroten, Lycopen, AlphatocopherolẦ trong dầu gấc

có tác dụng làm vô hiệu hoá 75% các chất gây ung thư nói chung, nhất là ung thư vú ở phụ nữ, phòng và ựiều trị HIV/AIDS (Bùi Minh đức, 2004) [10]

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 10

Giá trị từ gấc ñem lại là rất lớn ñối với ñời sống con người Theo tác giả Le Vuong - nhà dinh duỡng học ở Ðại học California - Davis cho rằng: ñể ngăn ngừa tình trạng thiếu vitamin A thì nguời dân nên ăn nhiều rau quả giàu carotene Ở Việt Nam, gấc là nguồn thực phẩm tuyệt vời chứa nhiều beta-

carotene (FAO ñã ñưa cây gấc vào 5 trường hợp cần ñược nghiên cứu phát

triển ở Châu Á) nhưng rất ít người biết ñến tác dụng của nó Vì thế việc trồng

cây gấc trên diện rộng và có công nghệ chế biến phù hợp là một việc làm rất cần thiết nhằm ñem lại giá trị thương phẩm từ các chế phẩm của gấc xứng ñáng với tên gọi của nó "fruit from heaven"-quả ñến từ thiên ñường

1.1.4 Các sản phẩm từ gấc

Ngày nay, khi ñiều kiện sống ñược cải thiện thì nhu cầu về thực phẩm của con người ngày càng cao Những thực phẩm chức năng có giá trị dinh dưỡng cao càng ñược nhiều người chú ý ñến và quả gấc là một trong những loại thực phẩm chức năng ñó Các sản phẩm chế biến từ gấc rất ña dạng nhằm ñáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng trong và ngoài nước

Từ cơm gấc sản xuất thực phẩm cao cấp; Sản xuất dầu gấc sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm; Sản xuất chất nhuộm màu thực phẩm,… Các loại sản phẩm từ cây gấc có thể liệt kê dưới ñây:

Dược phẩm: viên nang dầu dầu gấc VINAGA, vitamin A, Dầu gấc Việt

Nam G8, Cồn hạt gấc,…

Thực phẩm: mứt, kẹo, bánh, (bánh cáy, bánh gấc, kẹo gôm gấc, mứt gấc),

nước ép hoa quả, sữa chua gấc, bột gấc dinh dưỡng, thực phẩm chức năng,…

Phân bón vi sinh; Thuốc trừ sâu “sạch” chiết xuất từ hạt gấc,… Dưới ñây

ñề cập thêm về 4 loại sản phẩm mang ý nghĩa kinh tế xã hội hơn cả là dầu gấc, viên nang Vinaga, khô dầu gấc và thực phẩm chức năng Lyfaten (hình 1.5)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 11

1.1.4.1 Dầu gấc

Dầu gấc có chứa β-caroten, lycopen, α-tocopherol là các chất chống oxy hóa mạnh Trong thành phần dầu còn có các chất béo, các nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể Những chất trên có tác dụng tăng khả năng miễn dịch, tăng sức ñề kháng của cơ thể, chống oxy hóa, chống lão hóa tế bào,… ðặc biệt, phòng và ñiều trị hiệu quả một số bệnh ung thư Dầu gấc có tác dụng như những thuốc vitamin

A, dùng bôi lên các vết thương Vết loét, vết bỏng cho chóng lành Uống dầu gấc nhanh lên cân, tăng sức ñề kháng bệnh tật cho cơ thể Dầu gấc có tác dụng rất tốt cho trẻ em suy dinh dưỡng, chậm lớn, dùng trị bệnh khô mắt, quáng gà rất hiệu nghiệm (Nguyễn Công Suất, 2002) [35], (Nguyễn Tường Vy, 2008) [48]

c) Bột dinh dưỡng d) Thực phẩm chức năng Lyfaten

Hình 1.5 Các sản phẩm từ gấc

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 12

1.1.4.2 Vinaga

VINAGA là viên nang dầu gấc do tác giả Nguyễn Công Suất bào chế Năm 2001, Nguyễn Công Suất là người ñầu tiên chiết suất dầu gấc trên dây

chuyền công nghệ hiện ñại ñể chế biến cây gấc thành “cây hàng hóa” Ông là

người khởi xướng việc sản xuất viên nang dầu gấc với thương hiệu VINAGA ñược thị trường Mỹ và trong nước tin dùng

1.1.4.3 Khô dầu

Sau khi lấy dầu còn lại bã gấc chính là khô dầu gấc, có thể dùng làm thức ăn gia súc hay phân bón rất tốt Khô dầu là phần ruột quả + màng + nhân của hạt gấc sau khi ñã chiết dầu, vẫn mang màu ñỏ ñậm, mùi thơm như bánh bích quy, vị hơi ngọt - béo bùi Theo kết quả phân tích của Viện Dinh Dưỡng thì 1kg khô dầu có 105g protein, 122g chất béo và 54g chất xơ Hàm lượng dinh dưỡng của khô dầu gấc tương ñương với Ngô vàng, nhưng chất béo nhiều hơn Ngô gấp 2÷3 lần Nhất là, trong khô dầu gấc còn khá nhiều β -caroten, lycopen và α-tocopherol (vitamin E) Trong chăn nuôi, người ta không còn nghi ngờ gì về tính lành cũng như về hiệu quả nhuộm màu tự nhiên trong thức ăn công nghiệp nhằm tăng ñộ ñậm màu của da và lòng ñỏ trứng gà/vịt (Vũ Duy Giảng, 2009) [11]

1.1.4.4 Lyfaten

Thực phẩm chức năng Lyfaten ñược sản xuất từ gấc và cà chua do Công ty VDP sản xuất Lyfaten có tác dụng: Chống lão hóa và làm ñẹp da, bảo vệ da và ngăn dụng tóc; Phòng khô mắt, mờ mắt, thiếu máu; Hỗ trợ giảm cholesterol trong máu, giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch; Giúp tăng cường sức ñề kháng cho bệnh nhân ung thư, tiểu ñường, người bị viêm gan, xơ gan; Tăng cường sức ñề kháng, giải ñộc ñối với những người làm việc trong môi trường ñộc hại; Giúp trẻ em mau lớn khỏe mạnh, ít mắc bệnh nhiễm khuẩn; tiêu chảy, viêm phổi

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 13

1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm gấc

1.2.1 Tình hình sản xuất

Nước ta có ñiều kiện thuận lợi cho sự phát triển cây gấc Cây gấc ñược thu hoạch lấy quả vào khoảng từ tháng 8÷9 ñến tháng 1÷2 năm sau Sản lượng hàng năm từ 1500÷2600 tấn/năm Cây gấc ñược trồng rải rác trong cả nước, tuy nhiên chưa có vùng thâm canh tập trung ñể cung cấp nguyên liệu cho các dây chuyền sản xuất công nghiệp và chủ yếu tập trung ở các Tỉnh phía Bắc Do nhu cầu và công dụng ñặc biệt của gấc nên cây gấc ngày càng ñược chú trọng và phát triện rộng rãi, ñã có nhiều dự án cũng như quy mô quy hoạch cho các vùng trồng gấc Ví dụ như xây dựng mô hình trồng và thâm canh cây gấc có năng suất và chất lượng cao ở tỉnh Hải Dương, Sóc Sơn- Hà Nội, triển khai dự án trồng gấc xuất khẩu tại 7 huyện

và quận Hải An của Thành phố Hải Phòng,…

Tác giả (ðinh Thị Nguyên, 2003) [28] ñã có nghiên cứu ñánh giá hàm lượng dầu gấc thu ñược từ các giống gấc trồng trên ñất Hải Dương cho thấy: trong 05 loại giống gấc thì loại giống gấc nếp cho kết quả tốt nhất, hàm lượng dầu ñạt 27,7% so với màng gấc khô; tỷ lệ màng gấc khô so với quả chín là 8,6% Nhằm hình thành vùng trồng gấc chuyên canh Công ty Cổ phần Dược VTYT Hải Dương ñã tiến hành dự án “Xây dựng mô hình sản xuất, thu mua quả gấc hàng hoá tập trung làm nguyên liệu sản xuất viên nang mềm dầu gấc phục vụ cho thị trường trong và ngoài nước” Kết quả sau

1 năm thực hiện, các hộ nông dân ñã tiếp thu ñược qui trình trồng gấc ñạt

năng suất cao: chọn giống, làm ñất, chăm bón, làm giàn, phòng trừ sâu bệnh, thu hái, bảo quản Các hộ nông dân ñã làm chủ ñược kỹ thuật, hướng dẫn cho các hộ khác cùng làm Những ñiểm thu gom gấc quả là những nơi tuyên truyền giới thiệu có sức thuyết phục nhất ñối với nông dân Từ nguyên liệu Gấc của dự án, Công ty CP Dược VTYT Hải Dương ñã nghiên cứu chiết

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦ 14

xuất Dầu gấc và sản xuất viên nang mềm Dầu gấc với công nghệ sản xuất ựạt tiêu chuẩn GMP WHO

1.2.2 Tình hình tiêu thụ sản phẩm gấc

Nắm bắt ựược nhu cầu của thị trường trong nước và nước ngoài về sản phẩm gấc hàng loạt công ty sản xuất các chế phẩm từ gấc ựược thành lập như Công ty VNPOFOOD, đông Phương, Kiều Phương,Ầ ựã góp phần ựưa quả gấc Việt Nam ra thế giới Công ty VNPOFOOD sản xuất năng suất ựạt 1000 tấn quả/năm Cho tới nay, hầu hết các sản phẩm từ trái gấc xuất khẩu sang thị trường

Mỹ với số lượng hàng nghìn lắt tinh dầu mỗi năm và ựã ựược người Mỹ dùng vào rất nhiều sản phẩm như bột gấc thì làm bánh kẹo, dầu gấc dùng ựể xào nấu, viên nang VINAGA uống hàng ngày Năm 2001 Công ty VNPOFOOD ựã xuất khẩu sang Mỹ 2000 tấn dầu gấc để phục vụ cho việc chế biến dầu gấc năm

2002 Công ty ựã thu mua của các tỉnh 3000 tấn gấc quả; ựến năm 2008 ựã thu mua 10.000 tấn gấc và năm 2008 ựã xuất khẩu sang thị trường Mỹ, đức, Malaixia, Bulgari gần 10 triệu viên VINAGA (Lê Hồng Phúc, 2010) [33]

Một xu hướng khác, họ phát triển theo hướng thực phẩm - thuốc dùng ngăn ngừa bệnh tật, thậm chắ họ còn dùng ruột gấc tươi pha với nước thành sinh

tố gấc ựược người tiêu dùng tiêu thụ khá mạnh Mỗi năm, Công ty VNPOFOOD

ựã chế biến và xuất sang thị trường Mỹ ựược 3.000 lắt dầu thô, hàng triệu viên nang VINAGA và sẽ phát triển thêm thị trường ở các nước Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc,Ầ ựặc biệt là thị trường trong nước vẫn chưa ựược quan tâm

1.3 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị sấy gấc

1.3.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị sấy gấc trên thế giới

Gấc là loại trái cây ựược tiêu thụ ở cả hai dạng tươi và khô đây là một loại trái cây theo mùa, vì vậy cần ựược sấy khô (màng gấc) trong mùa thu hoạch

ựể bảo quản và dự trữ cho việc chế biến liên tục trong năm Mặt khác, màng gấc khô là nguyên liệu ựầu vào cho hầu hết các sản phẩm chế biến từ gấc như dầu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 15

gấc, viên nang gấc, thực phẩm bổ sung,… nhằm ñáp ứng nhu cầu tiêu thụ màng gấc khô liên tục tăng trên thị trường quốc tế

Tuy nhiên, việc nghiên cứu về công nghệ sấy gấc thì chưa có nhiều tác giả quan tâm ñến lĩnh vực này mà ña số tập trung nghiên cứu về thành phần hóa học và cách chiết suất các chất có trong quả gấc ðiển hình cho các nghiên cứu

về vấn ñề này là các công trình (Aoki, H., 2002) [50], (Ishida B.K., 2004) [65], (Vuong, T.L., 2003) [100] ñã cho thấy thành phần carotenoid tổng số và α tecopherol có sự khác nhau giữa các giống gấc, mức ñộ quả chín, ñiều kiện khí hậu của vùng trồng gấc, thời gian và ñiều kiện bảo quản, phương pháp phân tích Nhằm ñánh giá sự ảnh hưởng của các phương pháp sấy khô khác nhau ñến hàm lượng carotenoid trong màng hạt gấc tác giả (Kha, T.C., 2009) [70]

ñã có những thực nghiệm so sánh chất lượng sản phẩm sau khi sử dụng các phương pháp sấy bằng không khí nóng, sấy phun, sấy chân không, sấy thăng hoa màng ñỏ hạt gấc Kết quả cho thấy phương pháp sấy thăng hoa là phương pháp tốt nhất, nó cho chất lượng màu sáng nhất và hàm lượng β-caroten cao nhất ðây là cơ sở ñể lựa chọn phương pháp sấy thăng hoa cho quá trình làm khô màng ñỏ hạt gấc, nó sẽ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm cả về chất lượng và cảm quan sản phẩm

Dưới ñây là một số thiết bị mà tác giả (Kha, T.C., 2009) [70] lựa chọn cho việc sấy khô màng ñỏ hạt gấc:

Sấy bằng không khí nóng: thiết bị ñược sử dụng có cấu tạo ñơn giản

(hình 1.6), bao gồm các khay ñựng vật liệu sấy dạng lưới (hoặc tấm có ñục lỗ) ñặt trong tủ cách nhiệt Không khí trong tủ sấy ñược làm nóng bằng hệ thống dây ñiện trở và lưu thông giữa các khay sấy Ưu ñiểm chính của thiết bị là tính linh hoạt trong hoạt ñộng, có thể sấy ñược nhiều loại sản phẩm khác nhau, vốn ñầu tư và chi phí bảo trì thấp Tuy nhiên, chất lượng sản phẩm khô cuối cùng là thay ñổi và thường thấp hơn các phương pháp khác

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 16

Hình 1.6 Thiết bị sấy bằng không khí nóng

Hình 1.7 Thiết bị sấy phun LabPlant SD-05

Sấy phun: Màng gấc ñược tách ra khỏi hạt ñem xay nhỏ và trộn với hóa

chất xử lý trước khi sấy Hỗn hợp này ñược bơm và phun qua vòi phun vào không gian buồng sấy có nhiệt ñộ từ 120÷200oC, áp suất 0,06Mpa Sản phẩm ñược bơm nén qua vòi phun vào buồng sấy dưới dạng sương mù (10÷20µm), tại ñây nó sẽ trao ñổi nhiệt với không khí nóng trong thời gian rất ngắn (1÷10s) sau ñó ñược làm khô thành bột và rơi xuống phía dưới, phần nhỏ còn lại bay theo tác nhân sấy ñược thu hồi qua xyclon Tuy nhiên sản phẩm tiếp xúc trực tiếp với không khí nóng ở nhiệt ñộ cao nên dẫn ñến các biến ñổi về mặt hóa lý ñặc biệt là các chất dễ mẫn cảm với nhiệt như carotenoid và

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 17

vitamin E, mặt khác chi phí lắp ñặt lớn, hiệu suất nhiệt thấp do tác nhân sấy mang theo ra môi trường (hình 1.7)

Sấy chân không: thiết bị bao gồm một buồng chân không, một nguồn

cung cấp nhiệt, một bơm chân không ñể duy trì áp suất chân không trong buồng sấy và một bộ phận thu hơi nước bốc hơi từ vật liệu (hình 1.8) So với phương pháp sấy thăng hoa thì trong sấy chân không vật liệu sấy không phải ñông lạnh và ñộ chân không trong buồng sấy là không cao Sấy chân không ñược thực hiện trong môi trường không có ôxy, do ñó bảo vệ ñược các thành phần nhạy cảm trong thực phẩm dễ bị biến ñổi của quá trình ôxy hóa Như vậy, sấy chân không phù hợp ñể sấy các loại sản phẩm nhạy cảm với nhiệt và

quá trình ôxy hóa mà phương pháp sấy không khí nóng không ñáp ứng ñược

Hình 1.8 Thiết bị sấy chân không Gallenkamp

Sấy thăng hoa: Khác với các phương pháp trên, sấy thăng hoa ñược

thực hiện ở ñiều kiện dưới áp lực chân không cao (dưới 4,58 torr hoặc 0,61kPa) Khi sấy, vật liệu sấy phải ñược lạnh ñông và ñặt trên các khay trong một buồng kín, trong ñó áp suất chân không sẽ giảm từ 0,1÷2,0 torr Nhiệt ñược cung cấp ñể ñảm bảo cho nước ñóng băng ñược thăng hoa thành hơi nước bay vào không gian buồng sấy Hơi nước liên tục ñược lấy ra từ vật liệu ñược ñóng băng ở bình ngưng-ñóng băng trước khi ñi qua máy hút chân không ra môi trường bên ngoài So với các phương pháp khác thì sấy thăng hoa cho phép giữ lại ñược hương vị và chất dinh dưỡng của sản phẩm là rất

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 18

cao, ñiều này là do sản phẩm ñược sấy khô ở nhiệt ñộ thấp Hơn nữa, một cấu trúc xốp ñược hình thành do sự loại bỏ các tinh thể nước ñá, do ñó về cấu trúc sản phẩm không bị biến dạng nhiều

Hình 1.9 Thiết bị sấy thăng hoa Virtis 25EL

1.3.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị sấy gấc ở Việt Nam

Ở nước ta, trong những năm gần ñây do sản lượng gấc tăng lên rất lớn, vào vụ thu hoạch rộ thì lượng gấc tươi tiêu thụ và chế biến không kịp nên việc sấy khô màng hạt gấc ñể bảo quản và dự trữ cho việc chế biến liên tục trong năm là giải pháp hữu ích ñể tránh tổn thất sau thu hoạch

Gấc là loại trái cây ñược tiêu thụ ở cả hai dạng tươi và khô ðây là một loại trái cây theo mùa, vì vậy cần ñược sấy khô (màng gấc) trong mùa thu hoạch

ñể bảo quản và dự trữ cho việc chế biến liên tục trong năm Hiện nay việc sấy khô màng hạt gấc chưa ñược ñầu tư nghiên cứu một cách ñầy ñủ, phần lớn lượng gấc thu hoạch ñược làm khô trong các lò sấy thủ công do nông dân tự chế và học hỏi kinh nghiệm lẫn nhau, nên chất lượng sản phẩm chưa cao, không ñảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm, thậm chí có nhiều mẻ sấy chất lượng kém, không ñủ tiêu chuẩn ñưa vào chế biến và có nhiều lô hàng không ñủ tiêu chuẩn xuất khẩu phải trả về hoặc phải chịu chấp nhận bán

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 19

giá thấp gây thiệt hại lớn cho người sản xuất ðể giải quyết các vấn ñề nêu trên, một số cơ sở sản xuất, Viện và các trường ðại học ñã tập trung nghiên cứu

ñể hoàn thiện quy trình công nghệ, ñồng thời ñã thiết kế, chế tạo một số thiết bị sấy ñược ñưa vào ứng dụng trong sản xuất

1.3.2.1 Quy trình công nghệ sấy màng hạt gấc

Hiện nay các cơ sở chế biến gấc và các hộ nông dân thường áp dụng quy trình công nghệ sấy màng hạt gấc theo phương pháp truyền thống

Sơ ñồ qui trình công nghệ sấy màng ñỏ hạt gấc ñược thể hiện trên hình 1.10

Hình 1.10 Qui trình công nghệ sấy màng ñỏ hạt gấc

Lựa chọn những quả gấc tươi có cùng ñộ chín, màu ñỏ ñều, không dập, thối, mốc, không chọn quả chín nhũn, sâu bệnh Dùng nước sạch ñể rửa gấc, quá trình rửa gấc phải nhẹ nhàng và luôn giữ ngập nước Sau khi rửa quả gấc ñược ñể ráo, tiến hành bổ ñôi quả gấc lấy hạt có màng nhầy mầu ñỏ, dàn mỏng lên khay men hay mâm nhôm, ñem phơi nắng hoặc sấy ở nhiệt ñộ 50÷60oC cho

se màng ñến khi sờ không dính tay Dùng dao tách màng ra khỏi hạt Tiếp tục phơi hoặc sấy cho màng khô ñến ñộ ẩm yêu cầu công nghệ và bảo quản

Trong qui trình công nghệ trên thì khâu làm khô thường áp dụng phương pháp phơi nắng hoặc sử dụng các lò sấy thủ công dùng khói lò làm tác nhân sấy

Do không kiểm soát ñược nhiệt ñộ sấy nên sản phẩm sấy dễ bị biến ñổi về chất lượng, ñặc biệt một số thành phần mẫn cảm với nhiệt như β-caroten, lycopen, vitamin E và các vi chất dễ bị biến ñổi ở nhiệt ñộ cao

ðể ñánh giá sự biến ñổi chất lượng do nhiệt tác ñộng tác giả (Nguyễn Minh Thủy, 2010) [40] ñã nghiên cứu tác ñộng của nhiệt lên sự phá hủy

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 20

carotenoid trong màng gấc trong ñiều kiện ñẳng nhiệt và ñẳng áp và xác ñịnh ñược mối quan hệ giữa hàm lượng carotenoid với thời gian sấy ứng với nhiệt ñộ sấy là 45, 50, 55, 60, 65oC Kết quả thí nghiệm ñược thể hiện trên hình 1.11

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2

3 4 5 6 7 8 9 10

Thoi gian say (phut) temp 45 50 55

Hình 1.11 Sự biến ñổi carotenoid của màng gấc trong quá trình sấy

Trên cơ sở số liệu thí nghiệm ñã xác ñịnh ñược hàm lượng carotenoid giảm dần theo quá trình xử lý nhiệt và sự phá hủy này tuân theo mô hình ñộng học bậc nhất Hàm lượng carotenoid giảm không nhiều khi sấy gấc ở nhiệt ñộ 45÷60oC trong thời gian 10 phút, nhưng có sự tổn thất lớn carotenoid khi sấy trong thời gian dài hơn hoặc nhiệt ñộ sấy cao hơn Nhiệt ñộ sấy 60oC trong thời gian 10 phút giúp bề mặt gấc khô, ráo nên dễ dàng loại bỏ hạt, ñồng thời

sự tổn thất carotenoid thấp

Kết quả này tương ñồng với kết quả các công trình nghiên cứu của Vuong và King (Vuong, T.L., 2003) [100] Các tác giả này cũng cho rằng khi chế biến dầu gấc nên tiền xử lý nhiệt bằng cách sấy ở 60oC ñể bề mặt khô ráo tạo ñiều kiện thuận lợi hơn trong quá trình loại bỏ hạt

Do phát hiện ñược giá trị tiềm năng của cây gấc từ rất sớm nên một số nhà khoa học trong nước ñã nghiên cứu xác ñịnh thành phần hóa học và công dụng của gấc, cách chiết suất ñể thu hồi như: tác giả Nguyễn Công Suất ñã nghiên cứu cách chiết suất ñể thu hồi dầu gấc và ứng dụng trong qui trình bào

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 21

chế viên nang dầu gấc Vinaga Nguyễn Tường Vy nghiên cứu xác ñịnh một

số thành phần có hoạt tính sinh học trong dầu gấc ñể ứng dụng trong công nghệ sản xuất dược phẩm và mỹ phẩm (Nguyễn Tường Vy, 2008) [48]

1.3.2.2 Thiết bị sấy màng hạt gấc

Ở nước ta hiện nay chưa có thiết bị chuyên dụng ñể sấy gấc Phần lớn lượng gấc thu hoạch ñược làm khô bằng phương pháp phơi nắng hoặc sấy trong các thiết bị sấy rau quả thông dụng Dưới ñây là một số thiết bị sấy ñiển hình:

a Lò sấy thủ công

Lò sấy thủ công ñược xây bằng gạch do các hộ nông dân tự xây dựng

Lò có 2 ngăn, ngăn sấy tăng tốc và ngăn sấy ủ (hình 1.12)

Hình 1.12 Hệ thống sấy màng gấc thủ công dùng trực tiép khói lò

Bên trong có các giàn ñỡ ñể ñặt các khay chứa vật liệu sấy Khay có thể ñược làm bằng khung gỗ phía dưới lót lưới nhựa hoặc có thể sử dụng các sàng nan thưa ñược làm bằng tre Tùy theo khối lượng mỗi mẻ sấy, mà lò có chiều dài khác nhau Mỗi ngăn có 1 lò ñốt nhiên liệu ñể cung cấp nhiệt cho quá trình sấy Nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là khói lò ñược sinh ra bởi các bếp than tổ ong hoặc than ñá ñặt ở ñáy lò sấy ðể ñảm bảo nhiệt ñộ sấy ñược ñồng ñều người ta thường treo trên các bếp lò 1 tấm sắt dày và dịch chỉnh vị trí ñặt

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 22

bếp than hợp lý Thời gian sấy khô ñạt ñộ ẩm yêu cầu (7÷10%) khoảng 20÷22 giờ Các lò sấy thủ công có ưu ñiểm là vốn ñầu tư thấp, cấu tạo ñơn giản, dễ xây dựng nhưng tồn tại nhiều nhược ñiểm như: tốc ñộ giảm ẩm chậm do dòng khí sấy ñối lưu tự nhiên nên thời gian sấy kéo dài, màu sắc của sản phẩm không ñẹp, sản phẩm sấy dễ bị nhiễm bụi than từ lò ñốt, hấp thụ mùi khói lò

và các sản phẩm cháy của nhiên liệu như CO, SO2,

b Thiết bị sấy cải tiến SVQ -1

Thiết bị sấy cải tiến SVQ-1 do tác giả Trần Như Khuyên, Trường ðại

học Nông nghiệp Hà Nội thiết kế, chế tạo ñược sử dụng ñể sấy vải quả và một

số sản phẩm rau quả khác như hành, ớt, tỏi, gấc, Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo ñược thể hiện trên hình 1.13 (Trần Như Khuyên, 2006) [20]

Hình 1.13 Sơ ñồ nguyên lý cấu tạo thiết bị sấy cải tiến SVQ-1

1- lò ñốt than; 2- bộ phận lọc khí; 3- quạt; 4- ñộng cơ ñiện;

5- ống dẫn khí; 6- buồng sấy; 7- ống phân phối khí ðây là thiết bị sấy kiểu ñối lưu cưỡng bức, sử dụng trực tiếp khói lò làm tác nhân sấy, có bộ phận lọc khí trước khi ñưa vào buồng sấy Buồng sấy ñược xây bằng gạch, trong buồng có ñặt các sào bằng tre thành từng hàng và tầng ñể ñỡ các khay sấy Bộ phận lọc khí xây bằng gạch, làm việc theo nguyên tắc ly tâm Lò ñốt than kiểu lưu ñộng ñược xây bằng gạch chịu lửa có kích thước D x R x C (600 x 400 x 450mm) và ñặt ở phía trước bộ phận lọc khí Bộ phận phân phối khí gồm có 2 ống thép trên ñó có xẻ rãnh thoát khí, ñược lắp dọc theo buồng sấy

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 23

Thiết bị sấy trên có ưu ñiểm cấu tạo ñơn giản, tiện lợi trong sử dụng và lắp ñặt, giá thành phù hợp với khả năng ñầu tư tài chính của các hộ nông dân nên ñược triển khai và áp dụng rộng rãi trong sản xuất Tuy nhiên thiết bị trên còn

có nhược ñiểm là sản phẩm sấy chưa ñảm bảo ñược ñộ sạch do sử dụng trực tiếp khói lò làm tác nhân sấy

c Thiết bị sấy SRQ-12

Thiết bị sấy SRQ-12 do tác giả Bạch Quốc Khang, Viện Cơ ñiện và CNSTH thiết kế và chế tạo ñược sử dụng ñể sấy long nhãn và một số loại rau quả khác như vải quả rời, gấc, hành, ớt, tỏi, Sơ ñồ nguyên lý ñược thể hiện trên hình 1.14 (Bạch Quốc Khang, 2004) [17]

Hình 1.14 Thiết bị sấy rau quả SRQ – 12

1- quạt tác nhân sấy; 2- van ñiều chỉnh khí hồi lưu; 3- kênh dẫn tác nhân sấy; 4- khay sấy; 5- tường bao buồng sấy; 6- nắp buồng sấy; 7- cửa thoát ẩm; 8- ống hồi lưu khí thải; 9- lò ñốt than;10- thiết bị trao ñổi nhiệt;

11- cửa không khí sạch; 12- ống khói

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học kỹ thuật ……… 24

Buồng sấy ñược xây bằng gạch ñỏ, có kích thước DxRxC (2000 x 1000

x 2100) Trong buồng sấy có 8 giàn khung ñặt khay, mỗi giàn ñặt 3 khay sấy

Cả buồng sấy có 24 khay sấy Khay sấy có kích thước DxRxC (890 x 600 x 20) Lò ñốt than có kích thước DxRxC (840 x 670 x 900) Mặt trước phía trên ghi lò có cửa ñổ than, phía dưới có cửa lấy xỉ Lò ñốt ñược xây bằng gạch chịu lửa, phía ngoài xây bằng gạch ñỏ ñể giữ nhiệt Gắn với lò ñốt có ghi lò và quạt

lò ñể cung cấp không khí cho quá trình cháy của than Phía trên lò ñốt là thiết

bị trao ñổi nhiệt kiểu calorife khí-khói, gồm 32 ống thép có ñường kính φ58 dài 2500mm Khi làm việc khói lò ñi trong ống, không khí môi trường ñược nạp vào qua cửa không khí 11, chuyển ñộng dọc theo ống tạo ra tác nhân sấy có nhiệt ñộ theo yêu cầu trước khi ñược quạt gió thổi vào buồng sấy

Thiết bị sấy có ưu ñiểm: sử dụng không khí ñốt nóng gián tiếp nên tạo

ra sản phẩm sấy sạch nhưng có nhược ñiểm: cấu tạo phức tạp, giá thành thiết

bị cao, chi phí cho việc bảo trì, sửa chữa khá lớn, ñồng thời hiệu suất sử dụng nhiệt thấp, chi phí nhiên liệu cao nên ít ñược áp dụng

Nhìn chung, các thiết bị sấy trên ñã góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm sấy và hỗ trợ về thiết bị cho các cơ sở chế biến nhằm giải quyết việc sơ chế ñể bảo quản tạm thời khối lượng sản phẩm gấc tươi sau thu hoạch Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế như: chất lượng sản phẩm không ổn ñịnh, chi phí nhiên liệu, chi phí ñầu tư mua sắm thiết bị, chi phí cho việc bảo trì và sửa chữa lớn nên các cơ sở sản xuất khó chấp nhận, vì vậy chưa ñược triển khai rộng rãi trong sản xuất

1.4 Phương pháp và thiết bị sấy thăng hoa

1.4.1 Bản chất của quá trình sấy thăng hoa

Hiện nay trong công nghiệp thực phẩm, y học và công nghiệp dược cũng như công nghiệp hoá học nói chung, hệ thống sấy thăng hoa ñược sử dụng khá phổ biến Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực