Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài công nghệ chế biến trái cây sấy thăng hoa tài liệu, ebook, giáo trình Đề tài công nghệ chế biến trái cây sấy thăng hoa tài liệu, ebook, giáo trình Đề tài công nghệ chế biến trái cây sấy thăng hoa tài liệu, ebook, giáo trình
Môn CNCB Rau Học Sây Trường ĐạiQuả Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM Khoa Công r thăng hoa Nghệ Thực Phẩm Bài tập mồn CNCB Rau Trái Nhóm 1Ipag SVTH : 1/ Nguyễn Lê Hoàng 2/ Hoàng Ngọc Duy Quang 3/ Nguyễn Thị Kim Vân 4/ Lê Nguyễn Nhân Luân GVHD Môn CNCB Rau Quả : ThS Tôn Nữ Minh Nguyệt TP Hồ Chí Minh 12/2010 2Ipag Mục Lục sấy thăng hoa Môn CNCB Rau Quả Mở đâu Sấy trình tách nước khỏi vật liệu nhằm giúp vật liệu tránh hư hỏng trình bảo quản Dưới thời đại công nghiệp, sấy xem q trình cơng nghệ ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công, nông nghiệp Việc tách nước nước khởi vật liệu không đơn sấy thông thường mà trình cơng nghệ tính tốn cách tỉ mỉ nhằm đem lại sản phẩm chất lượng cao sau sấy Đồng thời phải q trình tiêu tốn lượng chi phí vận hành thấp Tùy kiêu vật liệu mà ta có cách sấy khác nhau, nảy sinh nhiều kỹ thuật sấy đời như: hệ thống sấy phun, hệ thống sấy tiếp xúc, hệ thống sấy tầng sôi Bên cạnh kỹ thuật trên, kỹ thuật sấy thăng hoa bước tiến công nghiệp sấy nhân loại, giúp người có cách bảo quản sản phẩm có tính ưu việt chi phí thời gian bảo quản vật liệu lâu, bảo tồn nguyên vẹn cấu trúc, màu sắc hình dáng sản phấm Một yếu tố quan bậc kỹ thuật sấy thăng hoa không làm tốn thương đến dưỡng chất dễ bị hư hỏng vitamin, protein, hoạt tính enzyme, sắc tố Bảo tồn trạng thái sống tế bào vi sinh vật Giới thiệu 1.1 Định nghĩaJ - Sấy : trình tách ẩm khỏi vật liệu nhằm tránh hư hỏng trình bảo quản, tăng độ bền cho sản phấm, giảm trọng lượng, giảm chi phí chun chở đồng thời làm tăng giá trị cảm quan cho sản phấm - Sấy thăng hoa : sấy thăng hoa trình tách ấm khỏi vật liệu thăng hoa nước Quá trình thăng hoa trình chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể Ớ điều kiện bình thường, ẩm thực phẩm 3Ipage r Sây thăng hoa dạng lỏng, nên để Môn CNCB Rau Quả thăng hoa chúng cần chuyển sang thể rắn phương pháp lạnh đơng Chính nên cịn gọi phương pháp Sấy lạnh đông (Freeze Drying hay Lyophillisation) Phương pháp sấy thăng hoa kĩ sư G.I.Lappa Stajenhexki phát minh 1921, ứng dụng lần Nga 1.2 Ưu nhược điểm phương pháp sấy Thăng Hoa : 1.2.1 So với phương pháp bảo quản khác Trong kỹ thuật sấy Nhiệt nguyên nhân gây tổn thất hương thơm chất lượng dinh dưỡng Tuy nhiên sấy thăng hoa làm giảm hoạt độ nước mà không dùng nhiệt tác động lên thực phẩm, kết giữ hương thơm chất lượng sản phẩm tốt Trong sấy thăng hoa chi phí cho hệ thống tạo áp suất chân khồng làm lạnh lớn Vấn đề với vốn đầu tư ban đầu làm cho chi phí sấy thăng hoa cô đặc thực phẩm tăng cao Nên cần xem xét lại chi phí liên quan q trình sấy thăng hoa tỷ lệ làm khô Tuy nhiên người tiêu dùng chấp nhận sản phẩm có giá thành cao mà chất lượng tốt giữ hương vị cấu trúc sản phẩm tươi (ví dụ: cà phê, nấm có mũ, thảo mộc gia vị, nước trái cây, thịt, hải sản, rau phần ăn đủ dinh dưỡng quân đội tiêu dùng hàng ngày) Ngoài ra, canh trường vi sinh dùng chế biến thực phẩm sấy thăng hoa để kéo dài thời gian lưu trữ lâu 1.2.2 Ưu nhược điếm phưorìg pháp sấy thăng hoa với phưong pháp say khác Ưu điểm : sấy thăng hoa có ưu điểm lớn so với phương pháp sấy khác : sản phẩm có chất lượng cao (giữ nguyên màu sắc, cấu trúc, hương vị, tính thủy hóa), giữ gìn hoạt tính sinh học, không làm vitamin Tiêu hao lượng đê bay hàm ấm thấp Nhược điếm : giá thành thiết bị cao, vận hành cần có trình độ kỹ thuật kỹ thuật cao; tiêu thụ điện lớn 4Ipage r Sây thăng hoa Bảng 1.1 : So sánh sấy thăng hoa sấy khô truyền thống r Sây thăng hoa Môn CNCB Rau Quả thông Sấy khô truyền Sấy thăng hoa -Thực phâm sây khô dê dàng( rau, ngũ cốc) -Sây hâu hêt loại thực phâm mà phương pháp khác không thực -Thịt nói chung khồng cho hiệu -Rất tốt cho chế biến thịt chín sống -Nhiệt độ -Khoảng nhiệt độ từ 39- 93oc điểm đông lạnh -Áp suất thấp (27-133Pa) -Áp suất khí -Thăng hoa nước từ mặt nước đá -Sự tổn thất tối -Bốc nước từ bề mặt thực phẩm thiểu -Làm tốn thất chất hịa tan, có làm -ít gây thay đổi cấu trúc làm co sản phẩm cứng sản phẩm -ứng suất tác động thực phẩm rắn nguyên nhân ảnh hưởng đến cấu trúc làm co sản phẩm -Khử nước nhanh -Sự khử nước chậm không hồn tồn -Những phần sấy khơ xốp có mật độ thấp -Những phần sấy khồ rắn hay lỗ xốp thường có mật độ cao nguyên liệu -Tổn thất hương vị -Sản phấm thường sẫm màu -Giá trị dinh dưỡng giảm -Giá sản phẩm thấp nguyên liệu -Hương vị giữ lại bình thường -Màu bình thường -Giữ dinh dưỡng -Giá sản phẩm nói chung cao, gấp lần sấy khơ thơng thường Quá trình sấy thăng hoa: 1.1 Các giai đoạn sấy thăng hoa Quá trình sấy thăng hoa trải qua giai đoạn : giai đoạn làm lạnh, giai đoạn thăng hoa giai đoạn bốc ấm lại 5Ipage Mơn CNCB Rau Quả Hình 2.1 : Đồ thị biểu trạng thái thăng hoa điểm ba thể Neu ấm vật liệu sấy có trạng thái đóng băng gia nhiệt đắng áp đến nhiệt độ định nước rắn thực trình thăng hoa Từ đồ thị cho thấy áp suất thấp nhiệt độ thăng hoa nước giảm cấp nhiệt cho vật liệu sấy áp suất thấp độ chênh lệch nhiệt độ nguồn nhiệt vật liệu sấy tăng 1.1.1 Giai đoạn làm lạnh (giai đoạn lạnh đông) Trong giai đoạn vật liệu sấy làm lạnh từ nhiệt độ môi trường khoảng 20°c xuống nhiệt độ (-10 ; -15°C) Ở giai đoạn không gian bình thăng hoa hút chân khơng áp xuất bình giảm Do áp suất giảm nên phân áp suất nước khơng gian bình thăng hoa giảm so với phân áp suất lòng vật liệu sấy điều dẫn tới tượng thoát ẩm từ vật liệu sấy nhiệt độ vật liệu sấy nhỏ điểm thể Có cách làm lạnh đông vật liệu sấy: Cách thứ sử dụng thiết bị làm lạnh đông thông thường nitơ lỏng đế làm lạnh đơng sản phấm bên ngồi buồng sấy thăng hoa Cách thứ hai vật sấy tự lạnh đông buồng sấy thăng hoa buồng sấy hút chân khơng Trong giai đoạn có khoảng 10 - 15% tồn ấm khỏi vật liệu sấy 6Ipage r Sây thăng hoa Trong giai Môn CNCB Rau Quả đoạn sản phẩm cần làm lạnh đơng nhanh để hình thành tinh băng nhở gây hư hại đến cấu trúc tế bào sản phấm Đối với sản phấm dạng lỏng, phương pháp làm lạnh đông chậm sử dụng đê băng tạo thành lớp, lớp tạo nên kênh giúp cho nước dịch chuyến dễ dàng 7Ipage r Sây thăng hoa 1.1.2 Môn CNCB Rau Quả Giai đoạn thăng hoa r Sây thăng hoa Giai đoạn giai đoạn tách ẩm phương pháp sấy thăng hoa Ở áp suất nước giữ 4,58 mmHg (610,5 Pa) nước dạng băng, sản phẩm cung cấp nhiệt, băng rắn thăng hoa trực tiếp thành mà không bị tan chảy Hơi nước tiếp tục tách khỏi sản phẩm cách giữ cho áp suất buồng sấy thăng hoa thấp áp suất nước bề mặt băng, đồng thời tách nước máy bơm chân khơng ngưng tụ ống xoắn ruột gà lạnh, dẹt lạnh hố chất Khi q trình sấy tiếp diễn, bề mặt thăng hoa di chuyển vào bên sản phẩm đông lạnh, làm sản phẩm sấy khô Nhiệt lượng cần thiết để dịch chuyển bề mặt thăng hoa (ẩn nhiệt thăng hoa) truyền đến sản phẩm dẫn nhiệt vi sóng cung cấp Hơi nước di chuyển khỏi sản phẩm qua kênh đến bình ngưng, sau thành băng bám bề mặt ống Trong giai đoạn nhiệt độ vật khơng đổi Như vậy, khơng tính q trình ẩm phương pháp để vật ẩm tự lạnh đông buồng sấy hút chân khơng sản phẩm sấy hai giai đoạn : Trước tiên trình thăng hoa xuống khoảng 15% độ ẩm sau bay phần nước khơng đóng băng đến 2% độ ẩm trình nhả ẩm đẳng nhiệt Quá trình nhả ẩm đẳng nhiệt (desorption) đạt cách nâng nhiệt độ máy sấy lên gần nhiệt độ mồi trường xung quanh giữ áp suất thấp giống trình sấy thiết bị sấy chân khơng thơng thường Đưịng cong sấy Khi hút chân không, áp suất t * buông sây giảm xuông, âm tự bay mạnh làm giảm nhanh nhiệt độ xuống đến nhiệt độ đóng băng tB âm ( đường A-B ) Quá trình đóng băng ấm có toả nhiệt nên nhiệt độ vật sấy tăng lên chút( B - C) Quá trình thăng hoa âm diễn khác với q trình sấy thứ (tốc độ khơng đổi) sấy đối lun nhiệt độ tăng lên theo thời gian sấy ( đoạn C-D dốc lên) Điều giải thích lóp sâu bên vật sấy cịn có ẩm đóng băng 2.1.3 Giai đoạn bơc âm cịn lại: w Hình 2.2 ĐưỊTig cong sấy 8Ipage Là giai đoạn làm bay ấm liên kết, nhiệt độ vật liệu sấy tăng Môn CNCB Rau Quả nhanh Trong số sản phấm (ví dụ nước ép trái cây, dịch chiết cà phê cô đặc), hình thành nên trạng thái thuỷ tinh q trình đóng băng gây nhiều khó khăn cho việc di chuyến nước Vì vậy, chất lỏng cần đóng băng dạng bọt (phương pháp sấy thăng hoa bọt : vacuum puff freeze drying), nước ép trái để sấy với phần thịt (cái) Cả hai phương pháp tạo nên kênh nhờ nước Ở phương pháp thứ ba,nước trái sau đóng băng nghiền thành cục, nhờ sấy nhanh cho phép kiếm sốt kích cỡ hạt bột tốt Tốc độ sấy phụ thuộc phần lớn vào tính cản trở nhiệt sản phấm mức độ thấp vào độ cản trở dòng (dịch chuyến khối) khỏi bề mặt thăng hoa Sau giai đoạn thăng hoa trạng thái nước vật liệu nằm điếm nên ấm vật liệu trở dạng lỏng Vì áp suất bình thăng hoa trì bé áp suất khí trời nhờ bơm chân khơng vật liệu sấy tiếp tục gia nhiệt nên ấm không ngừng biến từ dạng lỏng sang dạng vào khơng gian bình thăng hoa Như giai đoạn bốc ấm cịn lại q trình sấy chân khơng bình thường Q trình dịch chuyến ấm sấy thăng hoa khác với trình dịch chuyến ấm hệ thống sấy khác làm việc áp suất khí quyến Khi thăng hoa phân tử nước khơng va chạm nhờ mà sấy thăng hoa có ưu điếm lớn bảo toàn chất lượng sinh học sản phẩm sấy 1.2 Tốc độ truyền nhiệt q trình sấy thăng hoa : Có ba phương pháp truyền nhiệt đến bề mặt thăng hoa Nhiệt truyền xuyên qua lóp đóng băng Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào độ dày độ dẫn nhiệt lớp băng Khi trình sấy xảy ra, chiều dày lớp băng giảm xuống tốc độ truyền nhiệt tăng lên.Nhiệt độ bề mặt thiết bị cấp nhiệt giới hạn đế tránh làm tan băng Nhiệt truyền qua lóp khơ Tốc độ truyền nhiệt đến bề mặt thăng hoa phụ thuộc vào chiều dày diện tích bề mặt sản phẩm, độ dẫn nhiệt lớp khô chênh lệch 9Ipage r Sây thăng hoa nhiệt độ Rau bề Môn CNCBgiữa Quảmặt sản phẩm bề mặt băng Khi áp suất buồng sấy không đổi, nhiệt độ bề mặt băng trì khơng đối Lớp khơ sản phẩm có độ dẫn nhiệt thấp (tương tự vật liệu cách nhiệt) gây cản trở lớn với dịng nhiệt Khi trình sấy tiếp diễn, lớp trở nên dày cản trở nhiệt tăng lên Làm giảm kích thước nguyên liệu tăng chênh lệch nhiệt độ làm tăng tốc độ truyền nhiệt Tuy nhiên, sấy thăng hoa, nhiệt độ bề mặt bị giới hạn đến 40-65°C để tránh biến tính protein thay đổi hố học khác, làm giảm chất lượng sản phấm Truyền nhiệt vi sóng Nhiệt tạo bề mặt băng tốc độ truyền nhiệt không bị ảnh hưởng độ dẫn nhiệt băng chất khô hay độ dày lớp khơ Tuy nhiên, nhiệt vi sóng khó kiếm sốt có nguy bị tình trạng qúa nóng cục dẫn đến tan chảy băng 1.3 Tốc độ truyền khối trình sấy thăng hoa: Khi nhiệt truyền tới bề mặt thăng hoa, nhiệt độ áp suất nước băng tăng lên Hơi nước di chuyển xun qua chất khơ đến vùng có áp suất thấp buồng sấy Ớ áp suất 67 Pa, lg băng hình thành 2m3 đó, máy sấy thăng hoa cần phải lấy hàng trăm mét khối giây qua lố hống chất khơ Các yếu tố kiêm sốt chênh lệch áp suất nước : - Áp suất buồng sấy - Nhiệt độ thiết bị ngưng tụ hơi, hai càn để thấp đến mức chi phí cho phép - Nhiệt độ băng bề mặt thăng hoa, cần cao tốt không để tan chảy Trong thực tế đế đảm bảo tính kinh tế, áp suất buồng sấy thấp vào khoảng 13 Pa nhiệt độ thiết bị ngưng tụ thấp khoảng -35°c lý thuyết, nhiệt độ băng cần nâng lên mức vừa điểm đóng băng Tuy nhiên, nhiệt độ tới hạn định, gọi nhiệt độ sụp đố (collapse temperature), cấu trúc sản phẩm bị phá hủy Trong thực tế, tồn nhiệt băng tối đa, nhiệt độ ngưng tụ tối thiểu áp suất buồng sấy tối thiểu thông số kiểm soát tốc độ chuyển khối 10 I p a g r Sây thăng hoa Trong Môn CNCB Rau Quả trình sấy, độ ẩm hạ xuống từ mức ban đầu cao vùng lạnh đông đến mức thấp lớp khô, phụ thuộc vào áp suất nước buồng sấy Khi nhiệt chuyển qua lớp khô, quan hệ áp suất buồng sấy áp suất bề mặt băng : kd Pi =Ps + (ts - ti) bX Trong đó, Pi (Pa) áp suất riêng phần nước bề mặt thăng hoa, Ps (Pa) áp suất riêng phần nước bề mặt, kd (Wm^K'1) : độ dẫn nhiệt lớp khơ, b(kg.s‘1.m*1) độ thấm của lóp khô, Xs (J.kg1) : ẩn nhiệt thăng hoa, ts (°C) : nhiệt độ bềmặt ti (°C) nhiệt độ bề mặt thăng hoa Thrvi ơinn Qấv rÁ ỶhẢ đirnr tír»h cơng thức sau : X p(Mi - M2)Ằ2 Td= - Trong : td (giây) thời gian sấy, X (m) : chiều dày sản phẩm, ( (kg.m'3) : tỷ trọng chất khô, Mi : độ ẩm ban đầu M : độ ẩm cuối Chú ý : thời gian sấy tỷ lệ với bình phương độ dày sản phấm : gấp đơi chiều dày sản phấm kéo dài thời gian sấy gấp lần •Ẩ -» Ả • A 1• A Biên đôi nguyên liệu : Sản phẩm sấy thăng hoa có thời hạn sử dụng lâu điều kiện bao gói phù họp bảo quản nhiệt độ phịng Bởi hoạt độ nước sản phẩm thường thấp (dưới 0,3)- Với hoạt độ nước thấp vậy, enzyme vi sinh vật gần bị ức chế hoàn toàn Thời gian bảo quản số sản phẩm sấy thăng hoa cơng bố thị trường lên đến vài chục năm Cá biệt có sản phấm báo cáo có thời hạn sử dụng lên đến 50 năm (như thịt heo sấy thăng hoa Mỹ, sử dụng quân đội) Các sản phấm cuối giữ lại 98% chất dinh dưỡng cân nặng nhiều so với trước sấy Thực phẩm sấy thăng hoa gần giữ lại đặc tính nguyên liệu ban đầu đồng thời tốn thất mặt chất lượng thường mức thấp Sản phấm chang giữ lại tối đa đặc tính chất lượng (màu sắc, mùi vị, trạng thái) mà hợp chất có hoạt tính sinh học (vitamin, 11 I p a g r Sây thăng hoa enzyme, Rau Quả Mơn CNCBomage-3 axít) bảo vệ cách tôt (tất nhiên 100%) Nghiên cứu sản phấm cá hồi sấy thăng hoa sản phấm có tỷ lệ co rút thể tích 10% (chấp nhận được), màu sắc có giảm sau sấy thăng hoa sau hút nước có phục hồi lại màu sắc đáng kể, sản phẩm có tốc độ hút nước cực nhanh khoảng 5-10 giây để đạt tỷ lệ hút nước tối đa nhiệt độ 80°c (điều thuận lợi sử dụng thành phần thực phẩm dạng soup) Có cấu trúc xốp, dịn phù hợp với sản pham snack ăn liền sản phấm phải có độ khơ cao cần độ hịa tan tốt sữa bột với phương pháp sấy thăng hoa, độ ẩm sản phẩm cịn lại 6%, hình dạng ban đầu giữ ngun, khơng có thay đổi kích thước rõ rệt Sản phấm sấy thăng hoa lưu lại tốt đặc tính cảm quan chất lượng dinh dưỡng Các chất dễ bay khồng bị vào nước sinh trình thăng hoa mà bị mắc lại khung sản phẩm Ket 80-90 % mùi giữ lại Ket cấu sản phẩm tốt: bị co ngót không bị tượng cứng vỏ cấu trúc xốp cho phép q trình làm ướt trở lại nhanh chóng hồn tồn, dễ vỡ cần bảo vệ tránh bị hư hại học Chỉ có thay đối nhỏ chất lượng protein, tinh bột hydrocacbon khác Tuy nhiên cấu trúc xốp sản phẩm oxy xâm nhập gây oxy hố lipit Vì vậy, sản phấm cần bao gói khí trơ Những thay đơi thiamin axit ascorbic trình sấy thăng hoa mức vừa phải thất thoát vitamin khác khơng đáng kế (xem bảng) Tuy nhiên, thất chất dinh dưỡng trình chuẩn bị trước sấy, đặc biệt chần hấp rau ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng dinh dưỡng sản phẩm sấy thăng hoa 12 I p a g r Sây thăng hoa Bảng 3.1 : Tổn thất vitamin q trình sấy Thăng Hoa Mơn Thực Phẩm CNCB Rau Quả Vitamin Vitamin A Đậu Xanh c 26-60 0-24 Đậu Hà Lan 8-30 Nước Cam - 3-5 - - - Thịt bò Thịt heo r Sây thăng hoa Thât thoát % 13 I p a g Thiamin - Riboflavin - Axit folic - - -