Báo cáo Thực tập quá trình thiết bị trong công nghệ thực phẩm HCMUTE

Khoai tây là cây lương thực quan trọng thứ tư trên thế giới sau lúa mì, gạo và ngô, với sản lượng hàng năm trên toàn cầu xấp xỉ 300 triệu tấn (CIP, 2008). Trong thập kỷ qua, Sản xuất khoai tây đã giảm ở các nước phát triển, nhưng nó đã tăng ở các nước đang phát triển và mới công nghiệp hóa (Fao, 2006). Khoai tây được trồng làm rau để tiêu thụ trực tiếp và cũng như một nguyên liệu để chế biến thành các sản phẩm như: được hình thành trước bữa ăn, đồ ăn nhẹ, dẫn xuất khoai tây, tinh bột và dẫn xuất tinh bột. Về đặc tính vật lý, tinh bột khoai tây là duy nhất trong số các loại tinh bột có bán trên thị trường khác (ví dụ: các loại ngũ cốc) và có đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống thực phẩm (Yusuph, Tester, Ansell, & Snape, 2003). Sự độc đáo này là do lớn kích thước hạt, độ tinh khiết, chuỗi amyloza và amylopectin tương đối dài. Độ dài, sự hiện diện của các nhóm ester phốt phát trên amylopectin, khả năng trao đổi các cation nhất định với các tác động tương ứng lên hành vi độ nhớt và khả năng tạo gel gel đàn hồi dày sưởi ấm và làm mát tiếp theo (Vasanthan, Bergthaller, Dryger, Yeung, & Sporns, 1999). Một đặc điểm rất có giá trị đối với tinh bột khoai tây là khả năng của chúng để tạo ra gel trong khi gelatin hóa (Adebowalea, Olu-Owolabi, Olayinkaa, & Lawalb, 2005).[1] Khoai tây là một loài thực thuộc họ cà (Solanaceae). Khoai tây là loài cây nông nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột. Chúng là loại cây trồng lấy củ rộng rãi nhất thế giới và là loại cây trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng tươi - xếp sau lúa mì và ngô. Lưu trữ khoai tây dài ngày đòi hỏi bảo quản trong điều kiện lạnh.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

_

BÁO CÁO THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

GVHD: TS Hồ Thị Thu Trang

Nhóm thực hiện: 16116CL2B – Nhóm 3

1.Mai Hoàng Minh 2.Trần Tuấn Cường 3.Ngô Trịnh Ngọc Ngân 4.Vũ Thị Minh Anh 5.Nguyễn Thế Bảo

15116032 16116254 16116053 16116004

16116218

Phụ lục

Bài 1: Thí nghiệm sấy vật liệu ẩm 3

A Tổng quan 3

1 Nguồn gốc và thành phần của khoai tây 3

2 Lợi ích và tác hại của khoai tây đối với con người 5

B Các phương pháp sấy 6

1 Sấy đối lưu 6

1.1 Đặc điểm: 6

1.2 Thiết bị 7

1.3 Tiến hành thí nghiệm 9

1.4 Kết quả và nhận xét, bàn luận 9

2 Sấy hồng ngoại 15

2.1 Đặc điểm sấy hồng ngoại: 15

2.2 Thiết bị sấy hồng ngoại: 15

2.3 Thực tập sấy khoai tây bằng thiết bị sấy hồng ngoại: 17

2.4 Kết quả và nhận xét: 19

3 Sấy lạnh 22

3.1 Đặc điểm 22

3.2 Ưu nhược điểm 24

3.3 Thiết bị 24

3.4 Tiến hành thí nghiệm 25

3.5 Kết quả và nhận xét, bàn luận 27

C Kết Luận 29

Bài 2: Thí nghiệm lạnh đông thực phẩm 31

1 Khái niệm 31

2 Cơ sở quá trình lạnh đông 32

3 Các phương pháp lạnh đông 32

3.1 Lạnh đông chậm 32

3.2 Lạnh đông nhanh 32

3.3 Lạnh đông gián tiếp 33

3.4 Lạnh đông trực tiếp 33

4 Biến đổi thực phẩm trong quá trình lạnh đông 33

4.1 Biến đổi vật lí 33

4.2 Biến đổi hóa học 34

4.3 Biến đổi hóa sinh 34

5 Nguyên liệu, trang thiết bị tiến hành thì nghiệm 34

5.1 Nguyên liệu 34

5.2 Trang thiết bị 36

6 Tiến hành thí nghiệm 37

6.1 Sơ đồ thí nghiệm 37

6.2 Giải thích quy trình 38

7 Kết quả 38

8 Nhận xét, bàn luận 43

8.1 Lạnh đông nhanh 43

8.2 Lạnh đông chậm 44

8.3 Cảm quan 45

8.4 Sự kết tinh nước khi lạnh đông 45

8.5 Mạ băng sản phẩm sau đông lạnh 46

8.6 Hiện tượng cháy lạnh thực phẩm trong quá trình lạnh đông 46

Bài 3 Thí nghiệm truyền nhiệt ống lồng ống 47

A Tổng quan lý thuyết 47

1 Truyền nhiệt 47

2 Các quá trình truyền nhiệt 47

2.1 Dẫn nhiệt 47

2.2 Đối lưu nhiệt 47

2.3 Bức xạ nhiệt 47

3 Giới thiệu về thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống 47

4 Phân loại 49

B Phương pháp nghiên cứu, phân tích, tính toán 50

1 Phương pháp nghiên cứu, phân tích 50

1.1 Mục đích 50

1.2 Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị 50

1.3 Phương pháp tiến hành thí nghiệm 51

1.4 Phương pháp phân tích kết quả 53

2 Kết quả và tính toán 53

2.1 Kết quả thực nghiệm 53

3 Nhận xét kết quả 63

Tài liệu tham khảo 64

Bài 1: Thí nghiệm sấy vật liệu ẩm

A Tổng quan

1 Nguồn gốc và thành phần của khoai tây

Khoai tây là cây lương thực quan trọng thứ tư trên thế giới sau lúa mì, gạo vàngô, với sản lượng hàng năm trên toàn cầu xấp xỉ 300 triệu tấn (CIP, 2008) Trongthập kỷ qua, Sản xuất khoai tây đã giảm ở các nước phát triển, nhưng nó đã tăng ởcác nước đang phát triển và mới công nghiệp hóa (Fao, 2006) Khoai tây đượctrồng làm rau để tiêu thụ trực tiếp và cũng như một nguyên liệu để chế biến thànhcác sản phẩm như: được hình thành trước bữa ăn, đồ ăn nhẹ, dẫn xuất khoai tây,tinh bột và dẫn xuất tinh bột Về đặc tính vật lý, tinh bột khoai tây là duy nhấttrong số các loại tinh bột có bán trên thị trường khác (ví dụ: các loại ngũ cốc) và có

đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống thực phẩm (Yusuph, Tester, Ansell,

& Snape, 2003)

Sự độc đáo này là do lớn kích thước hạt, độ tinh khiết, chuỗi amyloza vàamylopectin tương đối dài Độ dài, sự hiện diện của các nhóm ester phốt phát trênamylopectin, khả năng trao đổi các cation nhất định với các tác động tương ứng lênhành vi độ nhớt và khả năng tạo gel gel đàn hồi dày sưởi ấm và làm mát tiếp theo(Vasanthan, Bergthaller, Dryger, Yeung, & Sporns, 1999) Một đặc điểm rất có giátrị đối với tinh bột khoai tây là khả năng của chúng để tạo ra gel trong khi gelatinhóa (Adebowalea, Olu-Owolabi, Olayinkaa, & Lawalb, 2005).[1]

Khoai tây là một loài thực thuộc họ cà (Solanaceae) Khoai tây là loài cây nông

nghiệp ngắn ngày, trồng lấy củ chứa tinh bột Chúng là loại cây trồng lấy củ rộngrãi nhất thế giới và là loại cây trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng tươi - xếpsau lúa mì và ngô Lưu trữ khoai tây dài ngày đòi hỏi bảo quản trong điều kiệnlạnh

Loài khoai tây hoang dã mọc trên khắp châu Mỹ, từ Hoa Kì cho tới miềnnam Chile. Người ta từng cho rằng khoai tây đã được thuần hóa độc lập tại nhiềuđịa điểm, nhưng sau đó thử nghiệm di truyền học trên nhiều giống cây trồng và cácloại khoai tây hoang dã đã chứng tỏ có một nguồn gốc duy nhất của khoai tây là ởkhu vực miền nam Peru và cực tây bắc Bovilia ngày nay Nơi con người đã thuầnhóa được khoai tây từ 7 đến 10 nghìn năm trước.[2]

Hình 1.1 Củ khoai tây

Khoai tây có chứa các vitamin, khoáng chất và một loạt các hóa chất thực vậtnhư các carotenoit và phenol tự nhiên Axít chlorogenic cấu thành đến 90% củaphenol trong khoai tây Các hợp chất khác trong khoai tây là axit 4-O-caffeoylquinic (axit crypto-clorogenic), axit 5-O-caffeoylquinic (axit neo-clorogenic), axit 3,4-dicaffeoylquinic và 3,5-dicaffeoylquinic Trong một củ khoaitây còn vỏ có kích thước trung bình 150 g, cung cấp 27 mg vitamin C (45% giá trịhàng ngày), 620 mg kali(18%), o,2 mg vitamin B6 (10%) và một lượng rất nhỏthiamin, riboflavin, folate, niacin, magie, photpho, sắt và kẽm

Khoai tây chứa khoảng 26 g cacbohydrat trong một củ trung bình Các hìnhthức chủ yếu của cacbonhydrat này là tinh bột Một phần nhỏ trong đó có khả năngchống tiêu hoá từ enzym trong dạ dày và ruột non Tinh bột khoáng này được coi

là có hiệu ứng sinh lý và lợi ích cho sức khỏe giống chất xơ: là chống ung thư ruộtkết, tăng khả năng nạp glucose, giảm nồng độ cholesterol và chất béo trung tínhtrong huyết tương, tăng cảm giác no, thậm chí nó có thể làm giảm chất béo tích trữtrong cơ thể.[3] Cách chế biến khoai tây có thể làm thay đổi đáng kể hàm lượngdinh dưỡng Ví dụ khoai tây nấu chín chứa 7% tinh bột khoáng, khi làm nguội đithì nó tăng lên 13%.[37]

Khoai tây được xếp vào loại thức ăn có chỉ số Glycemic (GI) cao, do đó nóthường bị loại trừ ra khỏi chế độ ăn của những người cố gắng theo chế độ ăn uốngvới GI thấp Trong thực tế chỉ số GI tùy thuộc mỗi loại khoai tây khác nhau là khácnhau.[4]

Illinois chứng minh rằng mọi người có thể đưa khoai tây vào chế độ ăn uống của

họ và vẫn giảm cân

2 Lợi ích và tác hại của khoai tây đối với con người

 Lợi ích của khoai tây với sức khỏe[5]

 Làm giảm huyết áp: Có rất nhiều cách để khoai tây có thể giúp bạn làm giảm

huyết áp Chất xơ giúp cải thiện chức năng của insulin, từ đó điều hòa mứcglucozơ và làm giảm huyết áp Kali cũng có thể giúp làm hạ huyết áp do nóđóng vai trò như một loại thuốc làm giãn mạch máu Các nhà khoa học tạiViên Nghiên cứu Thực phẩm (thuộc Vương quốc Anh) đã phát hiện ra rằngkhoai tây có chứa một loại hóa chất có tên gọi kukoamine, giúp làm giảmhuyết áp

 Cải thiện chức năng của não bộ và sức khỏe hệ thần kinh: Vitamin B6 có

trong khoai tây đặc biệt cần thiết để duy trì sức khỏe hệ thần kinh VitaminB6 giúp tạo ra các amin, một loại hợp chất hữu cơ dẫn truyền thần kinh, baogồm có serotonin, melatonin, epinephrine và norepinephrine- điều đó cónghĩa là ăn khoai tây sẽ giúp làm giảm nguy cơ trầm cảm, căng thẳng và bạn

sẽ có một giấc ngủ ngon hơn Thêm vào đó, khoai tây còn chứa một lượnglớn cacbonhydrat, giúp duy trì lượng glucozơ trong máu, khiến cho não bộ

có thể làm việc tốt hơn Ngoài ra, kali làm giãn mạch máu, đảm bảo rằngnão bạn sẽ nhận được đủ máu

 Tăng cường khả năng miễn dịch: Vitamin C giúp phòng ngừa rất nhiều loại

bệnh, từ scorbut (biểu hiện với những triệu chứng như: chảy máu nướu răng,chậm lành vết thương, các vết thâm tím rộng trên da, sự dễ bị nhiễm trùng,

dễ bị kích động và trầm cảm) đến bệnh cảm lạnh thông thường, với một củkhoai tây cỡ trung bình chứa khoảng 45% lượng vitamin C cơ thể cần trongmột ngày

 Chống viêm: Những người bị viêm khớp có thể được lơi rất nhiều nhờ ăn

khoai tây hoặc uống nước khoai tây luộc Hàm lượng vitamin C trong khoaitây hoạt động như một chất chống oxi hóa làm giảm viêm Kali và vitaminB6 giúp chống viêm trong hệ thống tiêu hóa và miệng Canxi và magie cũngrất hữu dụng trong việc ngăn ngừa bệnh thấp khớp

 Đẩy mạnh quá trình tiêu hóa: Lương cacbonhydrat có trong khoai tây khiến

chúng rất dễ tiêu hóa và chất xơ cũng khiến dạ dày tiêu hóa tốt hơn

 Tốt cho tim mạch: Khoai tây rất tốt cho tim Chất xơ giúp làm giảm

cholesterol trong các mạch máu, vitamin C và B6 giúp giảm thiểu lượng gốc

tự do, carotenoid giúp duy trì sự hoạt động ổn định của tim mạch Ngoài ra,

vitamin B6 còn đóng vai trò quan trọng trong quá trình methyl hóa, biến đổicác phân tử homocysteine có khả năng gây nguy hại thành phân tử lành tính.Quá nhiều homocysteine sẽ làm hỏng các thành mạch máu, tăng nguy cơđau tim và đột quỵ.

 Ngăn ngừa ung thư: Một vài loại khoai tây chứa chất chống oxi hóaflavonoid zeaxanthin, carotene, vitamin A và hợp chất hóa học quercetin; tất

cả đều có thể giúp ngăn ngừa tế bào ung thư phát triển Khoai tây đỏ và nâu

đỏ có tác dụng tốt nhất do chúng chứa lượng lớn chất chống oxi hóaflavonoid

 Chăm sóc da: Vitamin C, vitamin B6, kali, magie, kẽm và photpho đều có

thể giúp da bạn mềm mịn như khoai tây nghiền vậy

 Tác hại của khoai tây

 Khoai tây đã mọc mầm chứa nhiều chất độc Khi thấy củ khoai tây đã mọcmầm thì nên vứt bỏ, tuyệt đối không nên ăn

 Khoai tây chứa những hợp chất độc hại được biết đến như làcác glycoalkaloid, phổ biến nhất là solanine và chaconin. Solanin cũng được

tìm thấy trong một số cây như cây bạch anh độc, thiên tiên tử (Hyoscyamus

niger), cây thuốc lá (Nicotiana), cà tím và cà chua Độc tố này ảnh hưởng

đến hệ thần kinh

 Khoai tây còn có chỉ số đường huyết cao, có thể gây ra sự gia tăng nhanhchóng lượng đường trong máu và đẩy mạnh sản xuất insulin, do đó nhữngngười bị bệnh tiểu đường không nên ăn quá nhiều khoai tây.[5]

Đặc trưng của công nghệ sấy đối lưu chính là sự chuyển động của luồng khôngkhí Chúng được dùng làm tác nhân sấy nhưng với điều kiện không khí trongbuồng sấy luôn phải nóng, chuyển động theo vòng tuần hoàn trong buồng sấy.Chúng sẽ tác động tới vật phẩm cần sấy và làm bốc hơi nước, độ ẩm còn dư trongvật phẩm sấy đó Chính luồng không khí nóng sẽ đưa lượng hơi ẩm này thoát ra

Lượng hơi ẩm sẽ được thoát ra ngoài theo luồng khí nóng từng đợt, hoặc mẻsấy Người ta có thể sử dụng rất nhiều nguồn nhiệt để vận hành quy trình sấy theocông nghệ sấy này mà không tốn quá nhiều chi phí Công nghệ sấy đối lưu cũngcho chất lượng nông sản, thành phẩm sấy đạt yêu cầu, không dễ bị biến chất hoặc

hư hại, có thể để dùng dần hoặc cung cấp cho những nhà máy chế biến, hoặc đónggói bán ra thị trường

Những yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ sấy đối lưu có thể kể đến như : hữngyếu tố ảnh hưởng đến công nghệ đối lưu là: chế độ sấy, kích thước của vật phẩmsấy, áp suất hoạt động, phương pháp gia nhiệt, sự chuyển động của không khínóng, kết cấu lò sấy,…

1.2 Thiết bị

 Phòng sấy

Trong phòng sấy, vật liệu được sấy gián đoạn ở áp suất khí quyển, vật liệu đượcxếp trên những khay hoặc xe đẩy Việc nạp liệu và tháo liệu được thực hiện ởngoài phòng sấy Phòng sấy loại này có một số nhược điểm như thời gian sấy dài

vì vật liệu không được đảo trộn, sấy không đều, khi nạp và tháo liệu bị mất nhiệtqua cửa, khó kiểm tra quá trình sấy (Võ Văn Bang-Vũ Bá Minh, 2004)

 Hầm sấy

Hầm sấy làm việc ở áp suất khí quyển dùng tác nhân sấy là không khí hay khói

lò Vật liệu được xếp trên các khay đặt trên xe goòng di chuyển dọc theo chiều dàihầm Có thể cho tác nhân sấy tuần hoàn để tăng tốc độ và độ ẩm của tác nhân sấy Hầm sấy có nhược điểm, sấy không đều do sự phân lớp không khí nóng và lạnhtheo chiều cao của hầm; khi tốc độ dòng khí nhỏ, vật liệu không được xáo trộn đều.Tuy nhiên hầm sấy là loại thiết bị sấy dễ sử dụng các phương pháp sấy khácnhau, dòng khí và vật liệu sấy có thể chuyển động cùng chiều hoặc ngược chiềuhoặc đặt các quạt dọc đường hầm sấy để thổi thẳng gốc với dòng vật liệu (Võ VănBang-Vũ Bá Minh, 2004)

 Thiết bị sấy thùng quay

Đây là loại thiết bị sấy quan trọng được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóachất, thực phẩm để sấy một số loại hóa chất, phân đạm, ngũ cốc, bột đường,…nóichung là các loại vật liệu rời có khả năng kết dính Thiết bị làm việc ở áp suất khíquyển, tác nhân sấy có thể là không khí hoặc khói lò

Ưu điểm là quá trình sấy đều đặn và mãnh liệt nhờ có sự tiếp xúc tốt giữa vậtliệu và tác nhân sấy, cường độ sấy tính theo lượng ẩm đạt được cao, tuy nhiên dovật liệu bị đảo trộn nhiều nên dễ gây ra gãy rụng, tạo ra bụi, do đó một trong sốtrường hợp làm giảm phẩm chất của sản phẩm (Võ Văn Bang-Vũ Bá Minh, 2004)

Hình 1.2 Thiết bị sấy đối lưu

1.3 Tiến hành thí nghiệm

 Sơ chế nguyên liệu sấy

Xác định độ ẩm ban đầu

Sấy và xác định ẩm theo thời gian

Cắt thành miếng hình vuông mỏng

Chọn lựa và gọt vỏ Khoai tây

Thực hiện:

- Mở máy

- Điều chỉnh thông số nhiệt độ khảo sát

- Mẫu được đựng trong các khay, cho vào tủ sấy, bắt đầu đếm giờ - Cứ mỗi 10phút mở tủ, lấy mẫu cân xác định khối lượng Sấy đến khi khối lượng không đổi Thông số: nhiệt độ sấy là 75oC

1.4 Kết quả và nhận xét, bàn luận

Bảng 1.1 Kết quả sấy đối lưu khoai tây theo thời gian

0 5 10 15 20 25 30 35 60

Giai đoạn 1

Hình 1.4 Đồ thị giai đoạn 1

Giai đoạn 1 (AB): Đường biểu diễn cho giai đoạn này là đường màu đỏ.

Đây là giai đoạn đun nóng vật liệu sấy và làm bay hơi nước bề mặt Ở giai

đoạn này, trên lý thuyết đường cong sấy ở dạng phi tuyến, nhưng trong quá

trình thực nghiệm thu được đường tương đối thẳng Phương trình thực tế

thu được là:

y = 7E-05x2 - 0.3562x + 77.035Trong giai đoạn này, giá trị R² = 0,9996 cho thấy phương trình đường cong sấy

có ý nghĩa trong tính toán và có thể chấp nhận được Đường cong sấy trong giai đoạn này không đúng như lý thuyết, nó là một đường thẳng vì do có sai số trong quá trình sơ chế nguyên liệu sấy, những lát khoai tây được cắt tương đối mỏng nênquá trình mất ẩm ở giai đoạn 1 diễn ra rất nhanh

59 59.5

60 60.5

61 61.5

62 62.5

63 63.5

64

f(x) = − 0.0169903999801892 x + 62.5970151018405 R² = 0.54001899468995

Giai đoạn 2

Hình 1.5 Đồ thị giai đoạn 2

Giai đoạn 2 (BC): Đường biểu diễn cho giai đoạn này là đường cong

màu xanh, đây là quá trình bay hơi nước do quá trình khuếch tán nội và

ngoại xảy ra đồng thời, theo lý thuyết giai đoạn này là sấy đẳng tốc,

đường cong sấy ở dạng tuyến tính Tuy nhiên trên thực tế đường cong sấy

không thẳng Nguyên nhân dẫn tới vấn đề này là do ảnh hưởng bỡi các

yếu tố như: Thiết bị sấy: thiết bị không thực hiện đúng tiến độ trong quá

trình sấy (việc mở tủ thường xuyên ảnh hưởng đến nhiệt độ của quá trình

sấy và độ ẩm của vật liệu) gây ra sai số

Phương trình sấy đẳng tốc thực tế thu được như sau:

y = -0.017x + 62.597Trong giai đoạn này, giá trị R² = 0,54 cho thấy phương trình đường cong sấy (2)

có ý nghĩa trong tính toán và có thể chấp nhận được

59.95

60 60.05

R² = 0.946025690162539

Giai đoạn 3

Hình 1.6 Đồ thị giai đoạn 3

Giai đoạn 3 (CD): Đường biểu diễn cho giai đoạn này là đường màu vàng Giai

đoạn này được gọi là sấy giảm tốc Vì vậy quá trình bốc hơi ẩm còn lại cho đến khiđạt tới độ ẩm cân bằng, quá trình này có đường cong sấy ở dạng phi tuyến rất phứctạp Đường biểu diễn này phức tạp nên không tương đồng với lý thuyết Vàphương trình sấy của giai đoạn này được biểu diễn như sau:

y = 4E-06x3 - 0.002x2 + 0.3904x + 35.941Trong quá trình thực nghiệm không sấy độ ẩm xuống hơn nữa vì trong thời gian

 Tốc độ sấy đối lưu

Đường cong tốc độ sấy đối lưu

Hình 1.7 Đường cong tốc độ sấy của sấy đối lưu u=f(W)

Hình 1.8 Khoai tây sau khi sấy đối lưu

 Nhận xét:

Kết quả sấy khoai tây bằng phương pháp sấy đối lưu thu được từ thực tế có sựkhác biệt so với lý thuyết Do ở giai đoạn 1, theo lý thuyết tốc độ sấy ở giai đoạnnày là một đường thẳng tăng dần đều theo độ giảm ẩm (W) Tuy nhiên khi so vớithực tế, khi nguyên liệu được cắt quá mỏng, tốc độ thoát hơi nước nhanh hơn, nênđường thẳng sẽ xuất hiện chứ không phải đường cong phi tuyến.

2 Sấy hồng ngoại

2.1 Đặc điểm sấy hồng ngoại:

Sản phẩm thu được sau quá trình sấy khô bằng hồng ngoại có chất lượng không thay đổi so với trước khi sấy: Hương thơm, vị ngon và hàm lượng vitamin hầu như được bảo toàn, nhất là đối với các sản phẩm sấy là thực phẩm, trái cây, hải sản và

đồ ăn được Quá trình sấy không làm thức ăn bị nhiễm khuẩn, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm luôn ở mức rất cao Công nghệ sấy bằng tia hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sản xuất, do đó giúp tiết kiệm chi phí cho mỗi thành phẩm Phương pháp này hoàn toàn không có sự tác động của các chất xúc tác (hóa chất) đặc

biệt: Không gây ô nhiễm môi trường và không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.Tia hồng ngoại còn có khả năng tiêu diệt côn trùng và tiệt trùng sản phẩm sấy: Giúp đảm bảo chất lượng cho sản phẩm sấy [6]

Thiết bị sấy hồng ngoại có tính linh hoạt, đơn giản Nơi để mẫu tiện lợi, dễ dàngnhư thiết bị sấy đối lưu, có tính dẫn điện và vi sóng Thiết bị sấy hồng ngoại tiết kiệm được năng lượng cao hơn thiết bị sấy đối lưu bằng cách điều chỉnh lưu lượng nhiệt theo động lực sấy cụ thể phù hợp với từng sản phẩm thực phẩm [7]

Tuy nhiên khả năng xuyên thấu của các máy sấy dùng tia hồng ngoại khá

kém: Chúng chỉ có thể sấy khô các sản phẩm mỏng, kích thước nhỏ Sản phẩm sấy không giữ nguyên được hiện trạng ban đầu: Thành phẩm thường bị cong, vênh, hoặc bị nứt sau sấy Chỉ dùng được cho các loại thực phẩm cắt lát, mỏng: Không phù hợp với các vật cần sấy khác như gốm, men sứ, gỗ…

Các điều cần lưu ý trong việc tối ưu hóa quá trình sấy thực phẩm là: Kích thướcsản phẩm nhỏ phù hợp với thiết bị, tránh tia hồng ngoại bị che khuất, kết hợp với phương pháp gia nhiệt [7]

2.2 Thiết bị sấy hồng ngoại:

 Hệ thống sấy hồng ngoại DSHN-01

Hình 1.9 Hệ thống sấy hồng ngoại DSHN-01 do nhóm nghiên cứu của Thầy Nguyễn Tấn Dũng, thầy Lê Thanh Phong, KS Nguyễn Phương & KS Nguyễn

Ngọc Cảnh (K2008) thiết kế, chế tạo vào năm 2012.

Trên thực tế, việc điều chỉnh năng lượng bức xạ của tia hồng ngoại về tới bướcsóng mà nước tự do trong vật liệu ẩm hấp thụ cực đại là hoàn toàn thực hiện được,

vì chúng ta có mối quan hệ giữa bước sóng và nhiệt độ của bóng đèn hồng ngoạilà: λmax =  2886/T Cụ thể từ công thức này chúng ta có thể chủ động điều khiểnnhiệt độ bóng đèn có thể thu được bước sóng phù hợp, bước sóng phù hợp theonhư nghiên cứu là vào khoảng 2.5 - 3.5 μm, và đây cũng chính là khoảng cáchbước sóng mà nước hấp thụ cực đại

Ngoài ra, khả năng làm bay hơi nước tự do bằng bước sóng thì nhiệt độ cũngđóng vai trò quan trọng vào quá trình làm khô vật liệu ẩm, do tính chất nhiệt mà tiahồng ngoại sinh ra Vậy chúng ta có thể thấy rõ ràng là có hai tác nhân chính đểlàm khô vật liệu ẩm đó là: Bước sóng của tia hồng ngoại và nhiệt độ do tia hồng

ngoại phát ra Và đây cũng chính là đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ quá trìnhsấy từ đó làm giảm đáng kể thời gian sấy, góp phần tăng hiệu quả của quá trình sấynên rất nhiều.

 Vận hành máy sấy hồng ngoại DSHN-01  

Bước 1: luôn kiểm tra máy trước khi vận hành để đảm bảo các dòng đèn được lắpsát vào đuôi đèn Các đầu dò được đặt đúng vào vị trí

Bước 2: Bật CB để cung cấp nguồn điện vào cho máy

Bước 3: Cài đặt nhiệt độ tác nhân sấy và nhiệt độ môi trường sấy

Bước 4: Cài đặt thời gian sấy có 2 chế độ: chế độ tự động (A) sau thời gian cài đặtmáy sẽ tự động tắt hoặc chế độ bằng tay (H) máy chỉ tắt khi người dùng muốndừng quá trình sấy bằng cách nhấn vào nút STOP

Bước 5: Cài đặt độ ẩm

Bước 6: Chọn mức cường độ bức xạ (LOW, MID, hoặc HIGH) tùy theo yêu cầu.Bước 7: Nhấn START để máy bắt đầu hoạt động

2.3 Thực tập sấy khoai tây bằng thiết bị sấy hồng ngoại:

 Sơ đồ các bước tiến hành:

 Giải thích các bước tiến hành:

 Gọt vỏ và cắt khoai tây thành khối lập phương, dùng thước đo kích thướckhối khoai tây để xác định diện tích bề mặt của khối khoai tây

 Triệt enzyme trong khối khoai tây để khi sấy khoai tây không bị thâm đen.Cân khối lượng khối khoai tây và cắt thành lát mỏng để tăng diện tích tiếpxúc miếng khoai tây và tia hồng ngoại, tia hồng ngoại có thể xuyên qua látkhoai tây để quá trình sấy nhanh hơn Băm nhỏ lát khoai tây để sấy xác định

ẩm nhanh hơn

 Xếp lát khoai tây vào khay và đếm số lát khoai tây để xác định chính xácdiện tích tiếp xúc bề mặt của khoai tây và tia hồng ngoại Đặt khay khoai tâyvào thiết bị, kiểm tra máy, bật CB, cài đặt nhiệt độ sấy 47oC, thời gian sấychọn chế độ (H), chọn mức cường độ bức xạ MID (6 đèn) và nhấn Start

Xếp các lát khoai tây vào khay, cho vào thiết bị

sấy và xác định ẩm theo thời gian

Tính thời gian, mỗi 10 phút lấy mẫu ra cân, sấy đến khi khối lượng mẫukhông đổi thì ngừng.

2.4 Kết quả và nhận xét:

Bảng 1.2 Kết quả sấy khoai tây bằng phương pháp hồng ngoại

f(x) = − 0.995664295463194 x + 97.3649611700556 R² = 0.992494634462254

f(x) = 0

R² = 0

Hình1.10 Đường cong của quá trình sấy hồng ngoại W=f(τ)

Giai đoạn 1 (AB): Được biểu diễn bằng đường màu xanh dương, đây là giai

đoạn gia nhiệt và làm bay hơi nước bề mặt khoai tây Đồ thị giai đoạn này có dạng phi tuyến Phương trình thu được là:

y = -0.6658x2 – 0.7143x + 78.428

Giai đoạn này có giá trị R2 = 0.9999 cho thấy phương trình đường cong sấy có ýnghĩa trong tính toán và có thể chấp nhận được Đường cong này giống với lý thuyết

Giai đoạn 2 (BC): Được biểu diễn bằng đường màu cam, đây là quá trình gia

nhiệt hoàn toàn khoai tây, cả trong lẫn ngoài đồng thời bay hơi nước Đây là giai đoạn sấy đẳng tốc, khối lượng giảm nhanh, tốc độ sấy nhanh và đều Đồ thị giai đoạn này có dạng tuyến tính Phương trình thu được là: y = -11.663x + 50.737Giai đoạn này có giá trị R2 = 0.9983 cho thấy phương trình đường cong sấy có ýnghĩa trong tính toán và có thể chấp nhận được Đường cong này giống với lý thuyết

Giai đoạn 3 (CD): Được biểu diễn bằng đường màu xám, đây là giai đoạn bốc

hơi nước còn lại trong khoai tây sau quá trình sấy đẳng tốc, quá trình này xảy ra đến khi đạt được khối lượng không đổi Đồ thị giai đoạn này có dạng phi tuyến tính phức tạp Phương trình thu được là:

y = -0.0074x3 + 0.2389x2 – 2.1814x + 5.125

Giai đoạn này có R2 = 0.9965 cho thấy phương trình đường cong sấy có ý nghĩatrong tính toán và có thể chấp nhận được Đường cong này giống với lý thuyết

 Tốc độ sấy:

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Đường cong tốc độ sấy

Hình 1.11 Biểu đồ tốc độ sấy khoai tây bằng phương pháp hồng ngoại

Với khối khoai tây có diện tích bề mặt 3x3x3, cắt thành 12 miếng, diện tích bề mặt tiếp xúc khi sấy của khoai tây sẽ là: F = 0.3x0.3x(6+11x2) = 0.0252 (m2)

Hình1.12 Khoai tây sau khi sấy hồng ngoại

 Nhận xét

Sản phẩm khoai tây sấy bằng phương pháp sấy hồng ngoại có màu vàng đẹp hơn, giòn hơn, đảm bảo vệ sinh, không bị nhiễm khuẩn mà vẫn giữ được các chất dinh dưỡng trong khoai tây Phương pháp này có thời gian sấy nhanh hơn, tiết kiệm thờigian, năng lượng và chi phí Tuy nhiên sau khi sấy, hình dạng miếng khoai tây cong hơn, dễ bị gãy nứt hơn

3 Sấy lạnh

“Sấy lạnh là phương pháp sấy bằng tác nhân là không khí rất khô ở nhiệt độthấp hơn nhiệt độ sấy thông thường Dải nhiệt độ sấy từ 10-50 độ C, độ ẩm khôngkhí sấy vào khoảng 10-30%”

Trong công nghệ sấy lạnh, nhất thiết phải sử dụng bơm nhiệt dưới dạng máy hút

ẩm hoặc máy lạnh kết hợp với chất hút ẩm.[8]

Máy sấy lạnh được cấu thành bởi một máy bơm nhiệt được đặt trong một tủ sấyhoặc một hầm sấy tùy theo quy mô Máy bơm nhiệt có một đầu nóng và đầu lạnh,đầu nóng sẽ cung cấp nhiệt lượng cho tác nhân sấy, còn đầu lạnh dùng để tách ẩmcho không khí sấy Do đó, một số nơi, còn gọi máy sấy lạnh là máy sấy bơm nhiệt

3.1 Đặc điểm

Một trong những phương pháp bảo quản, chế biến nông sản sau thu hoạch rấtphổ biến trong nghành công nghệ thực phẩm , được áp dụng trong quy mô côngnghiệp là phương pháp sấy Với nguyên tắc tách nước ra sản phẩm sấy nhờ đó giúpgiảm hàn nược nước trong thực phẩm tối đa giúp kéo dài thời gian bảo quản củathực phẩm, vận chuyển dễ dàng, tiện lợi hơn Nhưng một vắn đề nảy sinh trongphương pháp sấy khô là do hàm lượng nước thay đổi quá nhiều, nhanh, nhiệt độtác động lên thực phẩm khá cao trong thời gian dài lên chất lượng thực phẩm cũng

bị ảnh hưởng như hàm lượng dinh dưỡng bị biến đổi, màu sắc, mùi vị của thựcphẩm bị giảm so với ban đầu Để giải quyết vấn đề này máy sấy lạnh đã ra đời

Hình 1.13 Máy sấy lạnh

Với nguyên lý làm việc, sấy thực phẩm ở nhiệt độ thấp, quá trình tách ẩm đượcdiễn ra tuần hoàn, luồng nhiệt sấy liên tục và trong chu trình khép kín, nhờ đó sảnphẩm sấy vẫn đảm bảo được màu sắc, hương vị và đặc biệt là làm lượng chất dinhdưỡng Các sản phẩm sấy lạnh yhuowfng là những sản phẩm đòi hỏi ngặt nghèo vềchất lượng [9] Đây là một giải pháp sấy giải quyết được khá hiều hược điểm củacác loại máy sấy khác

Đối với các loại thực phẩm dễ biến đổi tính chất khi sấy ở nhiệt độ cao thì việc

sử dụng nguyên lý sấy lạnh là sẽ phù hợp hơn cả Máy sấy công nghiệp lạnhthường sử dụng nhiều trong y học để sấy các dược liệu, sấy các loại tinh bột, sấythảo dược, thuốc viên, viên hoàn, các thực phẩm chức năng như đông trùng hạthảo, nấm linh chi, tổ yến

Hình 1.14 Các sản phẩm sấy lạnh

Khác với cơ chế sấy gió nóng của máy sấy nhiệt (tách ẩm, sấy ở nhiệt độ caohơn để nước thoát hơi nhanh) thì nguyên lý sấy lạnh chỉ cần sấy ở nhiệt độ môitrường cũng đã làm khô mau chóng, bởi không khí sấy đưa vào buồng sấy đã đượclàm khô hoàn toàn Thời gian sấy lạnh cũng nhanh hơn thường từ 6 - 8 tiếng

3.2 Ưu nhược điểm

 Ưu điểm

- Giữ được màu sắc, mùi vị, hàm lượng dinh dưỡng so với các laoij máy sấy khác

- Hệ thống sấy độc lập lên quá trình không bị ảnh hưởng, tác động của thời tiết

- Qúa trình sấy tiết kiệm từ 25%-40% điện năng so với máy sấy nhiệt truyền thốngkhác

 Nhược điểm

- Thiết bị đắt tiền, khoản đầu tư ban đầu sẽ nhiều hơn so với những thiết bị khác

- Thời gian sấy lâu hơn, do nhiệt độ thấp và quá trình rút nước ra khỏi sản phẩm

Sự chênh lệch nhiệt độ và ấp suất giữa buồng sấy và sản phẩm sẽ hút nước từ sảnphẩm sấy ra ngoài Không khí ẩm lúc này được qua bộ lọc khô và đi qua dành lạnhtạo thành một chu trình tuần hoàn khép kín.

Hình 1.15 Nguyên lý hoạt động của máy sấy lạnh

3.4 Tiến hành thí nghiệm

 Sơ đồ tiến hành

Cắt thành miếng hìnhvuông mỏngChọn lựa và gọt vỏKhoai tây

Hình 1.16 Sơ đồ tiến hành thí nghiệm

 Chú ý:

- Khoai tây cắt kích thước ngang 3cm, dọc 3cm, dày 1mm và sấy lạnh 9 miếng Đểtránh hiện tượng khoai tây bị oxy hóa làm ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của thựcphẩm, chúng tôi tiến hành trần khoai tây trước khi đem đi sấy để tránh hiện tượngnày

 Các bước tiến hành:

B1 Mở máy sấy

B2 Điều chỉnh thông số nhiệt độ khảo sát

B3 Mẫu được đựng trong các khay, cho vào tủ sấy, bắt đầu đếm giờ - Cứ mỗi 10phút mở tủ, lấy mẫu cân xác định khối lượng Sấy đến khi khối lượng không đổi

3.5 Kết quả và nhận xét, bàn luận

 Kết quả sấy đối lưu

Độ ẩm ban đầu của khoai tây là 77%

Bảng 1.3 Kết quả sấy lạnh

Hình 1.17 Đường cong sấy của quá trình sấy lạnh W=f(t)

 Nhận xét: sau khi sấy và lập đường cong sấy ta nhận thấy độ ẩm của khoai tây giảm dần một cách từ từ như lý thuyết về sấy lạnh, sấy lạnh rút nước ra khỏi thực phẩm một cách từ từ không quá nhanh như các phương pháp sấy khác, giúp thực phẩm sau khi sấy vẫn giữ được màu sắc như mong muốn

Hình 1.18 Hình ảnh khoai tây sau khi sấy lạnh

C Kết Luận

Hình 1.20 Hình ảnh khoai tây sau sấy Đối lưu-Hồng ngoại-Lạnh

Sau khi sấy cùng một mẫu khoai tây bằng ba pương pháp sấy khác nhau: sấy đốilưu, sấy hồng ngoại, sấy lạnh, ta thấy rõ được điểm khác nhau của các phương pháp:

-Xếp về độ cong, sấy lạnh có dộ cong vênh lơn nhất sau đó đến sấy hồng ngoại

và cuối cùng là sấy đối lưu

-Xếp theo màu sắc: sấy đối lưu có màu sắc nhạt nhất sau đố đến sấy lạnh và cuốicùng là sấy hồng ngoại

- Xếp về thời gian sấy: sấy đối lưu nhanh nhất say đó đến sấy hồng ngoại, cuối cùng đến sấy lạnh

- Xếp về nhiệt độ sấy: Sấy đối lưu nhiệt cao nhất đến sấy hồng ngoại và cuối cùng là sấy lạnh

=> Tùy thuộc vào mục đích sấy, vật liệu sấy, thời gian sấy và chất lượng sản phẩm sấy mà ta có thể lựa chọn được các phương pháp sấy phù hợp

Bài 2: Thí nghiệm lạnh đông thực phẩm

1 Khái niệm

Khái niệm “lạnh” được hiểu là trạng thái vật chất có nhiệt độ thấp hơn nhiệt

độ bình thường Lạnh thường (hay còn gọi là lạnh) là nước chưa có sự kết tinh nước biến thành đá, còn tồn tại dạng lỏng, còn lạnh đông là nước đã tạo thành

đá [10]

Đối với nước tinh khiết bình thường, điểm đóng băng (kết tinh) sẽ là 0oC

(273,16K hoặc 32oF) ở áp suất khí quyển Tuy nhiên, với từng nguyên liệu sấy khác nhau, chúng có nhiệt độ khác nhau để đông lạnh Nhiệt độ lạnh đông của các nguyên liệu sẽ từ to kết tinh > to > ̶ 100oC [11]

vật liệu lạnh đông, Tkt

(oC)

Nhiệt độ lạnh đông tối

ưu để ẩm trong vật liệu lạnh đông kết tinh hoàn toàn, TF opt (oC)

Bảng 1: Nhiệt độ kết tinh của một số vật liệu đã được nghiêm cứ và công bố

[12]

2 Cơ sở quá trình lạnh đông

Hầu hết các thực phẩm bị hỏng là do các nguyên nhân chính sau [10]:

- Thực phẩm bị hỏng do tác động enzyme có sẵn trong thực phẩm

- Thực phẩm bị hỏng do vi sinh vật xâm nhập từ ngoài vào

- Thực phẩm bị hỏng do độc tố [độc tố có thể do vi sinh nhật gây ra hoặc do quá trình oxy hóa (phân hủy) các thành phần thực phẩm tạo ra

Các quá trình nêu trên đều chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, nhiệt độ càng thấp thì quá trình xày ra càng chậm, và nếu ở khoảng nhiệt độ thích hợp với từng đối tượng vi sinh vật hoặc emzyme, thực phẩm có những kiểu hư hỏng khác nhau.Bảo quản thực phẩm bằng phương pháp lạng đông là một ngành kỹ thuật rất

quan trọng, có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế

3 Các phương pháp lạnh đông

3.1 Lạnh đông chậm

Quá trình làm lạnh đông chậm được diễn ra chậm và rất chậm, đạt tới -35oC đến -30oC trong khoảng thời gian 4-6 giờ Tốc độ giảm nhiệt độ đạt tới nhiệt độ kết tinh (Tkt) tính theo bề dày của sản phẩm khoảng (0,2 - 0,5)cm/h, các mầm tinh thể nước đá hình thành từ từ, chúng đủ thời gian để lôi kéo và kết hợp lại với nhau trong môi trường di thể để tạo thành các mầm tinh thể có kích thước lớn hơn, làm giảm diện tích bề mặt, giảm năng lượng của hệ, đưa hệ đến trạng thái cân bằng bền

Quá trình lạnh đông chậm tạo ra các tinh thể đá lớn sẽ dể làm rách màng tế bào, phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo ra các lỗ ở màng tế bào lớn dễ thoát ẩm Khi nước đá thăng hoa chuyển pha từ rắn sang hơi lôi cuốn theo thành phần dinh dưỡng trong dịch bào dễ bay hơi theo, làm chất lượng sản phẩm giảm Bên cạnh

đó cấu trúc protein (do nước tách ra để kết tinh) của sản phẩm, dẫn đến biến tính protein Như vậy, nó sẽ ảnh hưởng đến khả năng hút nước và giữ nước sau này của protein làm thay đổi một số tính chất sinh hóa quan trọng của sản

phẩm, làm giảm chất lượng của sản phẩm. 

Tuy nhiên, lỗ tế bào lớn do rách sẽ làm giảm áp suất thẩm thấu của tế bào, làm tăng khả năng thoát ẩm của sản phẩm

3.2 Lạnh đông nhanh

3,0 cm/h, khi đó nhiệt độ sản phẩm giảm nhanh và rất nhanh, đối với lạnh đông siêu nhanh khoảng 3,0 - 5,0 cm/h, với tốc độ này thì các mầm tinh thể tạo thànhđồng loạt, đồng thời không còn môi trường di thể để lôi kéo, kết hợp Vì vậy, không thể tạo được mầm tinh thể đá lớn.

Hàm ẩm trong sản phẩm sẽ kết tinh đồng loạt tại chỗ (dạng vô định hình), các tinh thể nước đá tạo thành có kích thước nhỏ và rất nhỏ, không làm phá vỡ

tế bào, không làm rách màng tế bào, không phá vỡ cấu trúc protein, làm cấu trúc sản phẩm ổn định, các tính chất sinh hóa của sản phẩm được bảo toàn Chấtlượng sản phẩm được bảo toàn Tuy nhiên, khả năng thoát ẩm chậm, có thể kéo dài thời gian rã đông

Quá trình lạnh đông thực phẩm được tiến hành càng nhanh càng tốt ở môi trường có nhiệt độ âm sâu (dưới -500C), nhưng khi đó dễ xảy ra hiện tượng cháy lạnh ở bề mặt của sản phẩm, dẫn đến sản phẩm bị biến tính khó hoàn nguyên trở lại trạng thái ban đầu, làm giảm chất lượng sản phẩm

3.3 Lạnh đông gián tiếp

Thường sử dụng tác nhân không khí lạnh đối lưu tự nhiên hay cưỡng bức (truyền nhiệt đối lưu) hạ thấp nhiệt độ môi trường lạnh đông xuống -40oC đến -

45oC để làm lạnh đông sản phẩm Nếu lạnh đông chậm không khí đối lưu tự nhiên, còn lạnh đông nhanh (giống IQF) thì không khí đối lưu cưỡng bức Ngoài ra, chúng ta cũng có thể sử dụng hỗn hợp nước muối, hoặc chất tải lạnh khác cũng được nhưng phải thân thiện với môi trường, thực phẩm & con người

3.4 Lạnh đông trực tiếp

Thường sử dụng các tủ đông tiếp xúc, sản phẩm được đặt trong các khay và được kẹp giữa các tấm lắc cấp đông, bên trong các tấm lắc rỗng có môi chất làm lạnh chảy qua, nhiệt độ bay hơi -45oC đến -50oC Phương pháp này làm lạnh chủ yến là dẫn truyền, tốc độ làm lạnh tương đối nhanh Ngoài ra, phương pháp lạnh đông trực tiếp cũng có thể sử dụng chất tải lạnh là nitơ lỏng có nhiệt

độ bay hơi rất thấp -196oC, tốc độ lạnh đông cực nhanh, thời gian chỉ kéo dài (5- 10) phút, giá thành rất cao nên không sử dụng cho các loại thực phẩm thông thường mà sử dụng cho các loại sản phẩm cao cấp có gia trị kinh tế cao

4 Biến đổi thực phẩm trong quá trình lạnh đông

4.1 Biến đổi vật lí

Là do giảm nhiệt độ dưới Tkt sẽ làm thay đổi trạng thái pha của ẩm từ thể lỏng sang thể rắn, làm thay đổi các đặc tính lưu biến của thực phẩm (độ dẻo, độ dòn, độ dai, …), làm thay đổi các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm như khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt,