TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG 1500KG TINH BỘT CỦ SENMẺ

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MÔN ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT VÀ TB TRONG CNTP

ĐỒ ÁN

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
SẤY CHÂN KHÔNG 1500KG TINH BỘT
CỦ SEN/MẺ

Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Tấn Dũng
Thực hiện:

TP. Hồ Chí Minh, tháng 10/2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MÔN ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT VÀ TB TRONG CNTP
---oOo---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng
Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

1. Tên đồ án: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG
1.500KG TINH BỘT CỦ SEN/MẺ
2. Nhiệm vụ của đồ án: Tính tốn thiết kế hệ thống sấy chân không với năng suất
1500kg tinh bột củ sen/mẻ.
3. Các số liệu ban đầu:

Năng suất 1.500kg tinh bột củ sen/mẻ.
Các thông số cần thiết khác sinh viên tự chọn.
4. u cầu về phần thuyết minh và tính tốn:
Tìm hiểu về hế thống sấy chân không (cấu tạo, nguyên lý hoạt động…).
Quy trình cơng nghệ sản xuất tinh bột củ sen.
Tính tốn kích thước của hệ thống sấy chân khơng và các kích thước liên quan.
Tính cân bằng vật chất, lựa chọn động cơ, kiểm tra bền.
5. Yêu cầu về trình bày bản vẽ:
Bản vẽ quy trình cơng nghệ A3.
Bản vẽ thiết bị chính A1.
6. Yêu cầu khác: Thực viên và thông qua đồ án đúng tiến độ. Các tính tốn
phải có file Excel.


7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/10/2020.
8. Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2020.
TRƯỞNG BỘ MƠN

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Giảng viên hướng dẫn


LỜI CẢM ƠN
Đồ án Quá trình và Thiết bị là cơ hội tốt cho sinh viên nắm vững kiến thức đã
học; tiếp cận với thực tế thơng qua việc tính tốn, lựa chọn quy trình và các thiết bị với
số liệu cụ thể trong công nghệ thực phẩm. Đây là cơ sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt
công nghệ và giải quyết những vấn đề kỹ thuật tổng hợp một cách nhanh chóng, phục
vụ cho cơng việc của một kỹ sư Công nghệ Thực phẩm trong tương lai.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Dũng, chị Đỗ Thùy Khánh Linh đã
chỉ dẫn tận tình trong quá trình em thực hiện đồ án. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn

hẹp nên trong đồ án còn khá nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được nhiều ý kiến
đóng góp chỉ dẫn của quý thầy cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn.
Tp.HCM, ngày 18 tháng 10 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MÔN ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT VÀ TB TRONG CNTP
---oOo---

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng
Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

Tên đồ án: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHÔNG
1.500KG TINH BỘT CỦ SEN/MẺ
1. Nhận xét về nội dung các phần thuyết minh:
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................

2. Nhận xét về các bản vẽ thiết kế:
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................

3. Nhận xét về quá trình thực hiện thiết kế của sinh viên (kỹ năng, thái độ):
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................

4. Điểm số:
5. Kết luận (cho phép bảo vệ/không cho phép bảo vệ)
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Giảng viên hướng dẫn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
BỘ MÔN ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT VÀ TB TRONG CNTP
---oOo---

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Giảng viên phản biện:
Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

Tên đồ án: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY CHÂN KHƠNG
1.500KG TINH BỘT CỦ SEN/MẺ
1. Nhận xét về nội dung các phần thuyết minh:
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................

2. Nhận xét về các bản vẽ thiết kế:
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................

3. Nhận xét về kỹ năng trình bày:
.............................................................................................................................................................

.............................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................

4. Điểm số:
TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 2020

Giảng viên phản biện


LỜI NĨI ĐẦU
Trong cơng cuộc đổi mới theo hướng cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, đời sống
của con người ngày càng được nâng cao thì địi hỏi các sản phẩm thực phẩm phải ngày
càng phong phú và đa dạng để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của con người. Trên cơ sở đó,
quy trình sản xuất và bảo quản các loại thực phẩm luôn được cải tiến và đổi mới để
ngày càng hoàn thiện hơn. Tuy nhiên, điều bất cập ở các sản phẩm sấy, đặc biệt là các
sản phẩm dạng bột như tinh bột củ sen là do nhiệt độ sấy quá cao dẫn tới những biến
đổi không mong muốn về mặt cảm quan và giá trị dinh dưỡng. Vì thế, việc nghiên cứu
về một loại mơ hình sấy đáp ứng được yêu cầu bảo toàn tốt những giá trị về dinh
dưỡng và cảm quan thực phẩm là vô cùng cần thiết.
So với nhiều phương pháp sấy khác, phương pháp sấy chân khơng ln là một
phương pháp có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng và là phương pháp rút
ngắn được thời gian sấy một cách đáng kể, do đó phương pháp đã được áp dụng cho
sấy những vật liệu khơ chậm, khó sấy, có u cầu chất lượng sấy cao. Mặt khác, ở điều
kiện chân khơng thấp, nhiệt độ hóa hơi của nước sẽ rất thấp, làm tăng cường q trình
thốt ẩm trong vật, do vậy phương pháp sấy chân khơng có thể tiến hành sấy ở nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ mơi trường. Vì thế sản phẩm sấy chân không không bị tác động
gây biến tính của nhiệt độ cao và ln giữ được gần như đầy đủ các tính chất đặc trưng
ban đầu. Do đó sản phẩm sấy khơ bằng phương pháp này giữ được lâu dài và ít bị tác

động bởi các điều kiện bên ngồi. Với những ưu điểm đó mà đồ án này thực hiện thiết
kế hệ thống sấy chân không tinh bột củ sen.



DANH MỤC HÌNH


DANH MỤC BẢNG


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Như chúng ta đã biết, sen là một loài cây quý và là biểu tượng cho dân tộc Việt
Nam. Toàn bộ các phần của cây hoa sen đều được dùng trong đời sống và ứng dụng
làm các bài thuốc dân gian. Bột củ sen là loại bột làm ra từ củ sen. Đông y cho rằng củ
sen có giá trị dinh dưỡng phong phú, là “thần dược” thanh nhiệt, có tác dụng cầm máu,
kiện tỳ, dưỡng vị, bổ khí, dưỡng huyết. “Bản thảo thập dị” từng ghi chép: Bột củ sen
tiêu thực, trừ tả, giải phiền muộn, giã rượu, loại bỏ chứng khát sau khi say rượu. Sách
“Cương mục thập dị” thì viết: Bột củ sen điều trung khai vị, bổ tủy, ích huyết, có cơng
dụng thơng khí, thanh nhiệt, ăn thường xun sẽ thấy an thần, sinh trí, giải khát, sinh
tân, tiêu thực, trừ tả. Hiện nay, bột củ sen được xem là loại bột được rất nhiều người sử
dụng. Bột củ sen không những có vị ngọt nhẹ, lại mềm mịn, khơng những tuyệt vời
giúp khai vị mà còn chứa nhiều vi chất như sắt, canxi, kali và protein thực vật. Nó
được sử dụng nhiều cho người bệnh đặc biệt tốt cho người tiểu ít, ngươi phẫu thuật
thận xong. Ngồi ra, nó cịn tác dụng tốt cho trừ ho, bổ phổi và làm đẹp. Song, quá
trình bảo quản và chế biến sẽ làm thất thoát phần nào chất dinh dưỡng, cũng như giảm
hương vị đặc trưng của củ sen. Vì thế, việc nghiên cứu và cho ra đời sản phẩm tinh bột
củ sen mà vẫn giữ được hầu hết màu sắc, mùi vị, đồng thời hạn chế tối đa việc thất
thoát chất dinh dưỡng là một nhiệm vụ của những kỹ sư ngành Công nghệ thực phẩm

và cũng là một cơ hội lớn. Chính vì lý do đó, sản phẩm tinh bột củ sen sấy chân không
ra đời nhằm đáp ứng tất cả những u cầu của những người tiêu dùng khó tính nhất,
góp phần ngày càng mở rộng thị trường của sản phẩm chế biến từ sen.
Sấy chân không là một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay về chế biến
thực phẩm sau thu hoạch. Sấy chân không làm ra các sản phẩm có chất lượng tốt, bảo
tồn gần như ngun vẹn phẩm chất ban đầu của vật liệu, sản phẩm sấy khơng bị oxy
hóa, có thể áp dụng cho những vật liệu khơ chậm, khó sấy, sử dụng sấy chân không để
sấy sản phẩm củ sen là một lựa chọn vơ cùng hợp lý.
2. Mục tiêu đồ án
Mục đích của bài nghiên cứu này nhằm khảo sát, tìm hiểu các kiến thức lý thuyết
về công nghệ và thiết bị sấy chân khơng, từ đó ứng dụng vào tính tốn, thiết kế hệ
thống sấy chân không sản phẩm tinh bột củ sen, năng suất 1500kg sản phẩm/mẻ. Góp
11


phần hồn thiện hệ thống hệ thống sấy chân khơng với năng suất cao, đưa ra quy trình
sấy tinh bột củ sen thành phẩm có chất lượng tốt, góp phần đa dạng hóa các sản phẩm
từ nguyên liệu củ sen, nâng cao giá trị kinh tế.
Khẳng định tính ưu việt của phương pháp sấy chân không là một trong những
công nghệ hiện đại nhất, giữ được hầu như nguyên vẹn bản chất của thực phẩm và là
khuynh hướng của tương lai.
3. Giới hạn nghiên cứu của đồ án
Trong khuôn khổ nghiên cứu đồ án, tơi sẽ trình bày tổng quan về sản phẩm tinh bột
củ sen, cũng như nghiên cứu, tính tốn, thiết kế hệ thống sấy chân khơng cho sản
phẩm tinh bột củ sen năng suất 1500 kg sản phẩm/mẻ.
4. Ý nghĩa khoa học
Đồ án nghiên cứu về công nghệ sấy chân không, dựa trên cơ sở khoa học để đưa
ra tính tốn và thiết kế cho hệ thống sấy chân khơng các loại sản phẩm nói chung và
cho tinh bột củ sen nói riêng. Từ đó mở ra một ý tưởng mới về sản phẩm sấy áp dụng
sấy chân không cũng như đề xuất phương pháp sấy, nâng cao chất lượng sản phẩm.

5. Ý nghĩa thực tiễn
Việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống sấy chân không sản phẩm tinh bột củ sen giúp
tạo ra một sản phẩm giữ được hầu hết mọi hương vị, màu sắc và chất dinh dưỡng của
củ sen, mang lại nhiều thuận tiện trong việc tiêu thụ, tránh sự hao tổn hàm lượng
vitamin, một số loại acid amine quan trọng trong quá trình gia công chế biến, tránh dập
nát và hư hỏng trong quá trình vận chuyển và tồn trữ.
Việc ứng dụng hệ thống sấy chân không năng suất 1500kg tinh bột củ sen/mẻ sẽ
góp phần hình thành ý tưởng mới cho doanh nghiệp, nâng cao năng suất và chất lượng
sản phẩm, đáp ứng được nhu cầu sản xuất của các doanh nghiệp từ đó góp phần đẩy
mạnh nền kinh tế Việt Nam
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về công nghệ sấy chân không

1.1.1.1.

Khái niệm sấy chân không

Sấy chân không là phương pháp sấy ở mơi trường có áp suất cực thấp, gần như là
chân khơng (J.M.Domínguez, 2011). Trong mơi trường này, nước sẽ sơi ở nhiệt độ rất
thấp, thấp hơn cả nhiệt độ môi trường. Khi nước sôi các phân tử nước hoạt động mạnh
12


nhất đồng nghĩa với sự bốc hơi diễn ra nhanh nhất. Sấy chân khơng có xu hướng giữ
lại sự ngun vẹn các giá trị dinh ban đầu mà không làm hỏng nó bằng nhiệt.
Phương pháp sấy chân khơng được áp dụng để sấy các loại vật liệu có chứa nhiều
hàm lượng tinh dầu, hương hoa, dược phẩm; các nông sản thực phẩm có yêu cầu nhiệt
độ sấy thấp nhằm giữ nguyên chất lượng và màu sắc, không gây phá hủy, biến tính các

chất; và đặc biệt phương pháp sấy chân không được dùng để sấy các loại vật liệu khô
chậm khó sấy (như gỗ sồi, gỗ giẻ...), các loại gỗ quí nhằm mang lại chất lượng sản
phẩm sấy cao đáp ứng được các yêu cầu sử dụng trong và ngồi nước, rút ngắn đáng kể
thời gian sấy, và đặc biệt là có khả năng tiến hành sấy ở nhiệt độ sấy thấp hơn nhiệt độ
môi trường (Bùi Hải, 2008).
1.1.2. Phân loại
Có 2 loại hệ thống sấy chân khơng cơ bản được phân biệt theo phương thức gia
nhiệt cho vật liệu như sau:
1.1.2.1.

Thiết bị sấy chân không kiểu gián đoạn

 Tủ sấy chân không
Tủ sấy chân không là một thiết bị sấy đơn giản, có dạng hình trụ hoặc hình hộp
chữ nhật, được cấp nhiệt bằng hơi nước, nước nóng hoặc sợi đốt điện trở. Vật liệu
được xếp vào khay và cho vào tủ sấy đặt trực tiếp lên nguồn nhiệt hoặc được cấp nhiệt
bằng bức xạ. Trong thời gian làm việc, tủ được đóng kín và được nối với hệ thống tạo
chân không (thiết bị ngưng tụ và bơm chân không). Việc cho liệu vào và lấy liệu ra
được thực hiện bằng tay. Tủ sấy chân khơng có năng suất nhỏ và hiệu quả thấp nên nó
được sử dụng chủ yếu trong phịng thí nghiệm và cơ sở sản xuất quy mô nhỏ (Dilip
Parikh, 2015).

13


Hình 1.1. Máy sấy khay chân khơng phổ biến cho phịng thí nghiệm và quy mơ nhỏ
(Dilip Parikh, 2015)
 Thùng sấy chân khơng có cánh đảo

Hình 1.2. Thùng sấy chân khơng có cánh đảo

Sản phẩm trong thùng sấy được đảo trộn nhờ trục gắn với cánh đảo để tăng khả
năng truyền nhiệt và truyền khối. Thùng sấy hình trụ dài có hai lớp để chứa và tải chất
tải nhiệt (hơi nước hoặc nước nóng).
Trục và cánh đảo có thể đổi chiều quay để tăng sự đảo trộn và chống bết dính.
Ngồi các cánh đảo cịn có các ống đảo phụ đảo đều theo chiều dọc thùng sấy để tránh
sự vón cục. Năng suất thùng sấy phụ thuộc vào tính chất, độ ẩm ban đầu của vật liệu,
nhiệt độ của chất tải nhiệt và độ chân khơng.
Q trình tiếp liệu và tháo sản phẩm được cơ giới hóa. Hơi thứ bốc từ sản phẩm
được dẫn qua bộ lọc tới thiết bị ngưng tụ. Đối với hơi nước thường dùng thiết bị
ngưng tụ dạng phun tia, còn với những loại hơi nước cần thu hồi thì dùng thiết bị
ngưng tụ bề mặt. Để hút khí khơng ngưng người ta thường dùng bơm chân không
14


vòng nước. Nguyên liệu cho vào thùng sấy tốt nhất khoảng 80% thể tích thùng.
1.1.2.2.

Thiết bị sấy chân khơng liên tục

Thiết bị sấy chân khơng liên tục có thể được thực hiện theo các nguyên lý:
• Thùng quay, băng tải, tháp cho các vật liệu dạng hạt.
+ Với những vật liệu dạng hạt thường sấy trong các tháp sấy chân khơng.
+ Đối với vật liệu rời, có thể sấy liên tục bằng thiết bị chân khơng băng tải.

Hình 1.3. Sơ đồ thiết bị sấy chân khơng băng tải
•

Lơ cuốn cho các vật liệu dạng dịch nhão.

+ Với loại vật liệu lỏng có độ dính ướt cao, có thể sử dụng thiết bị sấy chân không lô

cuốn. Lô cuốn quay quanh trục nằm ngang được đốt nóng từ bên trong bằng hơi nước.
Lơ quay được một vịng thì vật liệu cũng được sấy khô và được tay gạt gạt khỏi lô cán
và tải vào vít tải hay tang tháo liệu liên tục mà vẫn đảm bảo độ chân không.
+ Với những vật liệu dạng bột nhão người ta sử dụng thiết bị sấy chân không hai lô cán.
Bột nhão được cấp vào khe của hai lô cán ngược chiều quay nhau, bị cuốn và cán
mỏng lên bề mặt hai lô cán, bên trong gia nhiệt bằng hơi nước. Vật liệu trên lơ quay
gần được một vịng thì khơ và được dao gạt vào vít tải và tải ra ngồi.

15


Hình 1.4. Thiết bị sấy chân khơng một lơ cán
•

Sấy phun chân khơng đối với các vật liệu lỏng có độ nhớt khơng cao.

Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống sấy phun chân không
1.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sấy chân không
1.1.3.1.

Ưu điểm

Ưu điểm lớn nhất của sấy chân khơng là hầu như khơng làm biến đổi tính chất
vật liệu sấy. Một số vật liệu có thể gặp vấn đề ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như hình
thành các lớp vỏ cứng bên ngoài bề mặt nguyên liệu do tiếp xúc với nhiệt trong q
trình làm khơ. Đối với thực phẩm và dược phẩm nhạy cảm với nhiệt thì điều này ảnh
hưởng rất lớn đến giá trị sản phẩm, vì các q trình sấy khơ khác có thể làm giảm chất
lượng hoặc ảnh hưởng đến hiệu lực của thuốc. Trong ngành công nghệ gỗ quý như
trầm hương - đây là một loại gỗ đặc biệt khó sấy, và yêu cầu nhiệt độ sấy phải thấp
hơn nhiệt độ môi trường nhiều lần để đảm bảo giữ nguyên tính chất của trầm.

Các sản phẩm sấy khô bằng công nghệ chân khơng có thời gian bảo quản rất
lâu và thường dài hơn hẳn các sản phẩm sấy công nghiệp khác. Sản phẩm sau sấy chân
khơng ít bị tác động từ những điều kiện của môi trường xung quanh.
16


Chất lượng của sản phẩm sấy cũng khá cao, đáp ứng được nhiều yêu cầu khắt
khe và đảm bảo được các tiêu chuẩn kép của nước ngoài.
Giá máy sấy chân không đa dạng, tùy theo quy mô sản xuất của doanh nghiệp
khiến giá thành của sản phẩm cho ra rất có tính cạnh tranh.
Thời gian sấy khơ sản phẩm của các máy sấy này cũng ngắn hơn nhiều: so với
các hệ thống sấy hơi nước, hay các máy sấy ứng dụng các công nghệ khác.
Sử dụng thiết bị sấy chân khơng cũng giảm rủi ro cho người lao động vì với các
loại thiết bị sấy khơ khác, có khói thơng hơi và các hạt có thể khiến người bệnh bị
bệnh hoặc buộc mọi người phải mặc quần áo bảo hộ. Với máy sấy chân không, hiện
tượng này không xảy ra và nhân viên làm việc gần máy sấy được an tồn hơn (Dilip
Parikh, 2015).
1.1.3.2. Nhược điểm
Máy sấy chân khơng lớn và cồng kềnh hơn máy sấy nhiệt cùng thể tích sấy do
máy có thêm bộ phận hút chân khơng.
Chi phí đầu tư lớn, giá máy sấy chân khơng thường có giá thành cao phù hợp với
quy mô của nhà máy sản xuất lớn.
Chi phí sản xuất lớn nên khơng phù hợp với hộ gia đình và kinh doanh nhỏ.
Cần được bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo độ bền hoạt động của
máy sấy chân không.
1.1.4. Nguyên lý của phương pháp sấy chân không
Nguyên lý của phương pháp sấy chân khơng đó là phụ thuộc vào áp suất điểm sôi
của nước. Nếu làm giảm áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở
đây nước trong vật bắt đầu sôi và bốc hơi. Lúc này, một sự chênh lệch áp suất lớn
trong lòng vật liệu sấy và qua đó hình thành dịng ẩm chuyển động từ trong lịng vật

liệu sấy ra ngồi bề mặt. Điều này có nghĩa là ở một áp suất nhất định nước sẽ có một
điểm sơi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong vật giảm đi và
đến lúc nhiệt độ vật đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở áp suất đấy. Dưới sự chênh lệch áp
suất riêng của hơi nước trên bề mặt sản phẩm với áp suất riêng của hơi nước trong
không khí (tác nhân sấy), hơi nước ở sản phẩm tự bốc hơi và làm khô sản phẩm. Dưới
điều kiện chân khơng, q trình bay hơi diễn ra nhanh chóng và qua đó q trình khơ
vật sẽ rất nhanh, thời gian sấy giảm xuống đáng kể.
Nhờ q trình hút chân khơng mà nhiệt độ sấy thấp hơn rất nhiều so với các
17


phương pháp sấy khác nên sản phẩm sau khi sấy có thể giữ chất lượng sản phẩm ít bị
ảnh hưởng so với ban đầu, đảm bảo giá trị kinh tế cao màu sắc, mùi vị, cấu trúc vật
liệu thay đổi đồng đều nhờ q trình nước sơi từ bên trong (Nguyễn Tấn Dũng, 2016).
Q trình sấy chân khơng là q trình có áp suất mơi trường sấy là áp suất chân
khơng (0,001 1) mmHg và nó được duy trì bởi bơm chân không và sản phẩm sấy vẫn
tiếp tục gia nhiệt bằng bức xạ nhiệt nên ẩm không ngừng biến đổi pha từ dạng lỏng
sang dạng hơi rồi khuếch tán, bay hơi vào môi trường sấy trước khi đi về bình ngưng
tụ – đóng băng (Nguyễn Tấn Dũng, 2016).
Chế độ sấy: tùy thuộc vào đặc tính, tính chất của từng loại vật liệu sấy sẽ ảnh
hưởng đến tốc độ sấy mà ta cần quan tâm xem xét để chọn các thơng số áp suất, nhiệt
độ thích hợp cho từng loại vật liệu sấy.
Bảng 1.1. Quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ hóa hơi của nước (Felipe Richter Reis
et al., 2014; Lide, David R., 2004)
mmH
g
o
C

76

0
10
0

149,
4
60

92,5
1
50

55,3
2
40

31,8
2
30

17,5
4
20

9,2
1
10

6,5
4

5

6,1
0
4

5,6
9
3

5,2
9
2

4,9
3
1

Hình 1.6. Biểu đồ trạng thái của nước
Dựa vào biểu đồ biến đổi pha của nước ở hình 1.3, ta thấy: Trên biểu đồ 1.3,
đường cong OK là đường cân bằng lỏng-hơi, OA là đường cân bằng lỏng-rắn, OB là
đường cân bằng rắn-khí. Từ điểm ba thể của nước O (0,0098oC; 4,58mmHg) cho thấy:
Nếu sấy ở điều kiện áp suất trong buồng sấy lớn hơn 4,58 mmHg thì xảy ra q trình
sấy chân khơng, do đó chỉ cần sấy ở nhiệt độ sấy thấp, có thể thấp hơn cả nhiệt độ môi
trường cũng đủ xảy ra quá trình chuyển lỏng sang trạng thái hơi (Nguyễn Tấn Dũng,
2016).
18

4,58
0

1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy
1.1.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí
Trong cùng điều kiện về độ ẩm khơng khí, tốc độ gió,…nếu nâng cao nhiệt độ
làm khơ thì tốc độ làm khơ càng nhanh. Nhưng tăng nhiệt độ cũng chỉ trong giới hạn
cho phép, vì nhiệt độ làm khơ cao q sẽ dễ làm cho nguyên liệu bị sấy chín và tạo nên
màng cứng ở bề mặt nguyên liệu làm cản trở sự thoát nước từ trong ngun liệu ra
ngồi. Nhiệt độ làm khơ thấp q cũng khơng tốt, vì như thế tốc độ làm khô chậm, làm
giảm năng suất của thiết bị, nguyên liệu dễ bị thối rửa. Nhiệt độ làm khơ thích hợp
được xác định dựa vào bản chất của từng nguyên liệu.
1.1.5.2. Sự ảnh hưởng bởi tốc độ chuyển động của khơng khí
Đây là nhân tố có ảnh hưởng lớn đến q trình làm khơ. Tốc độ gió q lớn
hoặc q nhỏ đều ảnh hưởng khơng tốt đến q trình làm khơ. Bởi vì tốc độ chuyển
động của khơng khí q lớn sẽ khó giữ được nhiệt lượng trên nguyên liệu sấy, cịn tốc
độ chuyển động của khơng khí q nhỏ sẽ làm chậm lại q trình làm khơ, dẫn đến hư
hỏng sản phẩm như bị lên mốc, thốirửa.
1.1.5.3. Sự ảnh hưởng của độ ẩm tương đối của khơng khí
Khả năng làm khơ của khơng khí phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của nó. Độ ẩm của
khơng khí càng thấp thì khả năng hút ẩm càng cao và khả năng làm khơ càng lớn.
Phương pháp sấy khơ chính là nâng cao khả năng hút ẩm của khơng khí bằng cách sử
dụng nhiệt để làm giảm độ ẩm của khơng khí.
Trong q trình sấy, độ ẩm của khơng khí sẽ tăng lên do tiếp xúc và lấy đi ẩm của
nguyên liệu. Các nhà khoa học cho rằng: Độ ẩm tương đối của khơng khí lớn hơn 65%
thì tốc độ làm khơ chậm lại rõ rệt, còn độ ẩm tương đối là 80% thì khơng những q
trình làm khơ ngừng lại mà cịn xảy ra quá trình ngược lại, tức là nguyên liệu sẽ hút
ẩm của khơng khí.
1.1.5.4. Ảnh hưởng của tính chất nguyên liệu
Nguyên liệu càng bé và càng mỏng thì tốc độ làm khơ càng nhanh. Vì vậy khi
làm khơ ngun liệu to, muốn nâng cao tốc độ làm khô phải cắt và phân nhỏ ra cho

phù hợp. Ngoài ra, thành phần hóa học của nguyên liệu, tổ chức cơ học rắn chắc hay
lỏng lẽo cũng ảnh hưởng đến tốc độ làm khô (Nguyễn Tấn Dũng, 2016).

19


1.1.6. Biến đổi do quá trình sấy
Tất cả các sản phẩm thực phẩm đều chịu thay đổi trong quá trình sấy và bảo quản
sau đó. Yêu cầu đặt ra đối với quá trình sấy là bảo vệ tới mức tốt nhất chất lượng, hạn
chế những hư hại trong quá trình sấy, bảo quản, đồng thời nâng cao hiệu quả kinh tế
một cách tối ưu nhất. Những thay đổi trong quá trình sấy đã làm thay đổi cấu trúc,
mùi vị, màu sắc, giá trị dinh dưỡng của sản phẩm sau khi sấy.
1.1.6.1. Biến đổi vật lý
• Xảy ra hiện tượng co thể tích, khối lượng riêng tăng lên, giảm khối lượng do lượng
nước bay hơi (Lê Bạch Tuyết, 1994).
• Biến đổi nhiệt độ: xuất hiện một gradient nhiệt độ do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên
trong và bên ngoài vật liệu sấy. Nhiệt độ sẽ tăng tại vùng bề mặt của nguyên liệu và sẽ
giảm dần tại vùng tâm (Lê Văn Việt Mẫn, 2011; Lê Bạch Tuyết, 1994).
• Biến đổi tính chất cơ lý: nguyên liệu bị biến dạng, bị co (Lê Văn Việt Mẫn, 2011; Lê
Bạch Tuyết, 1994).
1.1.6.2. Biến đổi hóa lý
• Hiện tượng khuếch tán ẩm: trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, ẩm khuếch tán từ lớp
ngồi vào trong vật liệu do giãn nở vì nhiệt. Đây là sự dời ẩm gây nên do sự chênh
lệch nhiệt độ các phần khác nhau của vật liệu sấy (Lê Bạch Tuyết, 1994). Từ đó, hàm
lượng chất dinh dưỡng tăng do hàm lượng chất khơ tăng.
• Hiện tượng chuyển pha từ dạng lỏng sang dạng hơi của ẩm làm ảnh hưởng đến hệ keo
(Lê Bạch Tuyết, 1994).
• Trong quá trình sấy, các chất hịa tan di chuyển theo nước từ bên trong ra bề mặt bên
ngoài của sản phẩm.
1.1.6.3. Biến đổi hóa học

• Tốc độ phản ứng hóa học chậm đi do mơi trường nước bị giảm dần ví dụ một số phản
ứng thủy phân. Thông thường trong hai xu thế, xu thế 1 trội hơn (Lê Bạch Tuyết,
1994)
• Sấy chân không ở nhiệt độ 50oC không gây ra nhiều biến đổi cho sản phẩm.
• Trong q trình sấy hàm ẩm của vật liệu sấy giảm dần, do đó tốc độ phản ứng thủy
phân, phân hủy protein cũng chậm dần.

20


1.1.6.4. Biến đổi sinh hóa
Quy trình sản xuất có cơng đoạn hấp nên đã enzyme đã bị mất hoạt tính. Ở cơng
đoạn sấy chân khơng dường như khơng có biến đổi sinh hóa.
1.1.6.5. Biến đổi sinh học
•

Dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất làm biến tính bất thuận nghịch chất
nguyên sinh, các tế bào bị mất nước nên co lại (Lê Bạch Tuyết, 1994).

•

Vi sinh vật: vi sinh vật bị tiêu diệt hay ức chế một phần khả năng hoạt động
trong quá trình sấy nhất là vi sinh vật trên bề mặt vật liệu. Các bào tử vi sinh
vật gần như khơng bị tiêu diệt, vì vậy dù hàm lượng nước tự do cần thiết cho vi
sinh vật trong ngun liệu giảm nhưng một vài lồi vẫn có khả năng phát triển
như nấm mốc và một số vi sinh vật ưa nhiệt (Lê Văn Việt Mẫn, 2011).

•

Do hiện tượng bị ẩm cục bộ nên vi sinh vật vẫn có thể phát triển trong vật liệu

sấy tuy rất ít (Lê Bạch Tuyết, 1994)

1.1.6.6. Biến đổi cảm quan
• Mùi: dần dần hình thành mùi thơm của sản phẩm sấy.
• Vị: do độ ẩm giảm nên nồng độ các chất vị tăng lên, cường độ vị cũng tăng nhất là vị
ngọt (Lê Bạch Tuyết, 1994).
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về hệ thống sấy chân không
Là một trong những công nghệ sấy khô hiện đại nhất hiện nay nên các thiết
kế máy sấy chân không đang chiếm được sự yêu thích từ rất đơng người dùng. Hiện
nay, các dịng máy sấy này được ứng dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp
và nghiên cứu khoa học.
Tại giải thưởng sáng tạo khoa học công nghệ (VIFOTEC) 2010 trong lĩnh vực
bảo vệ mơi trường đã có một cơng trình thuộc ngành lâm nghiệp và chế biến gỗ là
công nghệ sấy chân không VACON của kỹ sư Đặng Hữu Tiệp – Trưởng phịng Kỹ
Thuật CN cùng cộng sự của mình tại cơng ty CPTMCN & Chế biến gỗ từ năm 2005 –
2010. Công nghệ sấy chân không VACON đã giúp thời gian sấy nhanh hơn gấp 3 lần,
chất lượng gỗ sấy tốt hơn, giảm tỷ lệ khuyết tật của gỗ sấy, giá thành sấy hợp lý và
giảm 20% so với sấy bằng hơi nước thông dụng. Cùng với những ưu điểm vượt trội
trên, cơng nghệ sấy chân khơng VACON cịn giảm hiệu suất tiêu thụ năng lượng và
thân thiện với môi trường.
21


Trong lĩnh vực thực phẩm, công nghệ sấy chân không được áp dụng tròn bảo
quản các loại rau củ quả như trái cây sấy chân không của Nanufood, Vinamit. Bên
cạnh đó cũng có nhiều nghiên cứu về việc thiết kế, chế tạo máy sấy chân không như
“Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống máy sấy chân không cơm sầu riêng tự động
500kg/mẻ” của TS. Nguyễn Trọng Tài, ThS. Lê Thanh Sơn ở Phịng Thí nghiệm trọng
điểm điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống – Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí
Minh vào năm 2015.

1.3. Tình hình nghiên cứu ngồi nước về hệ thống sấy chân khơng
Trên thế giới, công nghệ sấy chân không đã và đang phát triển với nhiều dạng
khác nhau và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ dược phẩm, công nghệ sinh
học, cơng nghệ thực phẩm… đạt tới mức hồn thiện, hệ thống đo lường và tự động
điều khiển bằng máy tính rất hồn hảo. Ngày nay cơng nghệ sấy chân khơng đã được
ứng dụng khơng chỉ trong thực phẩm mà cịn trong nhiều lĩnh vực khác. Cơng nghệ
này góp phần làm giảm chi phí và người tiêu dùng có thể mua một sản phẩm dinh
dưỡng có giá tri ̣ với mức giá thấp hơn. Một số nghiên cứu đã được thực hiện như:
• Thiết kế cơng thức và tối ưu hóa viên nén nimesulide tan trong miệng bằng kỹ
thuật sấy chân khơng (Mukesh Gohel et al., 2004).
Mục đích của nghiên cứu này là phát triển viên nén nimesulide tan trong
miệng. Các hạt chứa nimesulide, camphor, crospovidone và lactose được điều chế
bằng kỹ thuật tạo hạt ướt. Long não được thăng hoa từ các hạt khô bằng cách tiếp xúc
với chân khơng. Các hạt xốp sau đó được nén lại. Ngồi ra, viên nén được chuẩn bị
đầu tiên là phần trăm độ bở, thời gian thấm ướt và thời gian phân hủy. Kết quả của
phân tích hồi quy tuyến tính nhiều lần cho thấy rằng để có được dạng bào chế phân
hủy nhanh chóng, viên nén cần được bào chế bằng cách sử dụng nồng độ camphor tối
ưu và tỷ lệ crospovidone cao hơn, đồng thời công nghệ sấy chân không giúp tăng hiệu
quả của việc tạo viên nén.
• Ảnh hưởng của sấy chân khơng kết hợp với sấy khơng khí nóng đối với chất
lượng cảm quan, các thành phần hoạt động, độ ẩm, mùi và cấu trúc vi mô của
kiwi
Trong nghiên cứu này, sấy chân khơng (FVD), sấy khơng khí nóng (AD) và FVD
kết hợp với AD (FVD-AD) đã được sử dụng để sấy khô kiwi. Các sản phẩm sấy khơ
được phân tích tồn diện về chất lượng cảm quan, các thành phần hoạt động, độ ẩm di
22


động, mùi và cấu trúc vi mô. Kết quả cho thấy FVD-AD đã tiết kiệm thời gian 38,22%
so với FVD trong khi vẫn duy trì chất lượng sản phẩm chấp nhận được. Các đặc tính

chống oxy hóa của FVD-AD thấp hơn so với FVD nhưng cao hơn đáng kể so với AD.
Hơn nữa, so với các sản phẩm FVD, các sản phẩm FVD-AD có độ cứng vừa phải
(5252,71 ± 33,53 g) và được cải thiện về màu sắc, nước bị ràng buộc và cấu trúc vi
mơ. Ngồi ra, FVD-AD tiêu thụ ít thời gian và năng lượng sấy hơn FD. Theo phân tích
cụm, mùi của các sản phẩm FVD-AD tương tự như của các sản phẩm mới. Phân tích
thành phần chính của chi phí hóa lý và sấy khơ chỉ ra rằng FVD-AD là một kỹ thuật
chế biến đầy hứa hẹn cho đồ ăn nhẹ từ kiwi (Zhang et al., 2019).
• Kỹ thuật khử nước mới cho các lát cà rốt bằng phương pháp siêu âm và sấy chân
không
Một kỹ thuật sấy mới kết hợp sử dụng sóng siêu âm và sấy chân không đã được
phát triển để rút ngắn thời gian sấy và nâng cao chất lượng của các lát cà rốt. Các lát cà
rốt được làm khô bằng máy sấy chân không siêu âm (USV) và sấy chân không ở 65°C
và 75°C. Tốc độ sấy bị ảnh hưởng đáng kể bởi kỹ thuật sấy và nhiệt độ. So với sấy
chân không, sấy USV làm giảm 41–53% thời gian sấy. Thời gian sấy cho USV và kỹ
thuật sấy chân không ở 75°C được xác định lần lượt là 140 và 340 phút đối với các lát
cà rốt. Tiềm năng bù nước, giá trị dinh dưỡng (giữ lại β-carotene và axit ascorbic),
màu sắc và đặc tính kết cấu của lát cà rốt sấy khô USV chủ yếu tốt hơn so với lát cà rốt
sấy chân không. Hơn nữa, tiêu thụ năng lượng thấp hơn đã được sử dụng trong kỹ
thuật USV (Zhi-Gang Chen et al., 2016).
• Sấy khơ chân khơng và bảo quản đông lạnh sinh vật nhân sơ (Brian J. Tindall,
2007)
Theo truyền thống, các nhà nghiên cứu về sinh vật nhân sơ (thành viên của Cổ
khuẩn và Vi khuẩn) đã yêu cầu tiếp cận với các nền văn hóa sống. Mặc dù có thể duy
trì một số lượng nhỏ các chủng bằng cách sinh sản nối tiếp, nhưng các phương pháp
như vậy không phải là tốt nhất, đặc biệt là để lưu trữ lâu dài hoặc để giữ một bộ sưu
tập lớn. Một trong những vấn đề chính là đối phó với một loạt các sinh vật đã bị cô lập
cho đến nay. Riêng đối với các phương pháp nuôi cấy tế bào nhân sơ, hầu như không
thể đưa ra một danh sách đơn giản các phương tiện cần sử dụng. Tuy nhiên, các
nguyên tắc chung được nêu ra sẽ bao gồm hầu hết các sinh vật nhân sơ hiện được biết
đến trong nuôi cấy thuần. Các phương pháp được sử dụng để bảo quản dài hạn sinh vật

23


nhân sơ có thể được chia thành các phương pháp liên quan đến đông lạnh và các
phương pháp liên quan đến sấy khô chân không.
1.4. Nguyên liệu sấy chân không tinh bột củ sen
1.4.1. Sen
1.4.1.1. Sơ lược về nguồn gốc
Cây sen có tên khoa học là Nelumbo nucifera Gaertn, thuộc họ sen
Nelumbonaceae có nguồn gốc ở châu Á, xuất phát từ Ấn Độ, sau đó lan ra Trung Quốc
và vùng đơng bắc Úc châu. Cây sen là lồi thủy sinh được tiêu thụ mạnh ở châu Á. Lá,
hoa, hạt và củ đều là những bộ phận có thể ăn được. Riêng hoa sen được sử dụng trong
nhiều lễ hội ở các nước châu Á. Tuy nhiên, củ sen lại có thị trường lớn nhất so với các
bộ phận khác của cây sen.
1.4.1.2. Diện tích và thị trường sen tại Việt Nam
Ở Việt Nam hiện chưa có số liệu thống kê chính xác về diện tích trồng sen. Và
Đồng Tháp được xem là tỉnh có diện tích trồng sen lấy hạt lớn nhất nước, với diện tích
750 ha, tập trung ở hai huyện Cao Lãnh và Tháp Mười.
Sen ở những khu vực này được trồng trên đất ruộng với mật độ 2000 cây/ha
(hàng cách hàng 2.5-3m, cây cách cây 2-2.5m). Sau khi trồng 3 tháng, bắt đầu thu
hoạch gương sen kéo dài trong khoảng 2 tháng. Năng suất bình quân 30000 - 45000
gương sen/ha.
1.4.1.3. Phân bố, sinh thái
Ở Việt Nam, người ta cho rằng cây sen mọc hoang dại chủ yếu ở vùng Đồng
Tháp Mười thuộc tỉnh Đồng Tháp và An Giang hiện nay. Theo nhân dân địa phương,
cây mọc trong trạng thái tự nhiên đã có từ lâu đời. Hàng trăm hecta sen mọc tập trung
và gần như thuần loại ở đây đã góp phần tạo nên cảnh quan sinh thái đặc biệt của vùng
ngập nước Đồng Tháp Mười.
Bên cạnh quần thể hoang dại, sen cũng là cây trồng quen thuộc ở các tỉnh đồng
bằng và trung du suốt từ Nam đến Bắc. Cây được trồng ở các vùng ao hồ, nước nơng

và trung bình. Do ưa khí hậu nóng và ấm của vùng nhiệt đới nên sen cũng được trồng
nhiều ở hầu hết các nước khu vực Đông Nam Á và Nam Á như Campuchia, Thái Lan,
Malaysia, Ấn Độ và một số tỉnh phía nam Trung Quốc.

24


1.4.1.4. Mơ tả cây sen

Hình 1.7. Một vài bột phận của sen
Cây sen có thân hình trụ (ngó sen), rễ mập (củ sen) sống lâu năm. Lá gần như
tròn, mọc trải trên mặt nước, trên một cuống dài, lá màu xanh bóng, nổi gân rất rõ.
Hoa to trên cuống dài, có nhiều cánh hoa mềm, xếp tỏa trịn đều, màu hồng trắng hay
vàng (tùy chủng loại). Hoa có nhiều nhị (tua sen) màu vàng và những lá noãn rời,
những lá nỗn này sau đó hình thành quả gắn trên một đế hoa hình nón ngược màu
xanh (gương sen). Mỗi quả chứa một hạt, hạt thuộc loại bế quả, trong có một chồi
mầm (tâm sen).
1.4.1.5. Trồng trọt và thu hoạch
Cây sen đòi hỏi đất nhiều mùn, phát triển tốt trong nước đến độ sâu 2.5m. Nhiệt
độ tốt nhất cho cây là ở 23-27oC trong mùa sinh trưởng và thời gian sinh trưởng là 5
tháng. Cây phát triển từ rễ hoặc hạt giống, chúng là hoa lưỡng tính nên thụ phấn khá
dễ dàng. Thông thường cây ra hoa nhiều vào mùa hè. Mùa thu hái thường vào tháng 79 trong năm.
Sen là một giống cây dễ trồng, ít cơng chăm sóc mà cho lợi nhuận cao. Để trồng
sen đạt hiệu quả cao, một số hộ dân cịn kết hợp ni cá trắng, cá mè, cá phi,… trong
ruộng sen để có thêm thu nhập sau khi kết thúc một chu kì của sen.

25