BTL - Mít Sấy [PDF]

Zitiervorschau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT THỰC PHẨM 2 ĐỀ TÀI : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÍT SẤY THĂNG HOA

GVHD: GV Tạ Lê Quốc An Nhóm: 1. Phạm Thị Xuân Dung

MSSV: DH61603568

D16-TP03

2. Nguyễn Thị Thùy Trang

MSSV: DH61600560

D16-TP03

3. Huỳnh Phú Cường

MSSV: DH61601828

D16-TP03

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2018

Trong ngành ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm nói chung thì việc bảo quản chất lượng sản phẩm rất quan trọng. Để chất lượng sản phẩm đạt đến tối đa thì ta phải tiến hành sấy để tách ấm. Vật liệu sau khi sấy có khối lượng giảm, do đó giảm được công chuyên chở, độ bền tăng, chất lượng sản phẩm được nâng cao , thời gian bảo quản kéo dài. Bên cạnh đó, Việt nam là một nước có khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho việc phát triển ngành nông nghiệp, là nơi trồng nhiều loại rau quả. Nhưng giá trị kinh tế từ rau quả mang lại chưa cao, hàng hóa nông nghiệp xuất khẩu chủ yếu là dạng tươi và chế biến thô sơ, đơn giản nên chất lượng thấp, giá thành thấp, khi vào mùa giá của rau quả xuống rất thấp người nông dân phải bán tháo bán đổ. Để nâng cao giá trị của rau quả thì không những tiêu thụ rau quả tươi mà còn chế biến nhiều sản phẩm khác từ rau quả như: nước uống đóng chai từ rau quả, kẹo mứt, rau quả đóng hộp, rau quả sấy. Nhưng với các loại rau, củ, quả,… khi sấy ở nhiệt độ cao làm phá huỷ các chất hoạt tính sinh học như hoocmon, màu, mùi vị, men, vitamin, protein… và làm thay đổi chất lượng sản phẩm.Vì thế, để đảm bảo cho các chất dinh dưỡng có trong rau quả thì phương pháp sấy thăng hoa các loại rau quả đáp ứng tốt những yêu cầu đó. Mít cũng tiêu biểu cho sản phẩm nông nghiệp, là nguồn nguyên liệu phong phú, dễ tìm, rẻ tiền nhưng lại có rất nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể. Vì thế với khao khát tìm ra phương pháp sấy mít tạo ra sản phẩm ăn liền giòn xốp, chứa các chất dinh dưỡng tự nhiên, đặc biệt giải quyết đầu ra tăng giá trị sử dụng của cây mít, tìm hiểu kỹ thuật sản xuất thực phẩm hiện đại của thế giới để tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao nên em quyết định chọn đề tài nghiên cứu tốt nghiệp của mình là: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất mít sấy thăng hoa”.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÍT VÀ KỸ THUẬT SẤY THĂNG HOA 1. Tổng quan về nguyên liệu 1.1.

Nguồn gốc

-

Cây Mít tên khoa học là: Artocarpus heterophyllus

-

Mít là loài thực vật ăn quả, mọc phổ biến ở Đông Nam Á và Brasil.

-

Cây thuộc họ Dâu tằm Moraceae

-

Nguồn gốc: Cây Mít được cho là có nguồn gốc Ấn Độ và Bangladesh.

-

Cây Mít được trồng phổ biến ở các vùng nông thôn. Nói chung Cây Mít thích những khí hậu nóng và mưa nhiều. Vì vậy ở Vìệt Nam từ Bắc chí Nam, đâu cũng trồng mít.

Cây mít có khả năng thích nghi rộng rãi với nhiều loại đất khác nhau như đất đỏ Bazan, phù sa, đất xám, thích hợp với khí hậu ẩm, mưa nhiều và cần độ ẩm không khí 70-85%, pH5-7 dễ dàng canh tác và ít bị sâu bệnh. Mít chịu hạn hán tốt nhờ bộ rễ cọc phát triển và ăn sâu dưới lòng đất. Ngược lại cây mít chịu ngập úng kém, mít sẽ chết khi bị ngập úng kéo dài.

Hình 1 : Trái mít

1.2.

Đặc điểm của cây mít

Quả mít gồm: vỏ, cùi, xơ, múi và hạt mít. Quả còn gọi “là hợp giả quả” hình bầu dục kích thước (30-60)× (20-30)cm, trọng lượng quả từ 6kg đến 20kg, mọc chủ yếu ở thân chủ, một chùm từ 3 đến 5 quả, khoảng 80 đến 100 quả/cây. Bên ngoài quả là lớp vỏ có gai, vỏ quả lúc còn non có màu xanh, khi chín có màu xanh vàng, độ dày vỏ quả từ 1-1,3cm.

Bên trong quả gồm: bao hoa mỏng phát triển hoàn toàn bao quanh hột, có 2 tử diệp không bằng nhau, không có phôi nhủ gọi là múi mít có chiều dài từ 6,7-10,5 cm, chiều rộng từ 2,5-4,5cm, chiều dày thịt múi 1,5-3,5cm, màu vàng tươi (vàng tự nhiên), mùi vị ngọt, thơm; Loại quả lép thứ hai gọi là xơ mít có màu trắng nhạt hay màu vàng nhạt. Ở giữa quả có cùi mít. Hạt mít có màu nâu sáng phủ bởi một màng trắng mỏng. Hạt dài khoảng 2-4cm và dày 1,25-2cm, bên trong có màu trắng và giòn.

Hình 2.2: Cấu tạo trái mít

Thành phần dinh dưỡng

1.3.

Trong quả mít thì múi mít chiếm 40-55% trọng lượng của trái cây. Mít là loại quả giàu chất dinh dưỡng như vitamin A, vitamin C, canxi, kali, sắt, thiamin, riboflavin, niacin, magneisum và nhiều chất dinh dưỡng khác. So sánh thành phần dinh dưỡng của một số loại trái cây tươi để thấy được mít là loại trái cây cung cấp nhiều năng lượng và các chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể. Bảng 1 : Thành phần dinh dưỡng có tro

i -ng 100g mít chín

STT

Thành phần

Đơn vị

Khối lượng

1

Năng lượng

Kcal

48,0

2

Nước

g

72,0 – 77,2

3

Đạm

g

1,3 – 1,9

4

Chất béo

g

0,1 – 0,3

5

Gluxit

g

18,9 – 25,4

6

Chất béo bão hòa

g

1,0 – 1,1

7

Tro

g

0,8 – 1,0

8

Calcium (Ca)

mg

22,0

9

Photpho (P)

mg

38,0

10

Sắt (Fe)

mg

0,5

11

Natri (Na)

mg

2,0

12

Kali (K)

mg

407,0

13

vitamin A

IU

540,0

14

Vitamin B1

mg

0,03

15

Vitamin P

mg

4,0

16

Vitamin C

mg

8,0 – 10,0

2. Tổng quan về kỹ thuật sấy thăng hoa 2.1. Khái niệm sấy thăng hoa Sấy thăng hoa (freeze drying) là một kỹ thuật còn được gọi là “làm khô lạnh” hay còn gọi là kỹ thuật khử nước, thường được sử dụng để bảo quản các loại nguyên liệu và thực phẩm, giúp thuận tiện hơn cho vận tải, cũng như giữ được các phẩm chất của sản phẩm ban đầu Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng sự thăng hoa của nước. Quá trình thăng hoa là quá trình chuyển trực tiếp từ thể rắn (trạng thái đóng băng) sang thể hơi dưới áp suất thấp (áp suất chân không sâu). Ở điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng, nên để thăng hoa chúng cần được chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông. Chính vì vậy nên còn gọi là phương pháp sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation). Sấy thăng hoa (thực phẩm đông khô) là một phương pháp chế biến hiện đại nhất hiện nay.  Thông số kỹ thuật - Năng suất 10kg nguyên liệu/mẻ. - Nhiệt độ đông lạnh (- 45 ÷ - 25)oC, nhiệt độ thăng hoa (- 45 ÷ - 35)oC - Áp suất buồng thăng hoa là 0.008 mmHg  Tính năng

Sấy ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, sản phẩm giữ được tính chất ban đầu của nguyên liệu như: protein, lipid, gluxit, vitamin… màu sắc và mùi vị không bị phá hủy, đây là ưu điểm vượt trội mà không có phương pháp nào có thể làm được. - Hệ thống tự động hóa hoàn toàn bằng máy tính. - Quá trình lạnh đông sản phẩm trực tiếp ngay trong buồng thăng hoa. - Thời gian sấy rút ngắn xuống khoảng (10 – 14) h/mẻ do truyền nhiệt trong quá trình sấy bằng bức xạ nhiệt. - Thiết bị chế tạo trong nước nên giá thành khoảng ¼ so với thiết bị ngoại nhập cùng năng suất.  Ứng dụng - Sản xuất và bảo quản các loại thực phẩm cao cấp, thực phẩm chức năng, các chế phẩm sinh học, dược phẩm… 2.2. Nguyên lý hoạt động -

Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu, ẩm ở trạng thái rắn (băng, nước đá) thành hơi không qua trạng thái lỏng. Ở điều kiện bình thường, ẩm trong thực phẩm ở dạng lỏng để thăng hoa cần chuyển sang thể rắn bằng phương pháp lạnh đông. Rồi sấy vật liệu ở trong môi trường có độ chân không cao (áp suất tuyệt đối từ 0,1÷1,0 mmHg), nhiệt độ sấy có thể đạt tới -180C. Phương pháp này bao gồm 3 giai đoạn là làm lạnh đông, thăng hoa và bốc hơi ẩm còn lại.

Hình 3 : Chuyển pha của nước trên tọa độ áp suất-thời gian

Điểm O gọi là điểm ba, ở đó nước tồn tại đồng thời ba thể: thể rắn, thể lỏng và thể hơi. Nhiệt độ và áp suất của điểm ba O tương ứng: t=0,00980C và áp suất = 4,58 mmHg. Trên đồ thị đường BO biểu diễn ranh giới giữa pha rắn và pha hơi. Tương tự như vậy đường OA là ranh giới giữa pha rắn và pha lỏng và cuối cùng đường OK là ranh giới giữa pha lỏng và pha khí. Điểm K gọi là điểm tới hạn, ở đó nhiệt ẩm hóa hơi có thể xem bằng 0 Nhận xét: Nếu ẩm trong vật liệu sấy có trạng thái đóng băng ở điểm F như trên giản đồ, được đốt nóng đẳng áp đến nhiệt độ tD tương ứng với điểm D thì nước ở thể rắn sẽ thực hiện quá trình thăng hoa DE. Cũng trên giản đồ có thể thấy rằng áp suất càng thấp thì nhiệt độ thăng hoa của nước càng bé. Do đó, khi cấp nhiệt cho vật liệu sấy ở áp suất càng thấp thì độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và vật liệu sấy càng tăng. Đứng về mặt truyền nhiệt thì đây là ưu điểm của sấy thăng hoa với sấy chân không bình thường. - Giai đoạn làm lạnh đông: Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình sấy thăng hoa bằng cách làm lạnh đông nguyên liệu nhằm ổn định cấu trúc của nguyên liệu sau quá trình sấy. Giai đoạn này vật liệu sấy được lạnh đông từ nhiệt độ môi trường khoảng 370C đến (-100C ; -450C) hoặc thấp hơn nữa tùy vào vật liệu. Ở giai đoạn này không gian của bình thăng hoa được hút chân không và áp suất trong bình giảm. Do áp suất giảm nên phần áp suất hơi nước trong không gian bình thăng hoa cũng giảm so với phần áp suất trong lòng vật liệu sấy, điều này dẫn tới hiện tượng thoát ẩm từ vật liệu sấy cho nên nhiệt độ vật liệu sấy nhỏ hơn điểm ba. Quá trình làm lạnh đông vật liệu sấy có thể thực hiện bằng hai cách. - Cách thứ nhất thực hiện trong thiết bị làm lạnh đông thông thường (như tủ lạnh, tủ đông) hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đông sản phẩm bên ngoài buồng sấy thăng hoa. - Cách thứ hai là vật sấy tự lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa khi buồng sấy được hút chân không. Trong giai đoạn này có khoảng 10-15% trên toàn bộ ẩm thoát ra khỏi vật liệu sấy. Trong giai đoạn này sản phẩm cần được làm lạnh đông rất nhanh để hình thành các tinh thể băng nhỏ ít gây hư hại đến cấu trúc tế bào của sản phẩm. Đối với những sản phẩm

dạng lỏng, phương pháp làm lạnh đông chậm được sử dụng để băng tạo thành từng lớp, các lớp này tạo nên các kênh giúp cho hơi nước dịch chuyển dễ dàng. - Giai đoạn thăng hoa: là giai đoạn làm bay hơi ẩm trực tiếp của nguyên liệu từ trạng thái rắn sang trạng thái khí, trong môi trường chân không sâu (dưới 0,006 atm hay 4,58 mmHg). Để bù nhiệt lượng mất đi do bay hơi phải cấp một lượng nhiệt nhưng không làm tan chảy nước trong nguyên liệu sẽ phá vỡ quá trình sấy thăng hoa. Hơi nước tiếp tục được tách ra khỏi sản phẩm bằng cách giữ cho áp suất trong buồng sấy thăng hoa thấp hơn áp suất hơi nước trên bề mặt của băng, đồng thời tách hơi nước bằng bơm chân không và ngưng tụ nó bằng các ống xoắn ruột gà lạnh, các bản dẹt lạnh hoặc bằng hóa chất. Giai đoạn này kết thúc khi nhiệt độ nguyên liệu đạt 00C và áp suất vẫn là chân không. - Giai đoạn sấy chân không (giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại): là giai đoạn bay hơi ẩm liên kết, nhiệt độ của vật liệu sấy tăng nhanh. Tốc độ sấy phụ thuộc phần lớn vào tính cản trở nhiệt của sản phẩm và ở mức độ thấp hơn vào độ cản trở dòng hơi (dịch chuyển khối) ra khỏi bề mặt thăng hoa. Sau giai đoạn thăng hoa do trạng thái của nước trong vật liệu nằm trên điểm ba nên ẩm trên vật liệu trở về dạng lỏng. Vì khi đó áp suất trong bình thăng hoa vẫn được duy trì bé hơn áp suất khí trời nhờ bơm chân không và vật liệu sấy vẫn tiếp tục được gia nhiệt nên ẩm vẫn không ngừng biến từ dạng lỏng sang dạng hơi và đi vào không gian bình thăng hoa. 2.3.

Cấu tạo thiết bị sấy thăng hoa

Hệ thống sấy thăng hoa sử dụng trong công nghiệp thực phẩm gồm các bộ phận chính: bình thăng hoa, bình ngưng đóng băng, bơm chân không và máy lạnh với các bộ phận: bình tách lỏng, giàn ngưng, bình chứa tác nhân lạnh và máy nén .

Hình 3 : Sơ đồ hệ thống sấy thăng hoa 1- Buồng thăng hoa; 2 – Van; 3 – Xyfon; 4 – Bể chứa nước nóng; 5 – Bình ngưng; 6 – Bình tách lỏng; 7 – Giàn ngưng NH3; 8 – Bình chứa NH3; 10 – Bơm chân không; 11,12,13 – Động cơ điện; 14 – Bơm nước; 15 – Phin lọc; 16 – Tấm gia nhiệt; 17 – Chân không kế; 18 – Van điều chỉnh; 19 – Khay chứa sản phẩm; 20 – Tấm gia nhiệt dưới; 21 – Bộ điều chỉnh nhiệt

-

Bình thăng hoa: là một hình trụ tròn nằm ngang. Một đáy được hàn liền với hình trụ tròn đáy kia là một chỏm cầu được gắn kết với thân hình trụ bằng bulông để đưa vật liệu vào. Đỉnh bình thăng hoa có một mặt để nối với bơm chân không qua bình đóng băng. Phía trong bình thăng hoa người ta bố trí các hộp kim loại xen kẽ nhau. Trên các hộp đó là các khay chứa vật liệu sấy. Trong các hộp đó là nước nóng chuyển động

Hình 2.10: Cấu tạo bình thăng hoa - Bình ngưng tụ đóng băng: Bình ngưng tụ đóng băng là một thiết bị dạng ống. Bình ngưng có dạng hình trụ đứng, trong bố trí các ống xoắn ruột gà được gắn kết với nhau và với bình ngưng nhờ hai mặt sàng. Hơi ẩm thoát ra được bơm chân không hút từ bình thăng hoa qua một lưới phân phối phía dưới đi vào trong các ống xoắn ruột gà. Các ống xoắn ruột gà làm ngưng tụ hơi ẩm và làm đóng băng do thiết bị ngưng tụ được làm lạnh bằng amoniac có nhiệt độ -100C -500C. Amoniac đưa vào trên mặt sàng và chiếm đầy không gian giữa các ống xoắn ruột gà. Amoniac lỏng nhận nhiệt của hơi ẩm để bay hơi qua bình tách lỏng về máy nén của máy lạnh.

Hình 2.11: Cấu tạo bình ngưng đóng băng -

Bơm chân không: Bơm chân không có nhiệm vụ hút khí tạo độ chân không ban đầu cho buồng thăng hoa và trong thời gian sấy có nhiệm vụ hút hết khí không ngưng tạo ra trong quá trình làm việc của thiết bị.

-

Hệ thống làm lạnh: Nhiệm vụ của hệ thống làm lạnh là làm lạnh sản phẩm đến nhiệt độ yêu cầu và làm lạnh bình ngưng để ngưng tụ và đóng băng hơi ẩm thoát ra, tạo điều kiện duy trì độ chân không và chế độ làm việc trong hệ thống. o Quá trình lạnh đông vật sấy có thể thực hiện bằng hai cách:  Dùng máy lạnh đông hoặc nitơ lỏng để làm lạnh đông vật sấy bên ngoài buồng sấy thăng hoa để rút ngắn thời gian.  vật sấy tự lạnh đông ngay trong buồng sấy thăng hoa bằng cách hút chân không

CHƯƠNG II : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

MÍT

Xử lí Hạt

Clo

Rửa - ngâm

Cắt

Hơi nước

Chần

Cấp đông

Sấy thăng hoa

Bao bì

Bao gói

MÍT SẤY

CHƯƠNG III : GIẢI THÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 1. Chần 1.1. Mục đích - Làm thay đổi thể tích, khối lượng nguyên liệu để các quá trình chế biến tiếp theo được thuận lợi hơn: chần làm mít trở nên dẻo dai, không bị nhừ, giòn, gãy trong quá trình sấy tiếp theo - Tiêu diệu một phần vi sinh vật, chủ yếu là những VSV chịu nhiệt kém bám trên bề mặt, sự biến đổi của nguyên liệu do nguyên nhân VSV khi quá trình chế biến kéo dài - Quá trình chần giữ lại màu sắc nguyên thủy của nó và tránh sự biến màu khi sấy. - Đuổi bớt chất khí trong gian bào của nguyên liệu nhằm hạn chế tác dụng của oxy gây ra oxy hóa vitamin hay xúc tác cho các phản ứng oxy hóa khác. Chần còn loiaj trừ các chất có mùi vị không thích hợp 1.2. Các biến đổi - Biến đổi vật lý o Làm thay đổi thể tích, khối lượng nguyên liệu để các quá trình chế biến tiếp theo được thuận lợi o Giảm cấu trúc cứng giòn, mùi nấu, mất chất khô o Chần làm sáng màu bằng cách đuổi không khí và bụi bám trên bề mặt vì vậy làm thay đổi bước sóng của ánh sáng phản xạ - Biến đổi hóa học o Làm cho quả có màu sáng hơn do phá hủy một số chất màu o Làm bay hơi một số lượng chất o Khoáng, vitamin tan trong nước và một số hợp chất tan trong nước khác dễ mất mát khi chần. Tổn thất khoảng 40% khoáng và vitamin (đặc biệt là vit C và B1), phần lớn vit mất mát do nước chần, nhiệt độ chần và phần nhỏ do quá trình oxy hóa. o Đường, protein và acid amin tổn thấy khoảng 35% o Loại trừ các chất có mùi vị không thích hợp. o Dưới tác dụng của nhiệt dộ và nước chần, protopectin thủy phân thành pectin hòa tan làm mềm cấu trúc của mít. Lưu ý : Tuy nhiên , khi chần được xem là bước xử lý sơ bộ cho quá trình sấy thì đây là biến đổi không mong muốn . Do vậy, người ta có thể thêm muối Ca 9 1- 2%) vào nước chần để tạo thành canxipectate không tan cũng cố sự vũng chắc cho mô tế bào. -

-

Biến đổi hóa lý o Làm tăng độ thẩm thấu của chât nguyên sinh, làm cho dịch bào thoát ra dễ dàng o Trích ly một số chất hòa tan vào nước Biến đổi hóa sinh

o Các enzyme peroxydase, polyphenoloxydase bị vô hoạt dưới tác dụng của nhiệt độ, tránh sự oxy hóa các hợp chất hóa học làm đen sản phẩm o Đình chỉ các quá trình sinh hóa của tế bào của mít - Biến đổi sinh học o Tiêu diệt một phần vi sinh vật, chủ yếu là VSV bám trên bề mặt nguyên liệu 1.3. Thông số kỹ thuật Sau khi khảo sát giữa các thời gian chần nhận thấy chần ở nhiệt độ 700C trong thời gian 2 phút để múi mít có cấu trúc cứng chắc, thịt mịn, màu vàng bóng, thơm và ngọt tự nhiên. 2. Cấp đông 2.1. Mục đích - Nhằ m cho ̣n nhiê ̣t đô ̣ và thời gian làm kết tinh nước liên kết và nước tự do có trong nguyên liệu mít ta ̣o cho múi mit́ có cấ u trúc cứng khi bóp bằ ng tay chuẩ n bi ̣cho quá trình sấ y thăng hoa và -

Chuẩn bị cho quá trình sấy đem lại độ giòn nhất định cho sản phẩm

2.2.

Các biến đổi

-

Khi làm lạnh đông nước trong dịch bào đóng băng làm biến tính protein.

-

Hoạt động của enzyme giảm nhưng không bị đình chỉ.

-

Với vi sinh vật do nước trong cơ thể bị đóng băng hoàn toàn nên sự sống bị đình chỉ hoàn toàn. Vi sinh vật đa phần sẽ chết 90 – 95%, nhưng một số sẽ chuyển sang trạng thái tiềm sinh.

-

Ngoài ra trong quá trình lạnh đông còn xảy ra biến đổi nhiệt – lý học.

-

Những biến đổi xảy ra trong quá trình lạnh đông: Chủ yếu là sự bay hơi ẩm dẫn đến làm giảm khối lượng tự nhiên, làm khô sản phẩm. Tốc độ lạnh đông được coi là một tham số để đánh giá chất lượng sản phẩm trong quá trình đông lạnh hoặc sấy thăng hoa. Tốc độ đông lạnh khác nhau tác động đến quá trình phân bố lại nước trong sản phẩm khác nhau do đó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm đông lạnh cũng như động học của quá trình thăng hoa.

2.3. -

Thông số kỹ thuật

Chọn nhiệt độ lạnh đông -20°C, thời gian 48 giờ múi mít đạt trạng tái và cấu trúc đông tốt nhất.

3. Sấy 3.1. Mục đích - Chế biên : tạo độ giòn của mít làm sản phẩm có mùi vị đặc trưng - Bảo quản : khi sấy đến lượng nước tối thiểu VSV sẽ bị tiêu diệt nên sản phẩm được bảo quản lân. Sấy đến hoạt độ nước aw = 0.25 – 0.35, đó là điểm bảo quản tối ưu của sản phẩm khi không bảo quản ở nhiệt độ lạnh 3.2. Các biến đổi - Biến đổi vậy lý o Có hiện tượng co thể tích lại và giảm khối lượng do sự bốc hơi nước o Nhiệt độ : Có sự tạo thành gradient nhiệt độ bên ngoài và bên trong vật liệu  Có hiện tượng nóng chảy và tụ tập các chất hòa tan lên bề mặt làm ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm vì chúng làm tắc nghẽn các mao mạch thoát nước kèm theo đó là sự đông rắn trên bề mặt  Độ giòn tăng  Hàm ẩm tăng dần trong quá trình sấy. Thường ẩm phân bố không đồng đều trong các vật liệu nhất là các vật liệu có kích thước lớn - Biến đổi hóa lý o Khuếch tán ẩm trong giai đoạn đầu của quá trình sấy. Ẩm khuếch tán từ lớp ngoài vào trong vật liệu do dãn nở vì nhiệt. Quá trình này được thực hiện dưới tác dụng của nhiệt khuếch tán và do kết quả co giãn của không khí trong các mao quản, nhiệt sẽ chuyển dời theo hướng từ bề mặt nóng nhất bên ngoài vào sâu trong vật liệu và kèm theo ẩm - Biến đổi hóa học o Tốc độ phản ứng hóa học tăng lên do nhiệt độ vật liệu tăng như phản ứng oxy hóa khử, phản ứng Mailair,.. o Tốc độ phản ứng hóa học chậm đi do môi trường nước bị giảm dần ví dụ phản ứng thủy phân. - Biến đổi hóa sinh o Giai đoạn đầu của quá trình sấy nhiệt độ vật liệu tăng dần và chậm, tạo ra sự hoạt động mạnh mẽ của hệ enzyme nhất là enzyme oxy hóa khử gây ảnh hưởng xấu đến vật liệu. Vì vậy thường diệt peroxydase hay polyphenoloxydase trước khi sấy. o Giai đoạn sấy hoạt động enzyme giảm vì lượng nước giảm o Trong thực tế cho thấy nếu các enzyme không bị mất hoạt tính do xử lý sơ bộ hoặc tác dụng của nhiệt độ trong quá trình sấy có thể dẫn đến hiệu quả tạo màu của polyphenol - Biến đổi sinh học o Vi sinh vật : Có tác dụng làm yếu hay tiêu diệt VSV trên bề mặt vật liệu. Khả năng làm yếu hoạt độ nhiều hơn. Các VSV ở sản phẩm sấy thường khó phát triển nhưng số lượng VSV/ 1 đơn vị sản phẩm thường lớn hơn các sản phẩm lỏng khác. Chú ý: Bào tử VSV hầu như không bị tiêu diêt trong quá trình sấy

-

o Vệ sinh : Trong quá trình sấy Công nghiệp sản phẩm sấy thường lẫn tạp chất gia công như cát sạn, hoặc do vật liệu đưa vào như cuống, cận... Biến đổi cảm quan o Màu sắc: mất sắc tố hay giảm sắc tố do tác dụng của nhiệt độ ( giá trị tuyệt đối ) nhưng tăng giá trị tương đối lên do mất nước đi, vì vậy cường độ màu tăng lên o Mùi : 1 số chất thơm bay hơi theo ẩm và do nhiệt độ bị phân hủy gây tổn thất chất thơm, đặc biệt là các chất thơm của các sản phẩm thực phẩm có nguồn gốc sinh học. Kết quả là trong sản phẩm sấy ngày càng ít thấm các chất thơm hơn so với trước  Trong quá trình sấy chú ý nhiều đến mùi ôi khét (do oxy hóa chất béo hoặc mùi nấu (mùi của fufurol...) Do hiện tượng mất mùi tự nhiên nên nhiều sản phẩm sau sấy thường được bổ sung thêm các chất mùi tự nhiên hay nhân tạo o Vị: Do độ ẩm giảm nên nồng độ chất vị tăng lên . Cường độ vị tăng, nhất là vị ngọt và vị mặn. Vị chua đôi khi giảm đi 1 cách tương đối do lượng acid bay hơi trong sản phẩm sấy giảm

CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CỦA CÔNG ĐOẠN ĐÃ CHỌN

 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1. Tính thông số tác nhân sấy Các kí hiệu G1, G2: lượng vật liệu trước và sau khi sấy (kg/h) Gk: lượng vật liệu khô tuyệt đối đi qua máy sấy (kg/h) W1,W2: độ ẩm của vật liệu trước và sau khi sấy, tính trên căn bản ướt (%) W: độ ẩm được tách ra khỏi vật liệu (kg/h) L: lượng không khí khô (kkk) tuyệt đối qua máy sấy (kg/h) X0: Hàm ẩm của không khí ngoài trời (kg ẩm/kg kkk) X1: Hàm ẩm của không khí trước khi vào buồng sấy (kg ẩm/kg kkk) X2: Hàm ẩm của không khí sau khi sấy (kg ẩm/kg kkk) 2. Độ ẩm vật liệu Ta có o Độ ẩm trước khi sấy của mít W1 = 74,3% o Độ ẩm sau khi sấy của mít W2 = 8% Tính trên căn bản khô:

W1’ =

Tính trên căn bản khô: W2’ =

100 x W1 100 – W1

100 x W2 100 – W2

=74,85%

=8%

3. Cân bằng vật chất cho quá trình sấy Trong quá trình sấy ta xem như không có hiện tượng mất mát vật liệu, trong quá trình sấy tổng khối lượng chất khô không thay đổi nên ta có phương trình sau : G1 ( 100 – W1) = G2 ( 100 – W2)  Năng suất nhập liệu : G1 = 100kg/h

Lượng ẩm bay hơi W=

W1 − W2 100 – W2

x G1 =

74,3 − 8 100 –8

x 100 = 72,07 ( kg/h)

Khối lượng vật liệu sau khi sấy G2 =

G1 ( 100 – W1) 100 – W2

=

100( 100 – 74,3) 100 –8

= 27,93 (kg/h)

Khối lượng vật liệu khô tuyệt đối Gk ’ =

100 𝑥 𝑊

= 𝑊1′ – 𝑊2′

100 𝑥 72,07 74,85 – 8

= 107,8

 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 1. Tính nhiệt các thiết bị cơ bản của sấy thăng hoa Trong quá trình tính toán và thiết kế hệ thống sấy, phần tính toán nhiệt cho quá trình sấy là một phần rất quan trọng trong quá trình thiết kế. Sau khi tính toán nhiệt chúng ta mớ tính toán và chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống sấy như máy lạnh, bơm chân không, tính kích thước bình thăng hoa, bình ngưng tụ ẩm và các thiết bị khác… Các thông số ban đầu của vật liệu sấy -

-

-

Vật liệu ẩm có độ ẩm tuyệt đối: o Độ ẩm của khoai lang trước quá trình sấy là: W1 = 74,3% o Độ ẩm của khoai lang sau quá trình sấy là: W2= 8% Khối lượng vật liệu sấy vào hệ thống sấy trong một mẻ G1= 100kg/mẻ Thời gian sấy τ = 12 giờ Thời gian đưa vật liệu sấy vào và ra khỏi bình thăng hoa: τ’ = 14 giờ Thời gian và khối lượng ẩm cần bốc trong từng giai đoạn:  Quá trình làm lạnh: Thời gian trong giai đoạn làm lạnh là: τ = 1,5 giờ Phần trăm khối lượng ẩm bốc hơi trong quá trình thăng hoa là 15%  Quá trình thăng hoa: Thời gian trong giai đoạn thăng hoa là: τ = 7,5 giờ Phần trăm khối lượng ẩm bốc hơi trong quá trình thăng hoa là  Quá trình thải ẩm dư: Thời gian trong giai đoạn thải ẩm dư là: τ = 3h Phần trăm khối ượng ẩm bốc hơi trong quá trình thải ẩm dư là Nhiệt độ thăng hoa là tth= - 10˚C Nhiệt độ môi trường là tmt= 20˚C

1.1. Tính toán lượng ẩm cần thiết cho từng giai đoạn trong quá trình sấy Khối lượng ẩm cần bốc hơi cho cả quá trình sấy: Ta có công thức tính khối lượng ẩm theo công thức sau: Theo công thức (7-7) sách tính toán và thiết kế hệ thống sấy [1] 𝜔 𝜔 Ga = G1 𝑘1− 𝑘2 1+ 𝜔𝑘1

Trong đó:

W: là khối lượng ẩm cần bốc hơi cho cả quá trình sấy 𝜔𝑘1 : là độ ẩm tuyệt đối trong quá trình sấy 𝜔𝑘2 : là độ ẩm tuyệt đối sau quá trình sấy G1: khối lượng vật liệu sấy vào hệ thống sấy trog một mẻ Thay giá trị bằng số vào ta được: G1 = 100

0,743+0,08 1+ 0,743

= 47,22 kg/mẻ

1.1.1. Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn làm lạnh trong một giờ Ta có công thức sau: W1 = Trong đó

𝑊𝑎1 𝜏1

, kg/h

Wa1: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn làm lạnh W1: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn làm lạnh trong một giờ 𝜏1 : thời gian cần bốc ẩm trong giai đoạn làm lạnh Ta có trong giai đoạn làm lạnh với phần trăm khối lượng là 15% nên ta có: Wa1 = 47,22 . 15% = 7,08 kg Thay vào ta được: W1 =

Wa1 𝜏1

=

7,08 1,5

= 4,72 kg/h

1.1.2. Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn thăng hoa Tương tự ta có công thức sau: W2 =

𝑊𝑎2 𝜏2

, kg/h

Trong đó: Wa2: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn thăng hoa W2: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn thăng hoa trong một giờ 𝜏2 : thời gian cần bốc ẩm trong giai đoạn thăng hoa Ta có trog giai đoạn làm lạnh với phần trăm khối lượng là 65% nên ta có Wa2 = 47,22 . 65% = 30,69 kg Thay vào số ta được: 𝑊 30,69 W2 = 𝑎2 = = 4,09 kg/h 𝜏2

7,5

1.1.3. Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn bốc hơi ẩm dư Tương tự ta có công thức sau: W3 = Trong đó

𝑊𝑎3 𝜏3

, kg/h

Wa3: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn bốc hơi ẩm dư

W3: lượng ẩm cần bốc hơi cho giai đoạn bốc hơi ẩm dư trong một giờ 𝜏3 : thời gian cần bốc hơi ẩm trong giai đoạn thăng hoa Ta có giai đoạn thăng hoa với phần trăm khối lượng là 20% nên ta có Wa3 = 47,22 . 20% = 9,44 kg Thay vào ta được: 𝑊 9,44 W3 = 𝑎3 = = 3,15 kg/h 𝜏3

3

1.2. Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy 1.2.1. Tính toán nhiệt bình thăng hoa Khác với các thiết bị sấy khác, trong bình thăng hoa không có tổn thất nhiệt do: -

Thiết bị truyền tải Qct = 0, KJ Tổn thất ra môi trường Qmt = 0, KJ Tổn thất do tác nhân sấy mang đi Qtns = 0, KJ Như vậy nhiệt lượng tiêu hao trong hệ thống sấy thăng hoa bao được xác định bằng phương trình sau (15-1) [1] Q=QL + QTh + Qd – (Q’ + Q”), [kcal/chu kỳ] Trong đó: QL : Nhiệt tiêu hao trong quá trình làm lạnh QTh : Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy thăng hoa Qd : Nhiệt lượng cần thiết để bay hơi ẩm còn lại sau thăng hoa Q’ : nhiệt tỏa ra của vật liệu trong quá trình làm lạnh từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ thăng hoa. Q” : Nhiệt tỏa ra trong chu kỳ bay hơi ẩm khi hút chân không. Vì Q’ + Q” đang để tiêu hao trong quá trình bay hơi ẩm khi hút chân không nên ta có: QL = Q’ + Q” Vì vậy: Q = QTh + Qd

1.2.2. Nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn thăng hoa Ta có công thức sau: Qth = qth . 𝜏2 (KJ) Trong đó:

qth: lượng nhiệt cần thiết cho quá trình sấy thăng hoa trong một giờ 𝜏2 : là thời gian trong giai đoạn thăng hoa

qth = rth . W2 (KJ/kg) Trong đó: rth là nhiệt ẩm thăng hoa ở nhiệt độ -10oC ta lấy bằng rth = 680 Kcal/kg hay rth = 2843,488 KJ/kg theo [4,6,7] Như trên ta tính được W2 = 4,09 kg/h Do vậy ta được: qth = 2843,488 . 4,09 = 11629,87 kJ/h

Thay số vào ta được nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn thăng hoa Qth = 11629,87. 7,5 = 87223,99 kJ 1.2.3. Nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư Ta có nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư được tính như sau: Qbh = qbh . 𝜏3 (KJ) Trong đó: qbh: lượng nhiệt cần thiết để bay hơi ẩm dư trong một giờ 𝜏2 : là thời gian cần thiết để ẩm bốc hơi trong giai đoạn bay hơi ẩm dư

Như chúng ta thấy ẩm còn lại trong giai đoạn này tồn tại dưới dạng lỏng do nhiệt hóa hơi lấy r = 591 Kcakl/kg = 2471,326 kJ/kg Với W3 = 3,15 kg/h đã được tính ở trên qbh = 2471,326 . 3,15 = 7784,68 kJ/h Do vậy ta tính được nhiệt lượng cần thiết trong giai đoạn bay hơi ẩm dư là: Qd = 7784,68. 3 = 23354,03 kJ 1.3. Tổng nhiệt lượng cho cả quá trình sấy Q = QTb + Qd (kJ) Thay số ta được: Q = 87223,99 + 23354,03 = 110584,02 kJ Hay ta có: q =

Q 𝐺𝑎

=

110584,02 47,22

= 2341,88 kJ/kg ẩm

1.4. Tính toán nhiệt tỏa ra ở bình ngưng - Binh ngưng làm nhiệm vụ đóng băng thoát ẩm ra. Nhiệt tỏa ra trong bình ngưng là: Qk = W’[(r + rb) + C(th – tb)] Trong đó: W’: lượng ẩm cần ngưng tụ r: nhiệt ngưng tụ bay hơi rb: nhiệt đông đặc của nước C: nhiệt dung riêng của hơi Th, tb: nhiệt độ của hơi và của băng Chọn các nhiệt độ như sau Nhiệt độ bay hơi NH3:

tbh = -20°C

Nhiệt độ băng:

tb = - 16°C

Nhiệt độ môi trường:

th = 20°C

Theo bảng 3 nước và hơi bão hòa Nhiệt ẩm hóa hơi của nước r = 2500 kJ/kg Nhiệt độ đông đặc của nước rd = 333,37 kJ/kg Lượng ẩm đóng băng Wb = 7,86 kg/h Thay số vào ta được nhiệt lượng tỏa ra trong bình ngưng Qk = 3,8[(2500 + 333,37) + 1,842.(20 + 16)]=10833,118 kJ/h 1.5. Diện tích đốt nóng của bình thăng hoa Nhiệt trong buồng sấy truyền đến vật bằng bức xạ là chủ yếu (75 ÷ 85). Nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt và đối lưu nhỏ vì vậy trong quá trình tính toán lấy truyền nhiệt bức xạ làm cơ sở, nhiệt truyền bằng dẫn nhiệt và đối lưu chỉ được tính thêm bằng hệ số k= 1,2 ÷ 1.25 Do vậy diện tích bề mặt gia nhiệt là: F=

𝑞𝑡ℎ 4

𝑇

𝑇

4

đn ) −( th ) ]𝐻 𝐾.5,67ɛ𝑞𝑑 [( 100 100

Trong đó:

H : hệ số tương hỗ trợ giữa hai bề mặt song song H=1 qth: nhiệt lượng cần thiết cho quá trình thăng hoa trong một giờ với giá trị được tính ở phần tình nhiệt của thiết bị thăng hoa. Ta có qth = 10833,118 kJ/h = 3009 W Chọn hệ số khi tính đến dẫn nhiệt và đối lưu là k = 1,2 Nhiệt độ tấm đốt nóng là Tđn = 35 + 273 = 308 K Nhiệt độ thăng hoa là Tth = -10 + 273 = 263 K Độ đen quy dẫn là ɛ𝑞𝑑 = 0,867 Thay các thông số vào công thức ta được: 3009 F= = 12,10 m2 308 4 263 4 1,2.5,67.0,867[(

100

) −(

2

Ta lấy tròn là F = 12,10 m

) ]

100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Cảnh (1993), Quy hoạch thực nghiệm, Đại học Bách Khoa TP. HCM. 2. Trần Bích Lam, Tôn Nữ Minh Nguyệt, Đinh Trần Nhật Thu (2004), Thí nghiệm hóa sinh thực phẩm, NXB Đại học quốc gia TP. HCM. 3. Nguyễn Xuân Phương (2003), Kĩ thuật lạnh thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật. 4. Phạm Văn Sổ, Bùi Thị Như Thuận, Bùi Minh Đức (1975), Kiểm nghiệm lương thực thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật. 5. 10.Lê Ngọc Tú (2000), Hóa sinh thực phẩm, NXB Khoa học và kỹ thuật. 6. Hà Duyên Tư (1991), Kỹ thuật phân tích cảm quan, Tổng cục tiêu chuẩn – đo lường – chất lượng. 7. Luanda G. Marques, Maria C. Ferreisa, José T. Freice (2006), “Freezedrying of acerola (Malpighia glabra L.)”, Chemical Engineering and Processing, 46, 451457. 8. Giáo trình “Kỹ thuật sấy” Trần Văn Phú, nhà xuất bản giáo dục năm 2009 9. Tính toán và thiết kế hệ thông – PGS.TSKH. Trần Văn Phú, nhà xuất bản giáo dục. 10. Trần Văn Phú. Tính toán và thiết kế hệ thống sấy. Nhà xuất bản giáo dục. 2001. [1]ư 11. Nguyễn Đức Lợi. Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Năm 1999. 12. Bùi Hải – Trần Thế Sơn, Bài tập nhiệt động truyền nhiệt và kỹ thuật lạnh. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật năm 1997.