Nghiên cứu công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY MÍT BẰNG BỨC XẠ HỒN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY MÍT

BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI

GVHD: ThS NGUYỄN TẤN DŨNG SVTH: LÊ NGỌC HUYỀN

MSSV: 11116029

S K L 0 0 3 8 1 6

MSSV: 11116029

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

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Lê Ngọc Huyền

Ngành: Công nghệ Thực phẩm

1 Tên khóa luận:

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY MÍT BẰNG BỨC XẠ HỒNG NGOẠI

2 Nhiệm vụ của khóa luận:

 Tổng quan về nguyên liệu mít và sấy hồng ngoại

 Phân tích các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại

 Xây dựng các hàm mục tiêu: độ ẩm, đường tổng, độ cứng, chi phí năng lượng trong quá trình sấy hồng ngoại mít

 Xây dựng và giải các bài toán tối ưu một và đa mục tiêu của quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại

 Xây dựng quy trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại

3 Ngày giao nhiệm vụ khóa luận: 20/01/2015

4 Ngày hoàn thành khóa luận: 15/07/2015

5 Họ tên người hướng dẫn: ThS Nguyễn Tấn Dũng

Phần hướng dẫn: toàn bộ khóa luận

Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã được thông qua bởi

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp

đỡ tận tình của quý thầy cô, gia đình và bạn bè, đây là nguồn động lực rất lớn giúp tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Qúy thầy cô Khoa Công Nghệ Hóa Học Và Thực Phẩm và Gia đình, đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện khóa luận

Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Dũng – giáo viên hướng dẫn Thầy đã luôn tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài Những kiến thức thầy dạy dỗ không chỉ giúp ích trong nội dung đề tài tốt nghiệp mà còn là nền tảng để tôi có thể tiếp tục học tập và làm việc trong tương lai

Cuối cùng, tôi xin chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe để có thể cống hiến thật nhiều trong sự nghiệp trồng người cao quý của mình

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, ngày 15 tháng 7 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Lê Ngọc Huyền

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của riêng tôi Tôi xin cam đoan các nội dung đƣợc tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã đƣợc trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định

Ngày 15 tháng 7 năm 2015

Ký tên

Lê Ngọc Huyền

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi

TÓM TẮT KHÓA LUẬN xii

MỞ ĐẦU xiii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Cơ sở lý thuyết sấy 1

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Cơ sở của quá trình sấy 1

1.1.3 Động học của quá trình sấy 1

1.1.4 Bản chất của quá trình sấy 2

1.1.5 Đặc điểm của quá trình sấy 3

1.1.6 Mục đích của quá trình sấy 4

1.1.7 Phân loại quá trình sấy 4

1.1.8 Các biến đổi xảy ra trong quá trình sấy 7

1.2 Phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại 8

1.2.1 Cơ sở khoa học của sấy hồng ngoại 8

1.2.2 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại 11

1.2.3 Đặc điểm và tính chất của tia hồng ngoại 11

1.2.4 Các nguồn phát ra tia hồng ngoại 11

1.2.5 Ứng dụng của tia hồng ngoại 12

1.2.6 Khái niệm sấy bằng bức xạ hồng ngoại 12

1.2.7 Cơ chế sấy khô vật liệu ẩm bằng bức xạ hồng ngoại 12

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TẤN DŨNG

1.2.8 Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại 13

1.2.9 Ưu, nhược điểm của sấy hồng ngoại 14

1.3 Những kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 15

1.3.1 Những kết quả nghiên cứu trong nước 15

1.3.2 Những kết quả nghiên cứu ngoài nước 15

1.4 Nguyên liệu mít 17

1.4.1 Đặc điểm sinh học 17

1.4.2 Thành phần hóa học, các tính chất nhiệt vật lý và dinh dưỡng của mít … 19

1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sấy hồng ngoại 22

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 Nguyên liệu 26

2.2 Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu 26

2.3 Sơ đồ nghiên cứu 29

2.4 Phương pháp nghiên cứu 32

2.4.1 Phương pháp xác định độ ẩm 32

2.4.2 Phương pháp xác định hàm lượng đường tổng 33

2.4.3 Phương pháp xác định độ cứng sản phẩm 35

2.4.4 Phương pháp xác định Protein 35

2.4.5 Phương pháp xác định Lipid 35

2.4.6 Phương pháp xác định hàm lượng tro tổng 35

2.4.7 Phương pháp xác định các chỉ tiêu vi sinh vật 36

2.4.8 Phương pháp tính toán chi phí năng lượng 36

2.5 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu 36

2.5.1 Thiết lập bài toán tối ưu các hàm mục tiêu thành phần 36

2.5.2 Thiết lập bài toán tối ưu cho đa mục tiêu 41

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 45

3.1 Thành phần hóa học của mít 45

3.2 Kết quả thực nghiệm xác định độ ẩm, đường tổng, cấu trúc sản phẩm và chi phí năng lượng 45

3.3 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng với các hàm

mục tiêu 46

3.3.1 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu độ ẩm 46

3.3.2 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu là đường tổng 51

3.3.3 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu là độ cứng sản phẩm 56

3.3.4 Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới hàm mục tiêu là chi phí năng lượng 61

3.4 Xây dựng và giải bài toán tối ưu một mục tiêu 66

3.5 Xây dựng và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu 67

3.6 Thực nghiệm kiểm chứng tối ưu 69

3.7 Các chỉ tiêu vi sinh trong sản phẩm mít sấy bằng bức xạ hồng ngoại ở chế độ tối ưu 69

3.8 Đánh giá cảm quan sản phẩm mít sấy bằng bức xạ hồng ngoại ở chế độ tối ưu 69

3.9 Xác lập chế độ công nghệ và xây dựng quy trình sấy 71

3.10 Tính kinh tế 71

3.11 Bàn luận 72

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TẤN DŨNG

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Động học quá trình sấy 2

Hình 1.2 Đường biểu diễn quá trình sấy 3

Hình 1.3 Bức xạ nhiệt tác động lên môi trường hữu hạn 9

Hình 1.4 Qủa mít 17

Hình 1.5 Cơm mít 17

Hình 1.6 Các sản phẩm về mít 22

Hình 1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến mít sấy hồng ngoại 22

Hình 2.1 Nguyên liệu mít 26

Hình 2.2 Máy sấy hồng ngoại 29

Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu 30

Hình 2.4 Sơ đồ sản xuất mít sấy hồng ngoại 31

Hình 2.5 Sản phẩm mít sấy hồng ngoại ở chế độ tối ưu 32

Hình 2.6 Đường chuẩn 34

Hình 2.7 Mẫu đo đường tổng 35

Hình 2.8 Máy đo quang phổ 35

Hình 2.9 Sơ đồ mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng với các hàm mục tiêu 37

Hình 2.10 Bài toán đa mục tiêu 41

Hình 2.11 Không gian hàm mục tiêu của bài toán tối ưu hai mục tiêu 42

Hình 3.1 Trục màu L, a, b 70

Hình 3.2 Các sản phẩm mít sấy 70

Hình 3.3 Quy trình công nghệ tổng quát sấy bức xạ hồng ngoại mít 71

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa học trong 100g thịt mít tươi 19

Bảng 1.2 Thành phần vitamin trong cơm mít tươi 19

Bảng 1.3 Thành phần chất khoáng có trong 100 g thịt mít tươi 19

Bảng 1.4 So sánh thành phần dinh dưỡng của mít với chuối và xoài 21

Bảng 2.1 Số liệu đường chuẩn 34

Bảng 2.2a Các mức của yếu tố ảnh hưởng 38

Bảng 2.2b Các biến của ma trận quy hoạch cấu trúc tâm hai yếu tố 38

Bảng 2.2c Ma trận quy hoạch với biến ảo TYT 23 và kết quả thực nghiệm 39

Bảng 2.2d Các thí nghiệm ở tại tâm 40

Bảng 3.1 Thông số về thành phần hóa học của nguyên liệu 45

Bảng 3.2 Kết quả thực nghiệm của các hàm mục tiêu 45

Bảng 3.3a Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu độ ẩm theo ma trận trực giao cấp 2…… 47

Bảng 3.3b Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu độ ẩm theo ma trận trực giao cấp 2…… 47

Bảng 3.3c Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu độ ẩm theo ma trận trực giao cấp 2……… 48

Bảng 3.3d Hệ số của PTHQ cho độ ẩm 49

Bảng 3.3e Phương sai tái hiện 49

Bảng 3.3f Sai số trong PTQH của độ ẩm 49

Bảng 3.3g Kiểm tra ý nghĩa của hệ số theo tiêu chuẩn Student của độ ẩm 49

Bảng 3.3h Kết quả tính ̂ và (yi - ̂)2 50

Bảng 3.3i Kiểm định Fisher của PTHQ hàm mục tiêu độ ẩm 50

Bảng 3.4a Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu đường tổng theo ma trận trực giao cấp 2 52

Bảng 3.4b Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu đường tổng theo ma trận trực giao cấp 2 52

Bảng 3.4c Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu đường tổngtheo ma trận trực giao cấp 2 53

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TẤN DŨNG

Bảng 3.4d Hệ số của PTHQ cho đường tổng 54

Bảng 3.4e Phương sai tái hiện 54

Bảng 3.4f Sai số trong PTQH của đường tổng 54

Bảng 3.4g Kiểm tra ý nghĩa của hệ số theo tiêu chuẩn Student của đường tổng 54

Bảng 3.4h Kết quả tính ̂ và (yi - ̂)2 55

Bảng 3.4i Kiểm định Fisher của PTHQ hàm mục tiêu đường tổng 56

Bảng 3.5a Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu độ cứng theo ma trận trực giao cấp 2…… 57

Bảng 3.5b Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu độ cứng theo ma trận trực giao cấp 2…… 57

Bảng 3.3c Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu độ cứng theo ma trận trực giao cấp 2…… 58

Bảng 3.5d Hệ số của PTHQ cho độ cứng 58

Bảng 3.5e Phương sai tái hiện 59

Bảng 3.5f Sai số trong PTQH của độ cứng 59

Bảng 3.5g Kiểm tra ý nghĩa của hệ số theo tiêu chuẩn Student của độ cứng 59

Bảng 3.5h Kết quả tính ̂ và (yi - ̂)2 60

Bảng 3.5i Kiểm định Fisher của PTHQ hàm mục tiêu độ cứng 61

Bảng 3.6a Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu chi phí năng lượng theo ma trận trực giao cấp 2 62

Bảng 3.6b Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu chi phí năng lượng theo ma trận trực giao cấp 2 62

Bảng 3.6c Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu chi phí năng lượng theo ma trận trực giao cấp 2 63

Bảng 3.6d Hệ số của PTHQ cho chi phí năng lượng 64

Bảng 3.6e Phương sai tái hiện 64

Bảng 3.6f Sai số trong PTQH của chi phí năng lượng 64

Bảng 3.6g Kiểm tra ý nghĩa của hệ số theo tiêu chuẩn Student của chi phí năng lượng…… 64

Bảng 3.6h Kết quả tính ̂ và (yi - ̂)2 65

Bảng 3.7 Gía trị tối ưu của hàm mục tiêu thực nghiệm 68

Bảng 3.8 Chỉ tiêu vi sinh 69

Bảng 3.9 Chỉ tiêu màu sắc 70

Bảng 3.10 Yếu tố ảnh hưởng và hàm mục tiêu sau khi tối ưu 71

Bảng 3.11 Yếu tố ảnh hưởng và hàm mục tiêu sau khi tối ưu 71

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TẤN DŨNG

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

TÓM TẮT KHÓA LUẬN

Quá trình sấy bức xạ hồng ngoại được xem là tối ưu trong kỹ thuật sấy các vật liệu

mỏng như bánh tráng, các loại rau củ quả, trái cây Đối với sấy hồng ngoại sự phân bố

đường đẳng nhiệt của một đèn không đều dẫn đến hiện tượng vật liệu bị cong vênh Để

tăng hiệu suất sấy, tiết kiệm nhiên liệu cần lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ,

thời gian, cường độ bức xạ

Với đề tài luận văn tốt nghiệp, chúng tôi xin chọn mít Thái là đối tượng nghiên cứu

Tiến hành 18 thí nghiệm với các chế độ khác nhau (53 ÷ 67,070C); (11,17 ÷ 16,82 h); (1,17

÷ 6,8 bóng đèn) Sản phẩm sau quá trình sấy được tiến hành phân tích độ ẩm, thành phần

hóa học (đường tổng) tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, độ cứng sản phẩm

được đo tại trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM, các kết quả được đem đi xử lý và tối

ưu hóa với bốn hàm mục tiêu là: độ ẩm, đường tổng, độ cứng, chi phí năng lượng Từ đó

xác lập được chế độ công nghệ tối ưu cho quá trình sấy mít hồng ngoại là: tsấy = 67,070C; T

= 13,534 h Kết quả sản phẩm đạt: độ ẩm 5,678%, đường tổng 22,249%; độ cứng sản phẩm

171,01 mJ; chi phí năng lượng là 6,618 Ngoài ra, các chỉ tiêu vệ sinh an toàn của sản

phẩm được phân tích tại Trung Tâm Sắc Ký Hải Đăng, Quận 1, TP.HCM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TẤN DŨNG

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Việt Nam là một trong những nước có nền nông nghiệp phát triển, các sản phẩm

nông sản của nước ta rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên thời gian bảo quản, sử dụng của

các loại nông sản này không được dài, nông sản dễ bị hư hỏng bởi các yếu tố bên ngoài

Do đó, vấn đề đặt ra là làm cách nào để có thể bảo quản nông sản một cách tốt nhất, và một

trong những cách bảo quản hiện nay có thể đáp ứng các yêu cầu về màu sắc, chất lượng

của sản phẩm là phương pháp sấy Bên cạnh đó, đất nước ta lại nằm trong vùng khí hậu

nhiệt đới ẩm, gió mùa nên rau củ quả phát triển tươi tốt quanh năm Đây là một đặc điểm

thuận lợi để phát triển ngành công nghiệp sấy các loại rau, củ, quả xuất khẩu có giá trị kinh

tế cao như: mít sấy, chuối sấy, nhãn sấy

Qúa trình sấy giúp giảm sự hao hụt về số lượng và chất lượng của thực phẩm đến

mức thấp nhất, trước các tác nhân gây hư hỏng như: nấm mốc, nấm men, vi sinh vật gây

hại… Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và bắt nguồn từ nhu cầu thực tế, có rất

nhiều phương pháp sấy khác nhau được ra đời, với mục đích cuối cùng là giúp bảo quản

thực phẩm trước sự tấn công của tất cả các yếu tố có khả năng làm hư hỏng chúng

So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại là một

trong những kỹ thuật tiên tiến hiện nay Kỹ thuật này có một số ưu điểm nổi bật so với các

kỹ thuật sấy khác như: giá trị dinh dưỡng, giá trị cảm quan gần như vẫn còn nguyên vẹn so

với ban đầu do quá trình sấy được truyền nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại Chính vì vậy kỹ

thuật sấy hồng ngoại được ứng dụng trong bảo quản các sản phẩm thực phẩm làm tăng giá

trị kinh tế

Ở Việt Nam mít là một trong những nông sản phổ biến, có giá trị dinh dưỡng rất

cao, mít tươi có rất nhiều vitamin, khoáng và các chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe con

người Tuy nhiên, mít tươi lại chứa nhiều nước nên thời gian bản quản không lâu và các

chất dinh dưỡng trên thường rất nhạy cảm với ánh sáng, oxy và nhiệt độ Do đó cần lựa

chọn kỹ thuật sấy thích hợp Kỹ thuật sấy bức xạ hồng ngoại với nhiệt độ sấy thấp, khả

năng tách ẩm cao sẽ giữ được tối đa những thành phần giá trị của mít Hơn thế nữa, kỹ

thuật sấy bức xạ hồng ngoại sẽ làm giảm bớt chi phí so với quá trình sấy thăng hoa mà chất

lượng sản phẩm không thay đổi nhiều Ngoài ra, mít sau khi sấy còn có nhiều ưu điểm

vượt trội so với mít tươi như:

 Hàm lượng chất khô cao hơn

 Hương vị đậm đà tạo cảm giác mới lạ

 Thời gian bảo quản dài

 Nhẹ nhàng và thuận tiện khi sử dụng

2 Mục tiêu khóa luận

Các mục tiêu cần phải đạt được trong quá trình thực hiện đồ án là:

 Nghiên cứu, xác định chế độ công nghệ sấy mít bằng kỹ thuật sấy hồng ngoại để

tạo ra được sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao và giá trị cảm quan tốt mà chi phí năng

lượng là thấp nhất

 Khẳng định được những tính năng ưu việt của phương pháp sấy hồng ngoại so với

các phương pháp sấy khác

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: Sử dụng mít Thái làm nguyên liệu chính để tiến hành sấy

thực nghiệm

 Phạm vi nghiên cứu: xây dựng quy trình sấy bức xạ hồng ngoại Nghiên cứu ảnh

hưởng của nhiệt độ, thời gian sấy và cường độ bức xạ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa để tìm ra chế độ tối ưu về

nhiệt độ, thời gian và cường độ bức xạ cho quá trình sấy Với quy mô thực hiện đề tài là

luận văn tốt nghiệp của sinh viên nên đề tài được nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm

4 Nội dung

Nội dung đồ án bao gồm:

 Tổng quan về quá trình sấy, sấy hồng ngoại, nguyên liệu mít

 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy, các hàm mục tiêu

 Thiết lập và giải bài toán tối ưu hóa đối với công nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng

ngoại

 Xây dựng quy trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại hoàn chỉnh

 Tổng kết và bàn luận về kết quả đạt được