LUẬN văn cơ KHÍ CHẾ BIẾN NGHIÊN cứu sấy nấm rơm BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHÂN KHÔNG VI SÓNG

Mục tiêu đề tài Từ những vấn đề được nêu ra trên đây, đề tài này nhằm nghiên cứu quy trình và chế độ sấy cho nấm rơm bằng phương pháp sấy chân không vi sóng thông qua nghiên cứu động họ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

ThS NGUYỄN VĂN CƯƠNG VÕ MINH TOÀN (MSSV: 1097227)

Lớp: Cơ khí chế biến k35

SVTH: Võ Minh Toàn Trang i

LỜI CẢM TẠ

Sau gần 4 tháng thực hiện luận văn tốt nghiệp, đề tài “Nghiên cứu sấy nấm rơm

bằng phương pháp chân không – vi sóng” đã hoàn thành đúng tiến độ và đạt được các

yêu cầu đề ra Em xin chân thành tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu trường Đại Học Cần Thơ, quý thầy cô Khoa Công Nghệ đã tận tình giúp đỡ và truyền đạt cho em những kiến thức quý báo trong suốt quá trình học tập cũng như tận tình chỉ dẫn, tao điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy Nguyễn Văn Cương đã tận tình giúp

đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài Xin chân thành cảm ơn thầy

Phạm Phi Long và thầy Hồ Trung Dũng đã tận hình chỉ dẫn, giúp đỡ em tạo điều kiện

thuận lợi nhất cho em trong suốt quá trình thí nghiệm thực hiện đề tài

Con xin gửi lời cảm ơn vô vàng đối với cha mẹ đã sinh con ra và vượt bao gian khó nuôi nấng con đến ngày hôm nay, dạy con điều hay lẽ phải dạy con cách làm người, chuẩn bị hành trang cho con vào đời

Xin cảm ơn các bạn thân hữu và tập thể lớp Cơ Khí Chế Biến K35 đã giúp đỡ, chia

sẽ kiến thức với tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài

Do còn nhiều hạn chế về mặt thời gian, kinh phí cũng như kiến thức còn nhiều khuyết điểm nên đề tài không thể tránh khỏi những sai sót Em xin chân thành cảm ơn và đón nhận những ý kiến đóng góp của quý Thầy Cô và các bạn

SVTH: Võ Minh Toàn Trang ii

LỜI MỞ ĐẦU

Nấm rơm là loại thực phẩm giàu đạm và chứa nhiều loại axit amin không thể thay thế rất tốt cho sức khỏe người sử dụng Tuy nhiên, nấm rơm có hàm lượng nước tương đối cao và hư hỏng rất nhanh so với các loại thực phẩm khác Do đó, việc áp dụng công nghệ chế biến và bảo quản cho nấm rơm là nhu cầu tất yếu Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để bảo quan nấm rơm như phơi, sấy, muối, đóng hộp,… Trong đó, phương pháp muối và sấy nấm là thông dụng nhất

Nấm rơm thông thường được sử dụng tươi, nhưng hiện nay mặt hàng nấm sấy đang ngày càng được chú trọng vì khả năng bảo quản và ứng dụng của nó trong công nghệ thực phẩm ngày càng cao và thị trường nấm sấy xuất khẩu đang là một hướng đi đầy tiềm năng Vậy muốn sản phẩm sấy có chất lượng tốt đòi hỏi phải có phương pháp và chế độ sấy thích hợp Đa số các phương pháp sấy hiện nay thường tồn tại một số nhược điểm như: thời gian sấy dài, ảnh hưởng nhiều đến giá trị dinh dưỡng, chất lượng cảm quan sản phẩm sấy thấp, an toàn vệ sinh thực phẩm chưa đảm bảo Để khắc phục các nhược điểm

đó, phương pháp sấy chân không – vi sóng là một hướng đi tích cực Công nghệ sấy chân không – vi sóng đã được nghiên cứu trên nhiều sản phẩm như xoài, chuối, mít, khoai lang,… và đã cho thấy sự vượt trội ở nhiều mặt như: thời gian sấy, chất lượng cảm quan, thành phần dinh dưỡng và an toàn vệ sinh thực phẩm

Do đó, chúng tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu sấy nấm rơm bằng phương

pháp chân không – vi sóng” Nhằm mục nghiên cứu khả năng ứng dụng của công nghệ

này cho sấy nấm rơm và xây dựng một chế độ sấy thích hợp cho sản phẩm này

SVTH: Võ Minh Toàn Trang iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ i

LỜI MỞ ĐẦU ii

MỤC LỤC iii

LỤC LỤC HÌNH v

MỤC LỤC BẢNG vii

PHỤ LỤC v

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Sơ lược về nấm rơm, tình hình sản xuất và giá trị sử dụng 1

1.1.1 Nguồn gốc và quá trình phát triển của nấm rơm 1

1.1.2 Tình hình sản xuất nấm rơm 1

1.1.3 Giá trị dinh dưỡng và ứng dụng 2

1.2 Các công nghệ bảo quản cho nấm rơm 3

1.2.1 Bảo quản dạng nấm tươi 4

1.2.2 Chế biến nấm muối 5

1.2.3 Bảo quản nấm khô 6

1.2.4 Bảo quản nấm dạng đóng hộp 6

1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 7

1.3.1 Mục tiêu đề tài 7

1.3.2 Nhiệm vụ đề tài 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH SẤY 8

2.1 Tác nhân sấy 8

2.1.1 Không khí 8

2.1.2 Khói lò 10

2.1.3 Năng lượng vi sóng 11

2.1.4 Áp suất chân không 11

2.2 Vật liệu ẩm 12

2.2.1 Các đặc trưng trạng thái của vật liệu ẩm 12

2.2.2 Phân loại vật liệu ẩm 14

2.2.3 Ẩm trong vật liệu 14

2.2.4 Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm 15

2.2.5 Độ ẩm của vật liệu sấy 17

2.2.6 Quan hệ giữa vật liệu ẩm và không khí xung quanh 17

2.3 Động học quá trình sấy 19

2.3.1 Đặc điểm diễn biến quá trình sấy 19

2.3.2 Những quy luật cơ bản của quá trình sấy 20

2.4 Các phương pháp sấy 22

2.4.1 Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời 22

2.4.2 Sấy đối lưu 23

2.4.3 Sấy tiếp xúc 27

2.4.4 Sấy thăng hoa 28

2.4.5 Sấy bức xạ 29

SVTH: Võ Minh Toàn Trang iv

2.5 Sấy chân không, sấy vi sóng và sấy chân không kết hợp vi sóng 30

2.5.1 Sấy chân không 30

2.5.2 Sấy vi sóng 31

2.5.3 Sấy chân không kết hợp vi sóng 32

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 34

3.1 Vật liệu thí nghiệm 34

3.2 Thiết bị thí nghiệm 34

3.2.1 Thiết bị sấy chân không – vi sóng 34

3.2.2 Thiết bị hỗ trợ 35

3.3 Quy trình thực hiện thí nghiệm trên thiết bị sấy 36

3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm sấy 38

3.4.1 Thí nghiệm xác định điều kiện biên 38

3.4.2 Bố trí thí nghiệm sấy 39

3.5 Tiến hành thí nghiệm 40

3.5.1 Xác định độ ẩm ban đầu của nấm rơm 40

3.5.2 Sấy chân không – vi sóng (Thí nghiệm 1) 41

3.5.3 Sấy đối lưu bằng khí nóng (Thí nghiệm 2) 41

3.5.4 Phân tích độ ngậm nước của mẫu sau khi sấy (Thí nghiệm 3) 41

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 42

4.1 Kết quả thí nghiệm 42

4.1.1 Đường cong giảm ẩm của nấm rơm sấy bằng chân không vi sóng 42

4.1.2 Đường cong giảm ẩm của sấy nấm rơm bằng phương pháp không khí nóng .46

2.3.3 Phân tích độ ngậm nước của sản phẩm sấy 47

4.2 Đánh giá cảm quan sản phẩm sấy 48

4.2.1 Phương pháp và kết quả đánh giá cảm quan 49

4.2.2 Phân tích ảnh hưởng của quá trình sấy đến sản phẩm sấy 52

4.3 Chọn chế độ tối ưu 53

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

5.1 Kết luận 54

5.2 Kiến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57

SVTH: Võ Minh Toàn Trang v

LỤC LỤC HÌNH

Hình 1.1 – Nấm rơm 1

Hình 1.2: Một số món ăn từ nấm rơm 3

Hình 1.3: Nấm tươi 4

Hình 1.4: Nấm muối 5

Hình 1.5: Nấm sấy 6

Hình 2.1: Khói lò 10

Hình 2.2: Sóng điện từ 11

Hình 2.3: Đường cong hấp thụ nhiệt và thải ẩm đẳng nhiệt 19

Hình 2.4: Trạng thái tương tác giữa ẩm và môi trường 19

Hình 2.5: Đường cong sấy 20

Hình 2.6: Đường cong tốc độ sấy 21

Hình 2.7: Đương cong nhiệt độ sấy 22

Hình 2.8: Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời 23

Hình 2.9: Sấy đối lưu 23

Hình 2.10: Hầm sấy 25

Hình 2.11: Thiết bị sấy băng tải 25

Hình 2.12: Sấy phun 26

Hình 2.13: Sấy tầng sôi 27

Hình 2.14: Sấy tiếp xúc 28

Hình 2.15: Sấy thăng hoa 29

Hình 2.16: Sấy chân không 30

Hình 2.17: Sự sắp xếp của ion khi có và không có điện trường 31

Hình 2.18: Phân tử nước 32

Hình 2.19: Sấy chân không-vi sóng 32

Hình 3.1: Máy sấy chân không vi sóng µWaveVac0150lc 34

Hình 3.2: Cấu tạo máy sấy chân không vi sóng 35

Hình 3.3: Cân điện tử 36

Hình 3.4: Cân phân tích ẩm 36

Hình 3.5: Máy sấy đối lưu khí nóng 36

Hình 3.6: Máy đóng gói chân không 36

Hình 3.7: Quy trình thí nghiệm 37

Hình 3.8: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 39

Hình 4.1: Đường cong sấy chân không - vi sóng 43

Hình 4.2: Ảnh hưởng của chân không đến đường cong sấy 44

Hình 4.3: Ảnh hưởng của chân không đến tốc độ thoát ẩm 44

SVTH: Võ Minh Toàn Trang vi

Hình 4.4: Ảnh hưởng của cường độ vi sóng đến đường cong sấy 45

Hình 4.5: Ảnh hưởng của cường độ vi sóng đến tốc độ thoát ẩm 46

Hình 4.6: Sấy đối lưu không khí nóng 46

Hình 4.7: Đường cong sấy chân không - vi sóng và sấy đối lưu khí nóng 47

Hình 4.8: Độ ngậm nước của mẫu sấy chân không - vi sóng và sấy đối lưu 48

Hình 4.9: Các mẫu trước khi sấy 49

Hình 4.10: Các mẫu sau khi sấy 49

Hình 4.11: Đánh giá cảm quan về màu sắc 50

Hình 4.12: Đánh giá cảm quan về hình dáng 51

Hình 4.13: Đánh giá cảm quan về độ khô giòn 51

SVTH: Võ Minh Toàn Trang vii

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng chính của nấm rơm 2

Bảng 1.2: Các axit amin thiết yếu của nấm rơm (đơn vị: mg/100g phần ăn được) 2

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm xác định điều kiện biên 38

Bảng 3.2: Các giá trị biên của bố trí thí nghiệm với 2 thông số: áp suất chân không và năng lượng vi sóng 40

Bảng 3.3: Các giá trị bố trí thí nghiệm với 2 yêu tố: áp suất chân không và năng lượng vi sóng 40

Bảng 3.4: Phân tích độ ẩm ban đầu 41

Bảng 4.1: Các thông số cơ bản của quá trình sấy chân không vi sóng 42

Bảng 4.2: Thang điểm dùng đánh giá cảm quan sản phẩm sấy 50

SVTH: Võ Minh Toàn Trang viii

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1: Kích thước mẫu nấm trước khi sấy (TN1) 57

PHỤ LỤC 2: Kích thước mẫu nấm sau khi sấy (TN1) 58

PHỤ LỤC 3: Kết quả một số chỉ tiêu sấy chân không – vi sóng (TN1) 59

PHỤ LỤC 4: Sự thay đổi khối lượng và độ ẩm sấy chân không – vi sóng (TN1) 60

PHỤ LỤC 5: Kích thước mẫu nấm trước và sau khi sấy (TN2) 64

PHỤ LỤC 6: Sự thay đổi khối lượng và độ ẩm sấy đối lưu khí nóng ở 55 0C (TN2) 65

PHỤ LỤC 7: Kết quả đo độ ngậm nước của mẫu sấy chân không – vi sóng (TN1) 66

PHỤ LỤC 8: Kết quả đo độ ngậm nước của mẫu sấy đối lưu khí nóng (TN2) 67

PHỤ LỤC 9: Kết quả đánh giá cảm quan 68

SVTH: Võ Minh Toàn 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Sơ lược về nấm rơm, tình hình sản xuất và giá trị sử dụng

1.1.1 Nguồn gốc và quá trình phát triển của nấm rơm

Nấm rơm (nấm rạ, thảo cô) có tên khoa học là

Volvariella, thuộc họ Plureaceae, bộ Agaricales, lớp

Hymenomycates, ngành nấm thật – Eumycota Nấm rơm có

dạng hình quả trứng, có màng bọc ngoài, khi quả nở thì nứt

to Quả nở có kích thước trung bình 6 – 10 cm, trên bề mặt

mũ nấm có màu hơi sẫm và xám nâu Các phiến màu hồng,

cứng, nấm dài trung bình 3 – 8 cm, quả thể xuất hiện

nhanh Bào tử nấm màu hồng, kích thước 5 – 6 x 3 – 4 µm

có dạng hình ovan, hình cầu hay hình elíp Hình 1.1 – Nấm rơmNấm rơm có nguồn gốc từ các vùng mưa nhiều, có nhiệt độ cao ở khu vực nhiệt đới

và cận nhiệt đới Nhân dân nhiều nước châu Á biết ăn nấm rơm từ cách đây rất lâu nhưng việc chủ động nuôi trồng nấm chỉ bắt đầu ở Trung Quốc cách đây trên 300 năm Việc nuôi trồng nấm rơm về sau phát triển ở nhiều nước khác như Việt Nam, Thái Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc, Hoa Kỳ… Hiện nay có khoảng 100 loài nấm rơm đã được phát hiện, trong đó có 20 loài đã được ghi nhận và mô tả

Các loại nấm rơm có chung đặc điểm là tai nấm phát triển qua hai giai đoạn chính: dạng búp và dạng dù

 Dạng búp: Khi tai nấm còn non, chúng được bao trong một vỏ bọc tạo thành búp

và có dạng hình cầu hay hình trứng

 Dạng dù: Khi tai nấm trưởng thành thì vỏ bọc bị xé rách, mũ nấm đưa lên cao nhờ thân nấm tròn và thon Mũ nấm xòe rộng dần thành dạng tán dù, phần vỏ bọc ban đầu được giữ lại và bao lấy cuống nấm nên gọi là bao gốc (volva)

Nguyên liệu để trồng nấm rơm cũng rất đa dạng và dồi dào như: rơm rạ, bông phế thải, bã mía, mùn cưa… Tất cả các nguyên liệu không được thối mốc Nấm rơm có thể được trồng ở nhiều nơi khác nhau, từ nơi có nhiều ánh sáng mặt trời (trồng ngoài trời), đến nơi không chịu ảnh hưởng trực tiếp của ánh sáng mặt trời (trồng trong nhà) Phổ biến nhất hiện nay là trồng nấm rơm ngoài trời, tận dụng diện tích đất trống của nông hộ để đắp mô trồng nấm

1.1.2 Tình hình sản xuất nấm rơm

Theo TS Phạm Văn Dư, Phó cục trưởng Cục Trồng trọt (Bộ Nông nghiệp và PTNT), ở Việt Nam có sản lượng đạt 250,000 tấn nấm tươi/năm, kim ngạch xuất khẩu năm 2009 là 60 triệu USD, năm 2012 tăng lên 100 triệu USD, nhưng vẫn còn rất khiêm

SVTH: Võ Minh Toàn 2

tốn so với những mặt hàng nông sản khác Các tỉnh phía Nam đã và đang sản xuất nấm rơm muối đóng hộp với sản lượng hàng nghìn tấn/năm và xuất khẩu sang các thị trường khác Thị trường tiêu thụ nấm ăn lớn nhất hiện nay là Mỹ, Nhật Bản, Đài Loan và các nước Châu Âu Mức tiêu thụ bình quân tính theo đầu người của Châu Âu và Châu Mỹ là

2 – 3 kg/năm; ở Nhật, Úc khoảng 4 kg/năm… Bên cạnh đó ngay ở thị trường trong nước,

lượng nấm tiêu thụ cũng đạt trên 150,000 tấn/năm

Theo khảo sát của Cục Trồng trọt Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn sản lượng nấm rơm của khu vực phía Nam chiếm tỷ trọng áp đảo trong tổng sản lượng nấm của cả nước, nấm được trồng khắp Tây Nam Bộ lẫn Ðông Nam Bộ, chiếm đến 90% tổng sản lượng nấm rơm của cả nước Qua quá trình phát triển, khu vực phía Nam đã hình thành các vùng chuyên canh nấm lớn như Ðồng Nai (gần 1,400 hộ, cơ sở sản xuất và chế biến nấm), An Giang (10 tổ hợp tác sản xuất nấm rơm, sản lượng hơn 40,000 tấn nấm rơm/năm), Ðồng Tháp (hơn 10,000 tấn nấm rơm/năm), Vĩnh Long (trồng khoảng 6,000 ha nấm rơm với sản lượng khoảng 8,000 tấn) Ngoài ra, cây nấm cũng đang được trồng ngày càng nhiều ở các tỉnh lân cận như Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Bà Rịa-Vũng Tàu Với điều kiện khí hậu thích hợp, nguồn nguyên liệu ổn định, diện tích đất canh tác tốt, Đồng bằng sông Cửu Long là một nơi có tiềm năng vô cùng to lớn cho việc phát triển nghề trồng nấm

1.1.3 Giá trị dinh dưỡng và ứng dụng

Nấm rơm không chỉ là một loại thức ăn ngon mà còn có giá trị dinh dưỡng cao Tính theo trọng lượng nấm, nấm rơm có chứa đầy đủ 19 loại axit amin khác nhau Bảng 1.1 và Bảng 1.2 cho thấy thành phần dinh dưỡng và acid amin có trong nấm rơm,

Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng chính của nấm rơm [1]

SVTH: Võ Minh Toàn 3

Bảng 1.2: Các axit amin thiết yếu của nấm rơm (đơn vị: mg/100g phần ăn được)

mạch, chữa bệnh đường ruột, và nhiều bệnh khác

Trong văn hóa ẩm thực phương Đông và phương Tây, nấm rơm là một nguyên liệu được sử dụng rất phổ biến và không thể thay thế Rất nhiều món ăn trong các nhà hàng nỗi tiếng ở Việt Nam và trên thế giới đều có nấm rơm

Hình 1.2: Một số món ăn từ nấm rơm 1.2 Các công nghệ bảo quản cho nấm rơm

So với rau củ hay trái cây, thời gian bảo quản của nấm rơm ở nhiệt độ thường thấp hơn nhiều, đặc biệt là khi chất đống hoặc đổ chồng lên nhau Ở điều kiện thường, nấm nhanh chóng mất nước và khô héo (nếu phơi trần) hoặc thúi nhũn (nếu chất thành đống) Sau khi thu hoạch nếu không tiêu thụ, nấm sẽ tiếp tục phát triển trở thành dạng trưởng thành, tai nấm từ dạng búp chuyển sang hình dù, chất lượng giảm, không được người tiêu dùng ưa chuộng Một số biến đổi của nấm sau khi thu hái có thể nêu ra như dưới đây [2]

 Mất nước: nấm thường chứa nhiều nước (85 – 95%), lượng nước này mất rất nhanh do hô hấp và bốc hơi ra môi trường bên ngoài Nấm sau khi thu hoạch vẫn tiếp tục

SVTH: Võ Minh Toàn 4

quá trình hô hấp, thải ra khí CO2 và hơi nước Quá trình này sẽ càng nhanh khi mũ nấm

mở và phiến nấm phát triển hoàn chỉnh Nước cũng bốc hơi nhanh khi để nơi có gió và không khí khô Sự mất nước làm ảnh hưởng xấu đến độ tươi và thành phần dinh dưỡng của nấm

 Sự hóa nâu: do ở nấm có enzime polyphenolaz, enzime này xúc tác phản ứng oxy hóa hợp chất phenolic không màu của nấm thành màu đỏ đến nâu đỏ Chất này kết hợp với các chuyển hóa axit amin thành phức hợp màu nâu đậm Sự hóa nâu sẽ làm giảm giá trị cảm quan, ảnh hưởng xấu đến giá trị thương phẩm

 Sự thối nhũn: do có độ ẩm cao nên khi nấm được làm khô chưa đạt độ ẩm yêu cầu (hoặc nấm khô bị hút ẩm trở lại), có thể bị nhiễm vi sinh vật (nhiễm trùng hoặc mốc) Sản phẩm bị nhiễm trùng sẽ có hiện tượng thối nhũn, hôi ê Sản phẩm bị mốc sẽ tích lũy độc

tố, làm biến chất thành phần dinh dưỡng

 Sự biến chất: sau 4 ngày bảo quản, lượng đường đa (polysaccharide) ở nấm thường trên 10% đã giảm xuống dưới 5% Trong khi đó, lớp chitin ở vách tế bào lại tăng thêm 50% làm cho tai nấm trở nên dai chắc hơn Chất béo trong nấm bị biến đổi gây nên mùi ôi thiu, gây độc cho người dùng

Chính vì thế, nấm sau khi thu hoạch cần được đưa ngay tới nơi tiêu thụ hoặc đem đi

sơ chế bảo quản Nhưng thực trạng hiện nay, việc sản xuất nấm mang tính thời vụ, sản lượng nấm thường tập trung ở một số giai đoạn nhất định, không phân bố đều các tháng trong năm Nên việc tiêu thụ nấm tươi vẫn không giải quyết hết đầu ra cho sản phẩm, lượng nấm còn lại được đem đi sơ chế và bảo quản

1.2.1 Bảo quản dạng nấm tươi

Nấm rơm có sự biến đổi và hư hỏng rất nhanh so với

một số loài nấm khác, nên vấn đề bảo quản nấm tươi rất khó

khăn Thông thường nấm rơm bảo quản tươi theo một số

phương pháp sau:

 Phương pháp 1: Dùng thùng gỗ có 3 ngăn, nấm được

xếp vào ngăn giữa, hai ngăn còn lại bỏ đá vào để giữ lạnh

Phương pháp này đang được ứng dụng tại nhiều nơi, đặc biệt

là ở Trung Quốc

Hình 1.3: Nấm tươi

 Phương pháp 2: Nấm được cho vào “cần xế”, ở trung tâm và từ đáy trở lên đặt ống thông khí, bề mặt đặt các bọc đựng đá lạnh, đây là phương pháp bảo quản tốt và được sử dụng nhiều

Cả hai phương pháp trên đều hiệu quả đối với bảo quản nấm tươi Một số kết quả nghiên cứu về nhiệt độ và thời gian bảo quản đến chất lượng nấm như sau Nhiệt độ nhỏ

C: Thời gian bảo quản lâu hơn 4 6 0C nhưng thấp hơn 10 15 0C

 Nhiệt độ 30 0C: Nấm chảy rữa sau một đêm và có dấu hiêu nhiễm vi sinh vật

 Ở 25 0C tỷ lệ nấm nở tăng lên từ dạng trứng nhanh chóng chuyển sang dạng trưởng thành Ngược lại, tai nấm sẽ chậm nở nếu ở 15 0C trong 4 giờ trước đó Kết quả cho thấy nếu bảo quản nấm ở dạng búp dễ bảo quản hơn ở dạng khác

1.2.2 Chế biến nấm muối

Thị trường tiêu thụ nấm muối hiện nay cũng rất đa

dạng Nấm muối nguyên quả, sau đó được phân loại theo

kích cỡ đường kính nấm to, nhỏ khác nhau Theo GS.TS

Nguyễn Lân Dũng, trước khi muối nấm cần rửa sạch,

chọn lọc để loại bỏ các nấm không đạt tiêu chuẩn, vớt

nấm ra để cho ráo nước Sau đó, đun nước sôi và thả nấm

vào chần trong 5 – 7 phút Vớt ra ngâm ngay vào nước

lạnh, sau đó cho ra ổ và đợi cho ráo nước Khi nấm

đã ráo nước, cho nấm vào các can nhựa hay chum vại đã đựng nước muối, xếp một lớp nấm rồi một lớp muối sao cho cứ 1 kg nấm rơm tươi cần 200 ml nước muối bão hòa và 0.25 kg muối tinh thạch Khi cho hết nấm và muối vào rồi cần rắc thêm một lớp muối mỏng lên khắp bề mặt của nấm Muốn bảo quản được lâu hơn thì cần cho thêm giấm Cứ mỗi tấn nấm cần sử dụng 3 – 4 lít giấm Thời gian muối được 5 ngày, nấm sẽ ổn định về chất lượng, lúc đó tiến hành phân loại hoặc bóc vỏ nấm

Nấm muối đảm bảo chất lượng tốt: không bị váng mốc, mùi thơm dễ chịu, nồng độ muối không quá cao, độ pH của dung dịch muối bảo quản thường là 4, cây nấm rắn chắc, hông giập nát, không lẫn các tạp chất, màu của dung dịch muối trong suốt Chúng ta biết rằng dung dịch muối ăn nồng độ 1% có thể tạo ra một áp suất thẩm thấu là 6.1 at Dung dịch muối bảo quản nấm rơm cần tạo ra được một áp suất thẩm thấu khoảng 120 at Dịch

tế bào của các vi sinh vật thường có áp suất thẩm thấu là 3.5 – 16.7 at Vì vậy ở trong nước muối sẽ xảy ra hiện tượng co nguyên sinh (plasmolysis) và làm chết đa số vi sinh vật, do đó hạn chế làm hư hỏng nấm Đây là một phương pháp bảo quản tốt, được dùng

để chế biến nấm muối xuất khẩu, song phương pháp này vẫn còn nhược điểm là làm ảnh hưởng đến hương vị ban đầu của nấm

Hình 1.4: Nấm muối

1.2.4 Bảo quản nấm dạng đóng hộp

Đây còn gọi là phương pháp Appert được sử dụng ở Pháp lần đầu tiên năm 1780

SVTH: Võ Minh Toàn 7

Quy trình sản xuất nấm rơm đóng hôp như sau:

Nấm rơm  Xử lý sơ bộ  Chần  Đóng hộp  Khử trùng  Làm lạnh  Dán nhãn  Thành phẩm

Tuy nhiên, sản lượng nấm rơm tươi được đóng hộp chỉ chiếm lượng rất nhỏ so với tổng sản lượng nấm trồng được

1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

1.3.1 Mục tiêu đề tài

Từ những vấn đề được nêu ra trên đây, đề tài này nhằm nghiên cứu quy trình và chế

độ sấy cho nấm rơm bằng phương pháp sấy chân không vi sóng thông qua nghiên cứu động học quá trình sấy, đánh giá chất lượng cảm quan của sản phẩm sau khi sấy.Từ đó rút

ra khả năng ứng dụng của công nghệ sấy chân không vi sóng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm

1.3.2 Nhiệm vụ đề tài

 Nghiên cứu đặc tính và mức độ ứng dụng của nấm rơm

 Nghiên cứu công nghệ chân không vi sóng và khả năng ứng dụng của công nghệ

này trong tương lai

 Xây dựng phương pháp, bố trí thí nghiệm sấy nấm rơm

 Tiến hành sấy nấm rơm trên thiết bị sấy chân không – vi sóng

 Xử lý và phân tích số liệu, đánh giá kết quả đạt được

 Nghiên cứu đặc tính động học của quá trình sấy nấm rơm

 Xây dựng chế độ sấy tối ưu cho nấm rơm bằng phương pháp chân không – vi

sóng

SVTH: Võ Minh Toàn 8

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH SẤY

Sấy là quá trình tách pha lỏng (tách ẩm) ra khỏi vật liệu bằng phương pháp nào đó Sấy bằng năng lượng mặt trời là biện pháp sấy tự nhiên rất đơn giản đã được áp dụng lâu đời trong dân gian Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhiều hạn chế do diện tích sân phơi phải lớn, phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết, rất bất lợi trong mùa mưa Vì vậy

để đáp ứng nhu cầu về sấy trong các lĩnh vực sản xuất, các biện pháp sấy nhân tạo đã được áp dụng

Kết quả của quá trình sấy là hàm lượng nước trong vật ẩm giảm đi Điều đó có ý nghĩa quan trọng trên nhiều phương diện khác nhau Kỹ thuật sấy được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và nông nghiệp Nhưng sấy là một quá trình công nghệ phức tạp, trong một số trường hợp nó đóng vai trò quyết định trong quy trình sản xuất Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng nhiệt để biến đổi trạng thái pha của pha lỏng trong vật liệu thành pha hơi Việc cung cấp năng lượng nhiệt cho vật liệu trong quá trình sấy được tiến hành theo nhiều phương pháp khác nhau Cấp nhiệt bằng dòng khí nóng đối lưu gọi là sấy đối lưu, cấp nhiệt bằng dẫn nhiệt gọi là sấy tiếp xúc, cấp nhiệt bằng bức xạ gọi là sấy bức xạ Ngoài ra còn nhiều phương pháp khác như sấy bằng dòng điện cao tần, sấy bằng chân không kết hợp vi sóng, sấy thăng hoa, sấy lạnh

2.1 Tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng để đưa lượng ẩm tách ra từ vật liệu sấy ra khỏi thiết bị sấy Trong quá trình sấy, lượng ẩm thoát ra ngoài vật liệu ngày càng tăng, đến một lúc nào đó sẽ đạt trạng thái cân bằng giữa vật liệu sấy và môi trường bên trong buồng sấy, lúc đó quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy sẽ dừng lại Trong nhiều trường hợp, tác nhân sấy đóng vai trò cung cấp nhiệt cho vật liệu sấy để hóa hơi ẩm lỏng Các tác nhân sấy thường dùng là các chất khí như không khí, khói lò, hơi quá nhiệt Chất lỏng cũng có thể làm tác nhân sấy như các loại dầu, một số loại muối nóng chảy Hiện nay, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, năng lượng vi sóng kết hợp với môi trường chân không cũng là một tác nhân sấy mới đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Trong nội dung này sẽ đề cập đến ba loại tác nhân sấy sử dụng phổ biến nhất là không khí, khói lò và năng lượng vi sóng kết hợp với môi trường chân không

2.1.1 Không khí

Không khí là loại tác nhân sấy có sẵn trong tự nhiên, không gây độc hại và không gây bẩn sản phẩm sấy Không khí là hỗn hợp của nhiều chất khí khác nhau Không khí bao gồm một số chất khí chủ yếu là Oxygen (O2, 20.95%) và Nitrogen (N2, 70.08%) cộng với một lượng nhỏ các khí khác như Argon (Ar, 0.93%), Carbon dioxide (CO2, 0.03%),

a Áp suất hơi

Áp suất hơi là áp suất riêng phần sinh ra bởi các phần tử hơi nước trong không khí ẩm Khi không khí bảo hòa ẩm hoàn toàn, áp suất hơi của nó được gọi là áp suất hơi bão hòa

b Độ ẩm tuyệt đối của không khí

Độ ẩm tuyệt đối của không khí tính bằng kg/kg không khí khô (kkk), là trọng lượng của nước (hơi ẩm) tính bằng kg (hay gam), chứa trong 1 kg kkk Độ ẩm tuyệt đối của không khí khô đôi khi còn gọi là độ ẩm riêng hay tỉ số ẩm

c Độ ẩm tương đối của không khí

Độ ẩm tương đối của không khí là tỷ số của áp suất hơi nước thực tế trong vùng đang xét với áp suất của hơi nước trong không khí đã bão hòa ẩm ở cùng một nhiệt độ Không khí bão hòa ẩm là không khí có độ ẩm tương đối bằng 100%, không khí ở trạng thái này coi như đã “no” hơi nước

d Thể tích riêng của không khí

Là thể tích của 1 kg không khí khô, tính bằng m3/kg kkk Thể tích riêng bằng nghịch đảo của khối lượng riêng:

e Nhiệt độ của không khí

Hỗn hợp hơi nước – không khí có thể diễn tả bằng nhiệt độ bầu khô hoặc nhiệt độ bầu ướt hoặc nhiệt độ điểm sương Nhiệt độ bầu khô là nhiệt độ được đo bằng một nhiệt

kế hay một cặp nhiệt độ thông thường

 Nhiệt độ bầu ướt là nhiệt độ mà tại đó nước do bốc hơi thành không khí ẩm, có thể đưa không khí đến bảo hòa trong điều kiện trạng thái ổn định Ta có thể đo nhiệt độ bầu ướt bằng phương pháp đơn giản là sử dụng nhiệt kế có bọc vải ướt Hiệu số giữa nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt đặc trưng cho khả năng hút ẩm của không khí, gọi là thế sấy (tức là động lực của quá trình bay hơi)

 Nhiệt độ điểm sương là nhiệt độ của không khí ẩm tương ứng với trạng thái bão hòa Vậy nhiệt độ điểm sương chỉ rõ trạng thái hoàn toàn bão hòa hơi nước trong không khí, nếu tiếp tục giảm nhiệt độ, sẽ xảy ra quá trình ngưng tụ hơi nước thành nước

SVTH: Võ Minh Toàn 10

f.Enthalpy

Enthalpy của hỗn hợp không khí – hơi nước là nhiệt năng chứa trong hỗn hợp không khí – hơi nước Năng lượng này là kết hợp của 2 loại nhiệt: nhiệt ẩn và nhiệt cảm Enthalpy được đo bằng kJ/kg kkk

- Có thể điều chỉnh nhiệt độ của môi chất sấy trong một khoảng rất rộng

- Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo lắp đặt và bảo trì

- Đầu tư vốn ít, không phải dùng calorife

- Giảm tiêu hao điện năng, do giảm trở lực hệ thống

- Nâng cao được hiệu quả sử dụng của thiết bị

 Nhược điểm

- Gây bụi bẩn cho sản phẩm và thiết bị

- Có thể gây hỏa hoạn hoặc xảy ra các phản ứng hóa học ảnh hưởng xấu đến chất

lượng sản phẩm

Trong công nghiệp thực phẩm khói lò thường ít được sử dụng Thông thường người

ta dùng để sấy các loại hạt nông sản Ngoài ra người ta có thể sử dụng khí tự nhiên làm chất đốt, vì khói tạo ra tương đối sạch, tuy nhiên thành phần khói vẫn có hàm lượng ẩm

và khí oxit nitơ cao (dễ gây ung thư), nên cần phải tiếp tục làm sạch trước khi sử dụng để sấy thực phẩm

mà không cần đến sự biến dạng của môi trường đàn hồi

Vi sóng cho thấy tiềm năng đầy hứa hẹn trong các quá trình sản suất thực phẩm, nó được ứng dụng trong các quá trình chế biến nhiệt như gia nhiệt, nấu ăn, sấy khô, nướng, chần và khử trùng Trong quá trình làm nóng và làm khô bằng năng lượng vi sóng, sự truyền nhiệt diễn ra nhanh chóng và diễn ra bên trong của vật liệu

2.1.4 Áp suất chân không

Quá trình sấy là một quá trình tổng hợp ba quá trình vật lý cơ bản: quá trình mao dẫn, quá trình bay hơi trên bề mặt và quá trình khuếch tán ẩm Khi độ ẩm của vật liệu lớn hơn điểm bão hòa, quá trình mao dẫn là chủ yếu của việc di chuyển ẩm vật liệu Khi vật liệu khô dần, độ ẩm của vật liệu giảm xuống dưới điểm bão hòa, quá trình di chuyển ẩm trong vật liệu là quá trình khuếch tán đơn thuần

 Quá trình bay hơi nước bề mặt vật liệu ẩm: được xem như quá trình bay hơi nước

trên bề mặt ẩm tự do, phụ thuộc vào các điều kiện vật lý giữa không khí và nước Tốc độ bay hơi của nước vào không khí phụ thuộc vào chênh lệch áp suất của hơi nước trên bề mặt vật ph và phân áp suất hơi nước của môi trường đặt vật po.

 Quá trình mao dẫn: là quá trình di chuyển ẩm từ bên trong vật ẩm ra bề mặt Quá trình mao dẫn nhanh hay chậm phụ thuộc vào áp suất mao dẫn lớn hay nhỏ

 Quá trình khuếch tán ẩm: là quá trình ẩm được khuếch tán vào môi trường bên trong buồng sấy và được tác nhân sấy đưa ra ngoài

SVTH: Võ Minh Toàn 12

Độ chênh lệch áp suất hơi nước bên trong vật liệu và môi trường sấy được xem là động lực thúc đẩy tốc độ dịch chuyển ẩm trong vật liệu sấy Nếu hạ thấp áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đó nước trong vật liệu bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo nên một dòng chênh lệch áp suất đáng kể dọc theo bề mặt vật liệu, làm hình thành nên một dòng ẩm chuyển động trong vật liệu theo hướng từ trong ra bề mặt ngoài Điều này có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước sẽ có một điểm sôi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong vật liệu giảm đi và đến mức nhiệt độ bên trong vật liệu đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở áp suất đó Nước trong vật sẽ hóa hơi và làm tăng áp suất trong vật liệu và tạo nên một chênh lệch áp suất hơi p = (pbh – ph)giữa

áp suất bão hòa hơi nước trên bề mặt và phân áp suất hơi nước trong môi trường đặt vật sấy; đây chính là nguồn động lực chính tạo điều kiện thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm từ bên trong vật liệu ra ngoài bề mặt bay hơi Dưới điều kiện chân không đó, quá trình bay hơi diễn ra nhanh chóng và quá trình làm khô vật liệu sẽ rất nhanh, thời gian sấy giảm xuống đáng kể

2.2 Vật liệu ẩm

Vật liệu ẩm là những vật có chứa một khối lượng nước và hơi nước bên trong nó, mục đích của quá trình sấy là tách một lượng nước nhất định ra khỏi vật liệu này Có thể xem vật liệu ẩm gồm hai thành phần là chất rắn và chất lỏng, trong đó phần chất lỏng gọi

là ẩm, phần chất rắn gọi là vật khô tuyệt đối Trạng thái ẩm của vật liệu được biểu thị qua

độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm cân bằng, độ chứa ẩm, nồng độ ẩm Sự liên kết giữa ẩm và vật liệu khô phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, cấu trúc của vật liệu và môi trường hình thành liên kết đó

2.2.1 Các đặc trưng trạng thái của vật liệu ẩm

2.2.1.1 Độ ẩm tuyệt đối

Độ ẩm tuyệt đối (W0) là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối lượng chất khô tuyệt đối Nếu ký hiệu Ga là khối lượng ẩm chứa trong vật liệu (kg) và Gk là khối lượng chất khô (kg) ta có:

% 100

Độ ẩm tương đối còn gọi là độ ẩm toàn phần (W) Đây là tỷ số giữa khối lượng ẩm

chứa trong vật với khối lượng của toàn bộ vật liệu ẩm

%100

G G

SVTH: Võ Minh Toàn 13

Trong đó:

G – khối lượng vật liệu ẩm, G = Ga + Gk, (kg)

Độ ẩm toàn phần có giá trị từ 0 đến 100% Vật khô tuyệt đối có độ ẩm toàn phần W = 0%, vật toàn nước có W = 100%

2.2.1.3 Độ chứa ẩm

Đây là tỷ số giữa lượng ẩm chứa trong vật với lượng vật khô tuyệt đối, ký hiệu là u

k

a G

G

Đại lượng này dùng để biểu thị sự phân bố ẩm trong từng vùng khác nhau hay trong toàn bộ vật Nếu ẩm phân bố đều trong toàn bộ vật thì giá trị độ chứa ẩm và độ ẩm tuyệt đối bằng nhau

2.2.1.4 Khối lượng riêng của vật liệu

Đối với vật liệu khô, khối lượng riêng của chất khô:

k

k k

V- thể tích chiếm chỗ của vật liệu có khối lượng G, m3

2.2.1.5 Khối lượng riêng thể tích và độ xốp của vật liệu

Trong nhiều vật liệu thì trong khối vật liệu có các khoảng trống do không khí chiếm chỗ

Tỷ số giữa khối lượng vật liệu và thể tích của khối hạt đó chiếm chỗ, được gọi là khối lượng riêng thể tích, ký hiệu v kg/m3

V - thể tích chiếm chỗ của khối vật liệu có khối lượng G, m3

Khối lượng riêng thể tích v phụ thuộc vào độ ẩm, kích thước, hình dạng và độ nhám bề mặt của hạt vật liệu

Khoảng không khí chiếm chỗ trong khối vật liệu, đặc trưng bởi độ xốp của khối vật liệu đó Độ xốp của khối vật liệu ký hiệu , được tính bằng %

SVTH: Võ Minh Toàn 14

%100

2.2.1.6 Bề mặt riêng của vật liệu

Khả năng thải và hút ẩm của vật liệu còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của chúng Nếu có G k kg vật liệu khô, trong đó Fk là tổng diện tích các bề mặt của vật liệu khô, thì tỷ số:

k

k G

F

được gọi là bề mặt riêng khối lượng của vật liệu

Đối với những vật liệu trong quá trình sấy không bị co rút thể tích thì bề mặt của vật liệu khô Fk tương đương với bề mặt vật liệu ướt F

2.2.2 Phân loại vật liệu ẩm

Theo quan điểm hóa lý, vật ẩm là một hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán và môi trường phân tán Pha phân tán của một chất có cấu trúc mạng hay khung không gian từ chất rắn phân bố đều trong môi trường phân tán (là một chất khác)

Dựa theo tính chất lý học, người ta có thể chia vật ẩm ra làm ba loại:

 Vật liệu keo: là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt Nước hoặc ẩm ở dạng liên kết

hấp thụ và thẩm thấu Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót khá nhiều, nhưng vẫn giữ được tính dẻo

 Vật liệu xốp mao dẫn: là vật bên trong có các khoảng không gian trống rỗng chứa

không khí Khi các khoảng trống này thông với nhau, tạo thành các hang có đường kính tương đương rất nhỏ phụ thuộc vào kích thước của vật được gọi là vật xốp mao dẫn Các vật này có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt, không phụ thuộc vào thành phần hóa học của chất lỏng Sau khi sấy khô vật trở nên giòn và có thể vỡ vụn thành bột

 Vật liệu keo xốp mao dẫn: bao gồm tính chất của hai nhóm trên Về cấu trúc các

vật này thuộc xốp mao dẫn, nhưng về bản chất là các vật keo, có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên, khi sấy khô thì co lại Hầu hết các vật liệu ẩm đều thuộc nhóm này

là 958 kg/m3

SVTH: Võ Minh Toàn 15

Quá trình sấy cung cấp năng lượng cho nước để thắng các lực liên kết giữa nước

và vật liệu sấy, nhằm dịch chuyển nước từ trong lòng vật sấy ra bề mặt và đi vào tác nhân sấy để thải vào môi trường Bản chất các liên kết giữa nước và vật liệu là hiện tượng hấp phụ

Hấp phụ giữa nước và vật liệu chia làm hai loại: hấp phụ hóa học và hấp phụ vật

lý Trong quá trình hấp phụ hóa học các phân tử chất lỏng và vật rắn có sự thay đổi thành phần hoặc bị phá hủy với việc trao đổi điện tử vòng ngoài tức là sự liên kết giữa hai pha là

do mối liên kết từng phân tử hay nguyên tử riêng biệt Hấp phụ hóa học rất bền vững và thường liên kết này không bị phá vỡ trong quá trình sấy Khác với hấp phụ hóa học, hấp phụ vật lý là hiện tượng liên kết giữa các phân tử của nước với các phân tử của vật hấp phụ, không có sự trao đổi ion mà chỉ do sức căng mặt ngoài là lực mao dẫn gây ra Liên kết càng yếu dần khi lớp chất lỏng càng xa bề mặt vật rắn, ở sát bề mặt vật rắn tốc độ hấp phụ của lớp phân tử đầu tiên rất lớn Trên 1 cm2 bề mặt, vật có thể hấp thụ tới 1015 phân

tử nước Ban đầu quá trình hấp phụ, lớp chất lỏng bị hấp phụ tập trung tại những vùng hấp phụ mạnh, sau đó lan ra các vùng khác

2.2.4 Các dạng liên kết trong vật liệu ẩm

Các liên kết giữa ẩm với vật khô có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sấy, nó sẽ chi phối đến diễn biến của quá trình sấy Vật ẩm thường là tập hợp của ba pha: rắn, lỏng và khí (hơi) Các vật rắn đem đi sấy thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn Trong các mao dẫn có chứa ẩm lỏng cùng với hỗn hợp hơi khí có thể tích rất lớn (thể tích xốp) nhưng tỷ lệ khối lượng của nó so với phần rắn và phần ẩm lỏng nhỏ có thể bỏ qua

Do vậy trong kỹ thuật sấy thường coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và phần lỏng

Có nhiều cách phân loại các dạng liên kết ẩm Trong đó phổ biến nhất là cách phân loại theo bản chất hình thành liên kết của P.H Robinde [5] Theo cách này, tất cả các dạng liên kết ẩm được chia thành ba nhóm chính: liên kết hóa học, liên kết hóa lý, liên kết cơ

lý

2.2.4.1 Liên kết hóa học

Liên kết hóa học giữa ẩm và vật khô rất bền vững, trong đó các phần tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật ẩm Loại ẩm này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thường phải nung nóng đến nhiệt độ cao Sau khi tách ẩm tính chất hóa lý của vật thay đổi Ẩm này có thể tồn tại ở dạng liên kết phân tử như trong muối hydrat MgCl2.6H2O hoặc ở dạng liên kết ion như Ca(OH)2 Trong quá trình sấy thường không đặt vấn đề tách ẩm ở dạng liên kết hóa học vì ở nhiệt độ sấy không tách được ẩm liên kết hóa học

SVTH: Võ Minh Toàn 16

2.2.4.2 Liên kết hóa lý

Liên kết hóa lý không đòi hỏi nghiêm ngặt về tỷ lệ thành phần liên kết Có hai loại: liên kết hấp phụ (hấp thụ) và liên kết thẩm thấu

 Liên kết hấp phụ đặc trưng bởi sự hút ẩm của vật kèm theo quá trình tỏa nhiệt Với

thể tích vật ẩm nhỏ hơn tổng thể tích của vật khô và thể tích của ẩm hấp phụ, điều đó có nghĩa là ẩm hấp phụ bị nén, mặc dù thể tích vật tăng lên Ẩm hấp phụ thể hiện dưới hai dạng: lớp hấp phụ đơn phân tử và lớp hấp phụ đa phân tử

Lớp hấp phụ đơn phân tử có mối liên kết ion hoặc liên kết phân tử rất bền vững Như vậy lớp hấp phụ đơn phân tử là lớp phân tử đầu tiên của nước liên kết với bề mặt các thành mao dẫn trong vật liệu

Sau lớp đơn phân tử là lớp ẩm hấp phụ đa phân tử Lượng nhiệt lớn nhất tỏa ra khi hấp phụ lớp đơn phân tử Lớp ẩm hấp phụ đơn phân tử này chịu tác động của áp suất rất lớn, nó được xác định bởi trường lực phân tử

Đối với mỗi vật lượng ẩm hấp phụ đạt đến trị số cực đại nhất định, lượng nhiệt lớn nhất tỏa ra ở giai đoạn đầu hút ẩm (tức là sự hút ẩm của vật khô tuyệt đối) tỷ lệ với lượng

ẩm hấp phụ mà vật đó thu được Ẩm hấp phụ trong vật liệu có tính chất rất đặc biệt, không có khả năng hòa tan các chất, khối lượng riêng lớn hơn, nhiệt độ đóng băng thấp hơn; điện trở và nhiệt trở lớn, nghĩa là ẩm hấp phụ mang các tính chất của vật rắn đàn hồi Trong quá trình sấy, thường chỉ tách một phần ẩm hấp phụ

 Liên kết thẩm thấu là liên kết hóa lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệch

nồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào Khi nước ở bề mặt vật thể bay hơi thì nồng độ của dung dịch ở đó tăng lên và nước ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngoài Ngược lại, khi ta đặt vật thể vào trong nước thì nước sẽ thấm vào trong

2.2.4.3 Liên kết cơ lý

Đây là dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của ẩm trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật Liên kết cơ học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt

 Liên kết cấu trúc là liên kết giữa ẩm và vật liệu hình thành trong quá trình hình thành vật Để tách ẩm trong các trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm cho ẩm bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ cấu trúc vật… Sau khi tách ẩm, vật bị biến dạng nhiều, có thể thay đổi tính chất hoặc thậm chí có thể thay đổi trạng thái pha

 Liên kết mao dẫn: nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản trong nó có vô số các mao quản Khi đặt vật thể này trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể

SVTH: Võ Minh Toàn 17

 Liên kết dính ướt: là liên kết do nước bám dính vào bề mặt vật Ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học

2.2.5 Độ ẩm của vật liệu sấy

Độ ẩm của vật liệu sấy được định nghĩa và đo theo 2 cách

2.2.5.1 Theo cơ sở ướt (wet basis)

Độ ẩm Wwb% của vật liệu ẩm tính theo cơ sở ướt là phần trăm của trọng lượng

ẩm (nước) chứa trong toàn bộ vật liệu Độ ẩm của hạt tính theo cơ sở ướt thường được sử dụng phổ biến trong sấy, chế biến và mua bán nông sản Xác định độ ẩm bằng máy đo ẩm hoặc dùng tủ sấy

100100

G

G G G

G

Trong đó: G a - trọng lượng ẩm (nước) trong vật liệu

G - trọng lượng khối vật liệu ẩm

G k- trọng lượng chất khô trong vật liệu

Công thức tính trọng lượng chất khô sau khi sấy

Trọng lượng hạt khô sau khi sấy:

2

1 1

2

2 1 1 1 2

100

100100

).(

W

W G

W

W W G G G

Trong đó: G1 - trọng lượng của vật liệu ẩm chưa sấy ở độ ẩm W1, (kg)

G2 - trọng lượng của vật liệu ẩm đã sấy đến độ ẩm W2 , (kg)

W1 - độ ẩm của vật liệu chưa sấy, (%)

W2 - độ ẩm của vật liệu đã sấy, (%)

2.2.5.2 Theo cơ sở khô (dry basis)

100 100

k k k

a db

G

G G G

G W

(2-12)

Độ ẩm của hạt tính theo cơ sở khô được dùng trong các bài toán tính toán về sấy, còn trong thực tế chỉ sử dụng độ ẩm theo cơ sở ướt Các máy đo sử dụng trong quá trình sấy nông sản chủ yếu cho biết độ ẩm theo cở sở ướt Chính vì thế trong đề tài độ ẩm của vật liệu được tính theo cơ sở ướt

2.2.6 Quan hệ giữa vật liệu ẩm và không khí xung quanh

2.2.6.1 Độ ẩm cân bằng

Nếu ta lấy một vật ẩm đặt trong môi trường không khí ẩm sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt, ẩm giữa vật liệu ẩm với môi trường không khí Quá trình trao đổi nhiệt phụ

SVTH: Võ Minh Toàn 18

thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và vật, còn quá trình trao đổi ẩm phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật và của hơi nước trong không khí ẩm Nếu áp suất riêng phần trên bề mặt vật ẩm lớn hơn áp suất riêng phần trong không khí sẽ xảy ra quá trình bay hơi từ vật ẩm, độ ẩm của vật sẽ giảm đi (vật liệu khô hơn) Ngược lại, áp suất riêng phần trên bề mặt vật ẩm nhỏ hơn áp suất riêng phần trong không khí thì vật liệu sẽ hấp thụ ẩm, độ ẩm tăng lên Trong cả hai trường hợp áp suất riêng phần của hơi nước trên bề mặt vật ẩm sẽ tiến dần tới trị số áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm Khi hai trị số này bằng nhau thì vật và môi trường đạt trạng thái cân bằng ẩm, lúc này vật không hút ẩm cũng không thải ẩm Độ ẩm của vật lúc này gọi là độ ẩm cân bằng Wcb Độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí, tức là phụ thuộc vào độ ẩm của không khí Quan hệ hàm số

Wcb= f( ) có thể xác định bằng thực nghiệm và được gọi là đường đẳng nhiệt Đối với quá trình hút ẩm từ môi trường, đường cong Wcb= f( ) gọi là đường hấp thụ đẳng nhiệt Đối với quá trình bay hơi ẩm từ vật liệu, đường cong xây dựng được là đường thải ẩm đẳng nhiệt (Hình 2.3) Ngoài ra độ ẩm cân bằng còn phụ thuộc vào thành phần hóa học, liên kết ẩm và trạng thái của nguyên liệu Thời gian truyền ẩm đến cân bằng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, độ ẩm của không khí và vật ẩm, tốc độ của không khí, cấu trúc của vật ẩm

Độ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn trong việc chọn chế độ sấy thích hợp cho từng loại sản phẩm thực phẩm Người ta thường chọn độ ẩm cuối của sản phẩm sấy bằng độ

ẩm cân bằng của sản phẩm đó đối với giá trị trung bình của độ ẩm tương đối không khí trong bảo quản

2.2.6.2 Độ ẩm tới hạn

Độ ẩm cân bằng của vật liệu ẩm trong môi trường không khí có độ ẩm tương đối

= 100% gọi là độ ẩm tới hạn Wth Độ ẩm này là giới hạn của quá trình hấp thụ ẩm của vật liệu ẩm hay là giới hạn của độ ẩm liên kết Nếu muốn tăng độ ẩm của vật, phải nhúng vật vào nước hoặc có nước ngưng tụ trên bề mặt vật Ẩm thâm nhập vào vật sau này gọi

là ẩm tự do (Hình 2.4) Trên đường cong vận tốc sấy, Wth là điểm uốn giữa giai đoạn vận tốc sấy không đổi và vận tốc sấy thay đổi

Độ ẩm tới hạn được xác định bằng cách đo độ ẩm cân bằng của vật liệu với không khí bao quanh vật thể đó có độ ẩm tương đối 100%, hoặc bằng đường cong hấp thụ đẳng nhiệt của vật liệu ẩm Độ ẩm tới hạn của nguyên liệu hoặc sản phẩm càng lớn thì khả năng hút ẩm càng lớn khi bảo quản trong không khí ẩm

2.3.1 Đặc điểm diễn biến quá trình sấy

Thông thường quá trình sấy xảy ra theo 3 giai đoạn: giai đoạn làm nóng vật liệu, giai đoạn sấy đẳng tốc, giai đoạn sấy giảm tốc

 Giai đoạn làm nóng vật: giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp

xúc với không khí nóng cho đến khi nhiệt độ vật đạt đến bằng nhiệt độ bầu ướt tư Trong quá trình này toàn bộ vật liệu sấy được gia nhiệt, ẩm trong vật liệu cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy Trong giai đoạn này hàm ẩm của vật liệu thay đổi rất chậm, thời gian

diễn ra nhanh

 Giai đoạn sấy đẳng tốc: kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ

bầu ướt, tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật liệu sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước Trong giai đoạn này, hàm

ẩm của vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian sấy Ẩm thoát ra trong giai đoạn này là ẩm

tự do Nếu gọi sự giảm hàm ẩm của vật liệu trong một đơn vị thời gian là tốc độ sấy (tức

là tốc độ sấy), thì trong giai đoạn này = const, nên được gọi là giai đoạn sấy đẳng

SVTH: Võ Minh Toàn 20

tốc, giai đoạn sấy đẳng tốc kéo dài cho đến thời điểm mà hàm ẩm của vật liệu đạt giá trị

Wk nào đấy (Wk gọi là độ ẩm tới hạn của vật liệu)

 Giai đoạn sấy giảm tốc: Như đã biết, năng lượng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn

so với ẩm tự do và tăng lên khi độ ẩm của vật càng giảm Vì vậy, tốc độ bay hơi ẩm lúc này nhỏ hơn so với trước và càng giảm dần theo thời gian Trong khi đó nhiệt độ của vật lại tăng dần, lớn hơn nhiệt độ bầu ướt, tiến tới nhiệt độ của môi trường sấy Khi độ ẩm của vật giảm xuống bằng độ ẩm cân bằng (Wcb) ứng với điều kiện môi trường xung quanh, nhiệt độ của vật bằng nhiệt độ môi trường, vật với môi trường cân bằng nhiệt và

ẩm thì quá trình bay hơi ẩm chấm dứt, có nghĩa tốc độ sấy bằng không   0

độ ẩm cân bằng thì thời gian sấy   nên trong thực tế cuối quá trình sấy vật thường

có độ ẩm cuối cùng w 2 lớn hơn độ ẩm cân bằng Do độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào môi trường (tk, ) cho nên cần chọn các thông số của tác nhân sấy (không khí nóng) ở cuối quá trình sấy phù hợp với độ ẩm yêu cầu của vật liệu sấy

2.3.2 Những quy luật cơ bản của quá trình sấy

2.3.2.1 Đường cong sấy

Đường cong sấy đặc trưng cho sự thay đổi độ ẩm trung bình của vật liệu W trong thời gian sấy  Phân tích đường cong sấy và nhận thấy diễn biến của quá trình như sau:

Hình 2.5: Đường cong sấy

- Giai đoạn làm nóng vật (đoạn AB): trong giai đoạn I, vật liệu được đốt nóng,

nhiệt độ của vật tăng lên, độ ẩm của vật liệu thay đổi chậm và thời gian diễn tiến nhanh Qua trình này kết thúc ở điểm B

SVTH: Võ Minh Toàn 21

- Giai đoạn sấy đẳng tốc (đoạn BK): độ ẩm vật liệu giảm tuyến tính theo thời gian

sấy, trong giai đoạn này tốc độ sấy không thay đổi Tại điểm C, độ ẩm vật liệu đạt giá trị

wk, tốc độ giảm ẩm bắt đầu giảm, giai đoạn II kết thúc bắt đầu chuyển sang giai đoạn III

- Giai đoạn sấy giảm tốc (đoạn KC): tốc độ sấy giảm dần, đường cong sấy chuyển

từ đường thẳng sang đường cong tiệm cần dần điếm độ ẩm cân bằng của vật liệu Khi độ

ẩm vật liệu đạt giá trị cân bằng Wcb quá trình sấy kết thúc

2.3.2.2 Đường cong tốc độ sấy

Tốc độ sấy là sự thay đổi độ ẩm của vật liệu sấy trong một đơn vị thời gian (dW/d , %/h) Đường cong tốc độ sấy được xây dựng bằng phương pháp vi phân đồ thị theo đường cong sấy Phương pháp này chưa đạt độ chính xác đầy đủ, đặc biệt ở cuối quá trình sấy khi đường cong sấy tiệm cận với đường độ ẩm cân bằng, việc vẽ chính xác đường cong sấy trở nên khó khăn Để khắc phục nhược điểm này người ta dùng phương pháp đạo hàm và tính toán tốc độ sấy trung bình sau khoảng thời gian trung bình không lớn

Hình 2.6: Đường cong tốc độ sấy

Ở hình 2.8 cho thấy đường cong sấy của các vật liệu khác nhau Đầu tiên (giai đoạn làm nóng) tốc độ sấy tăng từ 0 đến giá trị cực đại N Ở thời kỳ tốc độ không đổi N = const Sau đó (từ điểm chuẩn K1) tốc độ sấy bắt đầu giảm Trong thời kỳ giảm tốc độ sấy, đặc tính của đường cong phụ thuộc vào cấu trúc của vật liệu, kích thước mẫu, dạng liên kết ẩm với vật liệu và cơ cấu di chuyển ẩm Ứng với từng vật liệu khác nhau, đường cong sấy sẽ khác nhau

 Nhóm 1: từ điểm tới hạn thứ nhất K1 đến điểm cân bằng Wcb đường tốc độ sấy là đường thẳng Nhóm này gồm các vật liệu dạng sợi có chiều dày mỏng (giấy, cáctông…)

 Nhóm 2: cong lồi về phía trục tung thể hiện khi sấy các vật liệu vải căng thẳng, lớp

da mỏng, bột nhào…

 Nhóm 3: khi sấy các vật liệu xốp (gốm, sứ…), đường cong tốc độ sấy ở giai đoạn

giảm tốc lồi về phía trục hoành

SVTH: Võ Minh Toàn 22

 Nhóm 4: từ điểm tới hạn thứ nhất đến điểm tới hạn thứ 2 đường cong tốc độ sấy là

đường thẳng Từ K2 đến Wcb đường cong hơi lồi về phía trục hoành Ví dụ: đất sét

 Nhóm 5: khi sấy các vụn bánh mì trong giai đoạn giảm tốc, đường cong tốc độ sấy

bắt đầu lồi về phía trục hoành, qua điểm K2 chuyển tiếp lồi về phía trục tung

 Nhóm 6: các vật liệu thể hiện đường cong 6 trong thực tế ít gặp Đường cong tốc

độ sấy ban đầu lồi về phía trục tung, qua K2 chuyển tiếp lồi về phía trục hoành

2.3.2.3 Đường cong nhiệt độ sấy

Hình 2.7: Đương cong nhiệt độ sấy

Đường cong nhiệt độ sấy biểu diễn sự phụ thuộc giữa nhiệt độ của vật liệu và độ

ẩm trung bình, Trong quá trình sấy nhiệt độ bề mặt ( ) và nhiệt độ ở tâm vật liệu ( ) thay đổi khác nhau Khi bắt đầu sấy nhiệt độ bề mặt vật liệu tăng nhanh đến giá trị không đổi và bằng nhiệt độ bay hơi của nước (tư) Nhiệt độ bề mặt vật liệu tư không đổi cho đến điểm tới hạn K1, sau đó tăng dần vượt qua điểm tới hạn K2 và đạt giá trị nhiệt độ môi trường tại điểm cân bằng Nhiệt độ tâm vật liệu trong giai đoạn đốt nóng tăng chậm hơn và cũng đạt giá trị nhiệt độ bầu ướt tư ở giai đoạn sấy đẳng tốc Trong giai đoạn sấy giảm tốc nhiệt độ tâm vật liệu thấp hơn nhiệt độ bề mặt Riêng đối với vật liệu mao dẫn xốp đường cong có biến đổi đôi chút do cấu trúc của chúng khác nhau

2.4 Các phương pháp sấy

Sấy có thể chia ra hai loại: sấy tự nhiên và sấy nhân tạo Đối với sấy tự nhiên quá trình phơi vật liệu xảy ra ngoài trời, không sử dụng thiết bị Các phương pháp sấy nhân tạo thực hiện trong các thiết bị sấy

Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau, căn cứ vào phương pháp cấp nhiệt

có thể chia ra các loại: sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy tiếp xúc, sấy thăng hoa, sấy bằng điện trường cao tần, sấy điện trở, v.v

2.4.1 Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời

SVTH: Võ Minh Toàn 23

Sấy bằng cách phơi nắng (không có sử dụng thiết bị sấy) được sử dụng rộng rãi nhất trong chế biến và bảo quản nông sản Nhưng phương pháp này còn nhiều nhược điểm, đòi hỏi phải có một phương pháp phức tạp kết hợp với thiết bị hỗ trợ để cải thiện chất lượng sản phẩm Năng lượng mặt trời được thu nhận để làm nóng không khí, sau đó không khí được sử dụng để sấy

Hình 2.8: Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời

Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời có thể phân ra các loại sau:

- Thiết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên (gồm thiết bị thu năng lượng mặt trời kết hợp với buồng sấy)

- Thiết bị sấy trực tiếp có bộ phận thu năng lượng đặc biệt

- Thiết bị sấy gián tiếp có dẫn nhiệt cưỡng bức (thiết bị thu năng lượng và buồng sấy riêng biệt)

 Ưu điểm:

- Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp

- Không đòi hỏi cung cấp năng lượng lớn và nhân công lành nghề

- Có thể sấy một lượng lớn nông sản với chi phí thấp

 Nhược điểm:

- Kiểm soát các điều kiện của tác nhân sấy kém

- Tốc độ sấy chậm hơn so với sấy bằng thiết bị khác, do đó chất lượng sản phẩm kém hơn và ít ổn định

- Quá trình sấy phụ thuộc nhiều vào điều kiện môi trường như thời tiết, thời gian chiếu sáng của mặt trời

- Đòi hỏi nhiều nhân công

2.4.2 Sấy đối lưu

Hình 2.9: Sấy đối lưu

SVTH: Võ Minh Toàn 24

Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy, có nhiệt độ, độ ẩm, tốc

độ phù hợp chuyển động qua lớp vật liệu sấy là cho ẩm trong vật liệu sấy bay hơi rồi bị cuốn theo tác nhân sấy

Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ hoặc liên tục tùy theo yêu cầu

và đặc tính của vật liệu sấy Kết cấu thực của hệ thống rất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chế độ làm việc, hình dáng vật liệu sấy, áp suất làm việc, cách nung nóng không khí, chuyển động của tác nhân sấy…

Một số phương pháp sấy đối lưu

Thùng sấy

Cấu tạo: là một thùng chứa hình trụ hoặc hình hộp có đáy dạng lưới Không khí

nóng thổi lên từ phía đáy của nguyên liệu với vận tốc tương đối thấp

Ứng dụng: do có sức chứa lớn, giá thành và chi phí hoạt động thấp chúng được sử

dụng chủ yếu để sấy kết thúc sau khi sản phẩm được sấy trước bằng các thiết bị sấy khác Chúng có thể được dùng để cân bằng ẩm sản phẩm sau khi sấy

Yêu cầu đối với nguyên liệu : do thiết bị sấy có thể cao vài mét, yêu cầu nguyên liệu phải đủ độ cứng cơ học để chống lại sức ép, duy trì khoảng trống giữa các hạt, giúp không khí nóng có thể xuyên qua được

Buồng sấy

Cấu tạo: gồm có một buồng cách nhiệt với các khay lưới hoặc đột lỗ, mỗi khay

chứa một lớp mỏng nguyên liệu Không khí nóng thổi vào qua hệ thống ống dẫn và van đổi hướng để cung cấp không khí đồng nhất qua các khay Các thiết bị đun nóng phụ trợ

có thể được đặt thêm ở phía trên hoặc dọc bên các khay để tăng tốc độ sấy

Ứng dụng: dùng trong sản xuất nhỏ (1 – 20 tấn/ngày) hoặc trong thử nghiệm

Chúng có giá thành, chi phí bảo dưỡng thấp và có thể sử dụng linh hoạt để sấy các loại nguyên liệu khác nhau Tuy nhiên, điều kiện sấy tương đối khó kiểm soát và chất lượng sản phẩm dao động do sự phân phối nhiệt đến nguyên liệu không đồng đều

Hầm sấy

Cấu tạo: các khay chứa nguyên liệu được chất lên các xe goòng, được lập trình để

chuyển động qua hầm cách nhiệt có tác nhân sấy chuyển động theo một hoặc nhiều hướng khác nhau Sản phẩm sau khi ra khỏi hầm có thể được sấy kết thúc trong các thùng sấy Một hầm sấy tiêu biểu dài 20 m có 12-15 xe goòng với tổng sức chứa 5000 kg nguyên liệu

SVTH: Võ Minh Toàn 25

Hình 2.10: Hầm sấy Ứng dụng: do khả năng sấy một lượng lớn nguyên liệu trong một thời gian khá

ngắn, phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong một thời gian dài Nhưng với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, nó dần được thay thế bằng phương pháp sấy băng tải và sấy tầng sôi do hiệu suất năng lượng của sấy hầm thấp hơn, chi phí lao động cao hơn và chất lượng sản phẩm không tốt bằng

Sấy băng tải

Hình 2.11: Thiết bị sấy băng tải

Sấy băng tải là một phương pháp sấy lý tưởng, nó được ứng dụng rộng rãi trong sấy khô các nguyên liệu thái lát, nguyên liệu có sọc, nguyên liệu hình dạng cục và các loại nguyên liệu hạt ngũ cốc, được dùng trong các ngành công nghiệp như chế biến lương thực, thực phẩm, nông nghiệp, thức ăn chăn nuôi và các nguyên liệu hóa chất

Thiết bị sấy băng tải dùng nguồn nhiệt trung gian là hơi nóng, nó dẫn hơi nóng trao đổi trực tiếp với vật liệu sấy đồng thơi cuốn theo ẩm bốc ra Theo một số nghiên cứu, với kiểu máy sấy đối lưu, tốc độ sấy tăng 2 – 4 lần so với kiểu sấy khô hơi nóng nằm ngang Sấy băng tải là phương pháp có hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu, là phương pháp sấy có chất lượng cao vì thiết bị sấy được thiết kế theo kiểu hơi nóng thấm sâu, cấp khí nóng theo từng tầng, nhiều mức độ nhiệt, tuần hoàn nhiệt,…

Thiết bị được lắp một hệ thống băng tải tiếp liệu và có bộ dàn trải nguyên liệu đảm bảo độ dầy của nguyên liệu sấy được trải đều lên băng tải sấy

SVTH: Võ Minh Toàn 26

Sấy phun

Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu đã

được cô đặc trước được phun để hình thành

những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng

cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ 150 –

300 0C trong một buồng sấy lớn Các kiểu vòi

phun sau được sử dụng :

- Vòi phun ly tâm: chất lỏng được nạp vào

giữa tâm của chén hoặc đĩa quay có vận tốc ngoại

vi 90 – 200 m/s Các giọt lỏng đường kính 50-60

µm được bắn xuống từ mép rìa tạo thành lớp giọt

- Vòi phun áp suất: chất lỏng bị cưỡng bức dưới áp suất cao (700 – 2000 kPa) qua

một kẽ hỡ nhỏ tạo nên những giọt lỏng có kích thước 180 – 250 µm

- Vòi phun khí động: không khí được sử dụng để phun dung dịch Trước hết không

khí qua ống phun tăng tốc độ rồi thổi ra miệng phun, chất lỏng được đưa đến miệng vòi bằng bơm Không khí có tốc độ cao sẽ thổi dung dịch văng ra thành hạt nhỏ

Có nhiều kiểu thiết kế khác nhau về vòi phun, buồng sấy, hệ thống đốt nóng không khí và hệ thống thu hồi bột, xuất phát từ yêu cầu của rất nhiều loại nguyên liệu sấy phun khác nhau Các thiết bị sấy phun cũng có thể được gắn với thiết bị sấy tầng sôi để sấy kết thúc sản phẩm thu được từ buồng sấy Thiết bị sấy phun khác nhau về kích cỡ từ các thiết

kế ở mức độ thí nghiệm để sấy những sản phẩm khối lượng nhỏ, giá trị cao như enzym, gia vị cho đến các thiết kế để sản xuất quy mô lớn dùng trong thương mại với năng suất đến 10,000 kg sữa sấy/giờ

Ưu điểm lớn là quá trình sấy nhanh, sản xuất liên tục ở quy mô lớn, chi phí nhân công thấp, vận hành và bảo dưỡng tương đối đơn giản Hạn chế chính là chi phí đầu tư cao, yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để bảo đảm nguyên liệu có thể bơm đến thiết bị tạo giọt lỏng Điều này dẫn đến chi phí năng lượng cao hơn (để tách ẩm) và thất thoát các chất dễ bay hơi cao hơn Thiết bị sấy băng chuyền và sấy tầng sôi đang bắt đầu thay thế sấy phun

do chúng gọn hơn và có hiệu quả sử dụng năng lượng tốt hơn

Sấy tầng sôi

SVTH: Võ Minh Toàn 27

Hình 2.13: Sấy tầng sôi Nguyên lý sấy: Nếu có một dòng không khí hay chất khí nào đó được đốt nóng và

thổi qua một lớp vật liệu dạng hạt nằm trên một tấm đột lỗ, kết quả là có một sự tụt áp do lực cản của sàng và lớp hạt khí dòng khí xuyên qua Độ giảm áp này gia tăng theo vận tốc dòng khí, khi đạt tới một vận tốc nào đó, áp suất còn lại đủ lớn để cân bằng với trọng lượng vật liệu nằm trên sàng và làm cho các hạt vật liệu được nâng hay nổi lên và nhào lộn giống như hiện tượng nước đang sôi Các hạt trên sàng ở trạng thái sôi và di chuyển đi

từ chổ cao đến chổ thấp Các hạt cũng có thể di chuyển nhờ dao động của sàng mà không cần có sự sôi Tuy nhiên người ta có thể kết hợp quá trình sôi và sự dao động của sàng để làm cho vật liệu chuyển động nhanh hơn về phía cửa ra Do sự tiếp xúc tốt của khí sấy và các phần từ rắn, việc đốt nóng vật liệu trên sàng diễn ra rất nhanh, kết quả là hơi ẩm bốc

ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy diễn ra tức thời

Ứng dụng: các thiết bị sấy tầng sôi làm việc theo mẻ được sử dụng trong sản xuất

nhỏ, trong đó sản phẩm được xáo trộn mạnh nên độ ẩm của sản phẩm đồng nhất Thiết bị sấy liên tục có các sàng rung, vật liệu vào ra liên tục nên được ứng dụng nhiều trong sản xuất quy mô công nghiệp Sử dụng để sấy các loại nguyên liệu dạng hạt nhỏ, có khả năng

“sôi” mà không bị hư hại cơ học quá mức như men khô, thóc lúa, gia vị, cà phê, đường, trà…

2.4.3 Sấy tiếp xúc

Vật liệu sấy được đặt trên bề mặt được đốt nóng (khay, thùng quay…), nhiệt từ bề mặt nóng truyền vào vật liệu làm cho ẩm bốc ra Hình thức sấy này giống như phơi vật liệu trên sân nóng, hoặc rang vật liệu trên chảo (nên còn gọi là sấy rang) Hình dạng bề mặt nóng tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy có thể là mặt phẳng, mặt trụ hay chỏm cầu Trong sấy tiếp xúc, vật liệu có thể ở trạng thái tĩnh hoặc trạng thái động Để tăng vận tốc bốc ẩm ra ta nên dùng quạt hút hơi ẩm để giảm áp suất trên bề mặt vật liệu làm cho ẩm bốc ra nhanh hơn

SVTH: Võ Minh Toàn 28

Hình 2.14: Sấy tiếp xúc

Để đốt nóng bề mặt có thể sử dụng trực tiếp ngọn lửa hay khói của lò đốt, bằng điện trở, hơi nước nóng hay nước nóng Vật liệu làm bề mặt sấy cần có tính bền cơ nhiệt cao, quan trọng nhất là không bị ăn mòn bởi hóa chất, hơi nóng ẩm, có hệ số truyền nhiệt cao Nhiệt độ bề mặt nóng tiếp xúc với vật liệu sấy tùy thuộc vào loại vật liệu và yêu cầu của sản phẩm mà điều chỉnh cho phù hợp Trong sấy rang người ta có thể sử dụng cát được đốt nóng với nước và trộn với vật liệu sấy để làm tăng tiếp xúc nhiệt và truyền nhiệt đồng đều hơn Sấy rang cũng có thể kết hợp sấy đối lưu để tăng vận tốc bốc ẩm Khi sấy với lớp vật liệu dày nằm yên trên bề mặt nóng

2.4.4 Sấy thăng hoa

Hình 2.15: Sấy thăng hoa

Nguyên lý: Thăng hoa hay còn gọi là đông khô là phương pháp làm khô sản phẩm

dựa theo hiện tượng vật lý là thăng hoa tức là chuyển nước từ pha rắn sang pha khí mà không qua pha lỏng (pha loãng xảy ra ngắn khi đun nóng sản phẩm trong chân không) Sấy thăng hoa là phương pháp sấy bằng cách hạ thấp nhiệt độ sản phẩm sấy xuống dưới điểm lạnh đông (dưới -100C) và được đặt trong buồng chân không có áp suất gần với áp

SVTH: Võ Minh Toàn 29

suất chân không truyệt đối, khi đó nước thoát ra khỏi sản phẩm sấy ở trạng thái rắn, tức là thăng hoa ẩm Mô hình hệ thống sấy thăng hoa gồm năm bộ phận chính: bình thăng hoa, bình ngưng của máy lạnh, máy nén, bình ngưng-đóng băng, bơm chân không Quá trình sấy thăng hoa gồm 3 giai đoạn: giai đoạn đông lạnh, giai đoạn thăng hoa, giai đoạn sấy

ẩm dư Sấy thăng hoa có ưu điểm là giảm thời gian sấy xuống ba lần, không ảnh hưởng tới giá trị dinh dưỡng và mùi vị sản phẩm, tuy nhiên chi phí năng lượng và đầu tư thiết bị rất cao

Ứng dụng: Với chi phí năng lượng và đầu tư thiết bị cao, phương pháp sấy thăng

hoa chỉ hạn chế sử dụng đối với các sản phẩm đắt tiền, dễ phân hủy ở nhiệt độ cao, những sản phẩm mà không thể sấy được bằng các phương pháp khác Bên cạnh đó không phải bất kỳ nguyên liệu nào cũng có thể sấy bằng phương pháp lạnh đông Đối với những nguyên liệu có cấu trúc dễ bị hư hại trong quá trình lạnh đông thì sản phẩm sấy thăng hoa khi hồi nguyên sẽ có kết cấu tồi

Sấy thăng hoa, nhất là phương pháp sấy nhanh (AFD : accelerated freeze drying) được áp dụng rộng rãi ở Mỹ để sấy các loại nguyên liệu đắt tiền như thịt gia súc, gia cầm Ngoài ra nó còn được sử dụng để sấy các sản phẩm khác như : cà phê, gia vị, trong dược phẩm, công nghệ vi sinh v.v

2.4.5 Sấy bức xạ

Trong đó nhịêt chủ yếu được truyền đến vật liệu sấy qua bức xạ của nguồn nhiệt

Ẩm bay hơi vào dòng tác nhân sấy rồi ra ngoài Thông thường các vật bức xạ được lắp cố định ngay trên bề mặt của lớp vật sấy Vật sấy chuyển động liên tục nhờ băng tải, tự chảy, dòng lưu động khí hạt, tầng sôi Để quá trình bay hơi ẩm tốt và tránh cho vật bị nóng quá mức, người ta dùng quạt đối lưu cưỡng bức tác nhân sấy Chính vì vậy nên còn gọi là hệ thống sấy bức xạ- đối lưu

Ưu điểm

- Quá trình trao đổi nhiệt trong sấy bức xạ có cường độ cao hơn nhiều trong sấy đối lưu và sấy trên bề mặt nóng; có khả năng tăng cường độ sấy ở giai đoạn thứ nhất, rất hiệu quả với lớp vật sấy mỏng Tuỳ trường hợp mà thời gian sấy có thể giảm hàng chục thậm chí cả trăm lần so với sấy đối lưu

- Chỉ làm nóng vật liệu sấy, không ảnh hưởng đến môi trường không khí xung quanh nên đây là phương pháp sấy sạch

- Máy sấy bức xạ có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng

Nhược điểm

- Bề mặt vật sấy nóng bị đốt nóng nhanh, tạo ra chênh lệch nhiệt độ lớn giữa bề mặt

và lớp sâu bên dưới Điều này dễ dẫn tới chất lượng sản phẩm không như ý muốn (cong vênh, nứt vỡ, biến màu )