Đề tài Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa research for the technology of sublimation lyophilisation (Freeze-Dry)

Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ lần 9 Phân ban Công nghệ Hóa học Trang 1 NGHIEÂN CÖÙU COÂNG NGHEÄ SAÁY THAÊNG HOA RESEARCH FOR THE TECHNOLOGY OF SUBLIMATION LYOPHILISATION (Freeze-dry) Traàn Ñöùc Ba(*), Nguyeãn Taán Duõng(**), Traàn Ngoïc Haøo(**) (*) Tröôøng ñaïi hoïc daân laäp Vaên Lang (**) Tröôøng Ñaïi Hoïc SPKT TP.HCM TOÙM TAÉT Hieän nay coâng ngheä cheá bieán vaø baûo quaûn thöïc phaåm raát ña daïng vaø phong phuù, ñuû ñaùp öùng nhu caàu cho ngöôøi tieâu duøng vaø xuaát khaåu. Thu laïi moät nguoàn teä raát ñaùng keå cho quoác gia noùi chung vaø cho ngaønh thuyû haõi saûn vaø coâng ngheä cheá bieán thöïc phaåm noùi rieâng, tuy nhieân khi duøng caùc coâng ngheä cheá bieán noùi treân noù toàn taïi nhieàu nhöôïc ñieåm chöa giaûi quyeát ñöôïc, ñoù laø caùc saûn phaåm taïo ra bò hao toån haøm löôïng vitamine, muøi, vò vaø maøu saéc töï nhieân thay ñoåi saâu saéc, lipit bò oxy hoaù, protein bò bieán tính khoâng thuaän nghòch, coù theå moät soá loaïi axit amine khoâng thay theá cuûa protein bò phaù huyû trong quaù trình gia coâng cheá bieán. Keát quaû chaát löôïng dinh döôõng thöïc phaåm giaûm raát nhieàu. Chính vì vaäy ôû baøi vieát naøy chuùng toâi ñaõ nghieân cöùu vaø giôùi thieäu moät phöông phaùp cheá bieán tieân tieán nhaát hieän nay ñoù laø coâng ngheä saáy thaêng hoa thöïc phaåm, vôùi phöông phaùp cheá bieán naøy noù taùch nöôùc laøm khoâ saûn phaåm ôû nhieät ñoä thaáp, ôû khoaûng nhieät ñoä töø -450C ñeán 400C. ÔÛ khoaûng nhieät ñoä naøy thì saûn phaåm sau khi cheá bieán coù chaát löôïng dinh döôõng gaàn nhö khoâng thay ñoåi, neáu coù thì xem nhö khoâng ñaùng keå, maët khaùc muøi vò cuûa saûn phaåm sau khi saáy coù muøi vò nhö nguyeân lieäu töôi soáng . Vaø ñaây chính laø saûn phaåm ñònh höôùng cuûa töông laïi. ABSTRACT At present, technological processing and preserving foods are very various and abundant, it’s enough demand for human in Viet Nam and export passing other countries in the world to have profit from that processing food. However, the methods for processing and preserving that were not only a waste of level of vitamine, natural pigments (colour) and natural smells but also denatured proteine (change characteristics of proteine of it), lipid was oxidized …v.v. The result was decreased in nutrient of food and food was not enough quality. For this reason, informations in this paper will introduce the modernest method for processing and preserving foods that is method to freeze-dry, this method drys food in distance of temperature from -450C to 400C not to change characteristics of foods is not denatured, lipid is not oxidized, vitamine and natural pigments (colour) and natural smells is not destroyed. At the moment, The Technology of Sublimation Lyophilization still isn’t developed into perfection as a result the other day, the scientist in the world will be researching into technical lyophilization and researching to transfer heat in environmental vacuum by heat radiations, because of in the fact that in environmental vacuum can not transfer by heat conducting or thermal convection, the heat radiations must have micro- Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ lần 9 Phân ban Công nghệ Hóa học Trang wavelength because it will be accumulated a macro-energy and increased the capability to transfer heat. I.NOÄI DUNG 1. Cô sôû khoa hoïc cuûa coâng ngheä saáy thaêng hoa 1.1. Giaõn ñoà traïng thaùi cuûa nöôùc treân ñoà thò p – t Nöôùc trong thöïc phaåm töï nhieân luoân coù theå toàn taïi ôû ba theå, theå loûng – raén – khí, saáy thöïc phaåm laø laøm caùch naøo ñoù ñeå laáy löôïng nöôùc trong thöïc phaåm ra khoûi nguyeân lieäu ñeå laøm taêng ñoä khoâ, giaûm ñoä aåm keùo daøi thôøi gian söû duïng. Theo nguyeân taéc naøy coù hai phöông phaùp saáy. 2 Phöông phaùp 1: chuyeån nöôùc ôû theå loûng tröïc tieáp sang theå hôi, phöông phaùp naøy laø saáy nhieät bình thöôøng laøm thay ñoåi raát nhieàu ñeán ñaëc tính dinh döôõng cuûa thöïc phaåm. Phöông phaùp 2: chuyeån nöôùc ôû theå loûng sang theå raén sau ñoù taïo ñieàn kieän cho theå raén thaêng hoa, phöông phaùp naøy laø saáy thaêng hoa ôû nhieät ñoä thaáp, ñaây laø moät trong nhöõng phöông phaùp tieân tieán nhaát hieän naøy, bôûi vì noù giöõ laïi toaøn boä ñaëc tính töï nhieân cuõng nhö veà phaåm chaát dinh döôõng cuûa thöïc phaåm. 1.2. Ñoà thò nhieät ñoäng cuûa coâng ngheä saáy thaêng hoa Coâng ngheä saáy thaêng hoa luoân traõi qua ba giai ñoaïn. Giai ñoaïn 1: caáp ñoâng saûn phaåm, chuyeån aåm töø theå loûng sang theå raén. Giai ñoaïn 2: saáy thaêng hoa thöïc phaåm, chuyeån aåm töø theå raén sang theå khí, keát thuùc giai ñoaïn naøy khi nhieät ñoä nguyeân lieäu ñaït 00C vaø aåm töï do bay hôi hoaøn toaøn. Giai ñoaïn 3: saáy chaân khoâng thöïc phaåm, giai ñoaïn naøy chuû yeáu laøm maát aåm lieân keát hoaù lyù ôû trong noù, keát thuùc giai ñoaïn naøy khi xaõy ra söï caân baèng nhieät ñoä, nhieät ñoä nguyeân lieäu ñaït tôùi nhieät ñoä moâi tröôøng saáy vaø nhieät ñoä taám böùc xaï, ñoä aåm cuoái cuøng cuûa saûn phaåm töø (2 ÷ 4 )% raát khoâ. A K O B F D E Raén Loûng Khí t(0C) P(mmHg) F’ D’ E’ a b c 2. Phöông phaùp nghieân cöùu khi nghieân cöùu coâng ngheä saáy thaêng hoa chuùng toâi ñaõ öùng duïng caùc phöông phaùp nghieân cöùu sau ñaây. - Ñeå thieát keá, cheá taïo heä thoáng saáy thaêng hoa chuùng toâi söû duïng phöông phaùp laäp trình treân maùy tímh. 4,58 A K O B P Q Raén Loûng Khí t(0C) P(mmHg) 4,58 0,0098 Hình 2 Bieåu dieãn quaù trình saáy thaêng hoa M N0,0098 Hình 1 Ñoà thò giaûn ñoà P-t cuûa nöôùc Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ lần 9 Phân ban Công nghệ Hóa học Trang 2 0 10 20 30 40 50 45 -10 -20 -30 -40 -50 -45 -35 -25 -15 - 5 15 25 35 N hi eät ñ oä, 1 2 3 5 4 A ùp su aát b uo àng sa áy th aên g Ñeå tìm quy trình coâng ngheä chuùng toâi söû duïng phöông phaùp thöïc nghieäm treân heä thoáng saáy thaêng hoa ñaõ cheá taïo vaø ñoàng thôøi toái öu hoaù quy trình coâng ngheä baèng phöông phaùp quy hoaïch thöïc nghieäm ñeå tìm khoaûng nhieät ñoä caáp ñoâng toái öu vaø nhieät ñoä, aùp suaát chaân khoâng buoàng saáy thaêng hoa toái öu 735,559 mmHg 1h4 6h1 1 Thaêng hoa 5h30 Saáy nhieät Laïnh ñoâng t0C I I II P τ (Thôøi gian Hình 3 Ñoà thò laøm vieäc cuûa buoàng saáy thaêng hoa söû duïng nguoàn nhieät Böùc xaï, nhieät ñoä caáp ñoâng (-35 ÷ -30)0C 1 -nhieät ñoä taám gia nhieät; 2 -nhieät ñoä moâi tröôøng giöõa caùc taám gia nhieät; 3 -nhieät ñoä thöïc phaåm saáy; 4 -nhieät ñoä moâi tröôøng ôû loái ra buoàng thaêng hoa; 5 - ñoä aåm cuûa thöc phaåm 2 1 1 3 3 4 4 5 6 3. Nguyeân lieäu toâm suù (ñoái töôïng nghieân cöùu thöû nghieäm) Toâm suù hieän nay khoâng chæ phaùt trieån ôû Vieät Nam vaø coøn phaùt trieån raát maïnh ôû caùc nöôùc treân theá giôùi nhö Myõ, Thailand, Trung Quoác, caùc nöôùc khu vöïc ñoâng Nam Aù…v.v, nguyeân nhaân cuûa söï phaùt trieån ñoù laø söï öa chuoäng cuûa taát caû moïi ngöôøi treân toaøn theá giôùi. Bôûi vì toâm suù coù giaù trò dinh döôõng raát cao, laø loaïi thöïc phaåm coù nhieàu ñaïm trong ñoù ña phaàn chöùa ñaày ñuû taát caû caùc loaïi axit amin khoâng thay theá, chöùa raát nhieàu vitamin nhoùm B, chöùa raát nhieàu loaïi nguyeân toá ña vi löôïng vaø chöùa moät ít lipit chuû yeáu laø caùc loaïi lipit phöùc taïp ñoùng vai troø laø vitamin F nhö DHA, caùc chaát coù hoaït tính sinh hoïc maïnh…v.v. Noùi chung taát caû thaønh phaàn treân raát boå döôõng caàn thieát cho con ngöôøi. Thaønh phaàn hoaù hoïc cô baûn cuûa nguyeân lieäu toâm suù ñöôïc moâ taû ôû baûng 1 sau ñaây. Baûng 1 : Thaønh phaàn hoaù hoïc cô baûn cuûa toâm suù nguyeân lieäu Nöôùc (%) Protein thoâ (%) Lipit (%) Tro (%) 75,22 ± 0,55 21,04 ± 0,48 1,83 ± 0,06 1,91 ± 0,05 (72,31 ÷ 77,29) (19,25 ÷ 23,45) (1,62 ÷ 2,12) (1,91 ÷ 2,21) Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ lần 9 Phân ban Công nghệ Hóa học Trang 2 Nguyeân lieäu toâm suù Xöû lyù-sô cheá Röûa saïch Xeáp khuoân Caáp ñoâng Saáy thaêng hoa Saáy chaân khoâng Bao goùi – gheùp mí Baûo quaûn Loaïi voû, boû ñaàu Cheá bieán thöùc aên gia suùc Saûn xuaát chitin Hình 5 Quy trình coâng ngheä saáy thaêng toâm suù caàn nghieân cöùu ÔÛ nhieät Tcñ = (-32÷ -29)0C/1,5h Nhieät buoàng saáy Tbth = (35 ÷ 38)0C Thôøi gian (4÷4,6)h. Aùp suaát pbth = (0,2÷0,3)mmHg Nhieät buoàng saáy Tbth = (35 ÷ 38)0C Thôøi gian (2,65÷3,25)h, Aùp suaát pbth = (0,2÷0,3)mmHg Chaàn ôû nhieät ñoä 850C Thôøi gian 10 giaây ÔÛ nhieät ñoä thöôøng. Thôøi gian baûo quaûn toái ña 6 naêm Bao goùi baèng bao nylon Gheùp mí chaân khoâng Saûn phaåm Ñoä aåm saûn phaåm ñaït töø (2 ÷ 4)% 3. Sô ñoà thieát bò heä thoáng saáy thaêng hoa 5. Quy trình coâng ngheä saáy thaêng hoa toâm suù 6. Ñònh möùc vaø giaù thaønh saûn phaåm 6.1.Ñònh möùc nguyeân lieäu: Vì nguyeân lieäu toâm suù saáy thaêng hoa laø toâm côõ nhoû vaø raát nhoû khoaûng 120 con trôû leân môùi ñöôïc 1kg. ÔÛ loaïi toâm naøy thì ñònh möùc cuûa noù khoaûng 5,5kg toâm töôi seõ ñöôïc 1kg toâm khoâ saáy thaêng hoa vôùi ñoä aåm töø 2% ñeán 4%. 6.2.Giaù thaønh saûn phaåm: giaù thaønh saûn phaåm ñöôïc tính nhö sau. +1kg toâm suù töôi côõ nhoû vôùi giaù thò tröôøng 40.000 VND/1kg. Nhö vaäy tieàn mua toâm nguyeâ lieäu laø: 5,5kg x 40.000VND/1kg = 220.000VND +Tieàn chi phí ñieän trong quaù trình saûn xuaát laø: 3Kwh x 10 x 2000 = 60.000VND. Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ lần 9 Phân ban Công nghệ Hóa học Trang +Tieàn nhaân coâng vaän haønh vaø khaáu hao maùy moùc thieát bò laø: 100.000 VND + 100.000 = 200.000VND. Giaù thaønh goác cuûa 1kg toâm suù saáy thaêng hoa laø: 220.000VND + 60.000VND + 200.000VND = 480.000 VND. Trong khi ñoù neáu nhö nhaäp toâm suù saáy thaêng hoa töø Nhaät Baûn hay Haøn Quoác thì giaù thaønh 1kg toâm suù saáy thaêng hoa coù kích côõ töông ñöông ñoä aåm töø 2% ñeán 4% laø: 140USD x 16.000 = 2.240.000VND. Giaù nhaäp naøy gaàn gaáp hôn 5 laàn so vôùi saûn xuaát trong nöôùc. Nhöõng coâng ty saûn xuaát mì aên lieàn, chaùo aên lieàn, laåu aên lieàn…v.v coù nhu caàu saûn xuaát caùc maët haøng cao caáp naøy nhöng khoâng theå thöïc hieän ñöôïc, bôûi vì nguyeân lieäu duøng ñeå saûn xuaát laø toâm saáy thaêng hoa nhaäp töø nöôùc ngoaøi coù giaù thaønh raát cao. 7. So saùnh phöông phaùp cheá bieán saáy thaêng hoa vaø ñoâng laïnh Khi söû duïng phöông phaùp cheá bieán laïnh thì quaù trình saûn xuaát gia coâng coù giaù thaønh nhoû hôn raát nhieàu so vôùi phöông phaùp saáy thaêng hoa khi cuøng laøm ra moät ñôn vò saûn phaåm, vì vaäy tröôùc maét duøng phöông phaùp saáy thaêng hoa seõ laøm taêng giaù thaønh saûn phaåm gaây baát lôïi ban ñaàu. 2 Treân hình 1 seõ thaáy söï bieán ñoåi chi phí theo thôøi gian baûo quaûn. Neáu duøng phöông phaùp cheá bieán ñoâng laïnh thì sau khi saûn phaåm laøm ra thì laïnh phaûi theo suoát trong thôøi gian baûo quaûn ñeå chôø tieâu thuï, chính vì vaäy laøm tieâu toán theâm chi phí laïnh trong thôøi gian baûo quaûn laøm cho chi phí saûn phaåm taêng theo thôøi gian baûo quaûn treân ñoà thò ñöôøng bieåu dieãn laø (1). Coøn khi duøng saáy thaêng hoa tuy chi phí ban ñaàu raát lôùn nhöng saûn phaåm laøm ra baûo quaûn ôû nhieät thöôøng vaø chi phí baûo quaûn saûn phaåm thay ñoåi raát ít xem nhö laø khoâng ñoåi, treân ñoà thò ñöôøng bieåu dieãn laø (2). Neáu nhö ta tính toaùn chi ly ñöôøng (1) vaø ñöôøng (2) caét nhau taïi 6 thaùng, coù nghóa thôøi gian tieâu thuï vaø baûo quaûn < 6 thaùng thì duøng phöông phaùp cheá bieán laïnh seõ coù lôïi, coøn neáu > 6 thaùng thì duøng phöông phaùp saáy thaêng hoa seõ coù lôïi hôn nhieàu. II. Keát quaû nghieân cöùu Baèng phöông phaùp thöïc nghieäm treân heä thoáng maùy saáy thaêng hoa maø chuùng toâi töï thieát keá cheá taïo ñaõ laøm ra saûn phaåm coù keát quaû raát mong muoán, hieän nay chuùng toâi ñaõ vaø ñang hoaøn thieän quy trình, toái öu hoaù quy trình coâng ngheä. Keát quaû nghieân cöùu thöû nghieâm treân ñoái töôïng toâm suù, saûn phaåm laøm ra ñöôïc theå hieän treân hình veõ sau ñaây. Hình 7 toâm suù boùc voû boû ñaàu, hình 8 toâm suù luoäc sô boùc voû boû ñaàu. Qua hai phieân baûn heä thoáng saáy thaêng hoa BS-1, BS-2 do nhoùm nghieân cöùu thieát keá cheá taïo töông ñoái thaønh coâng, nhöng thôøi gian saáy chöa theå ruùt ngaén ñöôïc, trong thôøi gian tôùi chuùng toâi seõ nghieân cöùu thieát keá cheá taïo moät phieân baûn heä thoáng saáy thaêng hoa môùi BS-3, ôû heä thoáng naøy chuùng toâi döï tính seõ töï ñoäng ñieàu khieån baèng maùy tính hoaëc Chi phí Thôøi gian baûo quaûn 6 thaùng (1) (2) C2 C1 Hình 6: Söï thay ñoåi chi phí trong quaù trình baûo quaûn (1): ñöôøng chi phí cuûa ñoâng lanh. Hội Nghị Khoa Học & Công Nghệ lần 9 Phân ban Công nghệ Hóa học Trang Hình 7 : PLC vaø truyeàn nhieät trong moâi tröôøng saáy baèng soùng cöïu ngaén nhö : soùng viba, vi soùng, …v.v coù nhö vaäy môùi ruùt ñöôïc thôøi gian saáy ñeå giaûm chi phí saûn xuaát, giaûm giaù thaønh saûn phaåm thuaän lôïi cho vieäc trieån khai saûn xuaát trong coâng nghieäp. 3 suù boùc voû boû ñaàu saá Saûn phaåm toâm y luo Hình 8 : Saûn phaåm toâm suù äc sô boùc voû boû ñaàu saáy III. Keát luaän vaø baøn luaän 1. Keát luaän Quy trình nghieân cöùu thieát keá cheá taïo thöû nghieäm heä thoáng saáy thaêng hoa BS-1, BS-2 töông ñoái thaønh coâng vaø saáy thöû nghieäm nguyeân lieäu toâm suù, saûn phaåm taïo ra coù chaát löôïng dinh döôõng, maøu saéc, muøi vò, …v.v gaàn nhö khoâng thay ñoåi so vôùi nguyeân lieäu ban ñaàu, saûn phaåm khi duøng coù muøi vò nhö toâm suù coøn töôi, ngöôøi duøng coù caûm giaùc nhö toâm töôi soáng. 2. Baøn luaän Heä thoáng caàn phaûi ñöôïc töï ñoäng hoaù hoaøn toaøn baèng maùy tính hay baèng PLC, caàn phaûi caûi tieán kyõ thuaät trong coâng ngheä thieát bò saáy thaêng hoa nhaát laø thieát bò truyeàn nhieät trong chaân khoâng (truyeàn nhieät trong chaân khoâng khoâng theå baèng ñoái löu hoaëc daãn truyeàn ñöôïc maø laø truyeàn nhieät baèng böùc xaï) truyeàn nhieät phaûi laø soùng cöïc ngaén coù nhö vaäy môùi ruùt ngaén thôøi gian saûn xuaát, giaûm chi phí saûn xuaát, haï giaù thaønh saûn phaåm. Phaûi ñònh höôùng trieån khai saûn xuaát ôû quy moâ coâng nghieäp muoán vaäy caàn phaûi coù thò tröôøng cuûa loaïi saûn phaåm naøy, xaây döïng thöông hieäu quaûng baù thoâng tin saûn phaåm, coù nhö vaäy coâng trình nghieân cöùu coâng ngheä naøy môùi thieát thöïc vaø yù nghóa. Tröôùc maét saûn phaåm naøy ñang laø saûn phaåm cuûa töông lai vì vaäy caàn phaûi coù caùc chính saùch vaø söï ñònh höôùng nghieân cöùu vaø phaùt trieån moät caùch roõ raøng. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1].Vieän só. Gs.TSKH.Traàn Ñöùc Ba – Nguyeãn Vaên Taøi, Coâng ngheä laïnh thuyû saûn, NXB ÑHQG TpHCM, naêm 2004. [2].Traàn Tuaán – Nguyeãn Höõu Chí, Kyõ thuaät saáy thaêng hoa, NXB ÑHQG TpHCM, naêm 2004. [3].Traàn Ñöùc Ba - Phaïm Vaên Boân - Chuomak I.G - Larianovski C.I - Parkhaladze E.G, Coâng ngheä laïnh thöïc phaåm nhieät ñôùi, NXB ÑHBK TpHCM, naêm 1993. [4]. Nguyeãn Taán Duõng – Ñeà taøi thaïc só “Nghieân cöùu saáy thaêng hoa”, Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa TP.HCM – 2005. [5].Reinhold V.N, Drying and Storage of Grains and Oilseeds, New York 1999. [6].Nevekin L.C, Drying and Technique in Drying, Science and Technological Publising, Dofia 1998. Ñòa chæ lieân laïc Nguyeãn Taán Duõng Nhaø rieâng: 137 Ngoâ Gia Töï, phöôøng 2, quaän 10, TP.HCM – ÑT: (08). 8301388 Cô quan: Boä moân: Coâng Ngheä Nhieät, TTHKT – TH, Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät TP.HCM, 18 Leâ Vaên Vieät, quaän 9, TP.HCM – ÑT: (08). 8962867, DÑ: 0918.801670