Nghiên cứu công nghệ sấy chuối bằng phương pháp sấy lạnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY CHUỐI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG
SVTH: LÊ THỊ THANH CHÂU
MSSV: 11116007

SKL 0 0 3 9 3 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Thị Thanh Châu
Nghành: Công Nghệ Thực Phẩm
1. Tên đồ án: Nghiên Cứu Công Nghệ Sấy Chuối Bằng Phƣơng Pháp Sấy Lạnh
2. Nhiệm vụ đồ án:
Phân tích đối tƣợng công nghệ xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm mục tiêu cần
quan tâm.
Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm mục tiêu.

Thiết lập và giải bài toán tối ƣu của công nghệ sấy bằng phƣơng pháp sấy lạnh.
Xác lập chế độ công nghệ và xây dựng quá trình sấy.
Đánh giá chất lƣợng sản phẩm.
3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/1/2015
4. Ngày hoàn thành đồ án: 20/7/2015
5. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Dũng
Phần hƣớng dẫn: toàn bộ đồ án
Nội dung và yêu cầu khóa luận tốt nghiệp đã đƣợc thông qua bởi
Trƣởng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm
TP.HCM, ngày tháng năm 2015
Trƣởng bộ môn

Ngƣời hƣớng dẫn chính

(Kí và ghi rõ họ tên)

( Kí và ghi rõ họ tên)

i


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đồ án, chúng tôi đã gặp không ít khó khăn, nhƣng luôn
nhận đƣợc sự giúp đỡ tận tình từ phía thầy cô, gia đình và bạn bè, chúng tôi xin chân thành
cám ơn tất cả mọi ngƣời.
Chúng tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến:
Ban giám hiệu nhà trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật, quý thầy cô đã tạo điều
kiện thuận lợi cho chúng tôi trong suốt quá trình làm đồ án, quá trình học tập, tận tình
giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian theo học tại trƣờng.
Các thầy, cô quản lý phòng thí nghiệm của trƣờng Sƣ Phạm Kỹ Thuật đã tạo mọi

điều kiện thuận lợi, giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian thực hiện đồ án.
Thầy Nguyễn Tấn Dũng đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn những kinh nghiệm cũng
nhƣ kiến thức chuyên ngành để chúng tôi có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình.
Chúng tôi cũng xin cám ơn đến gia đình và bạn bè luôn giúp đỡ và động viên trong
suốt thời gian chúng tôi học tập và thực hiên đồ án tốt nghiệp.
Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cám ơn và kính chúc mọi ngƣời sức khỏe,
học tập và làm việc tốt.
Tp.HCM, ngày….. tháng …... năm 2015
Sinh viên thực hiện
Lê Thị Thanh Châu

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung đƣợc trình bày trong khóa luận tốt nghiệp là của
riêng tôi. Tôi xin cam đoan các nội dung đƣợc tham khảo trong khóa luận tốt nghiệp đã
đƣợc trích dẫn chính xác và đầy đủ theo qui định.

Ngày

tháng
Ký tên

iii

năm 2015


MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ........................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................iii
MỤC LỤC ............................................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG ..........................................................................................................viii
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. xi
TÓM TẮT ĐỒ ÁN .............................................................................................................xiii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................................ 1
1.1.

Cơ sở lý thuyết quá trình sấy................................................................................... 1

1.1.1.

Cơ sở quá trình sấy .......................................................................................... 1

1.1.2.

Động học của quá trình sấy.............................................................................. 1

1.1.3.

Khái niệm sấy .................................................................................................. 2

1.1.4.

Bản chất quá trình sấy ...................................................................................... 2

1.1.5.

Đặc điểm của quá trình sấy .............................................................................. 2

1.1.6.

Mục đích quá trình sấy..................................................................................... 3

1.1.7.

Phân loại quá trình sấy ..................................................................................... 4

1.2.

Cơ sở lý thuyết sấy lạnh và hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ......................... 5

1.2.1.

Sấy lạnh............................................................................................................ 5

1.2.2.

Hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt ............................................................. 6

1.2.3.

Ƣu và nhƣợc điểm............................................................................................ 7

1.2.4.

Các biến đổi trong quá trình sấy ...................................................................... 8

1.3.

Nguyên liệu chuối ................................................................................................... 9

1.3.1.

Đặc điểm sinh học............................................................................................ 9

1.3.2.

Thành phần hóa học và dinh dƣỡng ............................................................... 13

1.3.3.

Giá trị sử dụng ............................................................................................... 15

1.4.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ chuối trong nƣớc và thế giới................................. 16

1.4.1.

Tình hình ngoài nƣớc ..................................................................................... 16

1.4.2.

Tình hình trong nƣớc ..................................................................................... 18

1.5.

Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc..................................................................... 20

iv


1.6.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy lạnh ....................................................... 21

1.6.1.

Yếu tố nguyên liệu ......................................................................................... 21

1.6.2.

Yếu tố công nghệ ........................................................................................... 22

1.6.3.

Yếu tố phụ thuộc ............................................................................................ 23

1.6.4.

Yếu tố thiết bị ................................................................................................ 23

1.7.

Kết luận ................................................................................................................. 23

CHƢƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 25
2.1.

Nguyên liệu ........................................................................................................... 25

2.2.

Thiết bị và dụng cụ ................................................................................................ 25

2.2.1.

Thiết bị chính ................................................................................................. 25

2.2.2.

Thiết bị phụ và dụng cụ ................................................................................. 25

2.2.3.

Hóa chất ......................................................................................................... 26

2.3.

Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................................... 27

2.4.

Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 30

2.4.1.

Phương pháp xác định ẩm ............................................................................. 30

2.4.2.

Phương pháp xác định hàm lượng tro TCVN 1456 – 83 ............................... 30

2.4.3.

Phương pháp xác định đường khử ................................................................. 31

2.4.4.

Phương pháp xác định vitamin C .................................................................. 31

2.4.5.

Phương pháp xác định acid tổng ................................................................... 32

2.4.6.

Phương pháp xác định chi phí năng lượng.................................................... 33

2.5.

Phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ƣu hóa ............................................. 33

2.5.1.

Thiết lập bài toán tối ƣu cho các hàm mục tiêu thành phần .......................... 33

2.5.2.

Thiết lập bài toán tối ƣu cho đa mục tiêu....................................................... 36

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................................... 39
3.1.

Xác định chỉ tiêu đầu vào của nguyên liệu ........................................................... 39

3.2.

Kết quả thực nghiệm ............................................................................................. 40

3.3.
tiêu.

Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng với các hàm mục
............................................................................................................................... 41

3.3.1. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng tới hàm mục
tiêu độ ẩm. .................................................................................................................... 41
3.3.2. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng tới hàm mục
tiêu vitamin C. .............................................................................................................. 46

v


3.3.3. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng tới mục tiêu
hàm lƣợng đƣờng.......................................................................................................... 51

3.3.4. Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng tới hàm mục
tiêu chi phí năng lƣợng. ................................................................................................ 56
3.4.

Xây dựng và giải bài toán tối ƣu một mục tiêu ..................................................... 62

3.4.1.

Giải bài toán tối ƣu một mục tiêu hàm độ ẩm ............................................... 62

3.4.2.

Giải bài toán tối ƣu một mục tiêu hàm lƣợng vitamin C ............................... 62

3.4.3.

Giải bài toán tối ƣu một mục tiêu hàm lƣợng đƣờng ..................................... 63

3.4.4.

Giải bài toán tối ƣu một mục tiêu hàm chi phí năng lƣợng ........................... 63

3.5.

Xây dựng và giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu ....................................................... 63

3.6.

Xác lập chế độ công nghệ và xây dựng quy trình sấy ........................................... 65

3.7.

Kết quả cảm quan sản phẩm với các sản phẩm chuối sấy..................................... 67

3.8.

Thảo luận ............................................................................................................... 69

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................... 71
4.1.

Kết luận ................................................................................................................. 71

4.2.

Kiến nghị ............................................................................................................... 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 72

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1. Động học quá trình sấy ......................................................................................... 2
Hình 1. 2. Hệ thống sấy lạnh DSL-P-T-02 ............................................................................ 6
Hình 1. 3. Sơ đồ nguyên lí hoạt động .................................................................................... 6
Hình 1. 4. Đồ thị trạng thái t-d ............................................................................................... 6
Hình 1. 5. Hình ảnh cây chuối ............................................................................................... 9
Hình 1. 6. Các giai đoạn chín của chuối .............................................................................. 12
Hình 1. 7. Các sản phẩm từ chuối ........................................................................................ 16

Hình 1. 8. Tỷ lệ về xuất khẩu chuối của các nƣớc trên thế giới giai doạn 2003-2007[5] ..... 18
Hình 1. 9. Tỷ lệ nhập khẩu chuối của các nƣớc trên thế giới 2002-2006 [5] ........................ 18
Hình 1. 10. Một số sản phẩm chuối sấy trên thị trƣờng....................................................... 21
Hình 2. 1. Hình ảnh chuối nguyên liệu ................................................................................ 25
Hình 2. 2. Thiết bị sấy lạnh và cấu tạo bên trong ................................................................ 26
Hình 2. 3. Sơ đồ nghiên cứu ................................................................................................ 27
Hình 2. 4. Sơ đồ sấy chuối dự kiến ...................................................................................... 28
Hình 2. 5. Sơ đồ bài toán tối ƣu hóa .................................................................................... 33
Hình 2. 6. Bài toán đa mục tiêu ........................................................................................... 36
Hình 3. 1. Sản phẩm chuối sấy lạnh .................................................................................... 65
Hình 3. 2. Quy trình sấy chuối ............................................................................................. 66
Hình 3. 3. Các mẫu cảm quan theo thứ tự từ trái qua phải .................................................. 67
Hình 3. 4. Biểu đồ đánh giá sự yêu thích các sản phẩm theo các chỉ tiêu màu sắc, mùi, vị và
độ dẻo ................................................................................................................................... 67
Hình 3. 5. Biểu đồ đánh giá sự yêu thích giữa các sản phẩm .............................................. 68

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Hàm lƣợng các thành phần dinh dƣỡng(trong 100g) của chuối chín và một số
loại trái cây khác .................................................................................................................. 14
Bảng 1. 2. Giá trị dinh dƣỡng trong 100g chuối tƣơi. .......................................................... 15
Bảng 1. 3. Sản xuất chuối hàng năm trên thế giới so với các loại trái cây và rau quả khác
(theo cơ sở dữ liệu thống kê................................................................................................. 16
Bảng 1. 4. Sản lƣợng chuối trồng theo vùng ....................................................................... 19
Bảng 2. 1. Chỉ tiêu vi sinh ................................................................................................... 29
Bảng 2. 2. Các mức yếu tố ảnh hƣởng ................................................................................. 34
Bảng 2. 3. Các biến của ma trận quy hoạch ......................................................................... 34
Bảng 2. 4. Các thí nghiệm ở tâm ......................................................................................... 35

Bảng 3. 1. Hàm lƣợng chỉ tiêu nguyên liệu đầu vào............................................................ 39
Bảng 3. 2. Kết quả thực nghiệm .......................................................................................... 40
Bảng 3.3 a. Kết quả xử lý thục nghiệm hàm mục tiêu độ ẩm theo ma trận trực giao cấp 2 41
Bảng 3.3 b. Hệ số của PTHQ cho độ ẩm ............................................................................. 43
Bảng 3.3 c. Phƣơng sai tái hiện cho độ ẩm .......................................................................... 43
Bảng 3.3 d. Sai số của phƣơng trình trong PTHQ của độ ẩm.............................................. 44
Bảng 3.3 e. Kiểm tra tính ý nghĩa của hệ số theo tiêu chuẩn Student của độ ẩm ................ 44
Bảng 3.3 f. Kết quả tính

và ( -

của độ ẩm .............................................................. 44

Bảng 3.3 g. Kiểm định Fisher của PTHQ hàm độ ẩm ......................................................... 45
Bảng 3.4 a. Kết quả xử lý hàm mục tiêu Vitamin C theo ma trận trực giao cấp 2 .............. 46
Bảng 3.4 b. Hệ số của PTHQ cho vtamin C ........................................................................ 48
Bảng 3.4 c. Phƣơng sai tái hiện cho vitamin C .................................................................... 49
Bảng 3.4 d. Sai số của hệ phƣơng trình trong PTHQ của vitaminC .................................... 49
Bảng 3.4 e. Kiểm tra tính ý nghĩa của hệ số theo tiêu chuẩn Student của vitamin .............. 49
Bảng 3.4 f. Kết quả tính

và ( -

của vitaminC .......................................................... 50

Bảng 3.4 g. Kiểm định Fisher của PTHQ hàm vitamin C ................................................... 50
Bảng 3.5 a. Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu hàm lƣợng đƣờng theo ma trận trực
giao cấp 2 ............................................................................................................................. 51
Bảng 3.5 b. Hệ số của PTHQ cho hàm lƣợng đƣờng .......................................................... 54
Bảng 3.5 c. Phƣơng sai tái hiện cho hàm lƣợng đƣờng ....................................................... 54

viii


Bảng 3.5 d. Sai số của hệ phƣơng trình trong PTHQ của lƣợng đƣờng .............................. 54
Bảng 3.5 e. Kiểm tra ý nghĩa của hệ số theo tiêu chuẩn Student của lƣợng đƣờng ............ 54
Bảng 3.5 f. Kết quả tính

và ( -

của lƣợng đƣờng .................................................... 55

Bảng 3.5 g. Kiểm định Fisher của PTHQ hàm lƣợng đƣờng .............................................. 55
Bảng 3.6 a. Kết quả xử lý thực nghiệm hàm mục tiêu chi phí năng lƣợng theo ma trận trực
giao cấp 2 ............................................................................................................................. 57
Bảng 3.6 b. Hệ số của PTHQ cho hàm chi phí năng lƣợng ................................................. 59
Bảng 3.6 c. Phƣơng sai tái hiện cho hàm chi phí năng lƣợng............................................. 59
Bảng 3.6 d. Sai số trong PTHQ của hàm chi phí năng lƣợng .............................................. 60
Bảng 3.6 e. Kiểm tra hệ số ý nghĩa theo tiêu chuẩn Student chi phí năng lƣợng ................ 60
Bảng 3.6 f. Kết quả tính

và ( -

chi phí năng lƣợng ................................................. 61

Bảng 3.6 g. Kiểm định Fisher của PTHQ hàm chi phí năng lƣợng ..................................... 61
Bảng 3.7 1. Yếu tố ảnh hƣởng và hàm mục tiêu sau khi tối ƣu hóa .................................... 65
Bảng 3.8 1. Bảng kết quả chỉ tiêu vi sinh ............................................................................ 66

ix

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu

Chữ viết tắt

PTHQ

Phƣơng Trình Hồi Quy

TCVN

Tiêu Chuẩn Việt Nam

x


MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề
Kĩ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống hiện nay.

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và nhu cầu đời sống của con ngƣời mà
trong quy trình công nghệ của nhiều sản phẩm có công đoạn sấy khô để giúp bảo quản thực
phẩm dài ngày và tránh sự xâm nhập của vi sinh vật. Chính vì vậy mà ngày nay có rất
nhiều phƣơng pháp sấy khác nhau ra đời.
Việt Nam là một trong những nƣớc có nền nông nghiệp rất phát triển, đồng thời nằm
trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa nên các sản phẩm nông sản và rau củ quả phát

triển tƣơi tốt quanh năm, nông sản thực phẩm đa dạng, phong phú và có sản lƣợng rất lớn.
Vì vậy, nghiên cứu phát triển công nghệ sấy các loại nông sản thực phẩm đƣợc coi là
nhiệm vụ, chiến lƣợc quan trọng trong việc phát triển kinh tế. Công nghệ sấy phát triển tạo
ra những sản phẩm có giá trị, chất lƣợng và xuất khẩu có giá trị kinh tế nhƣ chuối sấy, mít
sấy, sầu riêng sấy, khoai lang sấy…
Kĩ thuật sấy lạnh là một trong những kĩ thuật tiên tiến. So với nhiều phƣơng pháp sấy
khác, sấy lạnh là một phƣơng pháp có thể đáp ứng các yêu cầu chất lƣợng khắt khe nhƣ
hình dáng kích thƣớc, màu sắc, mùi vị, thành phần dinh dƣỡng… và là phƣơng pháp rút
ngắn đƣợc thời gian sấy một cách đáng kể. Việt Nam với rất nhiều trái cây ngon, rẻ nhƣng
cũng rất bổ dƣỡng và không thể không kể đến trái chuối Việt Nam. Chuối đƣợc coi là một
trong những nguồn cung cấp nhiều năng lƣợng, chuối chứa hàm lƣợng đƣờng cao, tinh bột,
lipit và một số vitamin quan trọng( vitamin C, B1…)… có tác dụng ngăn chặn các cơn co
thắt cơ bắp, chống lại bệnh ung thƣ.
Trên các cơ sở đó chúng tôi chọn đề tài “ Nghiên cứu quy trình sấy chuối bằng công
nghệ sấy lạnh” với mục đích xây dựng quy trình sấy chuối mới góp phần đa dạng hóa sản
phẩm. Với phƣơng pháp sấy lạnh thì sản phẩm chuối sấy sẽ giữ đƣợc các yêu cầu về chất
lƣợng nhƣ hình dạng, màu sắc, mùi vị… nhƣ ban đầu.
2.

Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu quá trình sấy chuối bằng phƣơng pháp sấy lạnh để nhằm tạo sản phẩm có

chất lƣợng tốt, đạt độ ẩm yêu cầu với chi phí năng lƣợng nhỏ nhất.
Nâng cao giá trị sử dụng và giá trị dinh dƣỡng của trái chuối.

xi


Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu

3.

Đối tƣợng: vật liệu sấy là chuối mốc( chuối lùn) là nguyên liệu chính để sấy thực
nghiệm.
Đốí tƣợng nghiên cứu là máy sấy lạnh hoạt động theo kiểu bơm nhiệt.
Giới hạn: Tiến hành nghiên cứu trong quy mô phòng thí nghiệm, với các loại máy
móc, thiết bị, cơ sở vật chất sẵn có.
Xây dựng quy trình sấy chuối bằng phƣơng pháp sấy lạnh.
Nghiên cứu ba yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy là nhiệt độ, tốc độ sấy và thời gian
sấy.
4.

Nội dung nghiên cứu
Tổng quan về nguyên liệu chuối, công nghệ sấy, công nghệ sấy lạnh.
Phân tích đối tƣợng công nghệ xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm mục tiêu cần

quan tâm.
Xây dựng mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm mục tiêu.
Thiết lập và giải bài toán tối ƣu của công nghệ sấy bằng phƣơng pháp sấy lạnh.
Xác lập chế độ công nghệ và xây dựng quá trình sấy.
Tổng kết và kết luận kết quả thí nghiệm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

5.

 Ý nghĩa khoa học:
Xây dựng đƣợc quy trình sấy lạnh chuối, làm cơ sở lí luận phân tích các yếu tố ảnh
hƣởng đến quá trình sấy lạnh chuối.
Làm cơ sở, nền tảng cho việc nghiên cứu sấy lạnh cho các loại nông sản có cấu trúc
và thành phần tƣơng tự nhƣ mít, khoai lang…

 Ý nghĩa thực tiễn:
Tạo ra sản phẩm chuối sấy có tính ứng dụng cao. Sản phẩm có thể sử dụng thay thế
sản phẩm chuối tƣơi hoặc nhƣ một món ăn giải trí nhƣng vẫn giữ đƣợc giá trị dinh dƣỡng
cao.
Đồng thời, sản phẩm chuối sấy có hàm lƣợng nƣớc thấp giúp kéo dài thời gian bảo
quản, giảm chi phí vận chuyển. Do đó, sản phẩm có thể xuất khẩu đi xa, kéo dài thời gian
sử dụng và giới thiệu đƣợc với bạn bè thế giới về trái chuối của Việt Nam, tăng giá trị xuất
khẩu.

xii


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Với đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất chuối sấy bằng phƣơng pháp sấy lạnh”,
đầu tiên, chúng tôi đã xây dựng quy trình công nghệ dự kiến cho quá trình sấy, xác định
công đoạn chính của quá trình là công đoạn sấy và chọn phƣơng pháp sấy lạnh để thực
hiện.
Tiếp theo, chúng tôi thực hiện theo quy trình và xác định sơ bộ các yếu tố ảnh hƣớng
đến quá trình sấy lạnh và các yếu tố nào ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm. Do bản thân
nguyên liệu chuối là thức ăn giàu giá trị dinh dƣỡng và cung cấp nhiều năng lƣợng, đồng
thời sau khi sấy sản phẩm chuối trở nên ngọt và thơm hơn nên chúng tôi đã đặt chỉ tiêu đầu
ra là độ ẩm, hàm lƣợng đƣờng, hàm lƣợng vitamin C và chi phí năng lƣợng sau sấy, và yếu
tố đầu vào là nhiệt độ, tốc độ sấy và thời gian sấy.
Sau đó chúng tôi tiến hành sấy khảo sát sơ bộ để chọn khoảng nhiệt độ, tốc độ và
thời gian sấy thích hợp, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình và thực hiện tối ƣu hóa với
ba yếu tố đầu vào và bốn hàm mục tiêu đã nói trên.
Kết quả của quá trình tối ƣu hóa chúng tôi chọn đƣợc chế độ sấy thích hợp cho công
nghệ sấy chuối này là 38,62(0C) với tốc độ sấy là 9,172 (m/s) trong 29,21 (h).

xiii

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Cơ sở lý thuyết quá trình sấy

1.1.1. Cơ sở quá trình sấy
Sấy là quá trình loại bỏ bất kỳ chất lỏng nào ra khỏi vật liệu, kết quả là tăng hàm
lƣợng chất khô. Thực tế đối với chất lƣợng lƣơng thực và thực phầm là loại bỏ nƣớc ra
khỏi sản phẩm. Sấy vật liệu ẩm nhằm mục đích: giảm khối lƣợng, tăng độ bền, tăng nhiệt
cháy, tăng độ ổn định khi bảo quản (nông sản).
Sấy là quá trình công nghệ phức tạp. Về nguyên tắc, có nhiều phƣơng pháp sấy vật
liệu khác nhau. Theo dấu hiệu về năng lƣợng ta có hai phƣơng pháp chính:
 Loại bỏ ẩm nƣớc ra khỏi vật liệu, không làm thay đổi trạng thái liên kết: vẫn ở dạng
lỏng.
 Loại bỏ ẩm khi thay đổi trạng thái liên kết: lỏng biến thành hơi.
Loại đầu có thể đƣợc thể hiện bằng phƣơng pháp cơ học (ép, ly tâm, lọc). Loại thứ
hai liên quan đến chi phí nhiệt để hâm nóng vật liệu ẩm, bốc hơi nƣớc trên bề mặt vật liệu
và làm sôi lỏng trên bề mặt vật liệu và dần thoát ra ngoài [7], [21]
1.1.2. Động học của quá trình sấy
Tất cả các vật liệu rắn ẩm đều có khả năng hút ẩm từ môi trƣờng xung quanh hoặc
nhả ẩm ra ngoài môi trƣờng. Sự chuyển động hơi nƣớc theo chiều nào phụ thuộc vào trạng
thái môi trƣờng xung quanh hoặc tính chất nguyên liệu.
Điều kiện để nƣớc bay hơi từ vật liệu ẩm vào môi trƣờng xung quanh là PA( áp suất
hơi của nƣớc trên bề mặt vật liệu) lớn hơn pA( áp suất riêng phần của hơi nƣớc trong môi

trƣờng xung quanh).
Áp suất hơi nƣớc trên bề mặt PA phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và dạng
liên kết ẩm với vật liệu. Khi nhiệt độ và độ ẩm tăng thì PA tăng, khi lực liên kết ẩm với vật
liệu càng lớn thì PA càng giảm.
Với độ ẩm tƣơng đối φ = 1, khi đó PA = pA = Pbão hòa (áp suất hơi bão hòa), đƣợc
gọi là điểm hút nƣớc, độ ẩm vật liệu tƣơng ứng với điều kiện trên đƣợc gọi là độ ẩm hút
nƣớc. Lƣợng ẩm ứng với vật liệu có độ ẩm lớn hơn độ ẩm hút nƣớc gọi là ẩm không liên
kết. Quá trình sấy thƣờng chỉ bốc đƣợc ẩm không liên kết và một phần lƣợng ẩm liên kết.
Lƣợng ẩm bốc hơi gọi là ẩm tự do [16],[21].

Trang 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG

Hình 1. 1. Động học quá trình sấy
AB – giai đoạn đốt nóng
BC – giai đoạn sấy

K – điểm tới hạn
Wcb – độ ẩm cân bằng

1.1.3. Khái niệm sấy
Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nƣớc ra khỏi vật liệu sấy. Với mục
đích giảm bớt khối lƣợng vật liệu, tăng độ bền, tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm và
nhằm tránh hƣ hỏng trong quá trình bảo quản trong thời gian dài. Dƣới thời đại công
nghiệp, sấy đƣợc xem là một quá trình công nghệ đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều
ngành công nghiệp, nông nghiệp.

1.1.4. Bản chất quá trình sấy
Sấy là sự bốc hơi nƣớc của sản phẩm bằng nhiệt, ở nhiệt độ thích hợp hay ở bức xạ
ở bƣớc sóng thích hợp, là quá trình khuếch tán do chênh lệch ẩm ở bề mặt và bên trong vật
liệu sấy. Hay nói cách khác là do chênh lệch áp suất hơi riêng phần ở bề mặt vật liệu và
môi trƣờng xung quanh [6].
1.1.5. Đặc điểm của quá trình sấy
Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tƣơng đối cao, nhiệt độ sấy và
tốc độ chuyển động của không khí không quá lớn, xảy ra theo ba giai đoạn đó là: Giai đoạn
làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn tốc độ sấy giảm dần. Đối với các
trƣờng hợp sấy với điều kiện khác, thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn, nhƣng các
giai đoạn có thể đan xen khó phân biệt hơn.
 Giai đoạn làm nóng vật
Giai đoạn này bắt đầu từ khi đƣa vật vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng,
cho tới khi nhiệt độ vật đạt đƣợc bằng nhiệt độ kế ƣớc. Trong quá trình sấy này toàn bộ vật
đƣợc gia nhiệt. Ẩm trong vật đƣợc gia nhiệt cho đến khi đạt đƣợc nhiệt độ sôi ứng với
phân áp suất hơi nƣớc trong môi trƣờng không khí trong buồng sấy. Do đƣợc làm nóng,
nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do nƣớc tự do trong vật bay hơi, còn nhiệt độ vật tăng

Trang 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG

dần cho tới khi bằng nhiệt độ kế ƣớc. Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong quá trình xảy ra
không đều ở phần ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ƣớc chậm
hơn. Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn làm nóng vật xảy ra nhanh.
 Giai đoạn sấy tốc độ không đổi
Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ƣớc. Tiếp tục cung cấp

nhiệt, ẩm trong vật sẽ hóa hơi, còn nhiệt độ của vật giữ không đổi nên nhiệt cung cấp chỉ
để hóa hơi nƣớc. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt, nƣớc tự do ở bên trong vật sẽ di
chuyển ra ngoài bề mặt để hóa hơi. Do nhiệt độ không khí nóng trong vật sẽ di chuyển ra
ngoài bề mặt vật để hóa hơi. Nhiệt độ không khí nóng không đổi nên nhiệt độ vật sấy cũng
không đổi, chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trƣờng cũng không đổi. Điều này làm cho
độ chứa hơi của vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy không đổi.
Trong giai đoạn này biến thiên của độ chứa hơi theo thời gian là tuyến tính. Ẩm đƣợc thoát
ra trong giai đoạn này là ẩm tự do. Khi độ ẩm của vật đạt tới trị số tới hạn Uk = Ucbmax
thì giai đoạn sấy tốc độ không đổi chấm dứt. Đồng thời, cũng là lúc chấm dứt giai đoạn
thoát ẩm tự do chuyển sang giai đoạn sấy tốc độ giảm.
 Giai đoạn sấy tốc độ giảm dần
Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ không đổi, ẩm tự do đã bay hơi hết, còn lại trong vật
là ẩm liên kết. Năng lƣợng để bay hơi ẩm liên kết lớn hơn ẩm tự do và càng tăng lên khi độ
ẩm của vật càng nhỏ. Do vậy tốc độ bay hơi ẩm trong giai đoạn này nhỏ hơn giai đoạn sấy
tốc độ không đổi, có nghĩa là tốc độ sấy trong giai đoạn này nhỏ hơn và càng giảm đi theo
thời gian sấy. Quá trình sấy càng tiếp diễn, độ ẩm của vật càng giảm, tốc độ sấy cũng giảm
cho đến khi độ ẩm trong vật liệu sấy cân bằng với độ ẩm của hông khí ẩm trong buồng sấy.
Lúc này, quá trình thoát ẩm của vật dừng lại, có nghĩa là tốc độ sấy tại thời điểm này bằng
không.
1.1.6. Mục đích quá trình sấy
Chuẩn bị: là sự tách bớt nƣớc để ngăn tẩm các dung dịch, ƣớp hƣơng, sấp để giảm
khối lƣợng chuyên chở.
Khai thác: tăng hàm lƣợng chất khô, nhƣ các sản phẩm: sấy sữa bột, bột hòa tan,
đƣờng các loại, chè, cafe, sấy men bánh mì, các loại rau quả,...
Chế biến: Qúa trình sấy làm biến đổi các chỉ tiêu của nguyên liệu theo hƣớng tạo ra
sản phẩm có giá trị cảm quan nhƣ mong muốn.

Trang 3

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG

Hoàn thiện: sấy khô vật liệu trƣớc khi dùng bị ƣớt, sấy để đảm bảo màu sắc sản
phẩm và độ sáng bóng (các sản phẩm dạng hạt, tinh thể rắn) tăng độ bền sản phẩm...
Bảo quản: quá trình sấy làm giảm hàm lƣợng ẩm trong nguyên liệu, nhằm mục
đích bảo quản. Đồng thời, tiêu diệt một phần lớn các vi sinh vật và ức chế enzyme. Đây
cũng là một ƣu điểm quan trọng của quá trình sấy.
1.1.7. Phân loại quá trình sấy
Sấy tự nhiên: nhờ tác nhân chính là nắng, gió... Phƣơng pháp này thời gian sấy dài,
tốn diện tích sân phơi, khó chủ động điều chỉnh các nhân tố, độ ẩm cuối cùng của vật liệu
còn khá lớn, phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết khí hậu nên năng suất thƣờng không cao.
Sấy nhân tạo: quá trình cần cung cấp nhiệt, nghĩa là phải dùng đến các tác nhân
sấy nhƣ không khí nóng, hơi quá nhiệt... Đối với phƣơng pháp này, thời gian sấy đƣợc rút
ngắn, dễ điều khiển và triệt để hơn sấy tự nhiên nên năng suất thƣờng rất cao. Hiện nay,
khoa học kỹ thuật càng phát triển thì phƣơng pháp sấy nhân tạo ngày càng đổi mới và nâng
cao [7].


Phân loại theo phƣơng pháp sấy nhân tạo, gồm có:

 Phân loại theo phương thức truyền nhiệt:
Phƣơng pháp sấy đối lƣu
Phƣơng pháp sấy bức xạ
Phƣơng pháp sấy tiếp xúc
Phƣơng pháp sấy bằng điện trƣờng dòng cao tần
Phƣơng pháp sấy thăng hoa
Phƣơng pháp sấy tầng sôi
Phƣơng pháp sấy phun



Phân loại theo tính chất xử lý vật liệu ẩm qua buồng sấy:

Sấy mẻ
Sấy liên tục


Phân loại theo sự chuyển động tương đối giữa dòng khí và vật liệu ẩm:
Loại thổi qua bề mặt
Loại thổi xuyên vuông góc với vật liệu

Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG

Cơ sở lý thuyết sấy lạnh và hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt

1.2.1. Sấy lạnh
Phƣơng pháp sấy lạnh là ứng dụng công nghệ sấy ở nhiệt độ thấp để chế biến và
bảo quản nông sản, thực phẩm. Phƣơng pháp này đƣợc thực hiện bằng cách giảm độ ẩm
tƣơng đối trong không khí để tạo ra chênh lệch áp suất giữa hơi nƣớc trong không khí và
trong nông sản, thực phẩm. Bằng cách này hơi nƣớc sẽ tách khỏi thực phẩm, nông sản và
đi vào trong không khí. Khi làm lạnh không khí trong thiết bị trao đổi nhiệt xuống thấp hơn
nhiệt độ đọng sƣơng, không khí bão hòa sẽ ngƣng đọng và tách ra khỏi không khí. Không

khí sau đó đi qua dàn nóng sẽ sấy khô nông sản, thực phẩm.
Quá trình truyền nhiệt thực hiện đƣợc thông qua sự thay đổi pha làm việc của môi
chất lạnh. Môi chất lạnh trong giàn bay hơi hấp thu nhiệt và bay hơi ở nhiệt độ và áp suất
thấp. Khi hơi môi chất lạnh ngƣng tụ ở nhiệt độ cao, áp suất cao tại dàn ngƣng tụ, nó thải
nhiệt ở áp suất cao hơn. Khi sử dụng trong quá trình sấy, hệ thống sấy sử dụng bơm nhiệt
làm lạnh không khí của quá trình đến điểm bão hòa và sau đó ngƣng tụ( khử ẩm), do đó
làm tăng khả năng sấy của không khí. Trong quá trình này chỉ tuần hoàn mức nhiệt thấp (
nhiệt hiện và nhiệt ẩn) từ không khí.
Dựa vào nhiệt độ sấy, ngƣời ta chia làm 2 loại [6],[7]:


Hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ t<00C
Hệ thống sấy thăng hoa
Hệ thống sấy chân không



Hệ thống sấy lạnh có nhiệt độ 00C < t < tmt
Phƣơng pháp sử dụng máy hút ẩm chuyên dụng kết hợp với mấy lạnh
Phƣơng pháp sử dụng bơm nhiệt có nhiệt độ thấp.
Vì các thí nghiệm trong đồ án sử dụng máy sấy lạnh DSL-P-L-T-02 của khoa

CNHH & TP tại Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kĩ Thuật Tp.HCM. Nên chúng tôi xin trình bày về
hệ thống sấy lạnh có sử dụng bơm nhiệt.

Trang 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG

1.2.2. Hệ thống sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt
 Giới thiệu

Hình 1. 2. Hệ thống sấy lạnh DSL-P-T-02

Hình 1. 3. Sơ đồ nguyên lí hoạt động

Hình 1. 4. Đồ thị trạng thái t-d
Trang 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG

 Nguyên lý hoạt động
Không khí ngoài khi đi vào máy sấy sẽ đƣợc đốt nóng lên khi đi qua Calorifer và
khi đi qua vật liệu sấy trong buồng sấy tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt và ẩm làm
cho nhiệt độ không khí giảm xuống, hàm lƣợng ẩm trong không khí tăng lên. Không khí
đƣợc máy nén hút, sau đó nén lại và đƣa lên thiết bị ngƣng tụ để làm lạnh xuống dƣới nhiệt
độ đọng sƣơng nên ẩm sẽ ngƣng tụ và tách khỏi không khí.
Không khí sau khi ra khỏi thiết bị ngƣng tụ sẽ đi qua bình chứa cao áp để chứa chất
lỏng ngƣng tụ, giải phóng điện tích trao đổi nhiệt cho thiết bị ngƣng tụ, môi chất lạnh tiếp
tục đi qua phin lọc để loại bỏ chất ẩm ƣớt và bụi bẩn có trong môi chất lạnh, tiếp tục vào
ống mao để điều tiết lƣu lƣợng gas lỏng cho thiết bị bay hơi và duy trì áp suất hơi hợp lý,
phù hợp với nhiệt độ bay hơi yêu cầu trong dàn lạnh. Môi chất lạnh đi vào thiết bị bay hơi
để hóa hơi, thu nhiệt từ vật liệu trong buồng sấy lạnh. Không khí sau khi ra khỏi thiết bị
bay hơi sẽ tiếp tục đi vào thiết bị ngƣng tụ để hạ thấp nhiệt độ xuống đến nhiệt độ yêu cầu

rồi đi vào buồng sấy. Không khí ra khỏi buồng sấy sẽ đi vào thiết bị bay hơi để bay hơi ẩm
vừa nhận từ vật liệu sấy rồi đi vào thiết bị ngƣng tụ. Chu trình cứ thế tiếp tục.
Sau một thời gian hoạt động theo chu trình trên, nhiệt độ sấy sẽ giảm xuống, máy
nén đƣợc bật lên để nâng nhiệt lên bằng nhiệt độ yêu cầu.
1.2.3. Ƣu và nhƣợc điểm
Ở phƣơng pháp sấy lạnh, thời gian thoát ẩm lâu hơn các phƣơng pháp sấy thông
thƣờng hay sấy chân không, nhƣng các chỉ tiêu nhƣ màu sắc, khả năng bảo toàn các chất
dinh dƣỡng và vitamin là cao hơn hẳn.
 Ƣu điểm
Nhiệt độ sấy thấp, chế độ sấy phù hợp cho các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ nhƣ
dƣợc liệu, các sản phẩm từ rau quả …
Có khả năng tự động hóa cao, dễ vận hành, an toàn.
Tiết kiệm năng lƣợng nhờ sử dụng cả năng lƣợng dàn nóng và dàn lạnh, hiệu quả
sử dụng nhiệt cao.
Chi phí đầu tƣ hệ thống thấp hơn so với các phƣơng pháp sấy lạnh khác.
Khả năng giữ lại màu sắc, mùi vị và các thành phần dinh dƣỡng tƣơng đối cao.
Quá trình sấy không cần loại bỏ tác nhân sấy nên đảm bảo rất vệ sinh [6].
 Nhƣợc điểm
Thời gian sấy lâu.

Trang 7


S

K

L

0

0

2

1

5

4