nghiên cứu công nghệ sấy tảo xoắn bằng bơm nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI








PHÙNG VĂN LƯƠNG


NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY TẢO XOẮN
BẰNG BƠM NHIỆT



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa nông lâm nghiệp
Mã số chuyên ngành: 60.52.14
Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Xá

HÀ NỘI - 2010

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin trân trọng cảm ơn Tiến sỹ Nguyễn Văn Xá, người ñã trực tiếp
hướng dẫn, cán bộ Trung tâm giáo dục và phát triển sắc ký, trường ðại học
Bách Khoa Hà Nội, cùng tập thể thầy cô giáo Bộ môn Thiết bị bảo quản và
chế biến nông sản, Viện Cơ ñiện Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội ñã
giúp ñỡ tôi thực hiện ñề tài này.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè, ñồng nghiệp ñã
quan tâm ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt thời gian qua.

Tác giả luận văn




Phùng Văn Lương

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
iii


LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan rằng:
- Toàn bộ số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực,
chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
- Mọi sự giúp ñỡ cho quá trình thực hiện luận văn này tôi ñã trân trọng
cảm ơn.
- Các tài liệu, thông tin khai thác ñể phục vụ cho việc nghiên cứu ñề tài
này, tôi ñã chỉ rõ nguồn gốc tên tài liệu và tên tác giả.

Tôi xin chịu trách nhiệm trước pháp luật về những lời cam ñoan trên.



Tác giả luận văn




Phùng Văn Lương
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu Ý nghĩa
MN Máy nén
NT Dàn ngưng tụ
BH Dàn bay hơi
TL Thiết bị tiết lưu
TBHN Thiết bị hồi nhiệt
VðT Van ñiện từ
t
m
Nhiệt ñộ môi trường
w ðộ ẩm của nguyên liệu
φ ðộ ẩm của không khí
C
k
Nhiệt dung riêng của không khí khô

C
a
Nhiệt dung riêng của không khí ẩm
d ðộ chứa hơi của không khí ẩm
I Entanpi của không khí ẩm
q Mật ñộ dòng nhiệt
Q Nhiệt lượng
α Hệ số trao ñổi nhiệt ñối lưu
λ Hệ số dẫn nhiệt
k Hệ số truyền nhiệt
τ Thời gian
r Nhiệt hóa hơi
F Diện tích
G Khối lượng sấy
F(n-m-1; n.(r-1); α)
Tiêu chuẩn Fisher
C(r-1; n; 1- α)
Tiêu chuẩn Cochran
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
v


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang

B
ảng 1.1 Thành phần tảo Spirulina 10

B

ảng1.2 Bảng so sánh tảo Spirulina với các nguồn dinh dưỡng khác 13

B
ảng 3.1 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng
lượng riêng với lớp vật liệu dày 1 mm ( kWh/ kg ẩm)
70

B
ảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng
lượng riêng với lớp vật liệu dày 1,5 mm ( kWh/ kg ẩm)
71

B
ảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng
lượng riêng với lớp vật liệu dày 2 mm (kWh/ kg ẩm)
72

B
ảng 3.4 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng
protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 1 mm
75

B
ảng 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng
protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm
76

B
ảng 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng
protein (%) khi sấy với lớp vật liệu dày 2 mm

77

B
ảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và tốc ñộ gió ñến màu sắc sản phẩm 78

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
vi


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

H
ình 1.1 Một số sản phẩm làm từ tảo xoắn 5

Hình 1.2
Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại ðài Loan 6

Hình 1.3
Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Ấn ðộ 6

Hình 1.4
Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Thái Lan 7

Hình 1.5
Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Việt Nam 8

Hình 1.6
Thành phần của tảo xoắn 9

Hình 1.7
Quy trình công nghệ nuôi trồng tảo xoắn (Spirulina) 14

Hình 1.8
Quá trình ñốt nóng tăng ẩm 17

Hình 1.9
Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng chất hấp phụ và quá trình thay
ñổi trạng thái không khí
21

Hình 1.10

Sơ ñồ phương pháp sấy lạnh bằng bơm nhiệt và quá trình thay
ñổi trạng thái không khí
23

Hình 1.11

Phạm vi hoạt ñộng của bơm nhiệt và máy lạnh 29

Hình 1.12

Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt nén hơi 30

Hình 1.13

Các dạng thiết bị phụ của bơm nhiệt 34

Hình 1.14

Sự phụ thuộc của lượng ẩm riêng vào ñộ ẩm tương ñối và nhiệt
ñộ sấy trong quá trình tách
35

Hình 1.15

Bơm nhiệt hút ẩm có hòa trộn không khí ẩm 36

Hình 1.16

Bơm nhiệt thí nghiệm ñể sấy hạt ngũ cốc 37

Hình 1.17

Buồng sấy gỗ bơm nhiệt của hãng Westair 37

Hình 1.18

Sơ ñồ bơm nhiệt hút ẩm 38

Hình 1.19

Máy ñiều hòa 2 chiều 39

Hình 1.20

Máy ñiều hòa nhiệt ñộ 3 chức năng: làm lạnh, sưởi ấm, hút ẩm 40

Hình 1.21

Sơ ñồ máy sấy bơm nhiệt có hồng ngoại hỗ trợ 42

Hình 2.1

ðường cong sấy w = f(τ)
44

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
vii


Hình 2.2
ðường cong tốc ñộ sấy 45

Hình 2.3
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy ñến ñộng học quá trình sấy 49

Hình 2.4
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ tác nhân sấy ñến ñộng học quá trình sấy 50

Hình 2.5
Sơ ñồ nguyên lý của thiết bị sấy bơm nhiệt 51

Hình 2.6
Chu trình tuần hoàn của tác nhân lạnh trong thiết bị sấy bơm
nhiệt
52

Hình 2.7
ðồ thị I – d biểu diễn chu trình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy
bơm nhiệt
54

Hình 2.8
Sơ ñồ nguyên lý mô hình của thiết bị sấy bơm nhiệt 56

Hình 2.9
Sơ ñồ thiết bị thí nghiệm sấy bơm nhiệt 57

Hình 3.1
Máy sấy bơm nhiệt tại Phòng thí nghiệm Trung tâm 64

Hình 3.2
Bảng ñấu ñiện của Máy sấy bơm nhiệt 65

Hình 3.3
Máy ño ñộ ẩm và nhiệt ñộ không khí HTM-1004 65

Hình 3.4
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng
riêng với lớp vật liệu là 1 mm
93

Hình 3.5
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng
riêng khi chiều dày lớp vật liệu là 1,5 mm
94

Hình 3.6
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến chi phí năng lượng
riêng khi bề dầy lớp vật liệu sấy là 2 mm
95

Hình 3.7
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein
khi sấy với lớp vật liệu dày 1 mm
97

Hình 3.8
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein
khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm
98

Hình 3.9
Ảnh hưởng của nhiệt ñộ sấy và tốc ñộ gió ñến hàm lượng protein
khi sấy với lớp vật liệu dày 1,5 mm
99


MỤC LỤC
Trang

Lời cảm ơn i

Lời cam ñoan ii

Danh mục các ký hiệu iii

Danh mục các bảng biểu iv

Danh mục các hình vẽ v

ðặt vấn ñề 1

Chương 1. Tổng quan, mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu
4

1.1.Vai trò của sản xuất sinh khối từ tảo xoắn và tình hình sản xuất
trên thế giới và ở Việt Nam
4

1.1.1. Vai trò của sản xuất sinh khối prôtêin từ tảo 4

1.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ tảo xoắn trên thế giới và ở Việt Nam 6

1.2. ðặc ñiểm của tảo xoắn
8

1.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sấy
15

13.1. Vật liệu ẩm 15

1.3.2. Quá trình ñốt nóng và làm lạnh 16

1.3.3. Các phương pháp sấy 17

1.4. Tổng quan về bơm nhiệt và ứng dụng bơm nhiệt trong công

nghệ sấy
28

1.4.1. Tổng quan về bơm nhiệt 28

1.4.2. Các loại bơm nhiệt và thành phần cơ bản của bơm nhiệt 31

1.4.3. Ứng dụng của bơm nhiệt trong nền kinh tế quốc dân 35

1.4.4. Ưu nhược ñiểm của sấy bơm nhiệt 41

1.4.5. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng máy sấy bơm nhiệt 42

1.5. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu
43

1.5.1. Mục ñích nghiên cứu 43

1.5.2. Nhiệm vụ nghiên cứu 43

Chương 2.Cơ sở lý thuyết tính toán một số thông số của công nghệ
sấy bằng bơm nhiệt
44

2.1.Các quy luật cơ bản của quá trình sấy
44

2.1.1. ðường cong sấy 44

2.1.2. ðường cong tốc ñộ sấy 45

2.1.3. Phân tích quá trình sấy 46

2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng ñến chế ñộ và cường ñộ sấy 48

2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán máy sấy bơm nhiệt
51

2.1.1. Cơ sở lý thuyết 51

2.2.2. Cơ sở lý luận xây dựng sơ ñồ nguyên lý thiết bị sấy bơm nhiệt mô
hình thực nghiệm
54

2.3. Tính toán các thông số cơ bản của quá trình sấy lý thuyết
58

2.3.1. Các thông số ban ñầu
58

2.3.2. Tính nhiệt quá trình sấy
58

Chương 3. Kết quả thực nghiệm
63

3.1. Lựa chọn thông số ñầu vào và thông số mục tiêu
63

3.2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

64

3.2.1. Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm 64

3.2.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 64

3.3. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số ñến chi phí
năng lượng riêng
69

3.4. Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của các thông số ñến chất lượng
sản phẩm
74

Kêt luận và ñề nghị
81

Tài liệu tham khảo
82

Phụ lục
85


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
1


ðẶT VẤN ðỀ
ðẩy mạnh phát triển và ứng dụng công nghệ chế biến, bảo quản nông,

lâm, thủy sản là nội dung quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa – hiện
ñại hóa nông nghiệp, nông thôn ở nước ta. Nghị quyết ðại hội ðảng lần thứ X
ñã chỉ rõ: “Hiện nay và trong nhiều năm tới, vấn ñề nông nghiệp, nông dân và
nông thôn vẫn có tầm chiến lược ñặc biệt quan trọng. Phải luôn luôn coi trọng
ñẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nông nghiệp, nông thôn hướng tới
xây dựng một nền nông nghiệp hàng hoá lớn, ña dạng, phát triển nhanh và
bền vững, có năng suất, chất lượng và khả năng cạnh tranh cao; ” và “Phát
triển mạnh công nghệ bảo quản, chế biến, giảm nhanh tổn thất sau thu hoạch,
ñồng thời nâng cao nhanh giá trị gia tăng cho các loại nông, lâm, thủy sản,
nhất là sản phẩm xuất khẩu chủ lực, ”[1]
Theo thống kê năm 2009 thì tỷ trọng tổng sản phẩm nông, lâm nghiệp
chỉ chiếm 25 - 40% tổng giá trị sản phẩm trong nước. Trong khi lao ñộng
nông, lâm nghiệp chiếm trên 70% lao ñộng trong toàn xã hội [2]. Vì vậy, ñể
nâng cao tổng giá trị sản phẩm nông nghiệp, tương xứng với lực lượng lao
ñộng vốn có, cần phải nâng cao năng suất trồng trọt, chăn nuôi và tăng cường
công nghiệp chế biến nông sản. Trong khi năng suất cây trồng, vật nuôi ñã và
ñang ngày càng tăng do áp dụng những thành tựu của công nghệ tiên tiến về
giống, cũng như về phương pháp gieo trồng, chăm sóc, Vấn ñề còn lại thuộc
về công tác bảo quản, chế biến ñể nâng cao chất lượng và giá trị nông sản.
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt ñới gió mùa nóng ẩm, ñộ ẩm
không khí thường trên 70%, nhiệt ñộ cao nhất có thể lên tới 40
o
C. Khí hậu
nóng ẩm là ñiều kiện thuận lợi ñể nấm mốc và các loại vi sinh vật có hại phát
triển làm hư hại các loại lương thực, thực phẩm, hoa quả, giống cây trồng,
thuốc chữa bệnh, Bên cạnh ñó, trình ñộ khoa học kỹ thuật còn lạc hậu.
Nhiều ñịa phương do không có trang bị kỹ thuật bảo quản hoa quả, nông lâm
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
2

sản sau thu hoạch nên thường bán với giá rẻ trong mùa thu hoạch, giá trị ñạt
ñược chỉ khoảng 20% so với giá trị thực. ðể tránh ñược tình trạng ñó và ña
dạng hoá các loại sản phẩm nông nghiệp, nâng cao giá trị sử dụng của sản
phẩm, nâng cao thu nhập cho người nông dân, việc nghiên cứu nâng cao chất
lượng sản phẩm sau thu hoạch là một yêu cầu cần thiết.
Nhiều công nghệ chế biến, bảo quản nông sản ñã và ñang ñược ứng
dụng như chế biến tươi; ñông lạnh; chiên và sấy, Tùy theo từng loại sản
phẩm và nhu cầu thị trường ñể lựa chọn công nghệ phù hợp. Trong ñó, công
nghệ sấy ñóng vai trò vô cùng quan trọng ñối với việc chế biến, bảo quản sau
thu hoạch. Trong quy trình công nghệ sản xuất của nhiều sản phẩm ñều có
công nghệ sấy khô ñể bảo quản dài ngày. Công nghệ sấy ñang ngày càng phát
triển, ñặc biệt trong ngành hải sản, rau quả và thực phẩm.
Hiện nay, các thiết bị sấy ñang ñược dùng chủ yếu là các máy sấy ñốt
than trực tiếp, hoặc gián tiếp có gió cưỡng bức hoặc ñối lưu tự nhiên; các máy
sấy dùng năng lượng ñiện trực tiếp có chi phí cao. Ngoài ra còn một số thiết
bị sấy chân không và sấy thăng hoa.
Các máy sấy ñốt than hiện nay có ưu ñiểm là sử dụng nhiên liệu rẻ tiền
nhưng sản phẩm sau sấy có chất lượng thấp do ám mùi khói. Các máy sấy
thăng hoa và chân không có giá thành quá cao. Mặt khác, các thiết bị sấy này
chịu ảnh hưởng môi trường rất lớn ñến ñộ ổn ñịnh chất lượng và hiệu suất.
Với các loại rau, củ, quả, dược liệu… khi sấy ở nhiệt ñộ cao có thể phá
huỷ các chất hoạt tính sinh học như hoóc môn, màu, mùi vị, men, vitamin,
prôtêin… và làm thay ñổi chất lượng sản phẩm. Vì thế, sấy lạnh theo nguyên
lý bơm nhiệt là một phương pháp bảo quản sau thu hoạch ñáp ứng ñược
những yêu cầu khắt khe về chất lượng sản phẩm sau khi sấy. Bởi vì tác nhân
sấy có ñộ ẩm thấp, nhiệt ñộ sấy thấp do ñó hạn chế ñược sự thay ñổi không có
lợi về màu sắc và mùi vị tự nhiên của sản phẩm.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
3

Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt - lạnh ñược xem là thiết bị sấy có khả năng
tiết kiệm năng lượng nhất hiện nay. Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai
ứng dụng ñể hút ẩm và sấy lạnh thấy rằng: bơm nhiệt có rất nhiều ưu ñiểm và
có khả năng ứng dụng rộng rãi trong ñiều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với
thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật ñáng kể [9, 10, 11].
Bơm nhiệt sấy lạnh ñặc biệt phù hợp với những sản phẩm không cho phép sấy
ở nhiệt ñộ cao, tốc ñộ gió lớn và cần giữ trạng thái, màu sắc, mùi vị, chất dinh
dưỡng.
Trước những nhu cầu cấp thiết ñã ñược trình bày ở trên và ñược sự
hướng dẫn tận tình của Tiến sỹ Nguyễn Văn Xá, khoa Công nghệ hóa học,
Trường ðại học Bách khoa Hà Nội; Tập thể cán bộ, giảng viên Bộ môn Thiết
bị bảo quản và chế biến nông sản, Viện Cơ ñiện – Trường ðại học Nông
nghiệp Hà Nội, tôi ñã tiến hành thực hiện ñề tài
“Nghiên cứu công nghệ
sấy tảo xoắn bằng bơm nhiệt ”.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
4


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN, MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
1.1. VAI TRÒ CỦA SẢN XUẤT SINH KHỐI TỪ TẢO XOẮN (SPIRULINA)
VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1.1. Vai trò của sản xuất sinh khối prôtêin từ tảo
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền văn minh nhân loại
thì lĩnh vực công nghệ sinh học cũng ñang có những bước tiến mới và ñang
dần chiếm vị trí quan trọng trong sản xuất thực phẩm phục vụ cho ñời sống
con người, trở thành công cụ ñắc lực giúp chúng ta tìm ñược các giải pháp tối
ưu. Một trong những công cụ hữu hiệu nhất ñó là sử dụng nguồn vi sinh vật

ñể sản xuất các chế phẩm sinh học.
Trong những năm gần ñây thì công nghệ năng lượng sinh khối ngày càng
phát triển, việc ứng dụng vi sinh vật quang tự dưỡng sử dụng ánh sáng mặt
trời ñể tổng hợp nên nguồn năng lượng sống qua quá trình quang hợp. Trong
ñó tảo (Algae) ñóng góp nguồn sinh khối sơ cấp khổng lồ. Việc nghiên cứu
giá trị dinh dưỡng của tảo ñang ngày càng ñược chú trọng. Với kỹ thuật nuôi
ñơn giản, thời gian sản xuất hầu như quanh năm. Sinh khối thu ñược có giá trị
dinh dưỡng cao với hàm lượng prôtêin ñạt 60% - 70% trọng lượng khô, ñầy
ñủ các axit amin ñặc biệt là các axit amin không thay thế, giàu các vitamin,
các nguyên tố khoáng, các chất khoáng, các sắc tố và nhiều chất có hoạt tính
sinh học khác. Nhờ vậy, những ứng dụng của tảo không chỉ là nguồn dinh
dưỡng quý mà còn ñược ứng dụng nhiều trong y-dược học…Ngày nay thì
càng có nhiều sản phẩm ứng dụng từ việc sản xuất sinh khối tảo thu ñược:
* Trong sản xuất thực phẩm như mỳ sợi vi tảo, bánh mỳ vi tảo, ñồ uống
vi tảo ( bia vi tảo, trà xanh vi tảo…) hay kẹo vi tảo.
• * Thực phẩm chức năng: Tảo bồi bổ, tảo ñiều hoà huyết áp,
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
5


* Trong lĩnh vực y dược: nhiều loại thuốc ñược chế tạo có rất nhiều ứng
dụng hữu ích như tăng cường thể lực, giúp giảm cân, tránh tiểu ñường, chống
ung thư, các bệnh dạ dày, tim mạch…
* Trong sản xuất mỹ phẩm: các sản phẩm như mặt nạ, dưỡng da,…chống
lão hoá hữu hiệu.

Hình 1.1. Một số sản phẩm làm từ tảo xoắn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
6


1.1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ tảo xoắn trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.2.1. Trên thế giới
Với những ñặc tính ưu việt, những thành tựu về công nghệ nuôi trồng
và sử dụng tảo ñang ngày càng phát triển mạnh ở nhiều nước trên thế giới,
nhất là những nước công nghiệp phát triển, ñưa vào nuôi trồng công nghiệp
và sử dụng rộng rãi dưới nhiều dạng chế phẩm khác nhau với sản lượng hàng
trăm tấn/nước/một năm, ñứng ñầu là các nước Mêhicô, Mỹ, Nhật, ðài Loan,
Ấn ðộ, Thái Lan…

Hình 1.2. Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại ðài Loan

Hình 1.3. Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Ấn ðộ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
7



Hình 1.4. Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Thái Lan
1.1.2.2. Tại Việt Nam
Tảo Spirulina ñược giáo sư Ripley D.Fox - nhà nghiên cứu về tảo và
các chế phẩm của nó tại "Hiệp hội chống suy dinh dưỡng bằng các sản phẩm
từ tảo" (A.C.M.A) tại Pháp ñưa vào Việt Nam từ 1985. Trong những năm
1985-1995 ñã có những nghiên cứu thuộc lĩnh vực công nghệ sinh học cấp
nhà nước như nghiên cứu của GS.TS. Nguyễn Hữu Thước và cộng sự (Viện
Công nghệ Sinh học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) với ñề tài
"Công nghiệp nuôi trồng và sử dụng tảo Spirulina". Hay ñề tài cấp thành phố
của bác sĩ Nguyễn Thị Kim Hưng (TP Hồ Chí Minh) và cộng sự với ñề tài
"Nghiên cứu sản xuất và sử dụng thức ăn có tảo Spirulina trong dinh dưỡng
ñiều trị" v.v
Cho ñến nay, nhiều cơ sở nuôi trồng, sản xuất và chế biến các sản phẩm
từ tảo Spirulina ñã ñược thành lập với công nghệ nuôi tảo trên các bể nông
xây bằng xi măng sử dụng khí CO
2
của công nghệ tạo nguồn cacbon, nguồn
CO
2
trực tiếp lấy từ các nhà máy bia, cồn, rượu…nén hóa lỏng vào bình chứa.
ðó là các cơ sở như Vĩnh Hảo (Bình Thuận), Châu Cát, Lòng Sông (Thuận
Hải), Suối Nghệ (ðồng Nai), ðắc Min (ðắc Lắc). Nguồn CO
2
từ lò nung vôi
(sau khi lọc bụi) và các hầm khí bioga cũng ñã ñược nghiên cứu tận dụng ñể

phát triển nuôi trồng tảo và cũng ñã thu ñược một số kết quả.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
8



Hình 1.5. Hình ảnh trung tâm nuôi trồng tảo tại Việt Nam
Các sản phẩm ñược chế biến từ tảo Spirulina tại Việt Nam cũng ñã xuất hiện
ngày càng nhiều và ña dạng. Trước ñây ñã từng có bột dinh dưỡng Enalac,
Sonalac (5% tảo), viên nang Linaforce của Trung tâm Dinh dưỡng thành phố
Hồ Chí Minh, Lactogyl và Linavina của xí nghiệp Dược 24 thành phố H Chí
Minh (Công ty cổ phần Hóa dược phẩm Mekofa), viên Spirulina của Công ty
nc sui Vĩnh Hảo. Nay ñã có nhiều sản phẩm Spir@ của Công ty DETECH
(Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) ñược Cục An toàn vệ sinh thực
phẩm - Bộ Y tế cấp phép lưu hành trên thị trường.
1.2. ðẶC ðIỂM CỦA TẢO XOẮN
Tổ chức Y tế thế giới (WHO/OMS) công nhận tảo Spirulina là
thực phẩm bảo vệ sức khỏe tốt nhất của loài người trong thế kỉ 21. Cơ
quan quản lí thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) công nhận nó là
một trong những nguồn prôtêin tốt nhất.
ðây là một loại vi sinh vật sống trong nước mà người ta quen
gọi là Tảo xoắn với tên khoa học là Spirulina platensis. Spirulina thuộc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
9


Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), chúng thuộc nhóm Sinh vật có nhân sơ
hay nhân nguyên thủy (Prokaryotes). Những nghiên cứu mới nhất lại
cho biết chúng cũng không phải thuộc chi Spirulina mà lại là thuộc chi
Arthrospira. Tên khoa học hiện nay của loài này là Arthrospira

platensis, thuộc bộ Oscilatoriales, họ Cyanobacteria.
Tảo Spirulina (Spirulina platensis) là một loài vi tảo có dạng xoắn hình
lò xo, mầu xanh lam với kích thước chỉ khoảng 0,25mm. Chúng sống trong
môi trường nước giàu bicarbonat (HCO
3
) và ñộ kiềm cao (pH từ 8,5 - 11).
Năm 1964, Brandily - một nhà nhân chủng học người Pháp là người ñầu tiên
phát hiện ra loài tảo này trong lần khảo sát sự ña dạng sinh học tại vùng hồ ở
Tchad (Châu Phi) sau khi quan sát và nhận thấy những người dân sống quanh
vùng hồ này rất khoẻ mạnh vì họ thường vớt loại tảo này về ăn như là một
loại thực phẩm chính.



Hai mươi năm sau, vào những năm cuối thập kỷ tám mươi thế kỷ 20 -
nhiều giá trị dinh dưỡng và chức năng sinh học của tảo Spirulina ñã ñược
Hình 1.6. Thành phần của tảo xoắn
Protein
Amino acide
65%
Fats
5%
Minerals
7%
Moisture

3%

Carbohydrates
20%

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
10


khám phá và công bố rộng rãi không chỉ ở Pháp mà ở cả nhiều nước khác trên
thế giới như Mỹ, Nhật, Canada, Mêhicô, ðài Loan…
Hầu hết các nghiên cứu ñều ñã chỉ ra rằng tảo Spirulina rất giàu prôtêin
(tới 60-70% trọng lượng khô của tảo) trong khi thịt bò loại I chỉ có 21%, thịt
gà ta 20,3%, thịt lợn nạc 19%, thịt chó sấn 16% Chỉ số hóa học (chemical
score - C.S) của protein của tảo cũng rất cao trong ñó các loại acid amin chủ
yếu như leucin, isoleucin, valin, lysin, methionin và tryptophan ñều có mặt
với tỷ lệ vượt trội so với chuẩn của Tổ chức lương nông quốc tế (F.A.O) quy
ñịnh. Hệ số tiêu hóa và hệ số sử dụng prôtêin (net protein utilization - N.P.U)
rất cao (80-85% prôtêin của tảo ñược hấp thu sau 18 giờ).
Trong 100g bột tảo chứa tới 1g (1%) acid gama linolenic (tiền thân của
chất prostaglandin, có tác dụng cùng với vitamin E chống xơ vữa ñộng mạch,
iu hòa huyết áp, bảo vệ gan và các tế bào thần kinh.
Spirulina có các loại vitamin nhóm B, hàm lượng vitamin B12 cao gấp
2 lần trong gan bò. Caroten cao gấp 10 lần trong củ cà rốt. Sắc tố tạo cho tảo
có mầu xanh lam (phycoyanin), các nguyên tố vi lượng như K, Mg, Fe, Mn,
Zn cũng rất cao có lợi cho hoạt ñộng của hệ thần kinh và tim mạch, chống lão
hóa ngăn ngừa bệnh ung thư và kích thích sự ñáp ứng miễn dịch của cơ thể
ñối với các tác nhân có hại từ bên ngoài. ðặc biệt - kẽm (Zn) và các acid
amin: tryptophan, arginin có trong tảo giúp tăng cường khả năng hoạt ñộng
tình dục, tăng cảm giác hưng phấn tình dục ở nam giới (những người thiếu
arginin có thể mắc chứng bất lực hoặc vô sinh).

Bảng 1.1. THÀNH PHẦN TẢO SPIRULINA
THUỘC TÍNH VẬT LÝ
Thành phần cấu tạo 100% Spirulina

Hình dạng Bột mịn
Màu sắc Xanh lục ñậm
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
11


Mùi và vị Gần giống tảo biển
Khối lượng riêng 340 - 600 kg/m
3
Kích thước phần tử 64 mesh through

PHÂN TÍCH TỔNG HỢP
Chất ñạm 55 – 70%

Hydrat-cacbon 15 – 25%

Chất béo (Lipid) 06 – 08%

Khoáng chất (Tro) 07 – 13%

ðộ ẩm 03 – 07%

Chất xơ 08 – 10%


VITAMIN
Vitamin Mỗi 100g

Vitamin A 230000 IU

Beta-carotene 140 mg

Vitamin B1 3.5 mg

Vitamin B2 4.0 mg

Vitamin B3 14 mg

Vitamin B6 0.8 mg

Folate 10 mcg

Vitamin B12 0.2 mg

Axít Pantothenic 0.1 mg

Vitamin D 120000 IU

Vitamin E 10 mg

Vitamin K 2 mg

Biotin 5 mcg

Inositol 64 mg


KHOÁNG CHẤT
Khoáng chất Mỗi 100g

Can xi 700 mg

Sắt 150 mg

Phốt pho 800 mg

Magiê 400 mg

Kẽm 30 mg

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
12


Selen 100 mcg

ðồng 1.2 mg

Magan 50 mg

Crôm 250 mcg

Natri 900 mg

Kali 1.4 g

Germani 600 mcg


DIỆP LỤC TỐ

Diệp lục tố Màu sắc Mỗi 100g

Phycocianin Xanh 14000 mg

Chlorophyll Xanh lục 1000 mg

Carotenoid Cam 470 mg


AXÍT AMIN
Axít Amin thiết yếu Mỗi 100g

% Tổng cộng

Isoleucine 3.5 g

5.6%

Leucine 5.4 g

8.7%

Lysine 2.9 g

4.7%

Methionine 1.4 g

2.3%

Phenylalanine 2.8 g

4.5%

Threonine 3.2 g

5.2%

Trytopan 0.9 g

1.5%

Valine 4.0 g

6.5%

Axít Amin thường Mỗi 100g

% Tổng cộng

Alanine 4.7 g

7.6%

Arginine 4.3 g

6.9%

Axít Aspartic 6.1 g

9.8%

Cystine 0.6 g

1.0%

Axít Glutamic 9.1 g

14.6%

Glycine 3.2 g

5.2%

Histidine 1.0 g

1.6%

Proline 2.7 g

4.3%

Serine 3.2 g

5.2%

Tyrosine 3.0 g

4.8%

Tổng cộng axít amin: 62g trong 100g
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
13



Bảng 1.2.
Lư
ợng vitamin, khoáng chất có trong 6g (30 vi
ên) t
ảo Angel Life
S
pirulina

Vitamin A
(Beta - carotene)
(10,14mg)

Vitamin B1
(0,12 mg)
Vitamin B2
(0,21 mg)
Vitamin B6
(42 mcg)
Vitamin B12
(6 mcg)
Vitamin B3
(Niacin)
(0.87 mg)

Vitamin E
(0.48 mg)
Canxi
(65.4 mg)
Chất sắt
(5.88 mg)
Magiê
(23.76 mg)
28
chai s
ữa
20
qu
ả trứng
4
củ khoai tây
2
củ cà rốt
4
con cá trèn
24g
pho mát
20
con hàu
4
cây xúc xích
2.5
bó cải bó xôi
3/4
bắp cải

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
14


Chính vì có những giá trị dinh dưỡng và giá trị sinh học ñặc biệt như
thế, tảo Spirulina ñã ñược coi là một loại thực phẩm chức năng (functional
food), một thức ăn cho sức khoẻ (health food) và ñã ñược nhiều nước, nhất là
những nước công nghiệp phát triển, ñưa vào nuôi trồng công nghiệp và sử
dụng rộng rãi dưới nhiều dạng chế phẩm khác nhau …
* Quy trình công nghệ sản xuất tảo xoắn



















Nguồn nước

Xử lý
Bể nuôi tảo
Nhân giống cấp 1
Nhân giống cấp 2
Nhân giống cấp 3
Lọc và ép nước
Nghiền - sấy
Tảo thô
Thu hồi môi
trường
Nhân giống cấp 4
Tảo giống
Khuấy trộn
Dinh
Dưỡng
CO
2
/HCO
-
3

Ánh sáng

Hình 1.7. Quy trình công nghệ nuôi trồng tảo xoắn (Spirulina)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
15


Quá trình sản xuất tảo có ba bước chính là chuẩn bị nguyên liệu, nuôi
cấy và thu hoạch.

Nguyên liệu ban ñầu ñể sản xuất tảo bao gồm: giống, ánh sáng, nguồn
nước, dinh dưỡng, và sục khí CO
2
.
Tảo khi ñã ñạt ñược yêu cầu về nguồn dinh dưỡng và kích thước sẽ ñược
tiến hành hút lên và ñưa vào máy lọc và ép ñể tách nước, khi lọc nước sẽ ñược
tách ra và ñưa trở lại bể nuôi cấy, sau khi ép lượng nước trong tảo cũng còn
khoảng 70-80% nên tảo rất dễ bị lên men và hỏng vì vậy người ta phải tiếp
tục nghiền, sấy khô và trộn bánh tảo với một lượng ngũ cốc khô, chưa chế
biến như lúa mì, ngô, thóc, hạt kê, lúa mạch hoặc yến mạch ñể ñộ ẩm chỉ còn
3-7% ngoài ra còn nhằm tạo thêm hương vị khi bảo quản cũng như tinh chế.
Từ ñó sản phẩm ñưa qua thêm các giai ñoạn chế biến ñể làm thực phẩm, dược
phẩm hay là trong sản xuất mỹ phẩm.
1.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY
13.1. Vật liệu ẩm
Vật liệu ẩm trong kỹ thuật sấy là các vật có khả năng chứa nước hoặc
hơi nước trong quá trình hình thành hoặc gia công bản thân các vật liệu như
các loại nông sản (lúa, ngô, ñậu,…), giấy, vải sợi, gỗ, các loại huyền phù hoặc
các lớp sơn trên bề mặt các chi tiết kim loại.v.v.
1.3.1.1. ðộ ẩm của vật liệu
1. ðộ ẩm tuyệt ñối
ðộ ẩm tuyệt ñối là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối
lượng vật khô tuyệt ñối. Kí hiệu: w
0
. Ta có: w
0


=
k

n
G
G
100 [%].
2. ðộ ẩm toàn phần.
ðộ ẩm toàn phần là tỷ số giữa khối lượng ẩm chứa trong vật với khối
lượng vật ẩm. Ký hiệu: w. Ta có: w =
G
G
n
100 [%].
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
16


3. ðộ chứa ẩm
Là tỷ số giữa lượng chứa ẩm trong vật với khối lượng vật khô tuyệt ñối.
Kí hiệu: u, [kg ẩm/ kg vật khô].
Tính theo công thức: u =
k
n
G
G
,[kg ẩm/kg vật khô]
4. Nồng ñộ ẩm
Kí hiệu: N, [kg/m
3
].
Là khối lượng ẩm chứa trong 1m
3

vật thể. Ta có: N =
V
G
n
, [kg/m
3
]
5. ðộ ẩm cân bằng
Là ñộ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh
vật ñó. Kí hiệu: W
cb
, u
cb

Trong kỹ thuật sấy, ñộ ẩm cân bằng có ý nghĩa lớn, nó dùng ñể xác
ñịnh giới hạn quá trình sấy và ñộ ẩm cuối cùng trong quá trình sấy của mỗi
loại vật liệu trong những ñiều kiện môi trường khác nhau.
1.3.1.2. Các dạng liên kết ẩm trong vật liệu
1. Liên kt hoá hc
Thể hiện dưới dạng liên kết ion hay liên kết phân tử. Lượng ẩm trong
liên kết hoá học chiếm tỉ lệ nhất ñịnh
2. Liên kết hoá lý
Thể hiện dưới dạng liên kết hấp thụ và liên kết thẩm thấu. Lượng ẩm
trong liên kết hoá lý không theo tỉ lệ nhất ñịnh nào.
3. Liên kết cơ lý
ðây là mối liên kết giữa vật và nước với tỉ lệ không hạn ñịnh, ñược
hình thành do sức căng bề mặt của nước trong các mao dẫn hay trên bề mặt
ngoài của vật.
1.3.2. Quá trình ñốt nóng và làm lạnh