Thiết bị sấy băng tải năm 2016

t;t2) có thể xác định theo biểu thức sau: Trong đó: Kt: hệ số dẫn nhiệt ẩm [kg/m.s.độ] b: khoảng cách giữa 2 điểm trong vật liệu có nhiệt độ khác nhau t1 và t2 [m]. Hiện tượng dẫn nhiệt ẩm làm cản trở chuyển động của ẩm từ bên trong ra đến bề mặt vật liệu sấy, rõ nhất là bắt đầu giai đoạn tách ẩm liên kết hấp phụ và thẩm thấu. Tổng kết quá trình chuyển dời ẩm trong quá trình sấy sẽ là: mw = mΔw - mΔt VẬN TỐC SẤY Khái niệm về vận tốc sấy u= dWF.dT (kg/m2.h) Trong đó: W: lượng ẩm bay hơi trong thời gian sấy (kg/h) F: tổng bề mặt bay hơi của sản phẩm sấy (m2) T: thời gian sấy (h) Nếu vận tốc sấy không đổi, khi biết vận tốc sấy, thời gian sấy có thể được tính theo công thức: T=Gk .(W1- W2)u.F (h) Trong đó: Gk: khối lượng vật liệu sấy tính theo khối lượng khô tuyệt đối (kg/h) W1, W2: độ ẩm ban đầu và ban cuối của sản phẩm sấy tính bằng kg/kg sản phẩm khô tuyệt đối. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy: - Bản chất của sản phẩm sấy: cấu trúc, thành phần hoá học, đặc tính của liên kết ẩm... - Hình dáng và trạng thái của sản phẩm sấy. - Độ ẩm ban đầu, ban cuối và độ ẩm tới hạn của sản phẩm sấy. - Nhiệt độ, độ ẩm và vận tốc của tác nhân sấy. - Chênh lệch nhiệt độ ban đầu và ban cuối của tác nhân sấy. - Cấu tạo của máy sấy, phương thức sấy và chế độ sấy. Các giai đoạn vận tốc sấy Đường cong vận tốc sấy: biểu thị quan hệ giữa vận tốc sấy và độ ẩm của sản phẩm sấy, được xác định bằng thực nghiệm. Quá trình sấy đến độ ẩm cân bằng gồm các giai đoạn chính: - Giai đoạn đốt nóng sản phẩm sấy, tương ứng với đoạn AB. - Giai đoạn vận tốc sấy không đổi (đẳng tốc), đoạn BK1 . - Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần, tương ứng với đoạn K1C. - Điểm K1 gọi là điểm tới hạn, tương ứng với độ ẩm tới hạn Wth, tại đó xuất hiện ẩm tự do. Việc xác định hai giai đoạn sấy có ý nghĩa quan trọng để thiết lập chế độ sấy phù hợp với từng giai đoạn sấy và từng loại sản phẩm sấy. Tính toán vận tốc sấy Giai đoạn vận tốc sấy không đổi Ẩm được tách ra chủ yếu là do bốc hơi từ bề mặt của sản phẩm sấy, do đó: dW=b.dQ, trong đó b: hệ số tỉ lệ. Mặt khác, dQ = a.F.(tK - ts).dT Trong đó: a: hệ số cấp nhiệt (kcal/m2.độ) F: bề mặt trao đổi nhiệt (m2) tK: nhiệt độ của không khí sấy (oC) ts: nhiệt độ của sản phẩm sấy (oC) T: thời gian sấy trong giai đoạn vận tốc sấy không đổi (s) dW = b.a.F. (tK - ts).dT dW = kt.F. (tK - ts).dT Trong đó : kt [kg/m2.s.độ] = b.a, là hệ số chuyển khối phụ thuộc vào nhiệt độ. Phương trình tính vận tốc sấy trong giai đoạn đẳng tốc sẽ là: u1= dWF.dT=k1.(tk- ts) (kg/m2.s) Động lực của quá trình sấy không chỉ được biểu thị bằng sự chênh lệch độ ẩm, mà còn bằng sự chênh lệch nhiệt độ giữa tác nhân sấy và bề mặt sản phẩm sấy. Ngoài ra nó còn được biểu diễn bằng hiệu số áp suất riêng phần của hơi nước bão hoà của không khí Pbh tương ứng với nhiệt độ bay hơi ở bề mặt sản phẩm sấy và áp suất riêng phần trong không khí Ph, hoặc bằng hiệu số của hàm ẩm không khí trên bề mặt vật liệu sấy Xbh (có thể coi như hàm ẩm này tương ứng với trạng thái bão hoà) và hàm ẩm của không khí sấy Xh. Giai đoạn vận tốc sấy giảm dần (thay đổi) Quá trình sấy xảy ra là phức tạp. Đường cong sấy có thể cong đều hoặc có điểm uốn. Để đơn giản hoá và với mức độ gần đúng, người ta có thể coi như vận tốc sấy giảm theo đường thẳng. Động lực của quá trình sấy là hiệu số giữa độ ẩm của sản phẩm sấy và độ ẩm cân bằng của nó và phương trình có dạng: u2= dW2F.dT= kW.(W- Wcb) (kg/m2.h) Trong đó: W: độ ẩm của sản phẩm sấy (kg/kg chất khô) Wcb: độ ẩm cân bằng của sản phẩm sấy (kg/kg chất khô) kw: hệ số chuyển khối (kg/m2.h) THỜI GIAN SẤY Tính toán thời gian sấy Thời gian sấy là một thông số đặc biệt quan trọng được sử dụng trong tính toán thiết kế và vận hành thiết bị sấy. Thời gian sấy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại vật liệu sấy, hình dáng, kích thước hình học của vật liệu, độ ẩm đầu và cuối của vật liệu, loại thiết bị sấy, phương pháp cấp nhiệt, chế độ sấy. Do đó việc xác định thời gian sấy bằng giải tích gặp nhiều khó khăn. Vì vậy trong tính toán thực tế các thiết bị sấy thời gian được xác định theo thực nghiệm và cả theo kinh nghiệm vận hành. Tuy nhiên trong nghiên cứu các thiết bị sấy mới và để sấy các vật liệu khi chưa có kinh nghiệm người ta phải dựa vào lý thuyết giải tích hoặc nửa giải tích nửa thực nghiệm để tính toán thời gian sấy. Nguyên tắc xác định thời gian sấy bằng giải tích 1- Xây dựng mô hình vật lý phù hợp với vật liệu cần sấy và với một thiết bị sấy nào đó phù hợp với phương pháp cấp nhiệt và chế độ sấy. 2- Từ mô hình vật lý thiết lập mô hình toán học của bài toán truyền nhiệt truyền chất, nghĩa là viết hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất cùng với các điều kiện đơn trị tương ứng. Trong hệ phương trình truyền nhiệt truyền chất phải thể hiện mô hình vật lý một cách toàn diện, chính xác nhưng cũng lược bỏ những nhân tố phụ để mô hình toán học đơn giản và có thể giải được. 3- Giải mô hình toán học để xác định thời gian sấy: Do trong mô hình vật lý và cả mô hình toán học đã được bỏ đi một số những yếu tố vì vậy thời gian sấy xác định bằng giải tích sẽ sai khác với thực tế, cho nên cần phải trải qua thực nghiệm để chỉnh lý cho phù hợp. PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ SẤY Sấy có thể được chia ra hai loại: sấy tự nhiên và sấy bằng thiết bị (sấy nhân tạo). Sấy tự nhiên: quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không có sử dụng thiết bị. Các phương pháp sấy nhân tạo thực hiện trong các thiết bị sấy. Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau. Căn cứ vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại: sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy tiếp xúc, sấy thăng hoa, sấy bằng điện trường dòng cao tần, sấy điện trở... Thiết bị sấy băng tải là thiết bị hoạt động dựa trên phương pháp sấy đối lưu. Vì vậy, tiểu luận chỉ đề cập đến phương pháp sấy đối lưu. THIẾT BỊ SẤY ĐỐI LƯU Nguyên lý hoạt động: - Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy. - Không khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm. Bảng 2.1 so sánh các phương pháp chuyển động khác nhau của tác nhân sấy. - Sấy đối lưu có thể thực hiện theo mẻ (gián đoạn) hay liên tục. Trên hình vẽ dưới là sơ đồ nguyên lý sấy đối lưu bằng không khí nóng. Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu 1 – quạt, 2 – caloriphe, 3 – buồng sấy - Sản phẩm sấy có thể lấy ra khỏi buồng sấy theo mẻ hoặc liên tục tương ứng với nạp vào. Caloriphe 2 đốt nóng không khí có thể là loại caloriphe điện, caloriphe hơi nước v.v... - Kết cấu thực của hệ thống rất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: chế độ làm việc, dạng vật sấy, áp suất làm việc, cách nung nóng không khí, chuyển động của tác nhân sấy, sơ đồ làm việc, cấu trúc buồng sấy... Bảng 1 :So sánh các hình thức chuyển động khác nhau của tác nhân sấy. Hướng chuyển động tác nhân sấy Ưu điểm Nhược điểm Cùng chiều Tốc độ sấy ban đầu cao, ít bị co ngót, tỷ trọng thấp, sản phẩm ít hư hỏng, ít nguy cơ hư hỏng do VSV khó đạt được độ ẩm cuối thấp vì không khí nguội và ẩm thổi qua sản phẩm sấy. Ngược chiều Năng lượng được sử dụng kinh tế hơn, độ ẩm cuối cùng thấp hơn. Sản phẩm dễ bị co ngót, hư hỏng do nhiệt. Có nguy cơ hư hỏng VSV do không khí ẩm, ấm gặp nguyên liệu ướt. Dòng khí thoát ở trung tâm Kết hợp ưu điểm của sấy cùng chiều và ngược chiều nhưng không bằng sấy bằng dòng khí thổi cắt ngang. Phức tạp và đắt tiền hơn so với sấy một chiều. Dòng khí thổi cắt ngang Kiểm soát điều kiện sấy linh hoạt bằng các vùng nhiệt được kiểm soát riêng biệt; tốc độ sấy cao. Đầu tư trang bị, vận hành và bảo dưỡng thiết bị phức tạp và đắt tiền. Đối với quá trình sấy chi phí năng lượng là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế sản xuất, vì vậy khi thiết kế, cần chú ý đến các biện pháp làm giảm sự thất thoát nhiệt, tiết kiệm năng lượng. Ví dụ: - Cách nhiệt buồng sấy và hệ thống ống dẫn. - Tuần hoàn khí thải qua buồng sấy - Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi nhiệt từ không khí thoát ra để đung nóng không khí hoặc nguyên liệu vào. - Sử dụng nhiệt trực tiếp từ lửa đốt khí tự nhiên và từ các lò đốt có cơ cấu làm giảm nồng độ khí oxit nitơ. - Sấy thành nhiều giai đoạn (ví dụ: kết hợp sấy tầng sôi với sấy thùng hoặc sấy phun kết hợp với sấy tầng sôi). - Cô đặc trước nguyên liệu lỏng đến nồng độ chất rắn cao nhất có thể. - Kiểm soát tự động độ ẩm không khí bằng máy tính. THIẾT BỊ SẤY BĂNG TẢI Giới thiệu về máy sấy băng tải Máy sấy băng tải là máy sấy đa năng nhất được sử dụng để sấy nhiều loại sản phẩm với kích cỡ, cấu tạo và hình dạng khác nhau. Ví dụ: hạnh nhân, thức ăn gia súc, than, cao suViệc hiểu sai về quá trình truyền nhiệt truyền khối trong máy sấy sẽ dẫn đến giảm năng suất, tiêu hao năng lượng và chất lượng sấy không đồng đều. Cấu tạo máy sấy băng tải Nhìn chung loại máy sấy này thích hợp để sấy vật liệu dạng hạt có đường kính từ 1 – 50mm, không thích hợp để sấy vật liệu màng và huyền phù đặc. Quá trình sấy lý tưởng khi các sản phẩm xếp chồng lên nhau nhưng không quá dính vào nhau. Sự xếp chồng lên nhau của sản phẩm sẽ giảm được kích thước thiết bị với một thời gian sấy cho trước. Những sản phẩm nhỏ và nhẹ khó gia công có thể được sấy trong máy sấy băng tải nếu máy sấy được thiết kế đúng. Ví dụ: thiết kế một máy sấy băng tải có chiều dòng khí từ trên hướng xuống sẽ giữ được sản phẩm trên băng tải. Thời gian sấy mất khoảng 5 – 240 phút. Thời gian sấy có thể dài hơn đáng kể trong những máy sấy băng tải rất lớn. Các máy sấy băng tải có cấu hình dựa trên sự sắp xếp băng tải và chiều dòng khí. Máy sấy dạng một chặng – một tầng Sơ đồ mấy sấy băng tải một chặng một tầng Máy sấy băng tải loại một chặng. Là loại máy sấy băng tải đơn giản nhất chỉ có một băng tải đơn để vận chuyển sản phẩm. Sản phẩm được phân phối trên băng tải ở phía cấp liệu và được băng tải vận chuyển qua suốt máy sấy. Trong khi đó, những quạt thổi khí gắn trên vỏ máy thổi không khí đi từ trên xuống xuyên qua nó được sử dụng như môi trường làm lạnh. Buồng khí thường đặt bên cạnh băng tải có tác dụng cung cấp không khí nóng và thu khí thải ra khỏi máy sấy. Một số máy sấy loại này có đến hai buồng khí cho phép điều chỉnh dòng khí linh hoạt và sấy đều hơn. Phía cuối máy sấy có bộ phận để làm lạnh những sản phẩm bị đặc lại trước khi đóng gói. Nếu nhiệt độ làm lạnh lớn hơn nhiệt độ môi trường xung quanh, thì không khí trong môi trường sẽ được đưa vào làm lạnh trực tiếp trong máy sấy, ngược lại thì phải được làm lạnh trước. Quá trình dòng khí chuyển động trong máy sấy một chặng – một tầng với một buồng khí đơn. ƯU ĐIỂM Máy sấy được chia thành nhiều khu vực sấy độc lập, ở đó có nguồn nhiệt và quạt tuần hoàn riêng nên sấy đồng đều hơn. Nhiệt độ, tốc độ của dòng khí có thể được điều chỉnh khi vật liệu đi qua máy sấy. Sự tuần hoàn của băng tải cho phép chải sạch băng khi sấy và tạo điều kiện cho bộ phận làm sạch hoạt động dễ dàng. Máy sấy một chặng – một tầng thích hợp sấy những sản phẩm không dính với nhau và không bám lên băng tải. Đặc biệt, đối với những vật liệu giòn không thể vận chuyển từ băng tải trên xuống băng tải dưới. NHƯỢC ĐIỂM Dòng khí phải xuyên qua hết chiều dày của lớp vật liệu quá trình sấy mới được hoàn thành. Các sản phẩm có thể sấy trên loại máy sấy này: những sản phẩm bị giãn nở vì nhiệt, hạnh nhân, gỗ, than, các sợi tổng hợp và các polyme siêu hấp phụ Máy sấy dạng một chặng – nhiều tầng Khắc phục được nhược điểm của máy sấy một chặng – một tầng là dòng không khí không cần phải xuyên qua hết bề dày lớp vật liệu trên một băng. Mô hình máy sấy băng tải dạng một chặng – ba tầng. Nhiều sản phẩm có thể xếp chồng lên nhau dày hơn sau khi chúng được sấy riêng từng phần. Máy sấy một chặng – nhiều tầng cho phép điều khiển những băng tải chạy với tốc độ khác nhau. Bằng cách cho tầng sau chạy chậm hơn tầng trước, người ta có thể tăng chiều dày của lớp vật liệu. Phương pháp này làm giảm kích thước thiết bị so với máy một chặng – một tầng với cùng một thời gian sấy xác định. Sự di chuyển của sản phẩm từ tầng trên xuống tầng dưới làm bẻ gãy những khối sản phẩm đã kết dính tạo điều kiện để sấy đồng đều. Máy sấy một chặng – nhiều tầng là máy sấy đa năng nhất trong các loại máy sấy băng tải. Không chỉ điểu chỉnh được nhiệt độ và vận tốc dòng khí qua lớp sản phẩm mà còn đều chỉnh được bề dày của nó. Loại máy sấy này có một hạn chế là giá thành cao và đòi hỏi không gian lắp đặt lớn. Các sản phẩm có thể sấy bằng loại máy sấy này là: ngũ cốc, hạnh nhân, rau quả, sợi tổng hợp Sơ đồ máy sấy băng tải một chặng – hai tầng Máy sấy dạng nhiều chặng Có nhiều ưu điểm như máy sấy một chặng – nhiều tầng. Những băng tải được xếp chồng lên nhau và chuyển động ngược chiều nhau. Vật liệu đưa vào máy ở băng trên cùng và di chuyển xuống những băng phía dưới. Cấu hình máy sấy kiểu này thường có 2 hoặc 3 chặng, số chặng nhiều hơn 3 hiếm thấy. Máy sấy loại này cho phép điều chỉnh bề dày sản phẩm một cách linh động. Nhưng do khó chia vùng sấy nên không điều chỉnh được nhiệt độ và tốc độ dòng khí. Để có thể chia vùng thì cần bố trí dòng khí liên hợp trong buồng khí và khu vực nguồn nhiệt. Máy sấy băng tải loại ba chặng. Việc bố trí nhiều lớp băng tải dạng này sẽ làm cho việc làm sạch băng tải gặp khó khăn hơn so với máy một chặng – nhiều tầng. Mặc dù có những nhược điểm đó nhưng máy sấy băng tải nhiều tầng là máy sấy băng tải thông dụng nhất trong nhiều ngành công nghiệp. Giá và không gian lắp tương đối nhỏ, khả năng điều chỉnh bề dày sản phẩm khiến nó trở thành máy sấy lý tưởng cho nhiều quá trình sấy. Một số loại sản phẩm được sấy bằng máy sấy này: thức ăn gia súc, ngũ cốc, các vật liệu dạng paste Sơ đồ máy sấy băng tải ba chặng Các bộ phận máy sấy băng tải Hệ thống băng tải Hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm qua máy sấy. Chúng được lắp đặt chắc chắn để chịu sức nặng của sản phẩm và có thể vận chuyển sản phẩm liên tục hàng năm mà ít khi hư hỏng. Chúng thường được làm từ lưới kim loại hoặc tấm kim loại được đục lỗ, những lỗ đó thường có dạng lỗ tròn hay rãnh tròn, những rãnh tròn có khả năng giữ sản phẩm kém hơn lỗ tròn ngoại trừ sản phẩm dẹt. Lưới băng tải có bản tựa tiếp hợp. Việc lựa chọn chính xác kích thước lỗ và phần trăm kích thước lỗ hoặc kích thước lưới có tính quyết định đến hoạt động chính xác của máy sấy, nó phải đủ lớn để dòng khí có thể đi xuyên qua sấy sản phẩm nhưng phải đủ nhỏ để giữ sản phẩm không rớt xuống băng dưới. Nhưng lỗ nhỏ thường bị hút bởi sản phẩm nhỏ, mịn hay dạng vật liệu màng làm cho dòng khí không đi qua được nên tốc độ sấy và sự đồng đều bị giảm. Băng tải được cố định bởi những con chạy hoặc bởi khung chịu lực di động nhằm chịu sức nặng của sản phẩm. Bản tựa để cố định tấm kim loại đục lỗ bao gồm toàn bộ gân chịu lực được thiết kế để chịu sức nặng của sản phẩm mà không cần con chạy hoặc kết cấu chịu lực khác. Nó thường rộng 100 – 300 mm theo hướng chuyển động và 1 – 4m theo chiều ngang của máy. Băng tải được truyền động trực tiếp bởi băng tải khác hoặc bởi dây đai được gắn liền với hai bên con chạy của băng. Truyền động bằng con chạy thường gặp hơn trong sản xuất. Kết cấu của băng tải phụ thuộc vào vật liệu được sấy. Sản phẩm được tính toán trước mức tiêu thụ của con người hoặc có tính chất ăn mòn đòi hỏi băng tải bằng thép không gỉ, thường dùng AISI 300. Ví dụ như 304 hay 316 là thông dụng nhất. Tuy nhiên một số loại AISI 400 như 409 cũng được sử dụng. Những sản phẩm khác được sấy bằng thép cacbon. Miễn là sự đông dặc trên băng tải được tránh khi máy sấy ngừng hoạt động thì băng tải làm bằng thép cacbon cũng bền như băng tải làm bằng thép không gỉ. Khi sản phẩm được xếp chồng lên từ 25mm đến 1m trên băng tải thì một số phương pháp giữ sản phẩm ở hai bên của băng phải được hợp nhất vào trong thiết kế. Việc này được hoàn thành bởi rãnh dẫn hướng ở hai bên. Rãnh động được nối liền với bản tựa để cố định phần dưới của băng tải và rãnh tĩnh được gắn với khung của máy sấy. Khe hở giữa thanh dẫn động và thanh dẫn tĩnh phải không rò rỉ sản phẩm và hạn chế tối đa sự chuyển dòng của không khí. Trong một số trường hợp thanh dẫn tĩnh có thể được đệm kín trực tiếp với băng tải để di chuyển mà không cần sử dụng thanh dẫn động. Vỏ máy sấy Vỏ máy sấy được thiết kế bằng một khung thép với bản cách âm và cửa giữ nhiệt. Vỏ máy phải chứa được không khí nóng và chống lại sự ăn mòn. Những máy sấy dùng để sấy thực phẩm, sấy những sản phẩm ăn mòn hoặc được vệ sinh bằng nước thì có vỏ được làm bằng thép không gỉ. Vỏ máy được thiết kế đúng sẽ dễ dàng vệ sinh, kiểm tra và bảo dưỡng. Quạt khí Quạt sử dụng trong máy sấy có thể được gắn trong hoặc ngoài máy. Có hai loại: quạt tuần hoàn không khí qua các băng tải và quạt xả khí ra từ máy sấy. Quạt tuần hoàn được gắn vào trong vỏ máy là quạt ly tâm, cánh quạt không nằm trong “scroll fan”, nó làm tăng áp lực ở ngăn mà nó được gắn. Quạt được thiết kế đúng và đặc điểm của quạt quyết định đến hoạt động của băng tải. Hầu hết máy sấy băng tải có thể sấy được nhiều loại sản phẩm ở nhiều lưu lượng khác nhau. Nên quạt được chọn không nhạy với sự thay đổi về sản phẩm sấy hay lưu lượng sấy. Đa số quạt được sử dụng là loại quạt ly tâm có cánh nghiêng về phía sau. Quạt này được chọn vì lưu lượng lớn, hiệu suất cao, ít tiếng ồn và giá tương đối thấp. Một loại “scroll fan” Quạt ly tâm có cánh nghiêng ra sau . Nguồn nhiệt Nhiệt trong máy sấy băng tải thường được cung cấp trực tiếp do đốt cháy khí thiên nhiên hoặc gián tiếp do hơi nóng trong óng xoắn. Tuy nhiên một số nguồn nhiệt khác cũng được sử dụng như: khí LB, dầu mazut, nhiên liệu lỏng hoặc lò nung điện. Nguồn nhiệt được lắp đặt ngay sau quạt tuần hoàn. Trong một số trường hợp như: khi sử dụng dầu mazut với thực phẩm cho người hoặc khi một lượng bụi lớn bị lôi cuốn theo dòng khí nhiệt được truyền không trực tiếp qua thiết bị trao đổi nhiệt gió – gió. Một số trường hợp khác như tận dụng nguồn khí thải có độ ẩm thấp nhưng nhiệt độ cao từ những quá trình khác hoặc việc đốt nóng trực tiếp trong quá trình tuần hoàn khí không thực hiện được, người ta có thể sử dụng không khí nóng để bổ sung một phần nhiệt lượng cho máy sấy. Tiếp liệu Máy tiếp liệu là một trong những bộ phận quan trọng nhất của máy sấy băng tải. Trong các hệ thống sấy đối lưu bắt buộc dòng khí qua sản phẩm phải đồng đều. Quá trình truyền nhiệt và truyền khối trong hệ thống này tỉ lệ với vận tốc dòng khí qua vật liệu. Mô tả sự quan trọng của máy tiếp liệu. Dòng khí sẽ ưu tiên qua những khu vực có lớp vật liệu mỏng hơn do trở lực nhỏ hơn. Nên lớp vật liệu khô hơn phần còn lại. Sản phẩm có thể được tải lên băng tải theo một số cách. Người ta có thể sử dụng loại máy tiếp liệu có máng rung hoặc băng tải rung để rải đều sản phẩm trên băng tải. Máy tiếp liệu rung Các bộ phận khác Những sản phẩm như ngũ cốc có khung hướng dính lại với nhau hoặc bám lên băng tải. Khối sản phẩm bám lên băng tải là một vấn đề trong quá trình sấy khi không khí không xuyên qua được. Sự dính của sản phẩm lên băng tải cũng là một vấn đề làm cho sản phẩm không di chuyển xuống băng tải kế tiếp hoặc đổ ra ngoài. Một số phụ kiện có thể giúp giải quyết vấn đề này. Máy ghè đục hoặc máy khoan, bao gồm một trục quay có những đinh lớn. Những cái đinh này xuyên qua và bẻ gãy khối sản phẩm hoặc giúp gỡ bỏ chúng ra khỏi băng tải. Những phụ kiện này phải được đặt vào đúng vị trí cần thiết, nếu đặt sai vị trí các sản phẩm sẽ dính lại với nhau hoặc sẽ gây hư hỏng sản phẩm. Những bàn chải cũng có thể được sử dụng để làm sạch băng tải. Một loại chải băng tải. Những phụ kiện khác có thể được thêm vào máy sấy băng tải như hệ thống CIP (Clean – In – Place), hệ thống thu hồi nhiệt, hệ thống xả khí thải, hệ thống điều khiển tự động. Sự lựa chọn máy sấy và kích thước Bước đầu tiên trong việc lựa chọn máy sấy băng tải là chọn cấu hình chính xác phù hợp với vật liệu được sấy. Trong một số trường hợp cấu hình máy sấy không chỉ được quyết định bởi sản phẩm mà còn bởi giá thành và không gian lắp đặt. Máy sấy kiểu một chặng – nhiều tầng là loại máy sấy đa năng nhất. Tuy nhiên, nó đòi hỏi vốn đầu tư và không gian lắp đặt lớn. Một khi đã xác định được cấu hình máy sấy thì kích thước máy sấy có thể được chọn sao cho phù hợp. Sự định cỡ máy sấy có thể dựa trên mô hình lý thuyết, thử trong phòng thí nghiệm hoặc kinh nghiệm sản xuất trước đây đối với từng loại sản phẩm. Mặc dù, phương pháp sử dụng mô hình lý thuyết phù hợp để phát triển một mô hình chung cho tất cả các sản phẩm nhưng nó không bao giờ thay thế được các phương pháp như kiểm tra trong phòng thí nghiệm hoặc dựa trên kinh nghiệm trong sản xuất. Hầu hết những kinh nghiệm trong quá trình sấy băng tải rất khó dự đoán trên lý thuyết. Ví dụ như tính thấm của băng tải sản phẩm sẽ thường không tuyến tính với sự tăng chiều dày của lớp vật liệu. Với một số sản phẩm ẩm ướt, tính thấm của lớp sản phẩm sẽ giảm khi những hạt vật liệu ép chặt lại với nhau và lắp kín lên băng tải. Những ảnh hưởng khác như trường hợp sự đông cứng, sản phẩm sẽ kết lại thành khối và chất lượng sản phẩm cũng khó được dự đoán theo mô hình lý thuyết. Cần phải thực hiện việc kiểm tra trong phòng thí nghiệm để xác định giới hạn nhiệt độ cho chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu. Ví dụ: mùi vị của nhiều sản phẩm sẽ giảm bớt nếu nhiệt độ quá cao. Những thí nghiệm đối với mẫu sản phẩm nhỏ đóng vai trò quyết định đến việc lực chọn kích cỡ của máy sấy băng tải. Quá trình hoạt động liên tục của máy sấy có thể được mô hình hóa trong phòng thí nghiệm bằng những tủ sấy hoạt động ổn định, riêng lẻ. Trong tủ sấy, nhiệt độ và chiều hướng dòng khí tác động lên sản phẩm thay đổi sao cho phù hợp với quá trình sấy bằng băng tải. Tuy nhiên, quá trình sấy thử nghiệm bằng tủ sấy không thể mô tả đúng được quy trình sấy băng tải trong thực tế. Vì lý do đó các sản phẩm đã được chạy thử trên máy sấy băng tải hoạt động liên tục trong phòng thí nghiệm. Việc sấy thử nghiệm bằng băng tải có ý nghĩa hơn so với việc kiểm tra bằng tủ sấy, tuy nhiên mô hình sấy thử nghiệm bằng băng tải vẫn còn có nhiều hạn chế so với quá trình sấy bằng băng tải trong thực tế. Thế nhưng kết quả của quá trình sấy thử nghiệm bằng băng tải cũng đáng tin cậy. Khi sản phẩm sấy được xếp chồng lên nhau thì rất khó để xác định diện tích bề mặt được sấy. Đây là một đại lượng cần thiết để xác định lượng nhiệt trao đổi bằng công thức: Q = h.A.∆T Trong đó: h: hệ số truyền nhiệt (kW/m2.0C) ∆T: chênh lệch nhiệt độ giữa dòng khí và sản phẩm Q: nhiệt trao đổi (kW) A: diện tích bề mặt trao đổi (m2) Nhưng diện tích bề mặt là một thông số khó xác định được khi sấy sản phẩm xếp chồng lên nhau. Vì vậy, ta thường xác định nhiệt trao đổi theo công thức: Q = hV.V.∆T Trong đó: V: thể tích khối sản phẩm cần sấy (m3) hV: hệ số truyền nhiệt qua một đơn vị thể tích (kW/m3.0C) Thể tích của lớp vật liệu thì dễ xác định hơn nhiều so với diện tích bề mặt sấy. Khi xác định được giá trị hV cho mỗi sản phẩm tại một tốc độ dòng xác định thì ta có thể tính toán được năng suất máy sấy đối với từng nhiệt độ dòng khí khác nhau và chế độ hoạt động khác nhau. Khi sử dụng công thức Q = hV.V.∆T thì ta phải xác định rõ ∆T được tính trong điều kiện như thế nào. Khi dòng khí đi qua lớp sản phẩm nhiệt độ của nó có thể thay đổi đột ngột. Tốt nhất là xác định giá trị ∆T trung bình qua lớp băng tải sản phẩm. Thông thường ta xác định kích thước một máy sấy dựa trên những kinh nghiệm sản xuất trước. Hầu hết các hãng sản xuất có những kho dữ liệu lớn từ thực nghiệm nên có thể xác định kích thước của máy sấy. Thông số xác định kích thước là thời gian sấy, đối với mỗi chế độ hoạt động khác nhau thì thời gian sấy là khác nhau. Bảng 1 cho biết thời gian sấy ứng với một số loại sản phẩm. Một khi kích thước và cấu hình của máy sấy được xác định thì ta có thể tính toán được kích thước của các bộ phận dựa trên phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng. Bảng 1: Ta tính cân bằng nhiệt lượng, cân bằng vật chất đối với nước; cân bằng vật chất đối với cấu tử khô, và cân bằng vật chất đối với một số cấu tử dễ bay hơi khác. Bảng 2 trình bày các kết quả tính được từ cân bằng nhiệt lượng cho một máy sấy có 4 khu vực sấy và 2 tầng sấy. Khu vực sấy 1, 2 cho tầng đầu tiên và khu vực sấy 3, 4 cho tầng thứ 2. Sản phẩm được sấy là ngũ cốc. Bảng 2: Nhiệt cung cấp cho sản phẩm: Nhiệt cung cấp cho sản phẩm được tính dựa trên nhiệt dung riêng của sản phẩm và độ thay đổi nhiệt độ. Tổng lượng nhiệt trao đổi để làm tăng nhiệt độ cho sản phẩm là: Qp = m.Cp.∆T = 5000 (kg/h).1/3600(h/s).1,9(kJ/kg.oC).(80 – 25)(oC) = 145 (kW) Nhiệt làm bốc hơi nước có thể được tính dựa trên sự thay đổi entanpi của nước. Ở ví dụ trên, nước trong vật liệu ở dạng lỏng tại 250C có entanpi bằng 105 kJ/kg và khi ra khỏi máy sấy ở dạng hơi tại nhiệt độ trung bình là 83oC có entanpi bằng 2650 kJ/kg. Tổng lượng nhiệt bốc hơi nước là: QE = m.(hv – hw) = 1786 (kg/h). 1/3600(h/s).(2650 – 105) (kJ/kg) = 1263 (kW) hv: entanpi của hơi nước ở 83oC hw: entanpi của nước ở 25oC Khí bổ sung đưa vào máy sấy ở 25oC và ra khỏi máy sấy ở nhiệt độ trung bình là 83oC. Tổng lượng nhiệt cấp cho khí thải là: QA = mA.CpA.∆TA = 20500 (nm3/h).1,29 (kg/m3) .1/3600 (h/s) .0,9 (kJ/kg.oC) .(83 – 25) (oC) = 383 (kW) Mất mát: tất các bị mất mát nhiệt. Mức độ mất mát này phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa dòng khí và môi trường xung quanh, sự cách nhiệt giữa thiết bị và môi trường có tốt hay không. Việc tính toán lượng nhiệt mất mát này rất phức tạp. Thông thường người ta coi lượng nhiệt mất mát bằng 7% tổng lượng nhiệt cung cấp. Hoạt động và vận hành của máy sấy băng tải Nhiệt độ dòng khí Sự biến đổi nhiệt độ của không khí trong máy sấy thường được sử dụng để điều khiển tốc độ sấy. Nếu nhiệt độ không khí tăng, tốc độ sấy tăng và ngược lại. Nếu sản phẩm ra khỏi máy sấy quá ẩm, người ta cần tăng nhiệt độ dòng khí để giảm độ ẩm của sản phẩm đến giá trị cần thiết. Đa số sản phẩm có giới hạn nhiệt độ cao nhất hoặc thấp nhất. Mặc dù, nhiệt độ của sản phẩm trong máy sấy được quyết định bởi nhiệt độ dòng khí, nhưng phải hiểu rằng nhiệt độ của sản phẩm trong máy sấy lúc nào cũng nhỏ hơn nhiệt độ của dòng khí do sự tự bay hơi làm mát. Tuy nhiên, nếu sản phẩm được sấy đến độ ẩm quá thấp, gần như là khô hoàn toàn thì tốc độ bay hơi giảm và nhiệt độ của sản phẩm gần như bằng nhiệt độ dòng khí. Trong một số quá trình, nhiệt độ của dòng khí có thể được điều chỉnh một cách tự động. Nếu máy đo độ ẩm được gắn trong máy sấy thì nó có thể được sử dụng trong hệ thống điều khiển để điều chỉnh tự động nhiệt độ dòng không khí. Bởi vì thời gian sản phẩm qua máy sấy rất dài, kiểu điều chỉnh độ ẩm này sẽ hiệu quả nếu độ ẩm của vật liệu đưa vào máy sấy được đo và vòng điều khiển nhập liệu để thiết lập nhiệt độ dòng khí. Những phương pháp điều chỉnh độ ẩm khác sử dụng một bộ cảm biến nhiệt để lắp vào máy sấy băng tải. Độ giảm nhiệt độ qua lớp sản phẩm có thể được sử dụng để tính lượng nhiệt trao đổi trong quá trình sấy. Ví dụ: nếu độ ẩm của sản phẩm trong máy sấy giảm thì lượng nhiệt trao đổi sẽ giảm. Một bộ cảm biến nhiệt sẽ nhận ra điều này qua sự tăng nhiệt độ dòng khí khi ra khỏi máy sấy và điều chỉnh lại cho đúng. Thời gian lưu và chiều dày lớp vật liệu trên băng tải Thời gian lưu của sản phẩm trong máy sấy là một thông số quan trọng được sử dụng để điều chỉnh quá trình sấy. Đại lượng này phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của băng tải. Nếu băng tải chuyển động chậm, sản phẩm sẽ được sấy lâu hơn nhưng chiều dày sản phẩm sẽ tăng. Để quá trình sản xuất tốt nhất tại một nhiệt độ khí thấp nhất có thể, băng tải phải chuyển động thật chậm và lớp vật liệu không được quá dày, nếu quá dày thì dòng không khí khó thể xuyên qua lớp vật liệu.Với một số sản phẩm khác nếu chúng quá dày sẽ gây ra hiện tượng sản phẩm kết lại thành khối hoặc gây hại cho sản phẩm. Đối với mỗi loại sản phẩm và mỗi loại băng tải có một chiều dày tối ưu riêng. Đối với băng tải đầu tiên trong máy sấy băng tải nhiều chặng hoặc máy sấy băng tải một chặng – nhiều tầng, lớp vật liệu thường mỏng hơn so với các băng tải tiếp theo. Một khi bề mặt của lớp vật liệu được sấy từng phần, các vật liệu có thể được xếp chồng lên nhau mà không dính vào nhau hoặc bị biến dạng. Tốc độ dòng khí Tốc độ dòng khí qua băng tải thường được cài đặt trong giai đoạn thiết kế và không phải là một thông số có thể được điều chỉnh. Trong một số trường hợp khi mà máy sấy băng tải được dùng để sấy những sản phẩm có mật độ thể tích lớn thì những phương pháp điều chỉnh tốc độ dòng khí cũng được thiết kế tương ứng. Người ta đặt một bộ giảm tốc vào trong quạt tuần hoàn hoặc điều khiển tốc độ của quạt. Bộ phận này có thể giảm tốc độ dòng khí đối với sản phẩm nhỏ và nhẹ để giảm sự lôi cuốn sản phẩm theo dòng khí. Độ ẩm của dòng khí Độ ẩm của dòng khí vào trong máy sấy là một thông số quan trọng. Nếu độ ẩm cùa không khí quá cao sẽ làm giảm khả năng sấy và ăn mòn kim loại, ngược lại sẽ tiêu hao nhiều năng lượng và đối với một số sản phẩm bề mặt sẽ bị cứng lại. Chính vì sự quan trọng đó nên hầu hết các máy sấy sử dụng bộ cảm biến ẩm đặt trong những khu vực sấy. Bộ phần này thường được gắn với bộ phận điều chỉnh khí xả hoặc gắn với quạt xả khí để điều chỉnh lượng khí xả dựa trên lượng ẩm trong máy sấy. Sự thu hồi nhiệt Mặc dù phần lớn năng lượng tiêu hao cho việc bốc hơi nước nhưng vẫn có một phần đáng kể năng lượng bị mất mát. Cách đơn giản nhất để giảm mất mát là sử dụng khí bổ sung đã được làm nóng sơ bộ. Phương pháp này làm lượng nhiệt được sử dụng trong máy sấy đạt giá trị nhỏ nhất. Trong nhiều trường hợp một máy sấy băng tải được lắp nối tiếp với máy làm lạnh, nếu máy làm lạnh sử dụng không khí trong môi trường làm môi chất lạnh thì nó có thể sử dụng làm khí bổ sung cho máy sấy. Nếu không có nguồn nhiệt đun nóng không khí trước thì entanpi của khí thải có thể được sử dụng để đun nóng khia bỏ sung qua một thiết bị trao đổi nhiệt. Thiết bị trao đổi nhiệt gió – gió thường được sử dụng. Mặc dù hệ thống thu hồi nhiệt có thể giảm nhiệt độ tiêu hao xuống khoảng 10%, nhưng chi phí tiết kiệm được phải lớn hơn chi phí cho sự hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt. Hệ thống này nên được kiểm tra và làm sạch định kỳ. Vệ sinh máy sấy Việc thiết kế bộ phận vệ sinh cho máy sấy băng tải rất quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vật thực phẩm. Phải vệ sinh máy thường xuyên để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật trong máy sấy. Những vết nứt trên vỏ máy sấy là nơi có nhiều hạt nhỏ, bột thực phẩm, nó thì rất khó để làm sạch nên tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển. Ở những nơi rửa bằng nước càng làm tăng khả năng phát triển của vi sinh vật. Nếu bột ẩm còn lại trong khe nứt không được gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết để giết chết vi sinh vật thì một tình trạng nguy hiểm có thể xảy ra. Tất cả các hệ thống xử lý thực phẩm đều có khả năng giải quyết mối nguy hại đến từ vi sinh vật. Việc thiết kế hệ thống vệ sinh máy sấy bao gồm ba bước. Đầu tiên sản phẩm phải được giữ lại tốt trên băng tải. Phương pháp này không chỉ loại trừ những khu vực sản phẩm có thể rò rỉ qua băng tải mà còn điều khiển đúng tốc độ dòng khí trong máy sấy để hạn chế tối đa sự lôi cuốn những vật liệu nhỏ theo dòng khí. Những khu vực này có khuynh hướng chứa nhiều hạt vật liệu nhỏ bị lôi cuốn bởi dòng khí. Cuối cùng, việc thiết kế được xem là thành công khi máy sấy cho phép vệ sinh dễ dàng tất cả mọi vị trí bên trong. SỰ BIẾN ĐỔI CHẤT LƯỢNG THỰC PHẨM TRONG QUÁ TRÌNH SẤY VÀ BẢO QUẢN TRÁI CÂY VÀ RAU QUẢ Hầu hết các loại trái cây và rau quả đều được sấy bằng công nghệ sấy khí nóng. Đây là công nghệ sấy đơn giản nhất và tiết kiệm nhất so với các phương pháp khác. Trong phương pháp sấy bằng khí nóng, khí sẽ được đưa vào tiếp xúc với nguyên liệu ẩm cần được làm khô tới độ nóng và độ chuyển chất nhất định. Có hai vần đề quan trọng, trong quá trình chuyển khối là lượng nước tới bề mặt của nguyên liệu cần sấy và sự loại bỏ hơi nước khỏi bề mặt nguyên liệu. Để có được sản phẩm sấy có giá trị dinh dưỡng cao thì quá trình loại nước phải xảy ra nhanh chóng. Có bốn thông số chính ảnh hưởng đến vận tốc và tổng thời gian sấy lý tính của thực phẩm, đặc biệt là hình dáng và kích thước các hạt . Các thông số vật lý như nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc dòng khí và chỉ số thiết kế thiết bị Việc lựa chọn phương pháp sấy đới với từng loại thực phẩm được quyết định bởi yêu cầu về chất lượng, nguyên liệu và vấn đề kinh tế. Sự mất mát hàm lượng vitamin A và vitamin C Trái cây và rau quả ngoài hàm lượng chất khoáng còn chứa một hàm lượng lớn vitamin C và tiền vitamin A. Vì vậy, nó cũng có tác động nhất định đến hiệu suất của quá trình tách nước. Các nhà khoa học đã có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của các kỹ thuật công nghệ lên các chất dinh dưỡng có trong thực phẩm. Sự tác động của khâu xử lý nguyên liệu, sấy sơ bộ, quá trình tách nước, bảo quảncó thể làm mất đi một lượng đáng kể vitamin C và carotene. Ví dụ: Carotene hoàn toàn được giữ lại trong hạt tiêu xanh. Đối với quả đào, 72.7% lượng carotene vẫn còn được giữa lại trong quá trình xử lý sơ bộ. Sau quá trình sấy, lượng carotene giảm đi 37.7%... Việc giữ lại hàm lượng vitamin C trong suốt quá trình sấy sơ bộ và khử nước, phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu tự nhiên.Vì vậy, đối với hồ tiêu xanh hầu hết lượng giảm vitamin C xảy ra trong suốt quá trình bảo quản. Trong khi đó, quá trình khử nước lại làm mất một lượng đáng kể vitamin C trong quả đào. Nhìn chung, quá trình sấy nhanh sẽ giữ lại được hàm lượng vitamin C nhiều hơn với quá trình sấy chậm. Do đó, lượng vitamin C có trong mô của rau quả bị mất đi khá nhiều khi sấy khô bằng năng lượng ánh sáng mặt trời (quá trình phơi khô sản phẩm). Trong khi đó, quá trình tách nước đặc biệt là bằng phương pháp sấy phun, phương pháp sấy thăng hoa sẽ giảm sự mất mát dưỡng chất có trong thực phẩm. Sự tác động của việc sấy bằng năng lượng ánh sáng mặt trời lên vitamin C làm lượng vitamin giảm đi 21-58%. Lượng giảm này phụ thuộc vào bản chất của rau quả. Một cuộc nghiên cứu về sự thay đổi chất lượng của cà rốt trong quá trình sấy thăng hoa và sấy bằng khí nóng đã chỉ ra rằng giá trị của axit ascorbic sẽ biến đổi từ 15.97 mg/100g đối với mẫu sấy bằng khí nóng tới 33.39 mg/ 100g đối với mẫu sấy thăng hoa. Tổng độ giảm α- và β- carotene trong quá trình sấy bằng khí nóng là 19.2% . Đối với quá trình sấy bằng vi sóng, lượng chất trên giảm 3.2%. Sự giảm hàm lượng vitamin C thực chất là do chất tẩy trắng. Nhìn chung, thật khó để so sánh sự mất hàm lượng các vitamin trong quá trình khử nước. Vì việc bảo tồn được hàm lượng vitamin trong quá trình khử nước phụ thuộc rất nhiều vào bản chất thực phẩm, quá trình xử lý mẫu, quá trình sấy sơ bộ và điều kiện sấy như kỹ thuật sấy, thời gian, nhiệt độ Giảm sắc tố tự nhiên của rau quả Màu sắc vốn là một yếu tố rất đặc trưng của thực phẩm. Sản phẩm thực phẩm sản xuất ra có hấp dẫn và thu hút người tiêu dùng hay không, còn do màu sắc của thực phẩm quyết định. Chính vì thế, các chỉ số được đưa ra đặc trưng cho từng loại thực phẩm khác nhau ngày càng nhiều và càng được chú trọng nhiều hơn trong quá trình sản xuất thực phẩm. Trong số những chất màu có trong rau quả thì carotenoid và chlorophyl chiếm một hàm lượng đáng kể. Vì vậy, việc bảo quản những sắc tố này trong suốt quá trình sấy là một vấn rất quan trọng giúp cho sản phẩm vừa thơm ngon, vừa hấp dẫn người tiêu dùng. Carotenoid dễ bị phân hủy trong bởi sự oxi hóa trong suốt quá trình khử nước vì mức độ không bão hòa cao trong cấu trúc hóa học của chúng. Phần lớn carotenoid tồn tại trong thực phẩm dưới dạng carotene và xanthophyl. Việc tách các tạp chất trong suốt quá trình tẩy trắng thực phẩm cũng làm ảnh hưởng đến độ bền của carotenoid trong suốt quá trình sấy và bảo quản. Sự phá hủy cấu trúc của carotenoid sẽ tăng theo sự chiết tách các tạp chất là ít hay nhiều. Việc theo dõi sự ảnh hưởng của hoạt độ nước, muối, metabisulfite và embanox - 6 trong độ bền của carotenoid trong việc sấy khô cà rốt đã cho thấy rằng hàm lượng sắc tố carotenoid bền nhất ở 0.43 aw, và nếu có thêm muối, metabisulfite và embanox - 6 sẽ giúp giữ lại độ bền cho carotenoid khi sấy cà rốt. Tầm quan trọng của chlorophyl trong chế biến thực phẩm được gắn liền với sự thể hiện của sắc tố đó trên rau quả. Tuy nhiên, lại có rất ít khảo sát được thực hiện để kiểm tra hàm lượng chất này trong rau quả sau khi đã khử nước trong suốt quá trình sấy. Người ta nhận thấy rằng, chlorophyl khá bền trong thực phẩm có độ ẩm thấp. Sự biến đổi chlorophyl phụ thuộc vào nhiệt độ, pH, thời gian, độ hoạt động của enzyme và độ sángChlorophyl thường biến đổi thành pheophytin trong môi trường bảo quản là axit. Quá trình oxi hóa và độ giảm hương vị trong thực phẩm Đặc điểm hương vị sản phẩm đã được sấy khô là một yếu tố quyết định đến khả năng tiêu thụ của sản phẩm trên thị trường. Hương vị của thực phẩm có thể bị biến chất rất nhiều trong khâu chuẩn bị nguyên liệu trước khi sấy, trong suốt quá trình sấy và bảo quản Hương vị tự nhiên của thực phẩm có thể bị phá hủy do những nguyên nhân sau: quá trình vận chuyển, việc trì hoãn quá trình sản xuất, bị chiếu sáng ở nhiệt độ cao và cả sự tác động của hóa chất. Sự duy trì hương vị là đặc biệt quan trọng đối với thực phẩm có hương vị được cấu tạo có tính chất dễ bay hơi, chẳng hạn như củ hành. Sự biến đổi hương vị xảy ra trong quá trình tách ẩm nguyên liệu. Tuy nhiên, ngoài quá trình tách ẩm các phản ửng hóa học đặc biệt là phản ứng oxi hóa và phản ứng NEB (phản ứng sẫm màu phi enzyme) cũng góp một phần không nhỏ làm giảm hương vị thực phẩm. Nhìn chung, thực phẩm được sấy thăng hoa nhiều hơn so với sấy bằng khí nóng, ngoại trừ trường hợp sấy hành. Đối với sản phẩm được sấy bằng khí nóng sẽ có hương vị nồng hơn do các cấu tử hương dễ bay hơi sẽ được giữ lại trong thực phẩm bởi sự co ngót. Đối với các sản phẩm được sấy bằng khí nóng hay sấy thăng hoa thì sự ôi thiu vẫn luôn diễn ra trong suốt quá trình bảo quản. Mức độ biến đổi của thực phẩm thì liên quan đến nhiệt độ bảo quản và hàm lượng ẩm của rau quả được sấy. Sấy bằng khí nóng lượng hơi ẩm vào khoảng 6 – 7 %, hương vị giảm ở 150C sau 15 - 18 tháng. Ở 200C sản phẩm chỉ có thể được sử dụng trong khoảng từ 9 - 12 tháng, ở 370C thì thời gian sử dụng chỉ còn lại 2 - 3 tháng. Qua so sánh ta thấy, rau quả được sấy thăng hoa sẽ rất nhạy cảm hơn với điều kiện bảo quản, vì cấu trúc xốp của sản phẩm sẽ cho phép không khí có thể dễ dàng xâm nhập vào bên trong và mùi hương có thể dễ dàng bay ra bên ngoài. Ví dụ: cà rốt được sấy thăng hoa để trong không khí ở nhiệt độ 200C sẽ mất hương vị sau một tháng Ảnh hưởng của hoạt độ nước Trong suốt ba thập kỷ vừa qua, hoạt độ nước aw đóng một vai trò chính trong nhiều khía cạnh của bảo quản và chế biến thực phẩm. aw được xác định bằng tỷ số giữa áp suất hơi bão hòa của dung dịch P trong thực phẩm và áp suất hơi bão hào của dung môi nguyên chất Po tại cùng một nhiệt độ (aw = P/Po). Bên cạnh nhiệt độ, nó còn là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng mạnh đến những phản ứng gây hại. Sự ảnh hưởng của hoạt độ nước được nghiên cứu không chỉ dựa trên việc xác định độ bền vi sinh của sản phẩm mà còn dựa trên các phản ứng hóa sinh trong thực phẩm và mối quan hệ của nó với độ bền của sản phẩm. Vi sinh vật không thể phát triển trong hệ thống tách ẩm của thực phẩm khi aw £ 0,6–0,7. Nhưng với các phản ứng phụ khác, enzyme và phi enzyme (VD: sự oxi hóa chất béo, NEB – phản ứng sẫm màu phi enzyme, ) làm thay đổi màu sắc, mùi vị và độ bền trong suốt quá trình chế biến và lưu trữ. Hoạt độ nước là một thông số hữu dụng có thể dự đoán sự hư hỏng của thực phẩm hay xác định điểm cuối của quá trình sấy để đảm bảo sản phẩm sấy đạt chất lượng ổn định (SSP). Mối quan hệ giữa độ ẩm cân bằng và hoạt độ nước được biểu thị bằng đường đẳng nhiệt hấp phụ, là một đặc tính quan trọng ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của quá trình tách ẩm và lưu trữ. Nó có thể được vẽ bằng đồ họa hoặc được suy ra từ toán học. Một cách tổng quát, hình dạng của đường đẳng nhiệt xác định độ bền lưu trữ của sản phẩm được tách ẩm. Quan điểm này dùng để xác định các thông số của sản phẩm cho quá trình sấy, đóng gói, và lưu trữ thực phẩm được hiệu quả. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của khoai tây có dạng hình sigmoid và bị ảnh hưởng bởi phương pháp sấy, nhiệt độ và sự tăng hàm lượng đường. Sản phẩm được sấy bằng phương pháp sấy thăng hoa hấp thụ nhiều hơi nước hơn so với sản phẩm sấy chân không. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của quá trình sấy thăng hoa và sấy tươi của quả nho không hạt.Đường đẳng nhiệt của quả nho được sấy tự nhiên thì thấp hơn rất nhiều so với quả nho sấy chân không. Quá trình oxi hóa chất béo và NEB bị ảnh hưởng rất lớn bởi aw. Sự tự oxi hóa chất béo xảy ra nhanh tại aw thấp, tốc độ phản ứng giảm khi aw tăng trong khoảng 0,3 – 0,5 và tăng khi aw tăng quá 0,5. Hầu hết những phản ứng sẫm màu có thể được mong đợi xảy ra trong khoảng aw trung bình 0,4 – 0,6. Dù tốc độ phản ứng có thấp nhất khi aw nằm ngoài khoảng 0,4 – 0,6 hay không thì vẫn phụ thuộc đáng kể vào chất hòa tan đặc trưng để làm cân bằng độ ẩm, bản chất của thực phẩm (đặc biệt là các hợp chất amine, các đường đơn trong thực phẩm), cũng như là pH và aw của thực phẩm. Thật thú vị khi tại những giá trị aw mà phản ứng sẫm màu xảy ra chậm nhất thì phản ứng tự oxi hóa chất béo lại xảy ra nhanh nhất. Động học của quá trình biến đổi chlorophyll –a được nghiên cứu như một hàm số của thời gian tại những giá trị aw khác nhau ở nhiệt độ 38,6oC. Khi aw > 0,32, cơ chế quan trọng nhất của chlorophyll là sự chuyển thành pheophytin. Sự biến đổi này phụ thuộc bậc nhất vào pH, aw và nồng độ của các các sắc tố. Các carotenoid có trong carot được sấy thăng hoa có tính ổn định tương đối trong khoảng aw từ 0,32 – 0,57, ổn định tối đa tại aw gần bằng 0,43 (tương ứng với độ ẩm cân bằng từ 8,8 – 10 %). Phản ứng phá hủy carotenoid xảy ra nhanh tại pH thấp và pH cao. Động học về sự giảm giá trị thực phẩm trong củ hành được sấy (NEB và sự mất mát thiosunfinate) và hạt đậu xanh được sấy (mất mát chlorophyll – a) được nghiên cứu như một hàm số của hoạt độ và nhiệt độ. Những mô hình toán học và phương trình thực nghiệm được phát triển như một hàm số của nhiệt độ và hoạt độ đã dự đoán thành công hạn sử dụng của sản phẩm sấy (bảng 3 và bảng 4). Trên một lớp củ hành (aw trong khoảng 0,32 – 0,43) sự gia tăng độ ẩm làm tăng tốc độ các phản ứng sẫm màu và sự mất mát thiosulfinate. Rất ít những phản ứng sẫm màu xảy ra tại nhiệt độ 20oC và hoạt độ aw = 0,33. Ở điều điều kiện này, sản phẩm có thể được bảo quản đến 631 ngày. Nhưng ngược lại, trong khoảng thời gian này, sản phẩm bị hư hỏng đến mức không thể chấp nhận được tại nhiệt độ 30 – 40oC và hoạt độ aw từ 0,43 – 0,59. Tương tự như trong trường hợp của những hạt đậu xanh, sự phá hủy cấu trúc của chlorophyll –a (do sự pheophytin hóa) xảy ra nhiều nhất. Các hạt đậu xanh sấy khô được xem là không dùng được khi mất mát hơn 30% chlorophyll –a. Hiện tượng này được nhận biết khi thấy màu lục vàng olive trở nên đục hơn. Vì phản ứng chuyển chlorophyll – α thành pheophytin là phản ứng xúc tác acid nên hoạt độ của nước ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Bảng 3 Bảng 4 Nhiệt độ chuyển pha thủy tinh Sự chuyển pha thủy tinh là sự chuyển pha thứ hai xảy ra trên một khoảng nhiệt độ mà tại đó những chất rắn vô định hình được chuyển thành dạng chất lỏng sền sệt. Trạng thái vô định hình của thực phẩm là kết quả của sự loại nước nhanh từ thực phẩm ở trạng thái rắn. Sự loại nước nhanh xảy ra trong suốt những quá trình như quá trình đúc ép, quá trình sấy và quá trình lạnh đông thực phẩm. Nhiệt độ, hàm lượng nước và những biến đổi hàm lượng chất phụ thuộc vào thời gian là một vấn đề trong sản xuất và bảo quản thực phẩm ở dạng bột và những thực phẩm có độ ẩm thấp khác. Các yếu tố trên có thể giảm không vượt quá giá trị tới hạn. Những giá trị tới hạn này được xác định dựa vào Tg, Tg có thể được ứng dụng trong việc ước tính nhiệt độ riêng, trạng thái độ ẩm của sự kết tụ, và làm giảm sự thay đổi chất lượng xảy ra trong quá trình tách ẩm. Sự mất ổn định của quá trình tách ẩm thục phẩm trong suốt quá trình sấy thăng hoa, độ nhớt của sản phẩm trong suốt quá trình sấy phun sương, sự đóng bánh và kết tụ của bột trong suốt quá trình chế biến và bảo quản là những đặc tính liên quan tới nhiệt độ chuyển pha thủy tinh . Del Valte et al đã nghiên cứu mối quan hệ giữa sự co lại trong suốt quá trình sấy và “glass rubber transitions of apple tissue”. Những nghiên cứu đó đã chứng minh được rằng việc thêm hàm lượng đường trong suốt quá trình đường thẩm thấu vào trong nguyên liệu tại nồng độ hòa tan cao, đã chống lại hiện tượng co ngót. Điều này đã được phản ánh trong thực tế sản xuất, mẫu được xử lý bằng 50% đường sucrose và đường maltose sẽ làm tăng từ 20-65% thể tích mẫu. Tuy nhiên, tài liệu nghiên cứu này đã không đề cập đến sự mất ổn định của cấu trúc, sự mất ổn định này có thể giảm bớt do việc thu nhỏ sự khác nhau giữa nhiệt độ sấy và nhiệt độ chuyển pha thủy tinh. Trong suốt quá trình bảo quản, mẫu được sấy giữa nguyên trạng thái dẻo và sẽ tiếp tục bị co ngót. TRÀ Có hơn 1500 loại trà để lựa chọn, có nguồn gốc từ hơn 29 quốc gia khác nhau. Đa số trà có thể phân loại thành trà xanh, trà ô long, trà đen. Mỗi loại cần có một quy trình sản xuất khác nhau, do đó đòi hỏi 1 hệ thống sấy khác nhau. Chất lượng của việc sấy trà phụ thuộc vào quy mô của hệ thống sấy và điều kiện hoạt động được sử dụng. Trà xanh Hàm lượng nước ban đầu của lá trà tươi sau khi hái là khoảng 75 – 78% (độ ẩm cơ bản) vào mùa xuân và 65 – 70% (độ ẩm chuẩn) vào mùa thu. Đầu tiên lá trà được làm héo bằng cách đặt lá trà lên mâm hoặc giá dưới bóng mát ở nhiệt độ 20 – 300C trong vài giờ phụ thuộc vào độ ẩm của lá trà. Quá trình trên chuẩn bị lá trà cho quá trình cán mà không mất đi dịch trà. Trong khi đó hàm lượng nước giảm khoảng 50% (độ ẩm chuẩn). Có thể kết thúc quá trình băng cách rán, chưng hoặc sấy. Quá trình này được thiết kế để kiềm hãm các enzym phản ứng, oxi hóa riêng biệt. Chảo rán thường là 1 cái chảo có nhiệt độ bề mặt 400 – 4700C (ưu tiên 430 – 4600C) để giảm 10 – 15% độ ẩm của lá trà. Quá trình sấy bắt đầu với việc sử dụng không khí nóng ở 110 – 1200C để làm bay hơi lớp nước bề mặt lá trà dày khoảng 20mm. Trong thực tế, nhiệt độ không khí tối đa có thể sử dụng là 1500C để tránh cho mép lá bị “giòn”. Tiếp tục quá trình sấy nhiệt độ chảo được tăng lên đến 150 – 1600C và thời gian sấy là 30 – 40ph đến khi độ ẩm trong khoảng 20%. Về sau, nhiệt độ bề mặt của chảo giảm xuống đến 80 – 1000C và quá trình sấy tiếp tục trong 60 – 90ph để hạ độ ẩm xuống 9 – 10%. Cuối cùng, nhiệt độ bề mặt chảo hạ xuống 600C và quá trình sấy tiếp tục trong 60 – 90ph cho đến khi độ ẩm cuối cùng vào khoảng 4 – 5%. Trà ô long Những đọt non được cắt ra từ hoa trà được trải ra trên 1 tấm đệm hay 1 cái khăn đặt trên một bãi đất bằng phẳng dưới ánh nắng trong 30 – 60ph, phụ thuộc vào nhiệt độ. Sau đó, những lá trà được mang vào nhà để làm khô ở nhiệt độ phòng trong vài giờ. Quá trình làm khô này còn được hỗ trợ bởi không khí nóng ở nhiệt độ dưới 400C để rút ngắn thời gian. Trong suốt quá trình này, lá trà được trộn từ từ bằng tay mỗi giờ, mép lá trà chuyển sang màu đỏ và độ ẩm thì giảm khoảng 20%. Quá trình này được kéo theo bởi sự lên men hoặc sấy khô để tạo ra mùi thơm đặc trưng và màu gốc của trà ô long. Kèm hãm enzym phản ứng để dừng việc làm sậm màu lá trà, lá trà được sấy trong 5 – 7ph dưới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ yêu cầu khi kết thúc quá trình sản xuất trà xanh. Về sau, trong một vài giai đoạn lá trà đã cán được sấy ở không khí nóng giữa các bước sấy. Đầu tiên không khí nóng trong băng tải hoặc buồng sấy thường ở 1250C với chiều dày của lá khoảng 10 – 20mm trong 7 – 10ph. Cuối cùng độ ẩm vào khoảng 40 – 45% (độ ẩm cơ bản). Giai đoạn sấy thứ được hoàn tất với nhiệt độ không khí là 90 – 1000C trong 7 – 10ph cho đến khi độ ẩm gần khoảng mức cân bằng. Giai đoạn sấy thứ 3 có thể sử dụng không khí khoảng 80 – 900C. Chiều dày lá có thể cao hơn 1 bit phụ thuộc vào tiêu chuẩn của cây trà. Trà đen Những chồi non được chọn lọc từ hoa trà. Lớp nước bề mặt trên lá hoặc chồi non được phân tán ra khi sấy trên các giá đỡ trong 10 – 20h nhằm hạ độ ẩm bên trong để các chiếc lá mềm hơn cho giai đoạn tiếp theo. Việc làm khô ít, trung bình hay nhiều có thể được chấp nhận với độ ẩm giảm tương ứng là 10, 15, 20% (độ ẩm cơ bản). Sự lựa chọn độ khô phụ thuộc vào quá trình cho ra sản phẩm và tiêu chuẩn sản xuất cuối cùng. Lá trà được ghiền sơ trước khi bắt đầu quá trình lên men, cắt nhỏ những mãnh này nếu cần thiết. Quá trình cán sẽ kết thúc cho tới khi lá trà chuyển sang màu đỏ sậm giống như màu của đồng xu. Lá trà được trải thành một lớp mỏng trên khay đặt trong bóng mát 2 – 3 ngày để lên men trước khi sấy. Nếu thùng lên men được sử dụng để cắt lá trà thì nên điều chỉnh nhiệt độ dao động trong khoảng 320C và thời gian la khoảng 90ph. Khi không khí ẩm ở 20 – 260C được thổi xuyên qua những chiếc lá, thời gian lên men nên dưới 60ph. Quá trình sấy có thể được hoàn thành vơi một hệ thống buồng sấy ở 110 – 1200C trong 12 – 16ph để thu được những lá trà dày từ 15 – 20mm có hàm lượng nước từ 18 – 25%. Quá trình sấy tiếp tục với nhiệt độ buồng sấy khoảng 90 – 95% và sấy trong 12 – 16ph để hàm lượng ẩm cuối cùng vao khoảng 5 – 6% (độ ẩm cơ bản). Mức nhiệt độ cao hơn là cần thiết để ngừng enzym lên men phụ và giữ lại mùi thơm trong lá trà. Ứng dung máy sấy băng tải để sấy trà Hơi hóa nhiệt được sử dụng như tác nhân sấy. Diện tích sấy có thể là 20m2. Máy sấy này tốt cho việc sấy những phần nhỏ của dược thảo và rau cải. Nhiệt lượng của dòng điện còn được sử dụng như một nguồn năng lượng nhiệt hỗ trợ. Máy sấy băng tải dạng hai tầng đặc biệt với hệ thống đường ống không khí tươi và quạt tuần hoàn khí. Máy sấy băng tải với không khí nóng trong thép không rỉ Máy sấy băng tải thực phẩm Máy sấy băng tải Mô hình máy sấy băng tải Sơ đồ của một máy sấy băng tải Loại thường dùng Loại tiêu chuẩn Giáo Trình Kỹ Thuật Sấy Nông Sản Thực Phẩm, Nguyễn Văn May, Nxb KHKT, 6-2007 Chemical process equipment: selection and design, Stanley M. Walas – Technology & Engineering. Handbook of industrial drying‎ , A. S. Mujumdar - Technology & Engineering, 1995 Handbook of food engineering practice‎ , Kenneth J. Valentas, Enrique Rotstein, R. Paul Singh - Technology & Engineering - 1997 Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 4, Nguyễn Bin, NXB KHKT, 2005.