Tiểu luận Nghiên cứu công nghệ sấy thực phẩm môn Food industry | Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh

B Ộ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM ----- -----
TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY THỰC PHẨM GVHD: LỚP: NHÓM HV: TP. HCM, tháng MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................3
DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................3
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................4
Chương 1: CƠ SỞ KHOA HỌC....................................................................................5
1.1. Định Nghĩa......................................................................................................5
1.1.1. Khái niệm.................................................................................................5
1.1.2. Phân loại..................................................................................................5
1.2. Các phương pháp sấy.......................................................................................5
1.2.1. Phương pháp sấy nóng – Sấy đối lưu tuần hoàn khí nóng........................5
1.2.2. Phương pháp sấy bức xạ..........................................................................6
1.2.3. Phương pháp sấy đối lưu..........................................................................6
1.2.4. Phương pháp sấy lạnh – Sấy bơm nhiệt...................................................9
1.3. Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy......................................12
1.3.1. Quá trình khuếch tán nội........................................................................12
1.3.2. Quá trình khuếch tán ngoại....................................................................13
1.3.3. Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại............13
1.3.4. Các giai đoạn trong quá trình sấy...........................................................14
Chương 2: MỤC ĐÍCH CÔNG NGHỆ VÀ PHẠM VI THỰC HIỆN.........................15
2.1. Khai thác.......................................................................................................15
2.2. Chế biến.........................................................................................................15
2.3. Bảo quản........................................................................................................15
2.4. Hoàn thiện.....................................................................................................15
Chương 3: CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU....................................................16
3.1. Vật lý.............................................................................................................16
3.2. Hoá học.........................................................................................................16
3.3. Hóa lý............................................................................................................17
3.4. Sinh học.........................................................................................................17
3.5. Hóa sinh.........................................................................................................17
Chương 4: ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH SẤY ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN
PHẨM ......................................................................................................................... 18
4.1 . Ảnh hưởng đến cấu trúc ................................................................................. 18
4.2 . Ảnh hưởng đến mùi vị ................................................................................... 19
4.3 . Ảnh hưởng đến màu sắc ................................................................................ 19
4.4 . Ảnh hưởng đến giá trị dinh dưỡng ................................................................. 1 9
Chương 5: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ BẢO QUẢN SẢN PHẨM SẤY ........... 21
5.1 . Đánh giá chất lượng ....................................................................................... 21
5.2 . Bảo quản sản phẩm sấy ................................................................................. 22
5.2.1 . Sử dụng bình đựng trái cây sấy khô ......................................... . ............. 22
5.2.2 . Bảo quản trái cây sấy khô bằng Tủ đông ................................................ 23
5.2.3 . Đóng gói hút chân không trái cây khô, dẻo . ........................................... 23
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 25
Hình 1.1. Hệ thống sấy buồng ....................................................................................... 7
Hình 1.2. Hệ thống sấy hầm ........................................................................................... 7
Hình 1.3. Hệ thống sấy tháp ........................................................................................... 8
Hình 1.4. Hệ thống sấy thùng quay ............................................................................... . 8
Hình 1.5. Hệ thống sấy khí động ................................................................................... 9
Hình 1.6. Hệ thống sấy lạnh ......................................................................................... 10
Hình 1.7. Hệ thống sấy thăng hoa ................................................................................ 11
............................... ............. 21
Hình 5.2. Bảo quản trong bình kín ............................................................................... 23
Hình 5.3. Đóng gói chân không thực phẩm ..................... . ........................................... 23
Bảng 1.1. So sánh giữa phương pháp sấy lạnh và sấy nóng ......................................... 12
Bảng 4.1. Các đặc tính của một số thực phẩm sấy dạng bột ........................................ 19
hương pháp này không cần chất bảo quản, thời gian bảo quản theo mong muốn
và không cần sân bãi rộng cũng như thực hiện ở mọi thời tiết mà vẫn giữ được
Phư ơng vị tự nhiên. Sản phẩm sau đó được bảo quản ở môi trường thông thường.
Các sản phẩm nông nghiệp của những nước có thế mạnh như Việt Nam và Th á i
Lan sau khi được sản xuất ra sẽ phải bảo quản thế nào để phục vụ xuất khẩu có giá trị
cao trong khi các phương pháp truyền thống bị giới hạn về thời gian bảo quản, tốn
nhiều nhân lực và mất nhiều diện tích sân bãi luôn đặt ra bài toán nan giải cho giới
chuyên gia. Vì thế, công nghệ mới sấy khô nông sản ngay sau thu hoạch của một
chuyên gia Thái Lan đã thu hút sự quan tâm của dư luận.
Công nghệ sấy khô ngay sau khi thu hoạch do một chuyên gia trong lĩnh vực nông
nghiệp Thái Lan, ông Thanachai Tuntijinda sáng chế sẽ giải quyết được những khó
khăn trên, làm tăng giá trị cho các sản phẩm nông nghiệ p , qua đó góp phần giúp người
nông dân cũng như các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực kinh doanh nông sản.
Công nghệ sấy khô tức thời là một phương pháp sấy khô bằng lạnh chứ không
phải bằng nhiệt. Do vậy, thời gian thực hiện rất nhan h (gấp 20 lần so với thời gian sấy
thông thường) và có thể thực hiện trong bất kỳ điều kiện thời tiết nào.
Chương 1: CƠ SỞ KHOA HỌC 1.1. Định Nghĩa 1.1.1. Khái niệm
Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để tách nước ra khỏi mẫu nguyên liệu. Trong quá trình
sấy, nước được tách ra khỏi mẫu nguyên liệu theo nguyên tắc bốc hơi (evaporation) hoặc
thăng hoa (sublimation). Cần phân biệt sự khác nhau giữa sấy và cô đặc. Trong quá trình sấy,
mẫu nguyên liệu thường ở dạng rắn, tuy nhiên mẫu nguyên liệu cần sấy cũng có thể ở dạng
lỏng hoặc huyền phù. Sản phẩm thu được sau quá trình sấy luôn ở dạng rắn hoặc bột. 1.1.2. Phân loại
Có 4 loại phương pháp sấy phổ biến: - Phương pháp sấy nóng.
- Phương pháp sấy bức xạ.
- Phương pháp sấy đối lưu.
- Phương pháp sấy lạnh.
1.2. Các phương pháp sấy
Có nhiều phương pháp sấy và chúng được thực hiện theo những nguyên tắc khác nhau.
Có thể chia các phương pháp sấy theo những nhóm sau:
1.2.1. Phương pháp sấy nóng – Sấy đối lưu tuần hoàn khí nóng
Trong phương pháp sấy nóng tác nhân sấy (TNS) và vật liệu sấy (VLS) được đốt
nóng. Do tác nhân sấy được đốt nóng nên độ ẩm tương đối φ giảm dẫn đến phân áp suất hơi
nước Pam trong tác nhân sấy giảm. Mặt khác, do nhiệt độ của vật liệu sấy tăng lên, nên mật
độ hơi trong các mao quản tăng lên do vậy làm cho phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật
liệu tăng. Như vậy, trong các hệ thống sấy nóng có hai cách để tạo ra độ chênh phân áp suất
hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường: thứ nhất là giảm phân áp suất hơi nước của tác
nhân sấy bằng cách đốt nóng nó và cách thứ hai là tăng phân áp suất hơi trong vật liệu sấy.
Trong các hệ thống sấy đối lưu người ta sử dụng cả hai cách này. Ngược lại, trong các hệ
thống sấy tiếp xúc, sấy bức xạ và hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần chỉ sử dụng cách đốt nóng vật.
Hệ thống sấy nóng thường được phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt
- Hệ thống sấy đối lưu: Trong hệ thống sấy này, vật liệu sấy nhận nhiệt bằng đối
lưu từ một dịch thể nóng mà thông thường là không khí nóng hoặc khói lò.
- Hệ thống sấy tiếp xúc: Trong hệ thống sấy tiếp xúc, vật liệu sấy nhận nhiệt từ
một bề mặt nóng. Như vậy, trong các hệ thống sấy tiếp xúc người ta tạo độ chênh
phân áp suất hơi nước nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy.
Trong số này chúng ta thường gặp hệ thống sấy lô và hệ thống sấy tang…
- Hệ thống sấy bức xạ: Trong hệ thống sấy bức xạ, vật liệu sấy nhận nhiệt từ một
nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề
mặt khuếch tán vào môi trường. Như vậy, trong hệ thống sấy bức xạ người ta tạo
ra độ chênh phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật.
- Các hệ thống sấy khác: Ngoài ba hệ thống sấy trên, trong các hệ thống sấy nóng
còn có các hệ thống sấy dùng dòng điện cao tần hoặc dùng năng lượng điện từ
trường để đốt nóng vật. Trong các hệ thống sấy loại này, khi vật liệu sấy đặt trong
một trường điện từ thì trong vật xuất hiện các dòng điện và chính dòng điện này
đốt nóng vật. Như vậy, cũng như các hệ thống sấy bức xạ và hệ thống sấy tiếp
xúc, các hệ thống loại này cũng chỉ tạo ra độ chênh phân áp suất giữa vật liệu
sấy và môi trường bằng cách đốt nóng vật.
1.2.2. Phương pháp sấy bức xạ
Phương pháp sấy bức xạ là phương pháp sấy mà trong đó vật liệu sấy nhận nhiệt từ
nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ trong lòng vật liệu sấy ra bề mặt và từ bề mặt khuếch
tán vào môi trường. Như vậy, trong hệ thống sấy bức xạ người ta tạo ra độ chênh phân áp
suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường chỉ bằng cách đốt nóng vật.
1.2.3. Phương pháp sấy đối lưu Khái niệm
Phương pháp sấy đối lưu là phương pháp sấy dùng không khí nóng hoặc khói lò làm
tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ (t, , w…) phù hợp, chuyển động chảyϕ trùm lên vật
sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi theo tác nhân sấy vào môi trường. Trong phương
pháp sấy đối lưu nguồn nhiệt cung cấp cho quá trình sấy là nhiệt truyền từ tác nhân sấy đến
vật liệu sấy bằng cách truyền nhiệt đối lưu.
Phân loại hệ thống sấy đối lưu
Người ta thường phân loại hệ thống sấy đối lưu chủ yếu theo cấu tạo của các thiết
bị sấy. Có thể gặp các hệ thống sấy đối lưu sau đây: Hệ thống sấy buồng
Cấu tạo chủ yếu của hệ thống sấy buồng là buồng sấy. Trong buồng sấy có bố trí các thiết
bị đỡ vật liệu sấy mà ta gọi chung là thiết bị chuyển tải (TBCT). Nếu dung
Hình 1 . 1 . Hệ thống sấy buồng
lượng của buồng sấy bé và thiết bị chuyển tải là các k hay sấy thì người ta thường gọi
hệ thống sấy buồng này là tủ sấy. Nếu dung lượng của buồng sấy là lớn và thiết bị
chuyển tải là các xe goòng thì người ta gọi là hệ thống sấy buồng kiểu xe goòng. Nói
chung, thiết bị chuyển tải trong hệ thống sấy buồng rất đa dạng.
Hệ thống sấy hầm
Khác với hệ thống sấy buồng, trong hệ thống sấy hầm thiết bị sấy là một hầm
sấy dài, vật liệu sấy vào ở đầu này và ra ở đầu kia của hầm. Thiết bị chuyển tải trong
hệ thống sấy hầm thường là xe goòng hoặc là băng tải. Đặc điểm chủ yếu của hệ thống
sấy hầm là bán liên tục hoặc liên tục và cũng như hệ thống sấy buồng nó có thể sấy
được nhiều dạng vật liệu sấy. Tuy nhiên, do cấu tạo, năng suất của nó lớn hơn năng suất của hệ thống sấy buồng.
Hệ thống sấy tháp
Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một
loạt kênh dẫn và kênh thải tác nhân sấy xen kẽ nhau. Vật liệu sấy trong hệ thống sấy
tháp là dạng hạt tự chảy từ trên xuống dưới. Tác nhân sấy từ các kênh dẫn xun qua l ớ p
hạt chuyển động đi vào các kênh thải để ra ngồi. Như vậy, hệ thống sấy tháp là hệ
thống sấy chun dùng để sấy hạt. Cùng dạng với hệ thống sấy tháp chúng ta cũng gặp
Hình 1 . 3 . Hệ thống sấy tháp
những hệ thống sấy tương tự, ở đó hạt chuyển động từ trên xuống còn tác nhân sấy đi
ngang qua lớp hạt thực hiện qúa trình trao đổi nhiệt ẩm. Hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy liên tục.
Hệ thống sấy thùng quay
Thiết bị sấy trong hệ thống sấy thùng quay như tên gọi là một thùng sấy hình
trụ tròn đặt nghiêng một góc nào đó. Trong thùng sấy người ta bố trí các cánh xáo trộn.
Khi thùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấy
vừa bị xáo trộn từ trên xuống dưới. Tác nhân sấy cũng vào ở đầu này và ra ở đầu kia
của thùng sấy. Như vậy, hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy chun dùng để
sấy hạt hoặc cục nhỏ và có thể làm việc liên tục.
Hình 1 . 4 . Hệ thống sấy thùng quay
Hệ thống sấy khí động
Có rất nhiều hệ thống sấy khí động. Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể
là một ống tròn hoặc hình phễu, trong đó tác nhân sấy có tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ
sấy vừa làm nhiệm vụ vận chuyển vật liệu sấy từ đầu n ày đến đầu k ia của thiết bị sấy.
Tốc độ của tác nhân sấy có thể đạt (40 ÷ 50) m/s. Vật liệu sấy trong các hệ thống sấy
này phải là những hạt, mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi trong quá trình sấy thường là độ ẩm bề mặt.
Hình 1 . 5 . Hệ thống sấy khí động
Hệ thống sấy tầng sôi
Trong hệ thống sấy tầng sơi, thiết bị sấy là một buồng sấy, trong đó người ta bố trí
ghi đỡ vật liệu sấy. Tác nhân sấy có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm cho
vật liệu sấy chuyển động bập bùng trên ghi như hình ảnh bọt nước sơi. Vì vậy, người ta gọi
là hệ thống sấy tầng sơi. Đây cũng là hệ thống sấy chum dùng để sấy
hạt. Hạt khô nhẹ hơn sẽ ở phần trên của lớp sơi và được lấy ra khỏi thiết bị sấy một cách liên tục.
1.2.4. Phương pháp sấy lạnh – Sấy bơm nhiệt
Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 0 C
Đối với những phương pháp sấy lạnh mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt
độ tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường. Tác nhân sấy thường là không khí trước
hết khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các phương pháp khử ẩm hấp phụ
và sau đó lại được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi cho
đi qua vật liệu. Khi đó, do phần áp suất hơi nước trong tác nhân sấy bé hơn áp suất
phần hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy mà ẩm từ dạng lỏng bay hơi đi vào tác nhân sấy.
Trong các loại phương pháp sấy này hoàn toà n giống như trong các phương
pháp sấy nóng khác. Điều khác ở đây là cách giảm phần áp suất hơi P am trong tác nhân
sấy. Chẳng hạn trong các phương pháp sấy nóng đối lưu người ta giảm P am bằng cách
đốt nóng để tăng áp suất bão hòa dẫn đến giảm độ ẩm tương đối . Trong khi đó , với
các phương pháp sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi trường chẳng
Hình 1 . 6 . Hệ thống sấy lạnh
hạn, người ta lại tìm cách giảm áp suất hơi nước của tác nhân sấy P am giảm. Lượng
nước chứa trong không khí được tách bằng cách qua dàn lạnh.
Hệ thống sấy thăng hoa – Sấy đông khô
Phương pháp sấy lạnh mà trong đó ẩm ở trong vật liệu sấy ở dạng rắn trực tiếp biến
thành hơi đi vào tác nhân sấy thường gọi là sấy thăng hoa. Phương pháp thăng hoa, người ta
tạo ra môi trường trong đó nước trong vật liệu sấy ở dưới điểm băng, nghĩa là nhiệt độ của
vật liệu T < 273K và áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P < 610 Pa. Khi đó, nếu vật liệu sấy
nhận nhiệt lượng thì nước trong vật ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp thành hơi nước và đi vào
nhân sấy. Như vậy, trong hệ thống sấy thăng hoa một mặt ta phải làm lạnh vật xuống dưới
00C và tạo chân không xung quanh vật liệu sấy.
Hình 1 . 7 . Hệ thống sấy thăng hoa
Hệ thống sấy chân không
Nếu nhiệt độ của vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273 K nhưng áp suất tác nhân sấy
bao quanh vật P > 610 Pa thì khi vật liệu sấy nhận được nhiệt lượng, các phần tử nước
ở thể rắn không chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào tác nhân sấy mà trước khi biến
thành hơi đi vào môi trường nước ở thể rắn phải chuyển qua thể lỏng.
Do tính phức tạp và không kinh tế phương pháp chân không và phương pháp
thăng hoa cũng như phương pháp sấy lạnh nói chung chỉ chỉ dùng để sấy vật liệu quý
hiếm không chịu dược nhiệt độ cao, sấy những mặt hàng chất lượng cao. Vì vậy các
phương pháp này không phổ biến.
Phân biệt giữa phương pháp sấy lạnh và sấy nóng Tiêu chí Sấy lạnh Sấy nóng
Dùng không khí khô được làm
Dùng nhiệt để sấy. Nhiệt độ Nguyên lý hoạt
nóng ở nhiệt độ khí quyển để
càng cao thì hơi nước thoát càng động sấy. nhanh.
Cấu tạo phức tạp tuỳ theo năng
Cấu tạo đơn giản bao gồm có hệ
suất sấy, bao gồm hệ thống thống điều khiển điện tử để gia
Cấu tạo máy ngưng tụ hơi nước, hệ thống nhiệt và sừ dụng bộ phận quạt
làm lạnh, bộ phận cấp nhiệt phụ gió đối lưu. và bộ phận quạt gió.
Từ 30 – 1200C, thông thường Nhiệt độ Từ 20 – 600C. 0 sấy từ 70 – 80 C.
Giữ được màu sắc mức đạt yêu cầu,
hình dạng và chất dinh Giữ được màu sắc, mùi vị, hình Sản phẩm sau
dưỡng, nhưng không bằng so
dạng và chất dinh dưỡng tối ưu sấy
với sấy lạnh. Một số sản phẩm nhất.
dễ biến màu hoặc sẽ co ngót như hoa quả,…
Thường sấy cho những nguyên
Thường sấy cho những mặt Nhóm thực
liệu có giá trị cao, nguyên liệu
hang thông dụng như cành, lá, phẩm sấy
dễ ảnh hưởng bởi nhiệt độ,
thịt, các loại hạt, nông sản.
nhiều đường, dễ nóng chảy,…
Giái thành cao hơn gần 2 lần so
Rẻ hơn gần 1 nửa nhưng tốn Giá thành
với sấy nhiệt nhưng tiết kiệm điện hơn sấ lạnh. điện hơn.
Bảng 1.1. So sánh giữa phương pháp sấy lạnh và sấy nóng
1.3. Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy
Cơ chế thoát ẩm ra khỏi nguyên liệu sấy gồm hai quá trình là khuyếch tán nội và khuyếch tán ngoại:
1.3.1. Quá trình khuếch tán nội
Quá trình khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch ẩm từ các lớp bên trong ra lớp bề
mặt của vật ẩm. Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp
bên trong và các lớp bề mặt. Ngoài ra quá trình khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch
nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt.
Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp.
Vì vậy, tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới
tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng
chiều hoặc ngược chiều với nhau.
Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau: Trong đó:
W – lượng nước khuếch tán (kg).
dt – thời gian khuếch tán (giờ).
F – diện tích bề mặt khuếch tán (m 2 ).
k – hệ số khuếch tán. dc – gradient. dx – độ ẩm.
Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình
thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy. Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ
kìm hãm sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy. 1.3.2 .
Sự định kỳ chuyển hơi nước trên bề mặt nguyên liêu vào không khí gọi là quá trình khuếch tán ngoại.
Lượng nước bay hơi trong khuếch tán ngoại thực hiện dưới điều kiện áp suất
hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liêu liệu (E) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi
nước trong không khí (e).
Lượng nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới
điều kiện áp suất hơi nước bão hòa (E) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong
không khí (e). Sự chênh lệch đó là – .
Lượng hơi nước bay hơi tỷ lệ thuận với ∆P, với bề mặt bay hơi và thời gian làm khô:
Tốc độ bay hơi nước được biểu diễn như sau: Trong đó:
W – lượng nước bay hơi (kg).
F – diện tích bề mặt bay hơi (m2).
dt – thời gian bay hơi (giờ). B – hệ số bay hơi.
1.3.3. Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán ngoại
Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có một mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quá trình
khuếch tán nội là động lực của quá trình khuếch tán ngoại và ngược lại. Tức là khi khuếch
tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể được tiếp tục và như thế độ ẩm của
nguyên liệu mới được giảm dần. Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải làm sao cho hai quá
trình này ngang bằng với nhau, tránh trường hợp khuếch tán ngoại lớn hơn khuếch tán nội.
Vì khi đó sẽ làm cho sự bay hơi ở lớp bề mặt diễn ra mãnh liệt làm cho bề mặt của sản phẩm
bị khô cứng, hạn chế sự thoát ẩm. Khi xảy ra hiện tượng đó ta khắc phục bằng cách sấy gián
đoạn (quá trình ủ ẩm) mục đích là để thúc đẩy quá trình khuếch tán nội.
1.3.4. Các giai đoạn trong quá trình sấy
Nếu chế độ sấy tương đối dịu, tức là nhiệt độ và tốc độ chuyển động của không khí
không lớn, đồng thời vật có độ ẩm tương đối cao, thì quá trình sấy sẽ xẩy ra theo ba giai
đoạn: giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi và giai đoạn sấy tốc độ giảm dần.
Giai đoạn làm nóng vật
Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho
tới khi nhiệt độ vật đạt đến bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt. Trong quá trình này toàn bộ vật sấy
đuợc gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật cũng được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi ứng
với phân áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy. Do được làm nóng
nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nhiệt độ của vật tăng dần từ nhiệt độ
ban đầu cho đến khi bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt. Tuy vậy sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy
ra không đồng đều ở phần ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật đạt tới nhiệt độ nhiệt kế ướt chậm hơn.
Giai đoạn sấy đẳng tốc
Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ của tác nhân sấy bằng nhiệt độ nhiệt kế ướt.
Tiếp tục cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt
lượng cung cấp chỉ để làm hóa hơi nước. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm
lỏng ở bên trong vật sẽ truyền ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi. Do nhiệt độ không khí của tác
nhân sấy không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi
trường cũng không đổi. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm của vật cũng không đổi. Điều này sẽ làm
cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm của vật theo thời gian (∂u) không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi.
Trong giai đoạn sấy tốc độ không đổi biến thiên của nhiệt độ chứa ẩm theo
thời gian là tuyến tính. Ẩm được thoát ra trong giai đoạn này là ẩm tự do. Khi độ ẩm
của vật đạt tới trị số tới hạn
mã thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm d ứ t.
Đồng thời cũng là chấm dứt giai đoạn thoát ẩm tự chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm. Giai đoạn sấy giảm tốc
Ở giai đoạn sấy này thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít và chủ yếu là
nước liên kết do đó năng lượng liên kết lớn. Vì vậy, việc tách ẩm cũng khó khăn hơn
và cần năng lượng lớn hơn nên đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy thường có
dạng cong. Tuy nhiên, hình dạng của đường cong là phụ thuộc vào dạng liên kết ẩm
trong vật liệu và tùy thuộc vào dạng vật liệu sấy.
Độ ẩm của vật liệu cuối quá trình sấy tùy thuộc vào độ ẩm của môi trường không khí xung quanh.
Chương 2: MỤC ĐÍCH CÔNG NGHỆ VÀ PHẠM VI THỰC HIỆN 2.1. Khai thác
Quá trình sấy sẽ tách bớt nước ra khỏi nguyên liệu. Do đó hàm lượng các chất dinh
dưỡng có trong một đơn vị khối lượng sản phẩm sấy sẽ tăng lên. Theo quan điểm này, quá
trình sấy có mục đích công nghệ là khai thác vì nó làm tăng hàm lượng các chất dinh dưỡng
trong một đơn vị khối lượng sản phẩm. 2.2. Chế biến
Quá trình sấy làm biến đổi nguyên liệu và tạo ra nhiều tính chất đặc trưng cho sản phẩm.
Ví dụ như trong công nghệ sản xuất các loại trái cây sấy (mít, chuối, thơm…), quá trình ấy
sẽ tạo ra những tính chất vật lý và hóa lý mới cho sản phẩm, là cho sản phẩm trờ nên khác
biệt hẳn so với nguyên liệu ban đầu. Còn trong công nghệ sản xuất sữa bột, cà phê hoà tan,
trà hoà tan, bột rau quả… thì quá trình sấy không chỉ chuyển hóa mẫu nguyên liệu dạng lỏng
thành sản phẩm dạng bột mà còn làm thay đổi sâu sắc các tính chất vật lý và hóa lý của sản
phẩm. Trong tất cả các trường hợp nói trên, mục đích công nghệ của quá trình sấy là chế biến. 2.3. Bảo quản
Quá trình sấy là giảm giá trị hoạt độ của nước trong nguyên liệu nên ức chế hệ vi sinh
vật và một số enzyme, giúp kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Ngoài ra, trong một số
trường hợp sử dụng nhiệt độ tác nhân sấy khá cao thì một số vi sinh vật và enzyme sẽ bị vô hoạt bởi nhiệt.
Ví dụ như khi thu họach ngũ cốc, nếu độ ẩm của hạt dao động trong khoảng 17 – 18%
thì hạt rất nhanh bị hư hỏng trong quá trình bảo quản. Nguyên nhân chủ yếu của sự hư hỏng
là do hoạt động của hệ enzyme và vi sinh vật trong hạt. Nếu chúng ta sấy hạt đền độ ẩm 13%
thì thời gian bảo quản của hạt trong cyclo có thể kéo dài cả năm hoặc dài hơn. 2.4. Hoàn thiện
Quá trình sấy có thể làm cải thiện một vài chỉ tiêu chất lượng sản phẩm. Xét ví dụ quá
trình sấy malt đại mạch. Mục đích công nghệ chính của quá trình này là bảo quản (độ ẩm
của malt vàng giảm từ 44 – 48% xuống 3 – 4%). Ngoài ra, quá trình sấy sẽ hình thành nên
các hợp chất melanoidine trong malt vàng, góp phần cải thiện màu sắc và mùi của malt. Trên
cơ sở đó, quá trình sấy malt còn có một mục đích công nghệ khác là hoàn thiện sản phẩm.
Chương 3: CÁC BIẾN ĐỔI CỦA NGUYÊN LIỆU 3.1. Vật lý
Trong quá trình sấy sẽ xuất hiện gradient nhiệt trong nguyên liệu. Nhiệt độ sẽ tăng cao
tại vùng bề mặt của nguyên liệu và giảm dần ở vùng tâm.
Sự khuếch tán ẩm sẽ xảy ra do sự chênh lệch ẩm tại các vùng khác nhau ở bên trong mẫu nguyên liệu.
Trong giai đoạn sấy đẳng tốc, các phân tử nước tại vùng trung tâm sẽ dịch chuyển ra
vùng biên. Các tính chất vật lý của nguyên liệu sẽ thay đổi theo hình dạng, kích th ước, khối
lượng, tỷ trọng, độ giòn… Tuỳ thuộc vào bản chất nguyên liệu và các thông số công nghệ
trong quá trình sấy mà những biến đổi nói trên sẽ diễn ra theo những quy luật và mức độ
khác nhau. Ví dụ như trong quá trình sấy thơm cắt miếng, thể tích sản phẩm sẽ co lại, các
chỉ tiêu vật lý khác như khối lượng, tỷ trọng sẽ giảm đi, tuy nhiên độ giòn sẽ tăng lên.
Những biến đổi vật lý sẽ ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm sấy. 3.2. Hoá học
Khi tăng nhiệt độ thì tốc độ của các phản ứng hoá học sẽ t ăng lên. Do đó trong quá trình
sấy sẽ xảy ra nhiều phản ứng hoá học khác nhau trong nguyên liệu, những biến đổi hoá học
sẽ ảnh hưởng có lợi hoặc có hại đến chất lượng của sản phẩm sấy. Dưới đây là một số phản ứng thường gặp.
Phản ứng oxy hóa
Một số vitamin trong thực phẩm, ví dụ vitamin C rất dễ bị oxy hóa trong quá trình sấy.
Kết quả là hàm lượng vitamin C sẽ giảm đi đáng kể so với trong nguyên liệu ban đầu. Các
hợp chất màu như Carotenoids, cholorophyll cũng bị oxy hóa làm cho sản phẩm nhạt màu
hoặc mất màu. Các hợp chất polyphenol trong rau quả rất dễ bị oxy hóa trong quá trình sấy
và làm cho sản phẩm sấy hóa nâu.
Các hợp chất lipid, đặc biệt lá các acid béo tự do khi tham gia phản ứng oxy hóa sẽ hình
thành nên các peroxide và nhiều loại sản phẩm phụ khác tạo nên mùi ôi cho sản phẩm.
Nhìn chung, các phản ứng oxy hóa nói trên đều gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm sau khi sấy.
Phản ứng thủy phân
Trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, nếu nguyên liệu có độ ẩm cao thì có thể xảy ra
phản ứng thủy phân các hợp chất có trong nguyên liệu, ví dụ như riglyceride bị thủy phân
thành glycerol và các acid béo Phản ứng Maillard: đây là phản ứng thường gặp khi sấy
nguyên liệu có chứa đường khử và các hợp chất có nhóm –NH2 tự do. Phản ứng sẽ tạo ra các
hợp chất melnoidine và làm cho sản phẩm sấy bị sậm màu.
Trong công nghệ sản xuất trái cây sấy, phản ứng Maillard sẽ ảnh hưởng không tốt đến
màu sác của sản phẩm. Tuy nhiên, trong công nghệ sản xuất malt đại mạch, việc hình thành
nên các hợp chất melanoidine là có lợi vì chúng sẽ góp phần tạo nên màu vàng đặc trưng
cho bia thành phẩm. Ngoài các phản ứng nói trên, trong quá trình sấy thực phẩm còn có thể
xảy ra các phản ứng hóa học khác như dehydrate hóa, phân hủy, trùng hợp… 3.3. Hóa lý
Biến đổi hóa lý quan trọng nhất trong quá trình sấy là sự chuyển pha nước từ lỏng thành
hơi. Các hợp chất dễ bay hơi có trong nguyên liệu sấy cũng sẽ thoát ra môi trường bên ngoài,
kết quả là mùi của sản phẩm sấy sẽ giảm đi so với nguyên liệu ban đầu.
Một số hợp chất khác trong nguyên liệu cũng có thể thay đổi pha trong quá trình sấy, ví dụ
tinh bột có thể bị hồ hóa, protein có thể bị đông tụ bất thuận nghịch, chất béo từ dạng rắn sẽ hóa lỏng… 3.4. Sinh học
Trong quá trình sấy, sự trao đổi chất của các tế bào và mô nguyên liệu động thực vật sẽ
ngừng lại nếu nhiệt độ sấy tăng cao. Nguyên nhân chính là do hệ enzyme trong mô tế bào bị
vô hoạt bất thuận nghịch. Ngoài ra, các thành phần khác trong tế bào như DNA cũng có thể
bị biến tính nhiệt. Các vi sinh vật trong nguyên liệu cũng bị ức chế hoặc tiêu diệt trong quá
trình sấy do tác dụng nhiệt và do hoạt độ nước giảm đi. 3.5. Hóa sinh
Trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, do nhiệt độ của nguyên liệu chưa tăng cao, các
phản ứng enzyme trong nguyên liệu tiếp tục diễn ra mạnh mẽ. Ví dụ như trong giai đoạn đầu
của quá trình sấy malt đại mạch, các phản ứng thủy phân tinh bột và protein vẫn tiếp tục xảy
ra nhờ xúc tác của hệ amylase và protease có trong malt xanh.
Khi nhiệt độ tăng cao, các enzyme bị vô hoạt và các phản ứng hóa sinh sẽ dừng lại.
Chương 4: ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH SẤY
ĐẾN CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM
4.1. Ảnh hưởng đến cấu trúc
Thay đổi về cấu trúc của các loại thực phẩm rắn là một trong những nguyên nhân quan
trọng làm giảm chất lượng sản phẩm. Bản chất và mức độ của các biện pháp xử lý rau quả
trước khi sấy đều có ảnh hưởng đến cấu trúc của sản phẩm sau khi hồi nguyên.
Nguyên nhân là do sự hồ hoá của tinh bột, sự kết tinh của xenluloza và sự hình thành
các sức căng bên trong do khác biệt về độ ẩm ở các vị trí khác nhau. Kết quả là sự tạo thành
các vết nứt, gãy, các tế bào bị nén ép và vặn vẹo vĩnh viễn, làm cho sản phẩm có bề ngoài bị co ngót và nhăn nheo.
Trong quá trình làm ướt trở lại, sản phẩm hút nước chậm và không lấy lại được cấu trúc cứng như ban đầu.
Các sản phẩm khác nhau có sự dao động đáng kể về mức độ co ngót và khả năng hấp
thụ nước trở lại. Sấy nhanh và ở nhiệt độ cao làm cho cấu trúc bị thay đổi nhiều hơn so với
sấy với tốc độ vừa phải ở nhiệt độ thấp. Trong quá trình sấy, các chất hoà tan di chuyển theo
nước từ bên trong ra bề mặt bên ngoài của sản phẩm. Quá trình bay hơi nước làm cô đặc các
chất tan ở bề mặt kết hợp với nhiệt độ cao của không khí (đặc biệt khi sấy trái cây, cá, thịt)
gây ra các phản ứng lý hoá phức tạp của các chất tan ở bề mặt và hình thành nên lớp vỏ cứng không thấm được.
Hiện tượng này gọi là hiện tượng "cứng vỏ" (case hardening), làm giảm tốc độ sấy và
làm cho sản phẩm có bề mặt khô, nhưng bên trong thì ẩm. Vì vậy cần kiểm soát điều kiện
sấy để tránh chênh lệch ẩm quá cao giữa bên trong và bề mặt sản phẩm.
Đối với các sản phẩm dạng bột các đặc tính về cấu trúc của chúng liên quan đến dung
lượng và tính hồi nguyên. Dung lượng của sản phẩm bột phụ thuộc vào kích cỡ, bản chất
rỗng hay đặc của các hạt và được quyết định bởi bản chất, thành phần của sản phẩm và điều
kiện sấy. Tính dễ chảy của khối bột phụ thuộc vào hàm lượng béo. Các nguyên liệu ít béo
(như nước ép trái cây, khoai tây và cà phê) cho ra bột dễ chảy hơn là các sản phẩm nhiều béo
như trứng nguyên quả hoặc chiết xuất từ thịt. Bột có thể được làm "hoà tan hoá" bằng cách
xử lý các hạt rời sao cho chúng dính với nhau và kết cục thành khối dễ chảy. Khi làm ướt trở
lại, nước dễ dàng thấm qua bề mặt của mỗi cục bột, làm vỡ các hạt bột ra và giúp các hạt bột
phân tán nhanh trong chất lỏng. Quá trình này này liên quan đến những đặc tính của khối
bột: độ thấm ướt, độ chìm, độ phân tán và độ hoà tan. Một loại bột được gọi là "hoà tan" nếu
nó hoàn thành quá trình tan như trên trong vòng vài giây.
4.2. Ảnh hưởng đến mùi vị
Nhiệt làm thất thoát các thành phần dễ bay hơi ra khỏi sản phẩm vì vậy phần lớn