Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt tuần hoàn kín để nâng cao chất lượng một số rau quả việt nam

Quan hệ giữa độ ẩm cuối w2 với độ ẩm ban đầu w1, trọng lượng ban đầu G1 và trọng lượng cuối của sản phẩm G2 được biểu diễn theo công thức [19]: 1 2 G    1.2 Hoạt độ nước aW là cơ

PHẠM ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY BƠM NHIỆT TUẦN

HOÀN KÍN ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MỘT SỐ

RAU QUẢ VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2011

PHẠM ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY BƠM NHIỆT TUẦN

HOÀN KÍN ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MỘT SỐ

RAU QUẢ VIỆT NAM

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ BẢO QUẢN VÀ SƠ CHẾ NÔNG LÂM SẢN SAU THU HOẠCH

MÃ SỐ: 62.54.10.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS.TS LÊ NGUYÊN ĐƯƠNG

2 TS CHU VĂN THIỆN

HÀ NỘI - 2011

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN 1.1 Đặc tính và chất lượng của sản phẩm rau quả sấy

1.1.1 Đặc tính của sản phẩm rau quả sấy

đích sử dụng rau quả sấy có thể được chế biến theo dạng lát mỏng, bột hay dạng miếng và được kiểm tra trong quá trình sản xuất từ các khâu phân loại, thái, nạo, nghiền, ép

phương pháp đánh giá cảm quản thì màu sắc và mùi vị còn được đánh giá bằng phương pháp phân tích Đối với màu sắc sử dụng dụng cụ quang học để đo nồng

độ dịch chiết ra từ sản phẩm và với mùi vị có thể sử dụng phương pháp trích ly hoặc chưng cất để tách các thành phần chất dễ bay hơi có tính đặc thù tạo nên mùi vị đặc trưng của rau quả cụ thể

trọngcủa các nhóm thực phẩm, bao gồm các thành phần như hydrat cacbon, protein, chất béo, vitamin và các khoáng chất Chất lượng dinh dưỡng được đánh giá bằng độ sinh năng lượng, độ tiêu hoá và hấp thụ thức ăn, ngoài ra còn

là chất tạo mùi vị để kích thích ngon miệng và trong nhiều thành phần trong rau quả còn có khả năng về chữa bệnh [18]

là một trong những yêu cầu cơ bản đối với sản phẩm rau quả sấy, là đại lượng đánh giá khả năng hồi nguyên của sản phẩm sau khi sấy so với trạng thái ban đầu

Gn - Khối lượng sản phẩm ngấm nước trở lại

G0 - Khối lượng sản phẩm sấy

Hệ số ngấm nước càng lớn với thời gian ngấm nước ngắn cho thấy khả năng hồi

nguyên của sản phẩm càng tốt là sự mong muốn đạt được trong quá trình sấy các

sản phẩm rau quả thực phẩm

sảnphẩm sau quá trình sấy, mặt khác còn là yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng

cảm quan và hiệu suất thành phẩm Quan hệ giữa độ ẩm cuối w2 với độ ẩm ban

đầu w1, trọng lượng ban đầu G1 và trọng lượng cuối của sản phẩm G2 được biểu

diễn theo công thức [19]:

1 2

G





 (1.2)

Hoạt độ nước (aW) là cơ sở để xác định độ ẩm bảo quản cho mỗi loại rau quả

sấy, là tỷ số giữa áp suất hơi nước trên bề mặt của vật liệu (p) và áp suất hơi

nước của nước nguyên chất (p0) trong cùng 1 điều kiện xác định hay chính là độ

ẩm tương đối ở trạng thái cân bằng trong thiết bị chứa kín với vật liệu ẩm được

p



 (1.3)

Trong đó: ERH% là độ ẩm cân bằng, aw được biển diễn từ 0 đến 1 là thông số

thể hiện hàm lượng nước tự do có trong sản phẩm mà vi sinh vật có thể sử dụng

để phát triển và làm hư hỏng các sản phẩm thực phẩm cũng như xúc tác cho các

phản ứng hóa học xảy ra như quá trình oxy hóa chất béo, protein gây mùi ôi

thiu, khó chịu cho sản phẩm

mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng và gây độc hại đối với cơ thể con

người Các qui định khác nhau về nồng độ SO2 còn lại trong sản phẩm, một số

nước còn qui định giới hạn trên và giới hạn dưới của chất này Một số nước khác

đề nghị loại trừ việc sử dụng SO2 để chế biến một số loại sản phẩm, mặc dù việc

tranh luận về đặc tính hoạt động của lưu huỳnh vẫn còn tiếp tục, nhưng hiện nay người ta vẫn có khuynh hướng sử dụng SO2 song hạn chế nồng độ SO2 Giới hạn cho phép là 2000 - 2500 mg SO2/kg cho các loại rau quả [92]

là thực phẩm, độ ẩm, pH, nhiệt độ, oxy và thời gian Rau quả là một loại thực phẩm và là môi trường cho sự hoạt động của vi sinh vật nên cần hạn chế các yếu

tố ảnh hưởng cũng như gia tăng khả năng nhiễm khuẩn từ công đoạn trước và trong thu hoạch mà khi xử lý sơ chế chưa đảm bảo và có thể khi rửa bằng nguồn nước đã bị nhiễm khuẩn, cũng có thể gây ra từ người mang vi khuẩn [7], [8], [9], [15]

1.1.2 Chất lượng và tiêu chuẩn đánh giá chất lượng rau quả sấy

Rau quả sấy là một loại thực phẩm về chất lượng gồm các nhóm tiêu chuẩn chất lượng: dinh dưỡng, cảm quan và vệ sinh ATTP Mặt khác rau quả sấy là một loại hàng hoá nên ngoài chất lượng thực phẩm còn phải thoả mãn về chất lượng dịch vụ

- Màu sắc

- Mùi vị

- Độ ngấm nước

- Độ ẩm

Chất lượng vệ sinh ATTP

- Tạp chất

- Vi sinh vật có hại

- Dư lượng hoá chất

Chất lượng dịch vụ

- Qui cách mẫu mã

- Kiểu dáng

Hình 1.1 Phân nhóm chất lượng rau quả sấy theo thuộc tính sử dụng

trên hai phương diện, về số lượng là năng lượng tiềm tàng dưới dạng hợp chất hoá học có thể cung cấp cho quá trình tiêu hoá và chuyển hoá năng lượng và đo được bằng calorimet kế, về chất lượng là cân bằng các thành phần dinh dưỡng theo từng đối tượng tiêu thụ với sự có mặt của các chất vi lượng cần thiết [28]

Chất lượng sản phẩm rau quả sấy luôn bị tác động của nhiều yếu tố ảnh hưởng trước, trong và sau quá trình sấy, trong đó các yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất luôn diễn ra trong quá trình sấy

Mục tiêu nâng cao chất lượng rau quả sấy cần nghiên cứu hạn chế mức độ biến đổi chất lượng sản phẩm đến mức thấp nhất là nhiệm vụ đặt ra của đề tài

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu về các yếu tố biến đổi ảnh hưởng đến chất lượng của rau quả sấy

Sau đây là tổng hợp những kết quả nghiên cứu với đối tượng rau quả nói chung

về sự biến đổi chất lượng sản phẩm do tác động của nhiều yếu tố như: biến đổi vật

lý, biến đổi hoá lý, biến đổi hoá học, biến đổi sinh hoá, biến đổi do sự hoạt động của

vi sinh vật và biến đổi về thành phần dinh dưỡng

1.2.1 Biến đổi vật lý

tượng co ngót về thể tích, độ co ngót ban đầu từ bề mặt và chuyển dần vào tâm vật liệu sấy Sự tạo thành các vết nứt, gãy, các tế bào bị nén ép, vặn vẹo làm cho vật liệu có bề mặt bị co ngót, nhăn nheo Sự hình thành vết nứt là một quá trình phức tạp bị ảnh hưởng bởi các yếu tố độ ẩm và nhiệt độ [30], [69]

trong ra bề mặt ngoài của sản phẩm, sự bay hơi nước làm cô đặc các chất tan ở

bề mặt kết hợp với nhiệt độ cao đã gây ra các phản ứng lý hoá phức tạp của các

chất tan và hình thành nên lớp vỏ cứng, hay gọi là hiện tượng "cứng vỏ" (cas

hardening), làm giảm tốc độ sấy và tạo nên sự phân bố ẩm không đồng đều [92]

điều kiện xử lý, điều kiện lưu trữ, thành phần cấu tạo, độ pH, kích thước vật

liệu khi nhiệt độ sấy tăng dẫn đến sự biến đổi của protein làm giảm độ hòa tan,

hay protein bị biến chất nhiều thì độ hòa tan càng giảm, [79]

Một số kết quả nghiên cứu về sự biến đổi cấu trúc của rau quả sấy cho thấy:

Trong quá trình sấy tế bào bị mất áp suất thẩm thấu, tính thấm của màng tế bào bị thay đổi, các chất tan di chuyển, polysacarit và protein tế bào bị đông tụ, từ đó dẫn đến sự thay đổi cấu trúc, làm thất thoát các chất dễ bay hơi là những quá trình không thuận nghịch Nhiệt trong quá trình sấy làm giảm khả năng hydrat hoá của tinh bột và tính đàn hồi của thành tế bào, làm biến tính protein Sự biến đổi cấu trúc

do quá trình gia nhiệt ở nhiệt độ lớn hơn 600C xảy ra sự đông tụ của protein và sự biến tính của tinh bột xảy ra ở nhiệt độ cao hơn 800C là nguyên nhân dẫn đến khả năng hồi nguyên khi ngấm nước trở lại không có tính thuận nghịch [43]

Quá trình hấp thụ nước, nhìn chung tốc độ tăng nhanh ở giai đoạn đầu sau đó giảm dần Sự hấp thụ độ ẩm nhanh do qúa trình hấp thụ bề mặt và hấp thụ mao dẫn

là yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bù nước Những yếu tố này phụ thuộc độ xốp, ống mao dẫn và các lỗ gần bề mặt, các bọt khí, trạng thái kết tinh vô định hình, chất rắn hòa tan, độ khô, anion, độ pH và nhiệt độ của nước dùng để ngâm nguyên liệu [67], [91] Độ xốp, ống mao dẫn và các khe nứt gần bề mặt làm tăng cường quá trình bù nước, trong khi đó sự xuất hiện của các bọt khí được tách là vật cản chính đối với sự xâm nhập của nước Để hạn chế sự biến cứng bề mặt vật liệu sấy cần kiểm soát điều kiện sấy cần tránh chênh lệch ẩm quá cao giữa bên trong và bề mặt sản phẩm [30]

 Sự thay đổi về hoạt độ nước: mỗi loại vi sinh vật có một giá trị aw thấp nhất mà

nếu dưới đó thì chúng không phát triển lâu dài được [20], [39], [70] Chỉ số họat

độ nước (bảng 1.1) có thể dự đoán được các loại vi sinh vật có khả năng phát triển hoặc không phát triển ở giá trị aw nhất định Như vậy độ ẩm, nhiệt độ và thời gian là những yếu tố mà con người có thể chủ động điều khiển để kiểm soát

sự phát triển của vi khuẩn với mỗi đối tượng sản phẩm cụ thể mà trong đó hoạt

độ nước là yếu tố gốc, [33]

Bảng 1.1 Quan hệ giữa hoạt độ nước và sự phát triển của vi sinh vật

1.0 - 0.95 Hầu hết vi khuẩn, một vài nấm men, các sinh vật gây bệnh và

thối hỏng 0.95 - 0.91 Hầu hết cocci, lactobacilli, một ít nấm mốc, Salmonella, vi khuẩn

lactic là những quần thể chính gây thối hỏng

0.91 - 0.87 Hầu hết nấm men, mycotoxin (1 sản phẩm của nấm mốc), sự thối

hỏng thường do bởi nấm men và nấm mốc 0.87 - 0.80 Sự phát triển Staphylococcus aureusmay

0.80 - 0.75 Hầu hết nấm mốc, các mầm bệnh từ vi khuẩn không phát triển 0.75 - 0.65 Hầu hết vi khuẩn ưu mặn

0.65 - 0.60 Nấm mốc Xerophilic

< 0.60 Không phát triển

1.2.2 Biến đổi hoá lý

Xảy ra quá trình chuyển dời ẩm từ bên trong vật liệu ẩm tới bề mặt ngoài của nó,

từ bề mặt ẩm bay hơi khuếch tán vào luồng không khí (tác nhân sấy) bao quanh vật liệu sấy Quá trình chuyển ẩm từ bên trong sản phẩm sấy thực hiện được nhờ lực khuếch tán thẩm thấu, lực mao quản, gọi là độ dẫn ẩm Nhờ có độ dẫn ẩm, ẩm sẽ chuyển dời theo hướng từ trung tâm ra bề mặt vật liệu Khái niệm nước liên kết và nước tự do được phát triển từ nguyên tắc sấy và khái niệm này quan trọng đối với các sản phẩm sấy vì tính ổn định của nó trong quá trình chế biến và bảo quản Một sản phẩm không chứa nước gọi theo thuật ngữ là thực phẩm khô hoàn toàn Nước

có trong thực phẩm tồn tại theo dạng và trạng thái khác nhau, với các tính chất khác hẳn với tính chất của nước tinh khiết, nước dạng này có thể xác định là nước liên kết Tuy nhiên, tỷ lệ nước liên kết phụ thuộc vào định nghĩa và kỹ thuật đo được sử dụng Năng lượng liên kết của các trạng thái nước liên kết khác nhau ảnh hưởng tới quá trình sấy khô do cần có thêm năng lượng để tách nước liên kết ra khỏi nước tự

do, [85]

1.2.3 Biến đổi hoá học

do enzim như phản ứng caramen hoá và phản ứng melanoid Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tạo màu không do enzim như độ ẩm, nhiệt độ, độ pH Tốc

độ phản ứng tạo màu nhanh trong phạm vi độ ẩm trung bình và giảm khi độ ẩm rất thấp hoặc rất cao Tạo màu có khuynh hướng xảy ra vào giữa giai đoạn sấy, khi đó các phân tử hòa tan di chuyển về phía trung tâm Tạo màu cũng xẩy ra ở cuối giai đoạn sấy khi độ ẩm của vật liệu giảm và ít bốc hơi, khi đó nhiệt độ của vật liệu có xu hướng tăng

Các kết quả nghiên cứu cho thấy:

- Phản ứng tạo màu không do enzim xảy ra ở nhiệt độ 80 - 90°C với thời gian và nhiệt độ cùng tăng Qúa trình mất đi cả axit amino và đường là do phản ứng tạo màu Lysine, hystidine,threonine, methionine và cysteine là một số loại axit amino

có liên quan đến phản ứng tạo màu [44]

- Potter đã nhận định rằng tạo màu melanoid tiếp tục hầu như rất nhanh trong quá trình sấy khi hàm lượng độ ẩm giảm từ 15% - 20%, nếu độ ẩm giảm xuống thấp hơn nữa thì phản ứng sẽ diễn ra chậm hơn [87]

- Nhiệt và sự oxy hoá trong quá trình sấy gây ra những thay đổi hoá học đối với carotenoit và clorophyl Hoạt độ nước là một trong những nhân tố quan trọng làm giảm chất diệp lục gây biến đổi màu sắc của vật liệu Một lý do khác của sự mất màu này là do sự quang ôxy hóa của các sắc tố mà nguyên nhân là do sự liên kết giữa ánh sáng với oxi Quá trình sấy ở nhiệt độ cao xẩy ra sự hồ hoá của tinh bột cũng dẫn đến màu sắc và vị lạ [94]

Tóm lại phản ứng tạo màu làm thay đổi màu sắc, giảm giá trị dinh dưỡng, độ hòa tan, tạo vị lạ và những thay đổi về mặt cấu trúc của vật liệu sấy

bị ôi khét, tạo nên vị lạ và mất đi các vitamin hòa tan chất béo, đặc biệt nếu lượng nước bị giảm quá nhiều đó là do phản ứng oxy hoá lipit Các yếu tố tác động đến phản ứng oxy hóa lipit bao gồm độ ẩm, axit béo, oxy, nhiệt độ, sự có

mặt của các kim loại và chất chống oxy hóa tự nhiên, hoạt động của các enzyme, tia UV, hàm lượng protein, axit amino tự do và các phản ứng hóa học khác Trong đó độ ẩm và nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng mạnh đến mức độ oxy hóa

Một số kết quả nghiên cứu cho thấy:

Oxy hóa chất béo thường xảy ra trong quá trình tách nước, một trong những nguyên nhân làm sản phẩm bị biến màu từ protein không béo Hiệu quả của các sản phẩm tạo màu không lên men nhằm ngăn chặn quá trình oxy hóa lipit là một trong các cơ chế được Karel chứng minh là có thể ngăn chặn quá trình oxy hóa Lipit trên

bề mặt và lipit được nén trong ma trận cacbonhydrat, polisaccarit hoặc protein thì lipit trên bề mặt sẽ bị oxy hóa nhanh chóng khi cho ra ngoài không khí Tuy nhiên, các lipit được nén thì không bị oxy hóa cho đến khi kết cấu của ma trận bị nén được điều chỉnh và bị sự hấp thụ nước phá hủy [99]

Sự oxy hoá của các chất béo không no tạo ra các hydroperoxit tham gia tiếp vào các phản ứng polyme hoá, phản ứng tách nước hoặc oxy hoá để tạo thành aldehyt, keton và các axít gây mùi ôi thiu khó chịu

Sự tạo thành hay duy trì chất dễ bay hơi đã tạo nên hương vị mới hay loại bỏ hương vị khỏi nguyên liệu trong quá trình sấy, làm thay đổi thành phần của các chất

dễ bay hơi do làm bay hơi phần lớn các chất dễ bay hơi và tạo nên hỗn hợp mùi mới bởi các phản ứng hóa học Khả năng tổn thất chất dễ bay hơi là đáng kể xảy ra trong giai đoạn đầu của quá trình sấy vào giai đoạn cuối mức độ tổn thất có thể là không xảy ra hoặc rất ít do sự khuếch tán có chọn lọc [107]

1.2.4 Biến đổi sinh hoá

Giai đoạn đầu của quá trình sấy nhiệt độ của vật liệu tăng dần với tốc độ chậm, tạo ra sự hoạt động mạnh mẽ của các hệ enzim nhất là các enzim oxy hoá khử gây biến đổi xấu đến chất lượng của vật liệu sấy Trong giai đoạn sấy chính sự hoạt động của enzim giảm theo xu hướng độ ẩm vật liệu giảm Giai đoạn sau sấy một số enzim nhất là enzim oxy hoá khử không bị hoàn toàn đình chỉ mà còn tiếp tục hoạt động yếu trong thời gian bảo quản và tới một giai đoạn có thể phục hồi khả năng

hoạt động Trong thực tế cho thấy nếu các enzim không mất hoạt tính do xử lý sơ bộ hoặc do tác dụng của nhiệt độ trong quá trình sấy và bảo quản có thể dẫn đến sự tạo màu do hoạt động của enzim polyphenoloxidaza gây ra sự sẫm màu hoặc thuỷ phân lipid làm giảm chất lượng của sản phẩm Vì vậy thường diệt peroxydaza hay polyfenoloxydaza trước khi sấy bằng các phương pháp xử lý nguyên liệu tiền sấy [1], [92]

1.2.5 Biến đổi do sự hoạt động của vi sinh vật

Bào tử vi sinh vật hầu như không bị tiêu diệt trong quá trình sấy Do hiện tượng

bị ẩm cục bộ nên vi sinh vật vẫn có thể phát triển trong vật liệu sấy tuy không

nhiều [7], [8]

Thực phẩm sấy an toàn được xét đến các chỉ tiêu về mức độ tồn tại các vi sinh vật gây bệnh và các hợp chất hóa học độc hại có ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người Tiêu chuẩn vi sinh thường dựa trên chỉ số tổng số vi sinh hoặc lượng mầm bệnh Lượng vi khuẩn và sự biến đổi của nó trong quá trình sấy hay bảo quản là vô cùng quan trọng đối với việc thiết lập một tiêu chuẩn đảm bảo về vệ sinh ATTP [95]

1.2.6 Biến đổi thành phần dinh dưỡng

Các số liệu về sự tổn thất về chất dinh dưỡng của các tác giả khác nhau thường không thống nhất, có thể do có sự khác nhau đáng kể trong quá trình chuẩn bị sấy,

cơ chế sấy, nhiệt độ và thời gian sấy, nguồn gốc và thời vụ thu hoạch của nguyên liệu cũng như điều kiện bảo quản khác nhau

Sự hao hụt vitaminA và axit ascorbic trong sản phẩm rau quả sấy có thể bị phá hủy trong môi trường không có oxi, cho dù hầu hết các axit amino gần như là bền vững trong quá trình sấy bằng nhiệt Các chất dinh dưỡng tan trong chất béo như các axit béo không thay thế và các vitaminA, D, E, K phần lớn chứa trong phần chất rắn của sản phẩm và chúng không bị cô đặc trong khi sấy Tuy nhiên nước là dung môi của các kim loại nặng, là những chất xúc tác của quá trình oxy hoá các chất dinh dưỡng không no Khi nước bị mất đi, chất xúc tác trở nên hoạt động hơn

và làm tăng tốc độ oxy hoá Các vitamin tan trong chất béo bị biến đổi mất đi khi tiếp xúc với peroxit được sinh ra do sự oxy hoá chất béo [92]

Quá trình gia nhiệt là nguyên nhân biến đổi chất của protein thậm chí dưới 60°C nhưng vẫn không đủ lớn để gây biến dạng Mức độ biến dạng được quan sát ở nhiệt

độ 60°C được cho là do độ co ngót của chất tạo keo, mức độ biến tính thấp ở trạng thái vật liệu có độ ẩm trung bình và cao hơn khi độ ẩm của vật ở trạng thái cao và thấp hơn [76]

Hiện tượng đông tụ ở nhiệt độ 70 - 75°C là nguyên nhân của mối liên kết chéo tăng và sự mất nước của protein, mức độ biến dạng tăng ở nhiệt độ cao cho thấy sự hòa tan của chất tạo keo Các sản phẩm bị phân hủy của màng tế bào là những hạt lớn và thường được liên kết với lớp màng mỏng, những sản phẩm này có thể vẫn giữ nguyên vẹn thậm chí sau khi sấy nóng ở nhiệt độ 100°C sau 1 giờ Để giảm độ đông tụ trong quá trình sấy cần phải tăng tốc sấy nhanh để dung lượng độ ẩm giảm xuống tại điểm mà độ đông tụ bị ngăn chặn Mặt khác khi tăng tốc độ sấy có thể hình thành nên một lớp vỏ ngăn cản quá trình thoát ẩm Độ đông tụ cũng phụ thuộc vào độ nhớt của dung dịch cô đặc, sức căng bề mặt và kích thước vật liệu [31]

Đánh giá chung

 Rau quả nói chung là các vật liệu không bền nhiệt, trong quá trình sấy nhiệt độ

là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất trực tiếp và gián tiếp dẫn đến sự biến đổi chất lượng của rau quả sấy:

- Ảnh hưởng trực tiếp: sự biến đổi cấu trúc và bề mặt sản phẩm, sự biến tính của

protein và tinh bột, sự phân huỷ các vitamin, sự bay hơi của các thơm tuỳ theo tính chất và thành phần của mỗi loại rau quả có sự biến đổi chất lượng là khác nhau, nói chung nhiệt độ trên 600

C protein biến tính, trên 800

C tinh bột bị hồ hoá và ở nhiệt độ hơn thì đường fructoza bắt đầu bị caramen hoá, các phản ứng tạo ra melanoidin, polime hoá các hợp chất cao phân tử xảy ra mạnh Như vậy để hạn chế tác động ảnh hưởng trực tiếp của nhiệt độ đến chất lượng của sản phẩm rau quả nói chung nên sấy ở mức nhiệt độ < 600

C

- Ảnh hưởng gián tiếp: theo xu hướng nhiệt độ tăng dẫn đến tăng tốc độ của các

phản ứng hoá học mà chủ yếu là phản ứng tạo màu không có enzim và phản ứng oxyhoá Nhiệt độ có tác động đến sự hoạt động hay đình chỉ và bị tiêu diệt của vi sinh vật trong quá trình sấy, nói chung nhiệt độ quá cao hoặc hoặc quá thấp đã hạn chế được ảnh hưởng từ vi sinh vật, ở dải nhiệt độ trung bình từ 10 - 600

C tạo môi trường hoạt động cho nhiều loại vi sinh vật nấm mốc gây tác động xấu đến chất lượng rau quả trong quá trình sấy

 Các yếu tố khác có ảnh hưởng đến sự biến đổi chất lượng của rau quả sấy như: tốc độ sấy hay tốc độ thoát ẩm mạnh hay yếu tuỳ thuộc vào cơ chế sấy có ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi cấu trúc và bề mặt vật liệu sấy, trong đó các yếu tố ảnh hưởng ngoài nhiệt độ là áp suất môi trường sấy, độ ẩm tác nhân sấy, độ ẩm vật liệu sấy, kích thước hình học của vật liệu

1.3 Giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng sản phẩm rau quả sấy

Để hạn chế sự biến đổi chất lượng của rau quả trong quá trình sấy, từ các kết quả nghiên cứu và ứng dụng cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu và hoàn thiện qui trình công nghệ sấy thích hợp nhằm tạo ra chất lượng sản phẩm tốt nhất Trong đó hai công đoạn quan trọng quyết định đến chất lượng của sản phẩm sau quá trình sấy

là công đoạn xử lý nguyên liệu tiền chế biến và công đoạn sấy

1.3.1 Xử lý nguyên liệu tiền chế biến

Trong quá trình chế biến rau quả nói chung và rau quả sấy nói riêng, công đoạn

xử lý nguyên liệu tiền chế biến chủ yếu được sử dụng bằng các phương pháp chần

và Sunfit hoá hoặc có thể kết hợp bằng hai phương pháp tuỳ theo đặc tính của mỗi loại rau quả

1.3.1.1 Chần

Là quá trình làm nóng sản phẩm bằng nước nóng hoặc hấp nhờ hơi bảo hoà Mục

đích của quá trình nhằm ngăn ngừa sự hoạt động của các enzim trong rau quả là nguyên nhân tạo nên vị lạ, mất màu tự nhiên, làm giảm chất lượng dưỡng chất và làm thay đổi về cấu trúc trong nguyên liệu trước khi chế biến Mặt khác còn có tác

dụng di chuyển các bóng khí từ bề mặt rau quả và khoảng không gian bào, làm giảm lượng vi khuẩn ban đầu, làm sạch nguyên liệu thô [37], [73]

Thời gian và nhiệt độ chần là những yếu tố quan trọng để đạt được chất lượng cao nhất đối với loại sản phẩm sấy Nhiệt độ bình thường để chần khoảng từ 80°C đến 100°C Gần đây, người ta đang đề xuất tiến hành quá trình chần trong thời gian dài với nhiệt độ thấp hơn có thể cải thiện chất lượng sản phẩm cao hơn, với nhiệt độ

từ 50°C đến 70°C [75]

Thời gian chần có liên quan đến hương vị và thuộc tính nhạy cảm của mỗi đối tượng rau quả sấy Tuy nhiên quá trình chần cũng có một số nhược điểm như có thể thay đổi cấu trúc, màu sắc và hương liệu do quá trình gia nhiệt nóng, đồng thời quá trình này còn làm mất đi các chất rắn hòa tan như các loại vitamin, đặc biệt trong trường hợp chần bằng nước [39], [98] Chần còn có thể làm thay đổi trạng thái hóa

học, vật lý của các dưỡng chất và vitamin [51]

1.3.1.2 Sunfit hoá

Sunfit hoá có thể bảo vệ được cấu trúc, hương vị, hàm lượng vitamin và màu sắc, làm cho sản phẩm có chất lượng cao hơn Xử lý bằng Sunfít hoá có tác động chuyển dịch không khí trong mô của nguyên liệu, làm mềm thành tế bào để quá trình sấy được thực hiện dễ dàng hơn, mặt khác có thể diệt các enzim là nguyên nhân tạo màu, diệt nấm mốc

Hàm lượng sunfít và các chất phụ gia cho phép trong thực phẩm sấy ở các quốc gia được quy định không giống nhau Nhóm chuyên gia Viện Công Nghệ Thực Phẩm (IFT) cho biết, theo qui định về lượng sunfua trong rau quả với giới hạn cho phép là 2000 mg/kg rau quả Rau quả xử lý có thể được ngâm trong nước có hàm lượng sunfua hoặc bisunffit nồng độ 2000 - 2500mg/ lít hoặc có thể được tạo ra khi đốt nóng sunfua cùng với oxy trong không khí, sau đó chuyển sang phòng hun khói [62]

Phản ứng hóa học của quá trình sunfit khi được bổ sung vào trái cây, rau quả là rất phức tạp Lượng sunfit liên kết phụ thuộc vào độ pH; nhóm aldehyt carbonil,

axetaldehyt carbonil, axit pyruvic; và mức độ khả dụng của oxy, đường và tinh bột [40], [42], [83]

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sunfit hoá với rau quả gồm: nồng độ và nhiệt độ của dung dịch ngâm, thời gian ngâm, hình dáng bên ngoài và đặc tính của các mẫu như đã bóc vỏ, không bóc vỏ, còn nguyên hoặc được thái lát [104]

Từ những kết quả nghiên cứu về hai giải pháp xử lý nguyên liệu tiền chế biến cho thấy tác dụng về tính cải thiện chất lượng của nó Tuy vậy với đối tượng rau quả cụ thể cần nghiên cứu và thực nghiệm để xác định được chế độ công nghệ xử

lý thích hợp tương ứng với công nghệ sấy ứng dụng

1.3.2 Giải pháp xác định cơ chế sấy phù hợp

1.3.2.1 Cơ sở xác định cơ chế sấy

Để xác định cơ chế sấy phù hợp với đối tượng rau quả, sau đây ta có thể so sánh đánh giá giữa hai cơ chế sấy khác nhau cùng sử dụng tác nhân sấy là không khí được biểu diễn trên đồ thị I - d (hình 1.2):

Hình 1.2 Biểu diễn quan hệ nhiệt độ và độ ẩm tác nhân sấy theo

hai cơ chế sấy khác nhau

Trong quá trình sấy nói chung động lực để tách ẩm được xác định [16]:

- Động lực để dẫn truyền ẩm từ tâm vật liệu ra bề mặt vật liệu sấy L1 tỷ lệ thuận với

độ chênh lệch áp suất hơi nước trong lòng vật pv và trên bề mặt vật liệu pbm:

L1 ~ (pv - pbm) (1.4)

- Động lực để dẫn truyền ẩm từ bề mặt vật liệu ra môi trường L2 tỷ lệ với độ chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu pbm và áp suất hơi nước của môi trường

ph: L2 ~ (pbm - ph) (1.5) Như vậy nếu gọi L là động lực của quá trình sấy thì L tỷ lệ thuận với độ chênh lệch (pv - ph) hay: L~ (pv - ph) (1.6) Như vậy:

(φmt, tmt) được đốt nóng đến trạng thái B1 (φsấy, tB1) đã tạo được động lực sấy L2 nhờ giảm độ ẩm tương đối của không khí (φsấy < φmt) mặt khác tạo được động lực L1 nhờ

có nguồn năng lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu sấy (tB1 > tmt)

tmt) được làm lạnh xuống trạng thái bảo hoà C1 và làm lạnh tiếp đến trạng thái điểm

C2 thực hiện quá trình tách ẩm (d = d1 - d2), sau đó không khí được gia nhiệt đến trạng thái B2 (φsấy , tB2)

Với 2 cơ chế sấy đã nêu thì: cùng tạo ra được động lực sấy L2 như nhau do có cùng trạng thái độ ẩm tương đối φsấy, mặt khác cơ chế sấy đốt nóng không khí có

tB1 > tB2 nên động lực sấy L1 lớn hơn so với cơ chế sấy làm lạnh không khí, chênh lệch về động lực L1 giữa hai cơ chế sấy càng lớn khi nhiệt độ tB2 càng giảm Tuy vậy với đối tượng sản phẩm dễ bị biến đổi chất lượng ở nhiệt độ cao như rau quả thì

cơ chế sấy nhờ làm lạnh không khí theo công nghệ sấy bơm nhiệt (HPD) là một giải pháp đã kết hợp được hai mục tiêu về chất lượng và động lực sấy Như vậy tuỳ theo yêu cầu công nghệ và đối tượng sản phẩm cụ thể khi sử dụng cơ chế HPD có thể điều khiển nhiệt độ trên hoặc dưới nhiệt độ của môi trường (ví dụ tB2 > tmt > tB3) mà vẫn tạo ra được động lực sấy

1.3.2.2 Tính phù hợp của cơ chế HPD trong điều kiện Việt Nam

Mô phỏng miền trạng thái của không khí ẩm theo khí hậu của Việt Nam trên đồ thị I - d (hình 1.3) trong giới hạn đường nét đứt ABCD, thông qua số liệu thống kê

về biến động của nhiệt độ và độ ẩm trung bình trong năm với nhiệt độ 150

Hình 1.3 Biểu diễn miền trạng thái của tác nhân sấy theo

khí hậu Việt Nam trên đồ thị I-d

Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy rau quả nói chung là vật liệu không bền nhiệt, với nhiệt độ trên 600

C là nguyên nhân của sự biến đổi chất lượng sản phẩm Như vậy với kết quả phân tích và mô phỏng miền trạng thái của tác nhân sấy theo khí hậu Việt Nam có khoảng biến thiên nhiệt độ 600

C < tTNS < 850C là không phù hợp với công nghệ sấy rau quả Đề tài đã đề xuất công nghệ HPD với cơ chế sấy tạo được độ ẩm thấp ở nhiệt độ thấp là một công nghệ phù hợp về mặt kỹ thuật Tuy nhiên để xây dựng qui trình công nghệ sấy thích ứng với đối tượng rau quả cụ thể cần tiếp tục nghiên cứu và đánh giá về tính cải thiện chất lượng sản phẩm và tính hiệu quả của quá trình HPD so với các phương pháp sấy nhiệt đối lưu thông dụng

1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ HPD

Công nghệ HPD là một ứng dụng từ thành tựu nghiên cứu về bơm nhiệt, vào năm 1852 Thomson (Lord Kenvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên trên thế giới Những thành công lớn nhất của bơm nhiệt bắt đầu từ những năm 1940 tập trung với các ứng dụng để sưởi ấm, đun nước nóng và điều hoà không khí Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng về năng lượng vào đầu thập kỉ 70, bơm nhiệt bắt đầu có bước tiến nhảy vọt mới Ngày nay bơm nhiệt đã được ứng dụng đa dạng và mở rộng cho nhiều lĩnh vực khác như hút ẩm, sấy, chưng cất [12]

Trong đó sử dụng bơm nhiệt cho công nghệ sấy là một hướng nghiên cứu đã và đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm trong những năm gần đây với 2 mục tiêu mong muốn về: tính cải thiện chất lượng sản phẩm và tính hiệu quả sử dụng năng lượng

1.4.1 Tính cải thiện chất lượng sản phẩm

Gần đây, năm 1997 Conrad O.Perera và M.Shafiur Rahman [46] đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu ứng dụng HPD và đưa ra đánh giá chung: nhờ cơ chế làm khô sản phẩm trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm thấp, mặt khác có thể hoạt động độc lập trong môi trường kín nên công nghệ HPD được coi như một giải pháp cải thiện về chất lượng đối với một số sản phẩm nông sản thực phẩm nói chung Hàng loạt các kết quả nghiên cứu khác trên mô hình thực nghiệm cũng đều đưa kết luận

về tính cải thiện chất lượng sản phẩm của công nghệ HPD với nhiều đối tượng cụ

thể như: vật liệu sinh học [32]; chuối [45]; hành, khoai tây, khoai lang [56]; sợi ẩm [81]; cao su xẻ, gỗ và chuối [88] hạt thóc giống [101]; nấm [111]

Tính cải thiện chất lượng của công nghệ HPD với đối tượng rau quả sấy được đánh giá thông qua các chỉ tiêu về hàm lượng chất thơm, màu sắc, mùi vị và thành phần chất dinh dưỡng đã được nghiên cứu và thực nghiệm cho các đối tượng cụ thể Năm 1994 Mason.R.L el [74] đã đưa ra nhận định chung về các sản phẩm rau quả sấy khô có một hàm lượng chất thơm dễ bay hơi, các vitamin không bền ở nhiệt

độ cao và dễ bị suy giảm màu sắc Cụ thể bằng thực nghiệm với nguyên liệu gừng sấy theo công nghệ HPD đã giữ lại được hơn 26% vị cay là thành phần hương vị dễ bay hơi vốn có của gừng, so với việc chỉ giữ lại được dưới 20% vị cay đối với các mẫu thương mại đã được sấy theo các công nghệ khác

Nghiên cứu của Saravacos, G D và các cộng sự, năm 1988 [97], cho thấy tỷ lệ hao hụt chất dễ bay hơi biến thiên cùng với độ cô đặc, những hao hụt lớn nhất xảy

ra trong các giai đoạn đầu của quá trình sấy, do quá trình HPD được thực hiện trong môi trường kín, các hỗn hợp dễ bay hơi ban đầu khuếch tán tạo nên áp suất riêng phần được hình thành, làm chậm hơn nữa quá trình bay hơi ở sản phẩm

Nghiên cứu của Van Blarcom.A and Mason.R.L [106], đã đưa ra kết luận: nhờ

cơ chế sấy nhiệt độ thấp của HPD đã làm giảm các phản ứng biến màu không do enzyme Những hao hụt về màu sắc, hương vị và giá trị dinh dưỡng ở những sản phẩm rau quả sấy được cho là do quá trình biến màu không do enzyme

Một kết quả nghiên cứu khác tương tự đã ghi nhận về tốc độ phản ứng đối với quá trình biến màu không do enzyme ở các sản phẩm sấy mạnh nhất tại các mức ẩm thường đạt được ở cuối quá trình sấy khi đó tốc độ sấy thấp và nhiệt độ của sản phẩm xấp xỉ với nhiệt độ của tác nhân sấy[80]

Từ các kết quả nghiên cứu [80], [106] cho thấy hoàn toàn phù hợp với tổng quan

về các yếu tố biến đổi chất lượng của sản phẩm rau quả sấy, trong đó ứng dụng công nghệ HPD với cơ chế sấy nhiệt độ thấp đã loại trừ được những phản ứng tạo màu không do enzim như các phản ứng caramen hoá và phản ứng melanoid

Năm 1989, Okos, M R và các đồng nghiệp [79] đã phát triển công nghệ HPD trong môi trường biến đổi (MAHPD), bằng cách không khí trong buồng sấy được rút hết nhờ bơm chân không và nạp khí trơ (thường là nitơ điôxít hay các bon đioxít) thay thế vào môi trường chân không để đạt được hàm lượng oxi dưới 0,5%, nhằm hạn chế biến đổi chất lượng do sự oxi hoá xảy ra trong quá trình sấy

Các nghiên cứu tiếp sau về MAHPD của O’Neoll, M.B và các đồng nghiệp cho nguyên liệu táo [78], của Hawlader [59], [60] và của Perera [85], [86] cho một số rau quả thực phẩm với chất lượng của rau quả sấy MAHPD được đánh giá bằng một

số kỹ thuật như đo màu sắc bằng quang phổ kế Hunter Lab, độ đặc và xốp của các

mô trái cây được đánh giá bằng cách quét hiển vi quang học điện tử Kết quả cho thấy màu sắc sáng hơn, mật độ thể tích thấp hơn, kết cấu xốp, các thuộc tính tái hydrat hóa tốt hơn so với sấy khô bằng các phương pháp thông thường khác

Rahman và các đồng nghiệp [93] đã nghiên cứu các đặc tính hoá lý (pH, hình

thể axit béo, tỷ suất tách nứơc, màu sắc) và vi khuẩn (aerobic plate count,

Pseudomonas, Staphylococcus, mốc) của một số rau quả và thực phẩm sấy trong

môi trường phơi nắng, chân không, làm lạnh và MAHPD Kết quả MAHPD cho thấy mức cải thiện chất lượng đáng kể như giữ màu sắc, hương vị do hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, nấm mốc, hạn chế quá trình ôxy hoá và các phản ứng hoá học khác

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ HPD tại Việt Nam trong những năm gần đây cũng đạt được nhiều kết quả nổi bật đóng góp vào thành tựu khoa học chung của thế giới Đi đầu trong lĩnh vực này là Viện Khoa học Nhiệt Lạnh - Trường Đại học Bách khoa - Hà Nội, do GS.TS Phạm Văn Tuỳ và các cộng sự thực hiện với một số công trình đã công bố [11],[21], [22], [23]

Trong đó, công trình ứng dụng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm với sản phẩm bơm nhiệt và hút ẩm BK-BSH 18: chế độ sấy tối ưu với nhiệt độ 250C và độ ẩm 33% cho sản phẩm kẹo jelly Đây là giải pháp công nghệ không những cải thiện được chất lượng sản phẩm mà còn là giải pháp thay thế có hiệu quả cho công nghệ

cũ sử dụng máy bài ẩm [23]

Kết quả nghiên cứu [22] đã đưa ra những cơ sở định hướng về ứng dụng công nghệ HPD cho các đối tượng rau quả thực phẩm với mục tiêu cải thiện chất lượng của sản phẩm

Một số nghiên cứu tiếp sau đã được kế thừa và phát triển trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm [24], [25], [26] về mô hình HPD kiểu tĩnh với một số đối tượng nông sản thực phẩm như rau gia vị, nấm, vải quả Kết quả đã xây dựng được mô hình đưa vào sản xuất thử nghiệm qui mô nhỏ gắn với các cơ sở sản xuất Qua thực tế sản xuất đã được nghiệm thu đánh giá: giữ được màu sắc và mùi vị tự nhiên, điều mà với công nghệ sấy nhiệt truyền thống không đạt được

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ HPD để sấy cói nguyên liệu của Viện cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch trên nguyên tắc buồng sấy đối lưu, nguyên liệu cói được xếp trên xe goòng Năng suất buồng sấy 2 tấn/mẻ với độ ẩm nguyên liệu cói 50 - 55% (đã qua sấy sơ bộ hoặc phơi một nắng từ độ ẩm 87 - 88%) với chế độ sấy thích hợp ở nhiệt độ 400

C, độ ẩm 25% tương ứng các chỉ tiêu chất lượng về màu xanh tự nhiên, độ dẻo và độ đàn hồi của sợi cói đạt tiêu chuẩn xuất khẩu sang thị trường Nhật Bản [27]

Qua các kết quả nghiên cứu [24], [25], [26], [27] đã rút ra một số hạn chế của

mô hình HPD tĩnh như: độ ẩm và màu sắc của sản phẩm không đồng đều theo sự phân bố về chiều dày lớp vật liệu sấy, trong quá trình sấy thường phải đảo khay kết hợp đảo trộn vật liệu sấy nhiều lần

 Đánh giá về tính cải thiện chất lượng sản phẩm của công nghệ HPD:

 Hầu hết các tác giả lựa chọn đối tượng vật liệu sấy là những vật liệu không bền nhiệt với cơ chế sấy của công nghệ HPD là hoàn toàn phù hợp với mục đích cải thiện chất lượng sản phẩm

 Tuy vậy nhiều kết quả nghiên cứu với đối tượng sản phẩm cụ thể còn thiếu số liệu đánh giá chất lượng sản phẩm trên cơ sở định lượng, mà chủ yếu dựa vào các chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan là chưa đủ Mặt khác với cơ chế sấy nhiệt độ thấp là môi trường hoạt động của vi sinh vật và các hệ enzim là nguyên nhân biến đổi chất lượng trong quá trình sấy, vấn đề này tuỳ theo tính chất của vật liệu sấy cần

có những giải pháp cụ thể thì phần lớn các nghiên cứu chưa đề cập đến ngoài giải pháp MAHPD Trong khi sử dụng giải pháp MAHPD là khá phức tạp và đầu tư tốn kém, tuy nhiên giải pháp MAHPD có nhiều tác dụng khác nhằm cải thiện chất lượng sản phẩm do vậy cần ứng dụng cho các sản phẩm có giá trị cao và quy hiếm

1.4.2 Tính hiệu quả sử dụng năng lượng

Là cơ sở đánh giá so sánh về chi phí tiêu thụ năng lượng trong cùng một điều kiện sấy Sau đây là những kết quả nghiên cứu đánh giá tính hiệu quả sử dụng năng lượng của bơm nhiệt nói chung và HPD nói riêng:

1.4.2.1 Về lý thuyết

Năng suất nhiệt của bơm nhiệt chính là phương trình cân bằng nhiệt của máy lạnh:

>1 (1.9)

Ta thấy hệ số nhiệt của bơm nhiệt luôn lớn hơn 1 Điều này cho thấy các ứng dụng máy lạnh hiện nay chỉ quan tâm sử dụng nguồn nhiệt lạnh Q0 và thải bỏ một nguồn nhiệt Qn lớn hơn Q0 là chưa tận dụng triệt để về năng lượng

Chỉ cần tiêu tốn nguồn năng lượng là N (công nén của bơm nhiệt) ta thu được cả năng lượng Q0 và năng lượng Qn, khi đó hệ số nhiệt của bơm nhiệt nóng lạnh là:

trong tương lai khi mà nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt, vấn đề nghiên cứu và khai thác tiềm năng sử dụng năng lượng của bơm nhiệt là phù hợp với thực tiễn

1.4.2.2 Kết quả nghiên cứu đánh giá tính hiệu quả của HPD

Hiệu suất của bơm nhiệt được đánh giá thông qua hệ số hiệu quả sử dụng năng lượng (COP) [46]: COP

W

 (1.11) Với QE là tổng năng lượng tiêu tốn của thiết bị bay hơi với lượng nhiệt tương đương của tổng năng lượng điện đầu vào; W công suất cần thiết để gây ra hiệu ứng nén:

QE = Điện đầu vào + Tốc độ tách nước x Lượng nhiệt ẩn của quá trình bay hơi Trong trường hợp bơm nhiệt hút ẩm, đơn vị đo lường hữu dụng được đánh giá bằng hệ số SMER là khả năng tách ẩm trên mỗi đơn vị điện năng tiêu thụ [kgH2O/kWh]: COP = 1 + SMER x h fg (1.12)

trong đó h fg là lượng nhiệt ẩn của quá trình bay hơi

Hiệu suất sấy là đơn vị đo năng lượng được sử dụng để tách mỗi đơn vị khối lượng nước ra khỏi sản phẩm được ký hiệu là SEC [kJ/kgH2O] Đơn vị đo khả năng tách ẩm nói chung với các phương pháp sấy khác nhau cùng sử dụng năng lượng điện được xác định bằng hệ số SMER [kgH2O/kWh]

Kết quả nghiên cứu tổng hợp và đánh giá của Rahman, M S and Perera, C O [92] về khả năng hút ẩm của bơm nhiệt: Hệ số SMER đối với máy hút ẩm được thiết kế hoàn hảo nằm trong khoảng từ l - 4 kgH2O/kWh, có giá trị trung bình là 2,5 kgH2O/kWh So sánh với nhiệt ẩn của quá trình bay hơi nước là 2255 kJ/kgH2O ở 100°C, tương ứng với hệ số SMER = 1,596kgH2O/kWh , điều này cho thấy máy hút

ẩm có khả năng tách nước với hệ số SMER lớn hơn SMER cần thiết để đạt được hiệu suất 100% của quá trình bay hơi

Hiệu suất của máy sấy bằng nhiệt đối lưu thông thường nói chung < 60% hiệu suất bay hơi, với hệ số SMER có giá trị chỉ bằng 0,95kgH2O/kWh Do đó, máy sấy HPD có hiệu suất năng lượng cao hơn máy sấy bằng nhiệt đối lưu cũng như máy sấy chân không (bảng 1.2)

Bảng 1.2 So sánh về hiệu quả sấy của 3 phương pháp sấy là HPD, sấy chân

Kết quả nghiên cứu về sự phụ thuộc của nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy ảnh hưởng đến hệ số SMER đã được Conrad O.Perera and và M Shafiur Rahman [46] đưa ra:

Hình 1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm đến hệ số SMER

Hiệu suất hút ẩm phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm tương đối của dòng tác nhân sấy, với độ ẩm của tác tác nhân sấy tăng làm chậm dần quá trình sấy nhưng tăng hiệu suất của quá trình sấy (hình 1.4)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm về công nghệ HPD đã đưa ra số liệu về

hệ số SMER và SEC của một số đối tượng rau quả (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Hệ số SMER và SEC theo cơ chế HPD cho một số rau quả sấy

TT Vật liệu sấy SMER

[kg H2O/kWh]

SEC

[kJ/kgH2O]

Chế độ sấy HPD

Vấn đề nghiên cứu khai thác tiềm năng nhằm ứng dụng có hiệu quả công nghệ HPD thực sự vẫn là một đề tài đang được rất nhiều nhà khoa học quan tâm Trong thời gian gần đây song song với những nghiên cứu thực nghiệm là hàng loạt các công trình nghiên cứu về lý thuyết đã được M.S Soăylemez (2005) [72] tổng hợp

từ các kết quả nghiên cứu bằng phương pháp số học của nhiều tác giả như Dandamrongrak, Young, Mason (2002) [47], Khraisheh, Mc Minn, and Magee (2000) [66], Pancharia, Popovic, and Sharma (2002) [82], Raderer, Besson, and Sommer (2002)[89], Soponronnarit, Swasdisevi, Wetchacama, and Wutiwiwatchai (2001) [100], Wimmerstedt (1999) [110], Youcef-Ali, Messaoudi, Desmons, Abene, và Le Ray (2001) [112] tiến hành; hiệu suất và tối ưu hóa bơm nhiệt được Kent (1997) [65], Li (1999) [68], S_ahin và Kodal (1999) [96]

Kết quả tổng quát được tác giả đưa ra để tính toán hiệu quả cho quá trình HPD:

ICcomp = P2 CQ Wcomp = (1.13) Trong đó:

ICcomp Chi phí ban đầu ( )

P2 Tỷ lệ chi phí phải chịu do đầu tư thêm vào vốn đầu tư ban đầu

CQ Chi phí ban đầu theo công suất của hệ thống bơm nhiệt ( /kW)

Wcomp Công suất đầu vào của máy nén (kW)

COP Hệ số hoạt động của bơm nhiệt dựa trên công suất dàn bay hơi

m Lưu lượng theo khối lượng của tác nhân sấy (kg/s)

Cp Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí (kJ/kgK)

T2 Nhiệt độ của không khí ra khỏi máy sấy (K)

T0 Nhiệt độ đầu vào của không khí môi trường (K)

TC Nhiệt độ ngưng tụ (K)

TE Nhiệt độ bay hơi (K)

Từ công thức (1.13) cho thấy mô hình được ứng dụng cho hệ thống HPD kiểu

hở, trong trường hợp hệ thống HPD có tác nhân sấy tuần hoàn kín yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tách ẩm phụ thuộc chính vào: lưu lượng tác nhân sấy m, nhiệt độ ngưng tụ TC, nhiệt độ bay hơi TE của bơm nhiệt Xét thấy trong mô hình không có đại lượng đại diện cho tính đặc thù của vật liệu sấy, có nghĩa chưa đủ cơ

sở khoa học để đánh giá đầy đủ về tính hiệu quả của mô hình HPD trong điều kiện ứng dụng với đối tượng cụ thể

Một số giải pháp đã được nghiên cứu và ứng dụng, nhằm hoàn thiện và nâng cao hiệu quả của quá trình HPD:

Từ nguyên lý chung của hệ thống HPD có bổ sung thiết bị ngưng tụ phụ được lắp đặt bên ngoài buồng sấy, song song với thiết bị ngưng tụ chính là giải pháp của hầu hết các mô hình đã nghiên cứu với quá trình HPD có tác nhân sấy tuần hoàn kín Tuỳ theo yêu cầu nhiệt độ của tác nhân sấy mà khả năng sử dụng lượng nhiệt thải

E

E C p

Q E

Q

T

T T T T c m C P COP

Q C P

5 , 0

) ).(

).(

(



của thiết bị ngưng tụ chính với Qn = Q0 + N là khác nhau, do vậy việc thiết kế thiết

bị ngưng tụ phụ nhằm mục đích thải lượng nhiệt dư ra ngoài môi trường để ổn định chế độ nhiệt có công suất nhiệt được tính toán trên cơ sở nhiệt dư Qd (công thức 2.7) tương ứng với các trường hợp sau:

+ Trường hợp 1: Nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ của môi trường thì Qd = N + Trường hợp 2: Nhiệt độ tác nhân sấy nhỏ hơn nhiệt độ của môi trường thì Qd > N + Trường hợp 3: Nhiệt độ tác nhân sấy lớn hơn nhiệt độ của môi trường thì Qd < N Như vậy với giải pháp sử dụng thiết bị ngưng tụ phụ chỉ với mục đích ổn định chế độ nhiệt mà không có khả năng nâng cao hiệu suất của quá trình HPD, mặt khác còn tiêu tốn thêm công nén để thực hiện quá trình thải nhiệt dư thông qua tín hiệu điều khiển là nhiệt độ tác nhân sấy Với trường hợp 1 và trường hợp 2 thì giải pháp

sử dụng thiết bị ngưng tụ phụ là hợp lý và cần phải tiêu tốn năng lượng để cưỡng bức thải nhiệt ra ngoài môi trường khi mà nhiệt độ tác nhân sấy ≤ tmt Ngược lại với trường hợp 3 khi mà nhiệt độ tác nhân sấy > tmt thì có nhiều giải pháp có thể thay thế thiết bị ngưng tụ phụ, do vậy để khai thác có hiệu quả quá trình HPD cần nghiên cứu lựa chọn giải pháp thải nhiệt trong trường hợp 3

(2001) [52] Sơ đồ nguyên lý hệ thống HPD có tác nhân sấy tuần hoàn kín

(hình1.5) so với nguyên lý của các mô hình HPD thông thường có bổ sung thêm thiết bị hoàn nhiệt HN theo nguyên tắc trao đổi nhiệt gián tiếp giữa dòng tác nhân sấy sau khi đi qua buồng sấy ở trạng thái nóng ẩm với chính dòng tác nhân sấy đó

sau khi đi qua giàn bay hơi BH tách ẩm và có trạng thái bảo hoà với nhiệt độ thấp

Trong đó:

- Chu trình tuần hoàn của dòng tác nhân sây [I-II-III-IV-V]

- Chu trình tuần hoàn của dòng tác nhân lạnh [1- 2 - 3 - 4]

- Các ký hiệu: MN máy nén bơm nhiệt, NT1 thiết bị ngưng tụ chính, NT2 thiết

bị ngưng tụ phụ đặt ngoài buồng sấy, BH thiết bị bay hơi, HN thiết bị hoàn nhiệt, VĐK van điều khiển, Q quạt tuần hoàn tác nhân sấy, VTL van tiết lưu

Hình 1.5 Nguyên lý về giải pháp bổ sung thiết bị hoàn nhiệt của Wang.D và

Chang C.S

Điểm khác biệt giữa mô hình HPD có bổ sung thiết bị hoàn nhiệt so với

nguyên lý mô hình HPD thông thường:

- Tác nhân sấy trước khi đi vào thiết bị BH được làm lạnh xuống trạng thái bảo

hoà nhờ thải nhiệt gián tiếp thông qua thiết bị HN và một phần ẩm được tách

ra, quá trình làm lạnh tách ẩm chính xảy ra khi dòng tác nhân sấy đi qua thiết

bị BH Như vậy xét về khả năng tách ẩm cao nhờ tận dụng tối đa năng lượng

lạnh của bơm nhiệt

- Tác nhân sấy trước khi đi vào thiết bị ngưng tụ có trạng thái nằm phía trên

đường bảo hoà có nhiệt độ cao và độ ẩm thấp hơn do quá trình hoàn nhiệt tạo

ra Như vậy, với sự thay đổi trạng thái của tác nhân sấy có nhiệt độ cao hơn

dẫn đến làm tăng nhiệt độ và áp suất ngưng tụ tại thiết bị NT1 và tương ứng

công nén tiêu tốn của máy nén bơm nhiệt có xu hướng tăng

Buồng sấy

Vật liệu khô

Nước ngưng

Để điều khiển nhiệt độ của quá trình sấy ổn định thì giải pháp này cũng như

các mô hình thông thường phải sử dụng đến thiết bị ngưng tụ phụ NT2 đặt ngoài

buồng sấy

Kết quả nghiên cứu theo mô hình HPD của Wang.D và Chang C.S với 2 đối

tượng vật liệu sấy là ngô và lúa mạch: Hiệu suất trung bình của thiết bị hoàn nhiệt

là 31% Tỉ lệ tách nước ngưng thu được từ thiết bị hoàn nhiệt và giàn bay hơi của

quá trình sấy ngô là 21% và 79% , trong khi đối với lúa mạch là 29% và 71% Hệ

số COP trung bình của bơm nhiệt là 6,4 trong trường hợp có sửu dụng thiết bị hoàn

nhiệt và tương ứng là 4,7 khi không sử dụng thiết bị hoàn nhiệt

sấy thông qua hệ số bypass của WaruneeTia và các đồng nghiệp (2000) [109]

Mô hình HPD theo nguyên lý chung điều khiển nhiệt bằng giải pháp thiết bị

ngưng tụ phụ có bổ sung thêm bộ phận điều tiết lưu lượng tác nhân sấy theo kiểu

van bypass Nguyên tắc hoạt động của hệ thống bypass thực hiện nhiệm vụ điều tiết

lưu lượng dòng tác nhân sấy sau khi ra khỏi buồng sấy một phần được đi qua thiết

bị bay hơi làm nhiệm vụ tách ẩm, phần còn lại đi qua van bypass (không tham gia

quá trình làm lạnh), hai dòng tác nhân được hoà trộn trước khi thực hiện hành trình

qua thiết bị ngưng tụ

Giải pháp thiết kế hệ thống bypass đã cải thiện được một số tính năng của HPD:

- Có thể điều tiết được lưu lượng tác nhân L0 phù hợp với tải nhiệt của thiết bị

bayhơi thông qua tín hiệu áp suất để điều khiển nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng

tụ của tác nhân lạnh

- Là giải pháp tăng được tốc độ tác nhân sấy tuần hoàn qua buồng sấy, nhờ đó có

thể tăng thêm động lực trao đổi nhiệt ẩm giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy

- Tuy vậy, với giải pháp điều tiết lưu lượng tác nhân sấy kiểu bypass cần phải tốn

thêm năng lượng để tuần hoàn lượng tác nhân sấy gia tăng thêm so với trường hợp

thông thường

Kết quả nghiên cứu mô hình HPD kiểu bypass với các đối tượng dứa, mầm đậu,

cải bắp, chuối cho thấy: với lưu lượng tác nhân sấy 0,54m3/h tương ứng với mức

điều tiết bypass là 78%, nhiệt độ tác nhân sấy 52 - 550C là chế độ sấy tối ưu (bảng 1.3)

 Đánh giá về tính hiệu quả sử dụng năng lượng của bơm nhiệt:

Về lý thuyết tính hiệu quả sử dụng năng lượng của bơm nhiệt là rất lớn, tuy vậy kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong các điều kiện ứng dụng cụ thể còn nhiều hạn chế:

 Với cơ chế sấy nhiệt độ thấp theo nguyên lý HPD thì động lực sấy thấp hơn so với cơ chế sấy nhiệt độ cao với cùng độ ẩm tương đối của tác nhân sấy do yếu hơn động lực L1 (tiểu mục 1.3.2.1), do vậy với đối tượng vật liệu có liên kết ẩm cao cần sấy xuống độ ẩm càng thấp thì hiệu quả của quá trình HPD càng thấp Mặt khác chủ yếu các mô hình nghiên cứu về HPD theo nguyên lý sấy tĩnh là chưa khai thác hết động lực sấy L2 của quá trình HPD là nguyên nhân dẫn đến hiệu quả của quá trình càng có xu hướng giảm

 Mô hình HPD có tác nhân sấy tuần hoàn kín với nhiệt độ không đổi thì trạng thái của chu trình tuần hoàn luôn thay đổi theo chiều biến thiên giảm của độ ẩm tương đối (trôi dịch từ phải sang trái trên đồ thị I - d), khi đó chênh lệch giữa nhiệt độ tác nhân sấy với nhiệt độ bảo hoà càng lớn dẫn đến hiệu quả tách ẩm càng giảm dần theo thời gian

Hạn chế này đã được phân tích đánh giá qua kết quả nghiên cứu [23]: “ Khả

năng tách ẩm của giàn bay hơi phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ điểm sương của không khí đầu vào Khi độ ẩm không khí trong buồng sấy giảm đi, ở cùng nhiệt

độ, nhiệt độ điểm sương của không khí vào giàn bay hơi giảm dẫn đến một phần diện tích bề mặt giàn không có khả năng tách ẩm do có nhiệt độ lớn hơn nhiệt

độ điểm sương” Kết luận này cũng là hạn chế của hầu hết các công trình nghiên

cứu thực nghiệm và ứng dụng sau vẫn còn tồn tại [24], [25], [26], [27]

 Đặc thù của mô hình HPD có tác nhân sấy tuần hoàn kín, sử dụng năng lượng hai chiều nóng lạnh với yêu cầu nhiệt độ ổn định thì luôn có hiện tượng nhiệt dư dẫn đến nhiệt độ tác nhân sấy tăng là yếu tố làm thay đổi trạng thái của chu trình tác nhân lạnh dẫn đến giảm hiệu quả của quá trình HPD (2.2.6)

1.4.3 Đánh giá chung về công nghệ HPD

- Tuỳ theo hình thức sử dụng dòng tác nhân sấy tác có thể phân 2 loại thiết bị HPD:

không khí khô sau khi đi qua thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ được đưa vào buồng sấy để trao đổi nhiệt ẩm với vật liệu sấy rồi thải ra ngoài môi trường (không hồi lưu)

kiểu HPD hở hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết của môi trường, ưu điểm của HPD loại hở so với các phương pháp sấy nhiệt đối lưu khác là có thể tạo được trạng thái tác nhân sấy có độ ẩm thấp với nhiệt độ thấp hơn trong cùng điều kiện môi trường Mặt khác kiểu sấy HPD kín, quá trình sấy không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết của môi trường, hạn chế khả năng bị nhiễm khuẩn

từ không khí và sự mất mùi của sản phẩm

- Phạm vi hoạt động của HPD:

 Tuỳ theo yêu cầu công nghệ và hình thức cấp nhiệt để lựa chọn tác nhân lạnh phù hợp với hệ thống HPD Nhiệt độ chất tải nhiệt (tác nhân sấy là không khí) phụ thuộc vào hai cặp thông số nhiệt độ, áp suất của quá trình ngưng tụ và bay hơi của tác nhân lạnh Như vậy thông số vật lý của tác nhân lạnh có vai trò quyết định đến các thông số của quá trình sấy, do vậy việc xác định và lựa chọn tác nhân lạnh cần thích ứng với công nghệ ứng dụng Qua các kết qủa nghiên cứu về công nghệ sấy rau quả nói chung với nhiệt độ sấy thích hợp < 600

C

 Một số tác nhân lạnh đã được nghiên cứu và ứng dụng cho bơm nhiệt như: R114, R11, R134A, R744, R410A, R717, R407C, R22, R502, R290 Trong đó R22 và R502 có các thông số tương đối phù hợp với nhiệt độ yêu cầu của công nghệ sấy rau quả Cụ thể với áp suất ngưng tụ cho phép ≤ 2,35MPa (thông số kỹ thuật của nhà máy chế tạo máy nén bơm nhiệt) thì R22 và R502 có nhiệt độ ngưng tụ khoảng 600C khi đó nhiệt độ chất tải nhiệt có thể đạt được khoảng

≤500C, trong đó R22 được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất trên thị trường hiện nay [12], [105]

- Về bản chất cơ chế sấy theo công nghệ HPD với miền nhiệt độ sấy < 600C là phù hợp cho một số loại sản phẩm nông sản thực phẩm nói chung và rau quả nói riêng, điều này đã được minh chứng bằng nhiều kết quả nghiên cứu thực nghiệm về tính cải thiện chất lượng sản phẩm (mục 1.4.1)

- Hạn chế của cơ chế sấy HPD có động lực sấy yếu, khả năng tách ẩm hiệu quả với các dạng ẩm liên kết tự do, ngược lại hiệu quả rất thấp với các vật liệu có đặc tính liên kết ẩm cao, do vậy trong quá trình HPD hiệu quả tách ẩm giảm dần với tốc độ phụ thuộc vào đặc tính liên kết ẩm và diện tích bề mặt của vật liệu sấy Qua tổng hợp kết quả nghiên cứu (mục 1.4.2) cho thấy tính hiệu quả về sử dụng năng lượng của công nghệ HPD thông qua các hệ số đánh giá như SMER và SEC với đối tượng vật liệu khác nhau có sự chênh lệch đáng kể

- Theo quan điểm đánh giá của Conrad O.Perera và các đồng nghiệp [46] phân

tích mang tính định hướng về xu hướng phát triển của công nghệ HPD trong tương lai:

 Cần nghiên cứu áp dụng nâng cao hiệu suất sấy và các chỉ tiêu về chất lượng sản phẩm theo công nghệ HPD kiểu động hay tầng sôi [64], [102], [103]

 Cần nghiên cứu và ứng dụng công nghệ MAHPD để sấy các vật liệu nhạy nhiệt gồm rau quả thực phẩm là tiềm năng của công nghệ HPD [92]

 Đề xuất sáng kiến của Nesvadba [77] đã được đưa ra và thảo luận trong khu vực Châu Âu về định hướng: Nghiên cứu thu thập dữ liệu về các thuộc tính vật lý của các loại thực phẩm khác nhau nhằm đưa ra các hằng số mẫu thiết kế làm cơ sở phát triển các mẫu thiết bị thích hợp đối với công nghệ HPD Các thông tin này là rất hiếm và không chỉ cần cho việc hoàn thiện thiết kế và kiểm soát quá trình HPD mà còn giúp thiết lập các tiêu chuẩn đối với các loại thực phẩm sấy ứng dụng các công nghệ khác nhau

1.5 Đối tượng rau quả ứng dụng công nghệ HPD

Rau quả có tính đa dạng về nhu cầu và giá trị sử dụng có nhiều điểm khác nhau

Để đáp ứng nhu cầu phát triển về mặt hàng rau quả sấy phù hợp với công nghệ HPD, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài lựa chọn ba nhóm rau quả có giá trị kinh

tế cao, mặt khác có đặc tính dễ bị biến đổi chất lượng trong quá trình sấy như nhóm giàu chất béo, giàu vitamin và giàu chất thơm dễ bay hơi Cụ thể là cùi dừa, cà rốt, tỏi là những loại được trồng phổ biến ở Việt Nam và đang có xu hướng phát triển phục vụ nội tiêu và xuất khẩu

 Dừa: Cây dừa có thể sống trên 50 năm, một hec ta có thể trồng được khoảng

100 - 156 cây, trung bình mỗi cây cho khoảng 50 - 80 quả/năm Mỗi quả nặng khoảng 1700 - 1800g và cho khoảng 300 - 400g phần nội nhũ trắng thường gọi

là cùi dừa, sau khi sấy khô đến độ ẩm 4 - 5% thu được 170 - 180g cùi dừa khô (coprah) Thành phần chính trong cùi dừa có chứa 20% gluxit, 8% protit và 65% chất béo chủ yếu là glyxerit của các axit lauric, myristic, caprylic và capric Dầu dừa là chất đặc trắng, gần như không mùi, vị nhạt, có tỷ trọng ở 150C là 0,921, chỉ số axit 8,9 và chỉ số xà phòng hoá 258 - 268 Mặt khác dầu dừa là một trong những loại dầu thực phẩm dễ tiêu hoá đối với con người [13]

 Cà rốt: Cà rốt được trồng phổ biến ở nhiều nơi khắp các nước ở phương tây và

phương đông Ở nước ta thời vụ từ tháng giêng tới tháng bảy, nẩy mầm sau hai tuần lễ và có củ trong thời gian từ hai tới ba tháng Năng suất thu hoạch của cà rốt có thể đạt từ 30 - 40 tấn củ/ha Trong cà rốt có 86 - 89% nước; 0,046 độ axit trung tính bằng axit sunfuaric; chất đạm 1 - 1,87%; chất béo 0,02 - 0,08%; glyxit tính theo tinh bột khoảng 6 - 9,3%; xenluloza 1,4 - 1,6%; tro 0,9 - 1,03%; tinh dầu cà rốt có mùi thơm nồng và mạnh, hàm lượng khoảng 0,8 - 1,6% thành phần chủ yếu là pinen, limonen, daucola và glycol; chất màu có tinh thể quan trọng là β-carotene; các men pectaza, oxydaza; các enzim Mới đây từ cà rốt còn phát hiện và chiết ra một chất là insulin thực vật có tác dụng giảm 1/3 đường trong máu Trong thành phần chất đạm người ta xác định được asparagin; trong thành phần chất béo có axit panmitic và oleic; trong thành phần gluxit xác định có sacaroza (4,6%) và glycoza (4,6%) [6], [13]

 Tỏi: Trong thành phần hoá học của tỏi có một số ít iôt và tinh dầu (100kg tỏi

chứa khoảng 60 - 200g tinh dầu), tinh dầu tỏi có chất kháng sinh alixin

C6H10OS2, một hợp chất sunfua có tác dụng diệt khuẩn rất mạnh đối với vi

khuẩn Staphyllococcus, thương hàn, lỵ, vi trùng tả, trực khuẩn sinh bệnh bạch hầu [10], [13] Từ năm 1844, nhà hoá học Đức T.Wetheim nấu củ tỏi trong nước, chiết xuất ra tinh dầu tỏi chứa đựng nhiều chất cay nồng mà ông đặt tên là

allyl (từ Allium) Đến năm 1944 người ta đã phát hiện ra khi dùng cồn trộn nước

để trích rút từ 4 kg tỏi thu được 6g tinh dầu có tính chất diệt trùng, khử nấm,

đem thử với Bacillus typhosus thì tác dụng mạnh hơn cả penicillin, đó là chất

dithianonadien oxid hay diallyl thiosulfinat CH2=CHCH2-S(O)-S-CH2CH=CH2

tức là oxid của chất diallyl disufid, được đặt tên allicin, chính chất này tạo mùi

vị đặc trưng của tỏi [53],[54]

1.6 Những vấn đề cần giải quyết của đề tài

 Cần phải thực nghiệm đưa ra cơ sở định lượng hiệu ứng khác biệt về tính cải thiện chất lượng sản phẩm và hiệu quả của quá trình sấy giữa cơ chế HPD với

cơ chế sấy bằng nhiệt đối lưu, với các điều kiện được thiết lập:

 Đối tượng vật liệu sấy có cùng nguồn gốc, chủng loại, thời điểm thu hoạch, chế

độ bảo quản nguyên liệu, phương pháp xử lý nguyên liệu tiền sấy và phương pháp đánh giá chất lượng sản phẩm

 Giới hạn nhiệt độ khảo sát bằng cơ chế sấy nhiệt đối lưu được lựa chọn với các mức ≤ 800

C cho các sản phẩm rau quả sấy nói chung Tương ứng giới hạn nhiệt

độ khảo sát bằng cơ chế HPD sử dụng tác nhân lạnh là R22 ở các mức ≤ 500

C

 Cần nghiên cứu thực nghiệm và hoàn thiện quy trình công nghệ xử lý nguyên liệu tiền sấy để đưa ra chế độ xử lý phù hợp cho đối tượng nguyên liệu nghiên cứu, trên cơ sở kế thừa phương pháp xử lý nguyên liệu bằng chần và Sunfit hoá

 Cần nghiên cứu khai thác tiềm năng của công nghệ HPD về tiêu chí cải thiện chất lượng sản phẩm và tiêu chí hiệu quả quá trình sấy Định hướng nghiên cứu phân tích đánh giá những vấn đề còn tồn tại từ những công trình đã công bố kết hợp lý thuyết và thực tiễn để đề xuất những giải pháp công nghệ nhằm hoàn thiện nguyên lý và xây dựng được mô hình HPD phù hợp đáp ứng các yếu tố chính cần được quan tâm giải quyết như:

 Cấu trúc, liên kết ẩm, độ ẩm, kích thước hình học và độ dày của vật liệu sấy

 Giải pháp thiết kế hệ thống HPD phù hợp với đặc tính của vật liệu sấy

 Giải pháp điều khiển các thông số của quá trình HPD

 Xây dựng qui trình công nghệ sấy trên mô hình thực nghiệm HPD cho đối tượng rau quả cụ thể với các yếu tố ảnh hưởng chính được xác định trong miền cận tối

ưu đáp ứng mục tiêu mong muốn của đề tài

 Tiến hành tính toán hiệu quả Kinh tế - Kỹ thuật từ số liệu nghiên cứu thực nghiệm là cơ sở để đánh giá tính khoa học và thực tiễn của công nghệ HPD trong điều kiện ứng dụng tại Việt Nam với một số đối tượng rau quả

CHƯƠNG 2

NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Nguyên liệu nghiên cứu

- Cà rốt (Daucus carota L): là giống cà rốt đỏ được trồng tại huyện Cẩm Giàng -

tỉnh Hải Dương, vụ muộn thu hoạch vào tháng 3, tháng 4 hàng năm Nguyên liệu cà rốt đỏ sử dụng cho nghiên cứu được lấy vào tháng 3 năm 2007 và tháng 3 năm 2008

có trọng lượng phần củ trung bình khoảng 150 - 200g/củ

- Dừa (Cocos nucifera L): nguyên liệu dừa quả nguồn gốc tỉnh Bến Tre, thu hái

vào tháng 3/2007 được bảo quản nguyên quả trước khi sơ chế, mỗi quả sau khi sơ chế thu được khoảng 400g cùi dừa tươi

- Tỏi (Allium sativum L): loại tỏi củ thường gọi là tỏi được trồng và thu hoạch tại

huyện Kinh Môn - tỉnh Hải Dương Nguyên liệu sử dụng cho nguyên cứu được thu hoạch vào tháng giêng hàng năm, đã qua phơi sấy và bảo quản, thời điểm lấy mẫu cho 2 lần nghiên cứu vào tháng 3 năm 2007 và tháng 3 năm 2008

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nghiên cứu diễn dịch

Là phương pháp được sử dụng trong quá trình nghiên cứu từ cơ sở lý thuyết đến những dẫn liệu tổng quan nhằm tổng hợp các kết quả nghiên cứu và ứng dụng đã đạt được cũng như những hạn chế còn tồn tại từ đó đề xuất những vấn đề cần giải quyết của đề tài với phạm vi nghiên cứu phù hợp

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực tế

Trong quá trình nghiên cứu đề tài đã tiến hành khảo sát tình hình thực tế nhằm thu thập thông tin, bổ sung và hoàn thiện định hướng nghiên cứu phù hợp với thực tiễn của một số sản phẩm rau quả sấy Việt Nam Mặt khác nắm bắt những nhu cầu cấp thiết về đổi mới công nghệ nâng cao chất lượng sản phẩm, nhằm phối hợp nghiên cứu và chuyển giao công nghệ HPD vào thực tế sản xuất cho các cơ sở sản xuất chế biến rau quả, gia vị và một số mặt hàng nông sản thực phẩm như:

 Sấy rau quả gia vị (Trung tâm nghiên cứu và ứng dụng KHCN - Sở Khoa học và

Công nghệ - Hải Phòng và Công ty Thực phẩm Phú Cường - Hải phòng)

 Sấy cói xanh nguyên liệu (Sở Khoa học và Công nghệ Thanh hoá và Xí nghiệp

kinh doanh sản xuất và xuất khẩu Việt Trang - Thanh Hoá)

 Sấy phấn ong (Trung tâm nghiên cứu và phát triển Ong - Bộ NN và PTNT)

2.2.3 Phương pháp tiến hành các thí nghiệm khảo sát

Để đưa ra kết luận có cơ sở định lượng đánh giá hiệu ứng khác biệt về chất lượng sản phẩm và hiệu quả của quá trình sấy giữa cơ chế sấy bằng nhiệt đối lưu và cơ chế HPD với đối tượng rau quả nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp thí nghiệm khảo sát với phương thức và trình tự tiến hành cụ thể sau:

2.2.3.1 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ sấy đến thời gian và chất lượng sản phẩm rau quả bằng cơ chế sấy nhiệt đối lưu

a) Nguyên liệu: cùi dừa, cà rốt và tỏi là ba nguyên liệu được sử dụng cho nghiên

cứu khảo sát đại diện cho ba nhóm rau quả nghiên cứu là nhóm giàu chất béo, nhóm giàu vitamin và nhóm giàu chất thơm dễ bay hơi

b) Thiết bị sử dụng: loại thiết bị sấy nhiệt đối lưu (hình 2.1)

Hình 2.1 Thiết bị thí nghiệm sấy nhiệt đối lưu Retsch TG1 (Đức)

Các thông số kỹ thuật chính của thiết bị:

 Nhiệt độ có thể điều khiển tự động trong khoảng 50 - 1200

C

 Tốc độ tác nhân sấy là không khí có thể điều khiển từ 1-7m/s

 Năng suất: 2 - 3 kg nguyên liệu/mẻ

 Công suất thiết bị: 2750W

 Nguồn điện sử dụng: 1fa/220V/50Hz

c) Sơ chế và xử lý nguyên liệu tiền sấy: trong điều kiện đề tài chưa xây dựng hoàn

thiện được qui trình nên bước đầu sử dụng qui trình chung trong chế biến rau quả

từ kết quả nghiên cứu tổng quan:

- Qui trình sơ chế: đối với dừa lấy phần cùi thái lát có độ dày 2mm [24]; Với cà rốt

sau khi cắt bỏ phần đầu và phần đuôi đem rửa sạch và nạo theo dạng sợi có đường kính từ 2,5 - 3mm [26]; Với tỏi sau khi bóc lớp vỏ áo, bóc tẻ nhánh rồi tiến hành thái lát có độ dày từ 2 - 2,5 mm [26]

- Chế độ xử lý nguyên liệu: đối với cùi dừa và cà rốt sử dụng phương pháp chần với nước nóng 800C, thời gian chần 4 phút, với tỏi xử lý ngâm nước pha hoá chất

Na2S2O5 hàm lượng 2g/lít, trong thời gian 4 phút [92]

d) Tiến hành thí nghiệm: điều kiện chung của ba loại nguyên liệu được tiến hành

với tốc độ tác nhân sấy điều chỉnh ở mức 5m/s (bin sấy chưa chứa nguyên liệu) Mỗi loại nguyên liệu được tiến hành 4 thí nghiệm liên tục ở mỗi mức nhiệt độ 500

C,

600C, 700C, 800C tương ứng các thí nghiệm có ký hiệu với cùi dừa là (D50, D60, D70, D80), cà rốt là (C50, C60, C70, C80) và tỏi là (T50, T60, T70, T80) Để hạn chế mức độ sai số hệ thống do ảnh hưởng của điều kiện môi trường, chế độ xử lý nguyên liệu, thao tác đo đạc và lấy mẫu theo nguyên tắc lập lại, cụ thể:

- Sấy cùi dừa: nhóm thí nghiệm (D50, D60, D70, D80) được thực hiện lặp lại 3 lần

và tổng hợp số liệu lấy giá trị trung bình được ghi trong nhật ký thí nghiệm (Phụ lục

1, mục 1.1) Thời gian thí nghiệm được thực hiện từ 3/3/2007 đến ngày 5/3/2007

- Sấy cà rốt: nhóm thí nghiệm (C50, C60, C70, C80) được thực hiện lặp lại 3 lần và tổng hợp số liệu lấy giá trị trung bình được ghi trong nhật ký thí nghiệm (Phụ lục 1, mục 1.2) Thời gian thí nghiệm được thực hiện từ 15/3/2007 đến ngày 17/3/2007

- Sấy tỏi: nhóm thí nghiệm (T50, T60, T70, T80) được thực hiện lặp lại 3 lần và tổng hợp số liệu lấy giá trị trung bình được ghi trong nhật ký thí nghiệm (Phụ lục 1, mục 1.3) Thời gian thí nghiệm được thực hiện từ 22/3/2007 đến ngày 24/3/2007

Điều kiện môi trường và thời điểm thực hiện các thí nghiệm với nhiệt độ 25 -

280C, độ ẩm môi trường 73 -78%

e) Thông kê số liệu thí nghiệm:

- Nguyên liệu ( cùi dừa, cà rốt, tỏi) sau sơ chế và xử lý làm ráo nước được cân định lượng cho mỗi thí nghiệm là 2500g Đồng thời được lấy mẫu để phân tích xác định

độ ẩm ban đầu

- Số liệu mỗi thí nghiệm được cập nhật 30 phút/lần đối với cùi dừa và tỏi, 15 phút/lần đối với cà rốt, đồng thời lấy mẫu phân tích độ ẩm và cân khối lượng Điện năng tiêu thụ được xác định bằng đồng hồ đo Woat kế loại hiện số Fluke 41 với thang đo từ 0 - 50000 Wh, số liệu tổng điện năng được cập nhật theo từng thí nghiệm (Wh) Gía trị SMER [kg H2O/kWh] được tính trung bình là tỷ số giữa hiệu khối lượng ban đầu và khối lựợng cuối của sản phẩm với tổng số điện năng tiêu thụ theo từng thí nghiệm Hệ số SEC [kJ/kgH2O] được tính theo SMER bằng qui đổi từ 1kW = 1kJ/s

- Mẫu sản phẩm sau khi sấy được đóng trong túi PE với trọng lượng 100g/túi, lưu giữ bảo quản ở điều kiện nhiệt độ 15 - 180C trong thời gian tiến hành phân tích các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

2.2.3.2 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ sấy đến thời gian và chất lượng sản phẩm rau quả bằng cơ chế HPD kiểu tĩnh

a) Nguyên liệu: cà rốt và tỏi là hai nguyên liệu được sử dụng cho nghiên cứu khảo

sát đại diện cho nhóm giàu vitamin và nhóm giàu chất thơm dễ bay hơi

b) Thiết bị sử dụng: loại sấy bơm nhiệt tĩnh, xuất xứ thiết bị là sản phẩm[24]

Các thông số kỹ thuật chính của thiết bị (hình 2.2):

 Nhiệt độ có thể điều khiển tự động trong khoảng 25 - 550C

 Tốc độ tác nhân sấy có thể điều chỉnh các mức trong khoảng từ 0,4 - 0,8 m/s

 Năng suất: 2 - 3 kg nguyên liệu/mẻ (gồm 04 khay chứa liệu)

 Công suất thiết bị: 300W

 Nguồn điện sử dụng: 1fa/220V/50Hz

Hình 2.2 Thiết bị thí nghiệm HPD tĩnh

c) Sơ chế và xử lý nguyên liệu tiền sấy: được tiến hành theo qui trình như đã thực

hiện trong khảo sát sấy bằng phương pháp sấy nhiệt đối lưu

d) Tiến hành thí nghiệm: điều kiện chung của hai nguyên liệu được tiến hành với

tốc độ tác nhân sấy điều chỉnh ở mức 0,5 m/s Mỗi loại nguyên liệu được tiến hành

4 thí nghiệm liên tục tương ứng với các mức nhiệt độ 200C, 300C, 400C, 500C với

ký hiệu cho cà rốt là (C20, C30, C40, C50) và tỏi là (T20, T30, T40, T50) Thời điểm thực hiện và chu kỳ lặp lại các thí nghiệm cụ thể:

- Sấy cà rốt: nhóm thí nghiệm (C20, C30, C40, C50) được thực hiện lặp lại 3 lần và tổng hợp số liệu lấy giá trị trung bình được ghi trong nhật ký thí nghiệm (Phụ lục 2, mục 2.1) Thời gian thí nghiệm được thực hiện từ 18/3/2007 đến ngày 24/3/2007

- Sấy tỏi: nhóm thí nghiệm (T20, T30, T40, T50) được thực hiện lặp lại 3 lần và tổng hợp số liệu lấy giá trị trung bình được ghi trong nhật ký thí nghiệm (Phụ lục 2, mục 2.2) Thời gian thí nghiệm được thực hiện từ 25/3/2007 đến ngày 28/3/2007

e) Thông kê số liệu thí nghiệm:

- Nguyên liệu sau khi sơ chế và xử lý được làm ráo và cân định lượng với khối lượng ban đầu cho mỗi thí nghiệm là 1500g Đồng thời lấy mẫu để phân tích xác định độ ẩm ban đầu

- Số liệu thí nghiệm được cập nhật 30 phút/lần với các thông số: