Khảo sát sự biến đổi ẩm và chất lượng gạo sấy thăng hoa và chân không

Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng ii LỜI CẢM TẠ Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo ở Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp và Sinh học ứng dụng đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu và tạo điều kiện cho chúng em có những chuyến đi thực tế tại các nhà máy chế biến thực phẩm để từ đó chúng em mới có được những kiến thức trong thực tế và hiểu được giá trị của những kiến thức mà chúng em đã được học. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nhan Minh Trí đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho em kiến thức quan trọng trong suốt quá trình thực tập để em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Chân thành cảm ơn cán bộ phòng thí nghiệm đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt thời gian làm đề tài tại phòng thí nghiệm. Cảm ơn các ban sinh viên lớp Công Nghệ Thực Phẩm K29 đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận văn. Sinh viên thực hiện Trương Quang Hưng Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng iii TÓM LƯỢC ---------------------------------------------------------------------------------------- 1 CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ------------------------------------------------------------------- 2 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ------------------------------------------------ 3 2.1 Nguồng gốc cây lúa --------------------------------------------------------------------- 3 2.2 Thành phần hóa học của hạt lúa----------------------------------------------------- 4 2.4 Các dạng liên kết ẩm trong lúa gạo ------------------------------------------------- 5 2.4.1 Liên kết hóa học ------------------------------------------------------------------------ 5 2.4.2 Liên kết hóa lý -------------------------------------------------------------------------- 5 2.4.3 Liên kết cơ lý---------------------------------------------------------------------------- 6 2.5 Công nghệ sấy thăng hoa -------------------------------------------------------------- 6 2.5.1 Định nghĩa và nguyên lý sấy thăng hoa--------------------------------------------- 6 2.5.2 Ưu khuyết điểm của phương pháp sấy thăng hoa --------------------------------- 7 2.5.3 Các giai đoạn trong quá trình sấy thăng hoa -------------------------------------- 8 2.5.4 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống sấy thăng hoa --------------------------------- 9 2.5.5 Quá trình truyền nhiệt và truyền khối trong sấy thăng hoa ---------------------12 2.5.6 Các thông số ảnh hưởng tới quá trình sấy-----------------------------------------14 2.5.7 Ảnh hưởng của quá trình sấy thăng hoa đối với thực phẩm --------------------15 2.6 Công nghệ sấy chân không-----------------------------------------------------------15 2.6.1 Phân loại -------------------------------------------------------------------------------15 2.6.2 Nguyên lý của quá trình sấy chân không ------------------------------------------16 2.6.3 Thiết bị sấy chân không --------------------------------------------------------------16 2.6.4 Những thuận lợi của quá trình sấy chân không-----------------------------------16 2.7 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng gạo ------------------------------------------18 2.7.1 Tỉ lệ gạo gãy ---------------------------------------------------------------------------18 2.7.2 Độ bền gel------------------------------------------------------------------------------18 2.7.3 Màu sắc hạt gạo-----------------------------------------------------------------------18 2.7.4 Độ cứng cơm---------------------------------------------------------------------------18 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM --19 3.1 Phương tiện thí nghiệm ---------------------------------------------------------------19 3.2 Phương pháp nghiện cứu-------------------------------------------------------------19 3.3 Phương pháp phân tích ---------------------------------------------------------------22 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THẢO LUẬN ------------------------------------------23 4.1 So sánh sự khác biệt giữa cách xác định độ ẩm gạo bằng phương pháp đo và phương pháp tính -----------------------------------------23 4.2 So sánh chất lượng giữa các mẫu gạo sấy thăng hoa ở các nhiệt độ lạnh đông và không lạnh đông----------------------------------------24 4.2.1 So sánh đường cong sấy giữa các mẫu sấy thăng hoa ---------------------------24 4.2.2 So sánh tỉ lệ gạo gãy giữa các mẫu-------------------------------------------------26 Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng iv 4.2.3 So sánh độ trắng giữa các mẫu sấy thăng hoa------------------------------------27 4.2.4 Sự thay đổi màu sắc của hạt trong thời gian bảo quản mẫu sấy thăng có nhiệt độ lạnh đông -250C ---------------------------------29 4.2.5 So sánh độ bền gel giữa các mẫu gạo sấy thăng hoa ----------------------------31 4.2.6 Sự thay đổi độ cứng cơm giữa các mẫu sấy thăng hoa ở nhiệt độ ban đầu và thời gian sấy khác nhau------------------------------------------------------------------32 4.3 Đánh giá chất lượng gạo sấy ở nhiệt độ cao trong điều kiện sấy chân không và ở áp suất khí quyển----------------------------34 4.3.1 So sánh đường cong sấy của các mẫu sấy ở nhiệt độ cao trong điều kiện chân không và điều kiện thường ----------------------------------------34 4.3.2 Tỉ lệ gãy của hạt gạo -----------------------------------------------------------------36 4.3.3 Màu sắc của các mẫu gạo sấy chân không và sấy truyền thống----------------37 4.3.4 Độ bền gel------------------------------------------------------------------------------38 4.3.5 Độ cứng cơm---------------------------------------------------------------------------39 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ----------------------------------------------40 TÀI LIỆU THAN KHẢO-----------------------------------------------------------------41 Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng v DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học của hạt lúa --------------------------------------------- Trang 4 Bảng 2: Thành phần hóa học trung bình của các loại hạt khác -------------------- Trang 4 Bảng 3: Sự khác nhau giữa sấy bằng không khí nóng và sấy thăng hoa --------- Trang 8 Bảng 4: Tiêu chuẩn quốc tế về độ bền thể gel căn cứ trên chiều dài thể gel----Trang 18 Bảng 5: Phương pháp xác định độ bền gel ------------------------------------------Trang 22 Bảng 6: Độ ẩm của các mẫu lạnh đông -300C và sấy thăng hoa được xác định bằng máy đo và phương pháp tính cân bằng vật chất. ----------Trang 23 Bảng 7: Độ ẩm của các mẫu gạo sấy thăng hoa ở các thời gian khác nhau-----Trang 24 Bảng 8: Đồ thị hồi quy dạng Y = a.ebX của các điểm trên đường cong sấy-----Trang 24 Bảng 9: Tỉ lệ gạo gãy của các mẫu sấy ở các thời gian và nhiệt độ lạnh đông khác nhau --------------------------------------------------------------------------------------Trang 26 Bảng 10: Độ L của các mẫu gạo ở các điều kiện sấy và thời gian sấy khác nhau--------------------------------------------------------------------------------Trang 27 Bảng 11: Sự thay đổi màu sắc (độ L) theo thời gian bảo quản ở các mẫu sấy ở thời gian khác nhau-------------------------------------------------Trang 28 Bảng 12: Chiều dài thể gel ở các mẫu gạo sấy thăng hoa -------------------------Trang 31 Bảng 13: Độ cứng cơm của các mẫu sấy ở các nhiệt độ và thời gian sấy ------Trang 32 Bảng 14: Thời gian sấy và độ ẩm của các mẫu sấy chân không------------------Trang 34 Bảng 15: Đồ thị đường hồi quy dạng Y = aX2 + bX + C của độ ẩm mẫu sấy chân không -------------------------------------------------------------------------------------Trang 34 Bảng 16: Tỉ lệ gạo gãy của các mẫu sấy ở sấy chân không và truyền thống ---Trang 36 Bảng 17: Độ L của các mẫu sấy chân không và truyền thống --------------------Trang 37 Bảng 18: Độ bền gel của các mẫu sấy chân không và sây truyền thống --------Trang 38 Bảng 19: Độ cứng trung bình của các mẫu cơm sau khi nấu ---------------------Trang 39 Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng vi DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Hạt gạo Jasmine ---------------------------------------------------------------- Trang 3 Hình 2: Sự chuyển đổi pha của nước trong sấy thăng hoa ------------------------- Trang 7 Hình 3: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy sấy thăng hoa tác động tuần hoàn----------------------------------------------------------------------Trang 11 Hình 4: Các dạng truyền nhiệt cơ bản của sấy thăng hoa -------------------------Trang 13 Hình 5: Thiết bị sấy thăng hoa phòng thí nghiệm ----------------------------------Trang 17 Hình 6: Máy đo độ ẩm hạt Kett` ------------------------------------------------------Trang 19 Hình 7: Máy đo màu Colormeter -----------------------------------------------------Trang 19 Hình 8: Sự khác nhau về độ ẩm giữa phương pháp đo và phương pháp tính cân bằng vật chất ở chế độ sấy thăng hoa -----------------Trang 23 Hình 9: Sự biến đổi độ ẩm theo thời gian sấy ở các mẫu sấy thăng hoa ở các mẫu có nhiệt độ nguyên liệu ban đầu khác nhau ---------------------------Trang 25 Hình 10: Tỉ lệ gãy của các mẫu ở nhiệt độ và thời gian sấy khác nhau ---------Trang 26 Hình 11: Đồ thị thể hiện sự thay đổi độ trắng của gạo ở các thời gian sấy và điều kiện lạnh đông khác nhau -----------------------------Trang 28 Hình 12: Mẫu gạo đục sau khi sấy thăng hoa ---------------------------------------Trang 28 Hình 13: Đồ thị thể hiện sự thay đổi màu sắc của gạo được đựng trong bao bì PA ép chân không 70% qua các thời gian bảo quản ----------------Trang 29 Hình 14: Các mẫu gạo sấy thăng hoa ở các thời gian sấy khác nhau ------------Trang 30 Hình 15: Chiều dài thể gel ở các mẫu sấy thăng hoa-------------------------------Trang 31 Hình 16: Chiều dài thể gel của mẫu gạo ---------------------------------------------Trang 32 Hình 17: Độ cứng cơm của các mẫu gạo sấy thăng hoa---------------------------Trang 33 Hình 18: Đồ thị biểu diễn đường cong sấy ở 500C và 600C trong điều kiện chân không và áp suất khí quyển----------------------------------Trang 35 Hình 19: Đồ thị biểu diễn tỉ lệ gạo gãy giữa các mẫu gạo ------------------------Trang 36 Hình 20: Độ L của các mẫu gạo ở các điều kiện sấy khác nhau------------------Trang 37 Hình 21: Chiều dài gel của các mẫu gạo ở các điều kiện sấy khác nhau--------Trang 38 Hình 22: Đồ thị thể hiện độ cứng cơm giữa các mẫu sấy ở các điều kiện khác nhau -------------------------------------------------------------Trang 39 Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 1 TÓM LƯỢC Trong chế biến lương thực, việc sấy gạo bằng phương pháp sấy nhiệt truyền thống tốn thời gian, và đặc biệt là làm giảm phần nào chất lượng gạo. Chính vì thế việc “Khảo sát sự biến đổi độ ẩm và chất lượng gạo khi sấy thăng hóa và chân không” nhằm tìm ra một số ưu điểm của 2 phương pháp này so với phương pháp sấy truyền thống. Thí nghiệm đã được thực hiện như sau: các mẫu được lạnh đông ở -300C, -250C và mẫu không được lạnh đông, được sấy thăng hoa, xác định tỉ lệ gãy, độ trắng, độ bền gel, độ cứng cơm. Đối với phương pháp sấy chân không, các mẫu được ở 2 nhiệt độ là 500C và 600C sau đó cũng được khảo sát các chỉ tiêu như trên để so sánh chất lượng và thời gian sấy so với phương pháp sấy truyền thống. Kết quả thí nghiệm thu được cho thấy: Qúa trình sấy thăng hoa và chân không chỉ có 2 giai đoạn là giai đoạn ẩm giảm nhanh và giai đoạn ẩm giảm chậm, không có giai đoạn gia nhiệt như quá trình sấy truyền thống. Ở phương pháp sấy thăng hoa, hạt gạo chuyển sang trắng đục như nếp, ít gãy thêm, tính chất gạo không đổinhiệt độ nguyên liệu càng thấp thì sự giảm ẩm càng chậm. Đối với phương pháp sấy chân không nhiệt độ cao thì màu sắc của hạt gạo ở 2 nhiệt độ sấy khác nhau không có khác biệt gì so với mẫu sấy truyền thống. Trong quá trình bảo quản các mẫu sấy thăng hoa trong trong bao bì PA thì ít biến đổi màu và độ ẩm nhất. Tỉ lệ gạo gãy, độ cứng cơm và độ bền gel giữa các mẫu sấy bằng phương pháp sấy thăng hoa và chân không không có khác biệt. Tương tự ở các mẫu sấy chân không cũng vậy. Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 2 CHƯƠNG I - ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thực tế sản xuất, ở các nhà máy xay xát gạo xuất khẩu, lúa do nông dân bán cho nhà máy độ ẩm còn cao. Nếu nhà máy trữ lúa rồi dem đi sấy đên độ ẩm 14 % thì sẽ tốn kém chi phí dự trữ, cho nên nhà máy sẽ đem đi xay xát liền, sau đó mới sấy gạo. Tuy nhiên khi sấy theo phương pháp truyền thống thì ẩm khó thoát ra, bên cạnh đó do tác dụng của nhiệt độ cao làm hạt dễ bị nứt. Ngoài ra do đặc điểm khí hậu của nước ta là nóng ẩm nên sấy bằng khí nóng ở khoảng nhiệt độ 600C tới 800C (nếu sấy cao hơn thì chất lượng gạo sẽ giảm nghiêm trọng), với nhiệt độ này chỉ có thể làm giảm độ ẩm của hạt gạo xuống còn khoảng 14%. Tuy nhiên ở độ ẩm này chưa phải là độ ẩm an toàn để bảo quản hạt gạo. Do đó vấn đề đặt ra là sấy bằng những phương pháp khác hiện đại hơn (ở đây là sấy băng phương pháp thăng hoa và chân không) nhằm cải thiện chất lượng của gạo. Quá trình sấy đó có thể diễn ra nhanh hoặc chậm. Ngoài mục đích kinh tế trong sản xuất, nếu áp dụng phương pháp sấy thăng hoa và sấy chân không có thể làm tăng giá trị hạt gạo, thu hút người tiêu dung. Nhất là khi chất lượng cuộc sống của con người ngày càng nâng cao, con người ngày càng đòi hỏi nhiều hơn về chât lượng của các sản phẩm dịch vụ và tiêu dung, một trong những mặt hàng quan trọng đo là thực phẩm. Chính vì thế ngày càng có nhiều loại thực phẩm mới có chất lượng cao ra đời như các loại sữa có các chất dinh dưỡng đặc biệt, các loại trái cây không hạt, các loại sản phẩm thực phẩm dành cho người ăn kiên, các loại sản chẩm chế biến từ các loại nguyên liệu hay công nghệ mới để có chất lượng cao hơn ít độc hại với với người tiêu dùng, trong đó gạo cũng xuất hiện nhiều loại gạo có chất lượng cao như thơm hơn, dẽo hơn. Mục tiêu của đề tài là khảo sát sự biến đổi độ ẩm và chất lượng gạo theo thời gian sấy khi sấy bằng phương pháp thăng hoa và chân không. Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 3 CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Nguồn gốc cây lúa Theo tài liệu tìm được trên trang vi.wikipedia.org thì cây lúa hiện nay có nguồn gốc từ chi lúa dại Oryza. Đó là một loài cây hoang dại trên siêu lục địa Gondwana (một lục địa cổ bị tách ra thành nhiều lục địa như ngày nay) cách đây ít nhất 130 triệu năm. Sau đó nó phát tán rộng ra khắp các châu lục trong quá trình trôi dạt lục địa. Từ chi Oryza này cho ra 21 loài cây hoang dại và hai loài lúa được thuần hóa là lúa châu Á Oryza sativa) có nguồn gốc nhiệt đới châu Á và hiện nay được trồng nhiều nhất trên thế giới, và giống lúa thứ hai là lúa châu Phi Oryza glaberrima có nguồn gốc từ tây phi nhiệt đới hiện nay chỉ trồng ở tây Phi. Từ đó cho thấy lúa đã được trồng rất sớm ở hai khu vực chính là châu Á và châu Phi. Tại châu Á, Trung Quốc là nước trồng lúa đầu tiên với lịch sử hơn 7000 năm. Còn tại châu Phi, lúa đã được gieo trồng trong khoảng 3500 năm. Trong khoảng thời gian từ 1500 năm TCN thì O.glaberrima đã lan rộng từ châu thổ sông Niger tới sông Senegal. Từ đó giống lúa này chỉ phát triển xung quanh khu vực mà nó phát tán. Vào năm 1820 đến 1972, các nhà khoa học Nhật Bản đã tạo ra các giống lúa để nâng cao năng suất và chất lượng hạt gạo. Từ đó cho ra đời nhiều giống lúa có chất lượng cao như ngày nay. Giống lúa Jasmine có nguồn gốc từ viện lúa quốc tế IRRI, đầu tiên được phân phối cho nông dân Mỹ dùng với tên gọi IR841, sau đó được gọi thành Jasmine. Giống lúa này có năng suất cao, phẩm chất gạo tốt với đặc tính mềm cơm, gạo thơm…nên được đa số các nhà nông trồng nhiều. Ở Việt Nam, từ chỗ vài ngàn ha lúa Jasmine nay đã có 217.575 ha, tăng gấp 3 lần so với năm 2004 (trích từ trang Hình 1: Hạt gạo Jasmine Nguồn: Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 4 2.2 Thành phần hóa học của hạt lúa Thành phần hóa học cũng như hàm lượng các chất trong hạt lúa thay đổi tùy theo giống lúa và điều kiện thời tiết, như kỹ thuật canh tác…Nhưng cơ bản trong hạt lúa bao gồm một số một số chất sau: glucid, nước, protein, lipid, chất khoáng, cellulose, vítamin, các loại enzyme. Bảng 1: Thành phần hóa học của hạt lúa Hàm lượng các chất (%) Thành phần hóa học Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất Protein Tinh bột Cellulose Tro Đường Chất béo Dextrin 6,66 47,70 8,74 4,68 0,1 1,6 0,8 8,47 56,2 9,41 5,8 3,2 1,9 1,3 10,43 68,0 12,22 6,9 4,5 2,5 3,2 Nguồn: Dương Thị Phượng Liên, 2006 Bảng 2: Thành phần hóa học trung bình của thóc, gạo và các loại hạt khác Tên sản phẩm Độ ẩm (%) Glucid (% CK) Protein (% CK) Lipid (% CK) Cellulose (% CK) Tro (%CK) Vitamin B1 (mg) 1. Thóc 2. Gạo lật 3. Gạo xát 4. Cám 5. TRầu 13,0 13,90 13,80 11,00 11,00 64,03 74,46 77,35 43,47 36,10 6,59 8,10 6,85 14,91 36,10 2,10 2,02 0,52 8,07 0,98 8,78 0,57 0,18 14,58 56,72 5,36 1,18 0,54 11,23 19,61 5,36 1,18 0,54 11,00 Nguồn: Trần Văn Thương, 2000 Nước Nước là một trong những thành phần hóa học quan trọng của hạt lúa và là chỉ số chất lượng quan trọng. Nước trong hạt lúa tồn tại dưới hai dạng là nước tự do và nước liên kết. Vai trò của nước là vận chuyển các chất trong hạt và là môi trường và cơ chất cho một số phản ứng xảy ra. Glucid Đây là thành phần chủ yếu và chiếm tỉ lệ cao nhất trong thành phần hạt lúa. Các loại glucid như tinh bột, hemicellulose, glucose, sucrose, fructose, dextrin, glycin… Tinh bột của lúa gạo có cấu tạo và kích thước khác với các loại hạt khác. Tinh bột có cấu tạo từ amylose và amylopectin. Lượng amylose trong gạo tẻ thấp hơn so với nếp, nhưng lượng amylopectin thì nhiều hơn. Hạt gạo tròn có nhiều amylopectin hơn hạt gạo dài. Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 5 Lipid Đa số lipid tập trung chủ yếu ở lớp aleuron. Các loại lipid trong hạt gạo bao gồm: lipid, phospholipid, carotenoid, streronoid, sáp. Các lipid trong lúa đa số là các acid béo chưa no rất có giá trị sinh học cao. Tuy nhiên hàm lượng lipid trong lúa thấp chỉ trên 2%. Protein Số lượng và loại protein cũng là một chỉ số quan trọng quyết định chất lượng lúa gạo. Thành phần protein bị ảnh hưởng bời nhiều yếu tố như môi trường, loại và lượng phân bón sử dụng, thời gian chín, mức độ chà xát,... Thành phần protein trong lúa được cấu tạo bởi một số loại acid amin cần thiết cho cơ thể người như: isolecin, leucin, lysine, methuyonine, phenylalanine , trytophan, valine trong đó lysine quyết định chất lượng của protein. Vitamin Trong lúa có chứa các vitamin quan trọng tan trong nước như: vitamin B1, vitamin B2, vitamin B6, vitamin PP. Trong đó vitamin B1 là loại vitamin có nhiều trong lớp cám và lớp aleuron nhưng phần chứa nhiều nhất là ở phôi mầm. Ngoài ra trong lúa còn có các loại chất tiền vitamin như vitamin A, vitamin D. 2.4 Các dạng liên kết ẩm trong lúa gạo Việc tìm hiểu các dạng liên kết ẩm trong vật ẩm rất quan trọng vì diễn biến trong quá trình sấy các vật ẩm sẽ bị chi phối bởi các dạng liên kết ẩm này. Có nhiều cách phân loại liên kết ẩm trong đó cách phân loại của P.H. Rôbinde được sử dụng rộng hơn vì nó nêu được bản chất hình thành các dạng liên kết ẩm khác nhau. Theo cách này, trong lúa có các dạng liên kết ẩm như sau 2.4.1Liên kết hóa học Liên kết hóa học giữa ẩm và vật ẩm rất bền vững vì các phân tử nước đã trở thành một bộ phận trong thành phần phân tử vật ẩm. Loại ẩm này chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học và thường phải nung nóng vật đến nhiệt độ cao. Tuy nhiên sau khi tách được ẩm ra thì tính chất hóa lý cũng thay đổi. Vì thế trong quá trình sấy thì ẩm liên kết hóa học không thể tách ra vì quá trình sấy yêu cầu phải giữ nguyên tính chất hóa lý của vật. 2.4.2 Liên kết hóa lý: liên kết này bao gồm 2 loại liên kết Liên kết hấp thụ: Trong các vật ẩm ta gặp những vật keo. Các vật keo này có cấu tạo dạng hạt. Bán kính tương đương của hạt từ 0,001-0,1µm.do đó vật keo có bề mặt bên trong rất lớn nên tạo ra nguồn năng lượng bề mặt tự do đáng kể. Khi tiếp xúc với Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 6 không khí ẩm hay nước, ẩm sẽ xâm nhập vào vật theo các bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp thụ giữa nước và bề mặt. Liên kết thẩm thấu: Liên kết thẩm thấu là sự liên kết hóa lý giữa nước với vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hòa tan ở trong và ngoài tế bào, tức là có sự chênh lệch áp suất hơi nước. Quá trình thẩm thấu không kèm hiện tượng tỏa nhiệt và không làm biến dạng nguyên liệu. 2.4.3 Liên kết cơ lý Đây là dạng liên kết giữa nước và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bên mặt ngoài của vật. Liên kết cơ học bao gồm liên kết cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt. Liên kết cấu trúc: Liên kết câu trúc là liên kết giữa nước và vật liệu được hình thành trong quá trình hình thành và phát triển của vật. Để tách nước dạng này ta có thể làm cho nươc bay hơi, nén ép vật hay phá vỡ cấu trúc vật... Sau khi tách nước vật bị biến dạng nhiều có thể thay đổi cấu trúc, tính chất. Liên kết mao dẫn: Do trong vật có nhiều lỗ mao quản, các vật thể này khi để trong môi trường không khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao dẫn và theo các mao quản xâm nhập vào vật thể, Muốn tách ẩm có liên kết mao dẫn ta cần làm cho ẩm bay hơi hoặc đẩy ra bằng áp suất hơi lớn hơn áp suất mao dẫn. Vật sau khi tách ẩm mao dẫn nói chung vẫn giữ được kích thức, hình dáng và các tính chất hóa lý. Liên kết dính ướt: Liên kết dính ướt là liên kết do nước bám dính vào bề mặt vật ẩm. Liên kết này dễ tách ra bằng phương pháp cơ học như: lau, thổi, ly tâm.. 2.5 Công nghệ sấy thăng hoa 2.5.1 Định nghĩa và nguyên lý sấy thăng hoa Định nghĩa Phương pháp sấy thăng hoa do kỹ sư G.I. Lappa-Stanjenhexki phát minh năm 1921. Phương pháp này có thể được định nghĩa như sau: sấy thăng hoa (freeze dring) là quá trình chuyển ẩm của vật liệu từ dạng rắn sang dạng hơi không thông qua trạng thái lỏng. Nguyên lý Quá trình thăng hoa là quá trình biến đổi của vật (ở đây là nước) từ trạng thái rắn thành trạng thái lỏng. Quá trình này chỉ diễn ra khi áp suất hơi và nhiệt độ của bề mặt nước đá nằm dưới áp suất 4,58 mmHg và nhiệt độ 00C. Quá trình này được biểu diễn trong giản đồ pha nhiệt độ áp suất của nước tinh khiết. Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 7 Hình 2: Sự chuyển đổi pha của nước trong sấy thăng hoa Nguồn: NHIỆT ĐỘ ÁP SU ÂT SU Ấ T F Giải thích giản đồ: Giản đồ được phân chia ra bởi 3 đường thành 3 vùng tượng trưng cho 3 trạng thái rắn, lỏng, hơi của nước trong hệ thống kín. Các điểm trên đường phân chia biểu thị trạng thái cân bằng của 2 pha: cân bằng lỏng-hơi, cân bằng lỏng-rắn, cân bằng hơi-rắn. Tại điểm F tồn tại cân bằng 3 pha lỏng-hơi-rắn. Trong quá trình lạnh đông, nước ở điểm A được làm lạnh đông tới điểm C rồi điểm D. Khi nước được làm lạnh đông hoàn toàn thì giảm áp suất đến điểm E, cân bằng áp suất hơi giữa pha rắn và pha lỏng diễn ra. Bằng cách thêm ẩn nhiệt bốc hơi, nước đá sẽ thăng hoa thành hơi nước. 2.5.2 Ưu khuyết điểm của phương pháp sấy thăng hoa Ưu điểm: • Sấy thăng hoa có thể làm tăng giá trị sản phẩm. • Sản phẩm sau khi sấy giữ lại được các đặc tính ban đầu của nguyên liệu như vẻ bề ngoài, hình dạng, mùi vị, tính chất sinh học. Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 8 • Ngoài ra sản phẩm sấy thăng hoa như gạo sấy thăng hoa tốn ít thời gian để nấu chín. Khuyết điểm: • Quá trình sấy thăng hoa tốn nhiều thời gian và tiêu thụ năng lượng lớn bao gồm năng lượng để lạnh đông, năng lượng làm nóng sản phẩm, năng lượng ngưng tụ hơi nước và duy trì áp suất chân không trong hệ thống. • Giá thành thiết bị cao khoảng 4 lần so với các phương pháp khác. • Quá trình diễn ra trong thời gian dài thường từ 4 – 10h cho mỗi mẽ. • Có thể gây hư hỏng sản phẩm vì làm thay đổi pH và tính trương khi các chất hòa tan bị cô đặc và nước tinh khiết bị đóng băng. • Đối với các sản phẩm có bề mặt mềm, chứa nhiều nước ở bề mặt và được lạnh đông chậm thì có thể làm xốp bề mặt sản phẩm sau khi sấy thăng hoa. Bảng 3: Sự khác nhau giữa sấy bằng không khí nóng và sấy thăng hoa Sấy truyền thống Sấy thăng hoa Hiệu quả cho các loại thực phẩm Thịt sấy không được như ý muốn Nhiệt độ dao động từ 37-930C Áp suất khí quyển Nước bay hơi từ bề mặt thực phẩm Có sự di chuyển các chất tan và đôi khi gây cứng bề mặt Làm phá vỡ cấu trúc và thực phẩm co rút lại Sự hấp thụ ẩm trở lại không hoàn toàn và chậm Những phần khô hay xốp có khối lượng riêng lớn hơn thực phẩm ban đầu Mùi vị không như sản phẩm tự nhiên Mầu thường sậm Giá trị dinh dưỡng giảm Giá thành thấp Hiệu quả cao cho hầu hết các loại thực phẩm khô thực hiện bằng phương pháp sấy khác. Thành công đối với loại thịt tươi và thịt nấu chính Nhiệt độ thấp hơn điểm đóng băng Áp suất thấp (27 ÷ 133 Pa) Sự thăng hoa của nước từ nước đá Sự di chuyển chất tan rất hạn chế. Những thay đổi cấu trúc và sự co rút giảm tối thiểu Sự hấp thụ ẩm trở lại hoàn toàn, nhanh Những phần xốp có khối lượng riêng nhỏ hơn thực phẩm ban đầu Mùi vị luôn tự nhiên Màu luôn ổn định Dinh dưỡng được giữ lại phần lớn Giá thành cao gấp 4 lần so với sấy truyền thống Nguồn: Frllows, 2000 2.5.3 Các giai đoạn trong quá trình sấy thăng hoa Quá trình sấy thăng hoa bao gồm 3 giai đoạn: giai đoạn lạnh đông, giai đoạn sấy chính và giai đoạn sấy phụ. Giai đoạn lạnh đông: giai đoạn này nhằm làm lạnh đông phần nước tự do trong sản phẩm. Yêu cầu đặt ra cho giai đoạn này là phải hạ nhiệt độ xuống dưới điểm eutectic. Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 9 Quá trình lạnh đông có thể thực hiện ở các máy lạnh đông nhanh hay lạnh đông chậm. Quá trình lạnh đông có ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm sau sấy. Nếu lạnh đông chậm thì sẽ tạo ra các tinh thể đá to do đó khi sấy thăng hoa sẽ tạo nhiều lỗ trống trong sản phẩm. Cho nên đối với các sản phẩm có kích thước nhỏ cần được lạnh đông thật nhanh để tạo nên những tinh thể đá nhỏ tránh hiện tượng phá vỡ cấu trúc tế bào. Đối với các sản phẩm dạng lỏng, ta nên lạnh đông chậm để tạo nên lưới tinh thể to để tạo các rãnh trong quá trình thoát hơi ẩm. Giai đoạn sấy chính: để loại bỏ tinh thể nước trong thực phẩm. Gia đoạn này ta hạ áp suất xuống 4,58 mmHg và gia nhiệt để tinh thể đá thăng hoa. Yêu cầu quan trọng trong quá trình sấy này là lượng nhiệt cung cấp cho thực phẩm lạnh đông không được vược quá mức nhiệt độ an toàn. Nếu nhiệt độ được kiểm soát tốt thì tốc độ sấy cao sẽ không xảy ra tình trạng chảy vật liệu hoặc “sụp”. Các tinh thể đá trên bề mặt bốc hơi tạo ra những đường dẫn để hơi từ các tinh thể đá bên trong thoát ra. Hơi nước được loại khỏi thực phẩm bằng việc giữ áp suất dưới áp suất hơi bề mặt của nước đá vì nếu áp suất cao hơn thì hơi ẩm không thể thoát ra được. Hơi nước này được làm ngưng lại thành dạng đá và loại ra ngoài. Giai đoạn này có thể loại bỏ được 90% nước tự do và một phần nước liên kết. Tuy nhiên nếu bề mặt của nguyên liệu không trơn láng thì nó làm giảm nhiệt độ bề mặt khoảng 10C và làm tăng thời gian sấy lên khoảng 10%. Nhiệt độ lúc đầu nên ở 100C. Bên cạnh đó nếu lớp ngoài hay bên trong nguyên liệu có nước trong các sớ (chẳng hạn như rau) thì hơi rất khó thoát ra ngoài. Do đó đối với các nguyên liệu có cấu trúc sớ dài thì ta phải chặt cho nó ngắn lại để giảm đoạn đường di chuyển của hơi nước trong ống mao dẫn. Các trái táo và dạng trái tương tự cũng nên xắt miếng hoặc xắt thành dạng hột nhỏ để hơi dễ thoát ra ngoài. Người ta có thể kết hợp lạnh đông với việc giảm áp suất cùng lúc nhưng đối với các sản phẩm có độ nhớt cao thì không nên vì nó sẽ tạo bọt trong quá trình hút chân không. Giai đoạn sấy phụ: Trong giai đoạn này vật được gia nhiệt thêm và vẫn tiếp tục giảm áp suất. Nhờ thế nước liên kết không đóng băng trong vật được bốc hơi theo đường cong trễ hấp thụ từ lớp sấy của sản phẩm. Giai đoạn này có thể loại thêm 1-3% nước. Giai đoạn này tốn ít thời gian hơn giai đoạn sấy chính ( 30-50% thời gian sấy chín) vì áp suất giữ nước liên kết thấp hơn áp suất giữ nước tự do ở cùng một nhiệt độ. 2.5.4 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống sấy thăng hoa Các thiết bị cơ bản trong hệ thống bao gồm: một phòng sấy, một thiết bị ngưng tụ, một bơm chân không, thiết bị làm lạnh và một nguồn nhiệt. Trong các hệ thống sấy thăng Luận văn tốt nghiệp khoá 29 năm 2008 Trường Đại học Cần thơ Ngành Công Nghệ Thực Phẩm – Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học ứng dụng 10 hoa ngày nay người ta thường lắp thiết bị lạnh đông vào trong buồng sấy để làm gọn hệ thống. Phòng sấy: Thường có cấu tạo hình trụ, có đáy và nắp là các chỏm cầu. Nắp đ._.