BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM --- o0o --- NGUYEÃN THÒ THANH THÖ - NGHIÊN CỨU SẤY CẢI BÓ XÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY LẠNH KẾT HỢP VỚI BỨC XẠ HỒNG NGOẠI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM GVHD: TS. LÊ VĂN MINH ThS. LÊ NHƯ CHÍNH KHÁNH HÒA -06/ 2015 i LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Văn Minh và ThS. Lê Như Chính đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này Em cũng xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nha Trang, khoa Công nghệ Thực phẩm và quý thầy cô đã tận tình giảng dạy em trong suốt thời gian học tại trường Cuối cùng, em xin dành sự biết ơn sâu sắc đến tất cả mọi người trong gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện cho tôi học tập tốt. Khánh Hòa, tháng 6 năm 2015 Người thực hiện Nguyễn Thị Thanh Thư ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................i MỤC LỤC...........................................................................................................................ii DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................v DANH MỤC HÌNH ...........................................................................................................vii LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................................... 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................... 4 1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CẢI BÓ XÔI........................................................4 1.1.1 Giới thiệu về cải bó xôi................................................................................................4 1.1.2 Thành phần hóa học của cải bó xôi..............................................................................4 1.1.3 Giá trị của cải bó xôi....................................................................................................4 1.2 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY...............................................................................6 1.2.1 Khái niệm chung về sấy...............................................................................................6 1.2.2 Các phương pháp sấy...................................................................................................9 1.3 TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI..............................................................10 1.3.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại................................................................................10 1.3.2 Một số ứng dụng của bức xạ......................................................................................11 1.3.3 Nhiệt bức xạ hồng ngoại............................................................................................12 1.3.4 Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại....................................................................13 1.4.5 Tính ưu việt của công nghệ sấy hồng ngoại...............................................................13 1.4 TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH....................................................................................14 1.5 SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI......................................................14 1.5.1 Mục đích sấy kết hợp.................................................................................................14 iii 1.5.2 Thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh...................................................................15 1.5.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình làm khô..........................................15 1.6 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC..............................................17 1.6.1 Nghiên cứu trong nước...............................................................................................17 1.6.2 Nghiên cứu nước ngoài..............................................................................................18 1.7 HÀM MỤC TIÊU VÀ XÁC ĐỊNH MIỀN TỐI ƯU CỦA CÁC THÔNG SỐ............19 1.7.1 Hàm mục tiêu.............................................................................................................19 1.7.2 Miền tối ưu của các thông số......................................................................................20 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................21 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU.......................................................................................21 2.2. THIẾT BỊ PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU.........................................................................21 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................................................23 2.3.1 Quy trình tổng quát sản xuất sản phẩm cải bó xôi sấy...............................................23 2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu sấy khô cải bó xôi........................................................25 2.3.3 Phương pháp phân tích...............................................................................................28 2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM................................................34 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................... ..35 3.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA QUY TRÌNH......................................35 3.1.1 Kết quả thực nghiệm xác định chế độ chần................................................................35 3.1.2 Xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu...................................................................36 3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHẾ ĐỘ SẤY KHÁC NHAU..............................37 3.2.1 Mẫu chần....................................................................................................................37 3.2.2 Mẫu không chần.........................................................................................................38 iv 3.3 TỐI ƯU HÓA KHẢ NĂNG TÁCH ẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM.................................................................................................................42 3.3.1 Các thông số kỹ thuật.................................................................................................42 3.3.2 Các mức thí nghiệm...................................................................................................42 3.3.3 Mẫu chần....................................................................................................................42 3.3.4 Mẫu không chần.........................................................................................................51 3.5 TỐI ƯU HÓA LƯỢNG VITAMIN C..........................................................................55 3.5.1 Mẫu chần....................................................................................................................55 3.5.2 Mẫu không chần.........................................................................................................59 3.6 SO SÁNH KẾT QUẢ VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ SẤY TỐI ƯU.........................................63 3.6.1 Khả năng tách ẩm của mẫu tối ưu..............................................................................64 3.6.2 Điểm đánh giá cẩm quan của hai mẫu tối ưu.............................................................65 3.6.3 Tỷ lệ hút nước phục hồi mẫu sấy tối ưu....................................................................67 3.6.4 Kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm................................................................69 3.7 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẤY CẢI BÓ XÔI..............................................................71 3.6 TÍNH GIÁ THÀNH CHO SẢN PHẨM.......................................................................72 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN.................................................................................75 I KẾT LUẬN ......................................................................................................... 75 II ĐỀ XUẤT Ý KIẾN ............................................................................................ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 76 PHỤ LỤC..........................................................................................................................77 v DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 2.1 Bảng bố trí thí nghiệm thay đổi đồng thời 3 yếu tố 28 2.2 Bảng mô tả điểm cho sản phẩm cải bó xôi sấy khô 30 2.3 Bảng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm cải bó xôi sấy khô. 31 2.4 Yêu cầu vi sinh đối với sản phẩm rau khô 33 3.1 Kết quả xác định độ ẩm của cải bó xôi 36 3.2 Kết quả thu được sau khi sấy (mẫu chần) 38 3.3 Kết quả thu được sau khi sấy (mẫu không chần) 39 3.4 Các mức thí nghiệm 42 3.5 Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thu được cho (mẫu chần) 43 3.6 Thí nghiệm ở tâm phương n 44 3.7 Kết quả thí nghiệm ở tâm phương n (mẫu chần) 44 3.8 Kết quả tính hệ số hồi quy và tiêu chuẩn Student (mẫu chần) 45 3.9 Bảng số liệu tính phương sai dư (mẫu chần) 47 3.10 Kết quả thí nghiệm tối ưu 50 3.11 Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thu được (mẫu không chần) 51 3.12 Kết quả thí nghiệm tối ưu hoa (mẫu không chần) 53 3.13 Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả hàm lượng vitamin C (mẫu chần) 56 3.14 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa (mẫu chần) 58 3.15 Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả hàm lượng vitamin C vi (mẫu không chần) 59 3.16 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa vitamin C (mẫu không chần) 61 3.17 Điểm cảm quan mẫu tối ưu 66 3.18 Khả năng hút nước trở lại 68 3.19 Kết quả kiểm tra vi sinh của mẫu sấy tối ưu 69 3.20 Chi phí tác nhân của thiết bị sấy 73 3.21 Bảng tổng hợp kết quả tính giá thành sơ bộ 77 vii DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang 2.1 Cải bó xôi 21 2.2 Tủ sấy sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 22 2.3 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 23 2.4 Sơ đồ quy trình nghiên cứu dự kiến sấy cải bó xôi sấy khô 24 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ sấy tối ưu 26 3.1 Hình ảnh cải bó xôi chần ở các chế độ thời gian khác nhau 35 3.2 Sự biến đổi độ ẩm của cải bó xôi chần trong các thí nghiệm tối ưu theo thời gian sấy 3.3 Sự biến đổi độ ẩm của cải bó xôi không chần trong các thí nghiệm tối ưu theo thời gian sấy ( mẫu không chần) 3.4 62 Sự thay đổi độ ẩm của cải bó xôi chần và không chần theo thời gian sấy ở chế độ tối ưu 3.7 58 Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi không chần trong thí nghiêm tối ưu theo thời gian sấy (mẫu không chần) 3.6 54 Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần trong thí nghiêm tối ưu theo thời gian sấy 3.5 50 64 Sự thay đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần và không chần theo thời gian sấy ở chế độ tối ưu 65 3.8 Cải bó xôi chần sau khi sấy 67 3.9 Cải bó xôi không chần sau sấy 67 3.10 Sơ đồ quy trình đề xuất sấy cải bó xôi chần và không chần 71 1 LỜI NÓI ĐẦU Đối với một quốc gia thuần nông như Việt Nam chúng ta, việc chuyển đổi nền kinh tế theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước vẫn không thể nào thiếu sự đóng góp của ngành nông nghiệp nói chung và sản xuất rau quả nói riêng. Trong những năm gần đây khi mà công cuộc đổi mới đang có những bước tiến rõ rệt nhất, ngành sản xuất rau quả cũng có một phần đóng góp của mình trong đó. Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải quan, năm 2010 Việt Nam xuất khẩu hàng rau quả là 460 triệu USD, chỉ tăng 4,9% nhưng đến năm 2011 đạt 622 triệu USD, tăng 35%; năm 2012 đạt 827 triệu USD, tăng 33% đến năm 2013 đạt trên trên 1 tỷ USD, tăng gần 27% so với cùng kỳ năm trước. Đặc biệt, năm 2014 mặc dù gặp rất nhiều khó khăn nhưng lĩnh vực xuất khẩu rau quả đã đạt được thành công lớn với kim ngạch xuất khẩu khoảng 1,5 tỷ USD. Là quốc gia có lợi thế về điều kiện tự nhiên, thổ nhưỡng và tập tục canh tác lâu đời, chúng ta có đầy đủ khả năng để phát triển ngành sản xuất rau quả lớn mạnh. Hơn nữa, rau quả lại là một trong những mặt hang tiêu dùng thiết yếu của con người. Nhu cầu tiêu dùng mặt hàng này trên thế giới luôn có xu hướng gia tăng. Điều này đang tạo ra một cơ hội hết sức thuận lợi cho rau quả Việt Nam. Riêng về công nghệ chế biến rau quả khô hiện nay của nước ta còn lạc hậu và thủ công, chưa được chú trọng đầu tư một cách đúng mức, chủ yếu là sấy bằng không khí nóng từ lò than và phơi nắng. Các phương pháp này phụ thuộc nhiều vào thời tiết, thời gian sấy kéo dài nhiệt độ cao làm cho chất lượng sản phẩm không cao, tỷ lệ hao hụt lớn, đặc biệt vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm không được đảm bảo làm giảm giá trị sử dụng, giảm giá trị kinh tế, không phù hợp cho việc xuất khẩu vào thị trường lớn, khó tính như Mỹ, Nhật, EU... Do vậy việc ứng dụng các công nghệ, phương pháp sấy mới vào việc sấy khô các sản phẩm rau củ nói chung và cải bó xôi nói riêng là điều hết sức cần thiết và phù hợp với 2 thực tiễn hiện nay khi chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm ngày càng được chứ ý quan tâm nhiều hơn. Cải bó xôi là loại rau chứa nhiều chất dinh dưỡng tốt cho sức khỏe như: vitamin A, C, K và nhiều loại chất khoáng... nhưng nó rất khó bảo quản vì cấu trúc giòn dễ hư hỏng dẫn đến việc phát triển sản phẩm cải bó xôi bị hạn chế. Vì vậy, nghiên cứu một phương pháp hiệu quả để bảo quản cải bó xôi nhằm kéo dài thời gian bảo quản là rất cần thiết. Công nghệ sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại là một trong những công nghệ mới trong lĩnh vực sấy khô các sản phẩm thực phẩm. Công nghệ này có ưu điểm vượt trội và đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội... Riêng trong lĩnh vực sấy khô nông sản, thủy sản, thực phẩm về cơ bản nó có ưu điểm hơn hẳn các công nghệ sấy thông thường như: - Giảm thời gian sấy, nhiệt độ sấy thấp do đó sản phẩm không bị tổn thất và chất lượng sản phẩm dược đảm bảo - An toàn, vệ sinh cho thực phẩm cũng như cho người vận hành và môi trường - Ý nghĩa kinh tê- xã hội lớn... Xuất phát từ ý nghĩa và yêu cầu thực tiễn trên tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu sấy cải bó xôi bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại” nhằm hiện đại hóa công nghiệp sấy rau quả, tiết kiệm thời gian, năng lượng, nâng cao chất lượng, tăng giá trị sử dụng, giá trị kinh tế của mặt hàng được coi là mũi nhọn của nền kinh tế Việt Nam.  Mục tiêu của đề tài Xác định được chế độ sấy (nhiệt độ, tốc độ gió và khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy) thích hợp cho việc sấy sản phẩm cải bó xôi (chần và không chần).  Nội dung nghiên cứu của đề tài  Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy, tốc độ gió và khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy đến chất lượng của cải bó xôi chần và không chần.  Đề xuất quy trình sấy cải bó xôi chần và không chần. 3  Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả của đề tài là dẫn liệu khoa học cho sinh viên cũng như các nhà nghiên cứu tham khảo.  Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Thành công của đề tài là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu sâu hơn từ đó đưa ra một phương pháp sản xuất sản phẩm mới nhằm nâng cao hiệu quả kinh kế cho cây cải bó xôi, góp phần nâng cao thu nhập cho người trồng cải và nhà chế biến. 4 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỒNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU CẢI BÓ XÔI 1.1.1 Giới thiệu về cải bó xôi Cải bó xôi (Spinacia oleracea) hay còn được gọi là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi, rau nhà chùa, bắp xôi, rau bina là một loài thân cỏ có hoa thuộc họ Dền (có tên khoa học là Amaranthaceae), mọc nhiều ở vùng Trung và Tây Nam châu Á. Rau chân vịt rất tốt cho sức khỏe, dân gian thường sử dụng rau chân vịt làm vị thuốc. Trước đây cải bó xôi chưa được chứ ý trồng trọt và nghiên cứu mặt dù cải bó xôi là loại rau rất giàu dinh dưỡng và có giá trị kinh tế cao. Hiện nay, cải bó xôi đã bắt đầu được chú ý hơn trong nghiên cứu và trồng trọt. Cải bó xôi là loại rau giàu nguồn vitamin A, C, vitamin K, folate, magie, sắt mangan, canxi vitamin B, và vitamin E, các chất Ôxy hóa, có mùi vị thơm ngon khi nấu chín, và có cấu trúc giòn dễ hư hỏng khi bảo quản [42]. 1.1.2 Thành phần hóa học của cải bó xôi Cải bó xôi (còn gọi là rau chân vịt) được biết đến là một loại rau thần dược, bổ dưỡng nhờ thành phần dinh dưỡng đa dạng, phong phú, chứa đến 20 loại vitamin và khoáng chất. Theo kết quả phân tích, thành phần dinh dưỡng có trong 100g cải bó xôi: Protein (2,86mg), chất béo (0,39 mg), chất xơ (2,2 mg), canxi (99 mg), magie (79 mg), kali (558 mg), vitamin C (28,1 mg), Vitamin A (9377 IU), choline (19,3 mg)...Chình vì cải bó xôi giàu thành phần dinh dưỡng và khoáng chất cũng như vitamin đa dạng như vậy nên cải bó xôi rất tốt cho sự tuần hoàn máu, phòng các chứng bệnh thiếu canxi, tiêu hóa, giúp loại trừ độc tố trong cơ thể [42]. 1.1.3 Giá trị của cải bó xôi Cải bó xôi không chỉ giàu dinh dưỡng mà nó còn chứa nhiều hoạt tính sinh học và đã được chứng minh có tác dụng tích cực đến sức khỏe[43]. Tất cả những chất dinh dưỡng này giúp bảo vệ cơ thể chống lại một loạt các bệnh như viêm khớp, ung thư ruột kết, bệnh tim mạch và loãng xương, táo bón, khó tiêu, bảo vệ mạch máu. 5 Thành phần: Bó xôi là một trong những loại rau có thành phần dinh dưỡng rất cao, giàu chất xơ và giàu nitrat sẽ chuyển thành nitrit nhờ vào enzym nước bọt, rất dễ tiêu hóa. Với 100 gr, cải bó xôi chứa những khoáng chất vô cùng ấn tượng: 529 mg potassium, 104 mg calcium và 58 mg magnésium. Ngoài ra, bó xôi còn có nhiều vitamin như vitamin C, tiền vitamin A và acid folic. Ngoài các sắc tố chlorophin và caroten, bó xôi còn có flavonoid. Tính năng: Với những thành phần dồi dào như vừa kể trên, bó xôi có khả năng củng cố hệ miễn dịch cao, bảo vệ các mạch máu nhỏ, bảo vệ các tế bào khỏi sự lão hóa sớm (nhất là đối với bệnh thoái hóa võng mạc), ngăn ngừa sự phát triển của các bệnh ung thư vú, ung thư thực quản. Cải bó xôi có vị ngọt cay, tính mát, không độc. Loại rau này được dùng để chữa các chứng: cao huyết áp, đau đầu, chóng mặt, nhức mắt, bệnh đái tháo đường, táo bón…  Cây cải bó xôi được nhiều người biết đến và tìm mua để chữa đau bụng kinh, huyết trắng, đau nhức xương khớp, viêm xoang…Tại nơi bán thường để sẵn một nồi nước sôi để cho chân vịt khô vào, sau 1-2 giờ nó sẽ nở to ra như cây rẽ quạt và có màu xanh tươi rất đẹp.  Với tác dụng chữa bệnh trên, cây chân vịt còn được gọi là cải tử hoàn thảo, hồi sinh thảo, trường sinh thảo. Cây cũng có tên là móng lưng rồng, thạch bá chi, nhả nung ngựa, vạn niên tùng, hoàng dương thảo, linh chi thảo… Tên khoa học của chân vịt là Selaginella Tamariscina Spring, thuộc họ quyển bá (Selaginellaceae). Đây là cây thảo sống lâu năm, cao 15-30 cm, mọc trong rừng râm mát, rễ phụ bám chắc vào các phiến đá.  Thân đứng hoặc tọa lạc, tròn, màu cánh gián, phân nhánh theo lối rẽ đôi. Rễ phụ từ gốc tỏa các nhánh đâm xuống đất. Lá nhiều, nhỏ, có lưỡi nhỏ, hình trứng, đầu nhọn, mép lá có răng cưa thưa. Đầu các cành có bông sinh bào tử, cấu tạo bởi các lá đặc biệt, gọi là lá bào tử. 6 1.2 GIỚI THIỆU VỀ KỸ THUẬT SẤY 1.2.1 Khái niệm chung về sấy Sấy là phương pháp bảo quản thực phẩm đơn giản, an toàn và dễ sử dụng, nó làm giảm độ ẩm của thực phẩm đến mức cần thiết, do đó vi khuẩn, nấm mốc và nấm men bị ức chế hoặc không phát triển và hoạt động được. Sấy cũng làm hoạt động của enzyme, giảm kích thước và trọng lượng của sản phẩm[1], [19]. Sấy là quá trình làm khô sản vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp bay hơi nước. Trong quá trình sấy xảy ra các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất cụ thể là quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt cho vật sấy. Quá trình truyền ẩm từ trong vất sấy vào môi trường [6], [8]. Các quá trình truyền nhiệt, truyền chất trên xảy ra đồng thời trên vật sấy, chúng có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau.  Sự khuếch tán của nước từ nguyên liệu ra môi trường có 2 quá trình:  Quá trình khuếch tán nội  Là quá trình dịch chuyển ẩm từ các lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm.  Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch độ ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Nếu sự chênh lệch càng lớn tức gradien độ ẩm càng lớn thì tốc độ khuếch tán nội càng nhanh [8]. Được thực hiện nhờ lực khuếch tán, lực mao quản, thẩm thấu… Có thể biểu thị tốc độ khuếch tán bằng phương trình sai. dw dτ = kF dc dx Trong đó : W : Lượng nước khuếch tán ra (kg). τ : Thời gian khuếch tán (h). dc dx : Gradien độ ẩm. K : Hệ số khuếch tán. F : Bề mặt khuếch tán (m2) 7  Ngoài ra, khuếch tán nội còn diễn ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Qua nghiên cứu cho thấy ẩm dịch chuyển từ nơi có nhệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Vì vậy, tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nồng độ ẩm và dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với nhau. Nếu dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều sẽ kìm hãm sự thoát ẩm, làm kéo dài thời gian sấy, ngược lại, nếu dịch chuyển cùng chiều sẽ thúc đẩy quá trình thoát ẩm, rút ngắn thời gian sấy.  Quá trình khuếch tán ngoại Là quá trình dịch chuyển ẩm từ bề mặt vật liệu sấy vào môi trường không khí xung quanh [8]. Động lực của quá trình này là do chệnh lệch áp suất hơi trên bề mặt vật liệu ẩm (Pbh) và áp suất riêng phần hơi nước trong môi trường không khí (Phn), sự chênh lệch đó là: ∆P = Pbh – Phn Lượng nước bay hơi do khuếch tán ngoại tỉ lệ thuận với ∆P, diện tích bay hơi và thời gian làm khô, tức là: dW = B.∆P.F.dτ Trong đó: W : Lượng nước bay hơi (kg). B : Hệ số bay hơi. F : Diện tích bay hơi (m2). τ : Thời gian bay hơi (h). ∆P : Chênh lệch áp suất hơi bão hòa trên bề mặt vật liệu và áp suất riêng phần hơi nước trong không khí. 8  Mối quan hệ giữa khuếch tán nội và khuếch tán nội Khuếch tán nội và ngoại có mối quan hệ mật thiết, tức là khuếch tán ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới được tiếp tục và độ ẩm của nguyên liệu mới giảm dần. Nếu khuếch tán nội lớn hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ nhanh nhưng điều đó ít xảy ra. Khuếch tán nội của nước trong nguyên liệu thường nhỏ hơn tốc độ bay hơi trên bề mặt. Khi khuếch tán nội nhỏ hơn khuếch tán ngoại thì quá trình bay hơi sẽ bị gián đoạn[9]. Trong quá trình làm khô, ở giai đoạn đầu lượng nước trong nguyên liệu nhiều, chênh lệch độ ẩm lớn, vì vậy khuếch tán nội thường phù hợp với khuếch tán ngoại, do đó tốc độ tương đối nhanh. Nhưng ở giai đoạn cuối thì lượng nước còn lại trong nguyên liệu ít, tốc độ bay hơi ở bề mặt ngoài nhanh nên quá trình khuếch tán ngoại lớn hơn khuếch tán nội, vì vậy sẽ tạo thành một màng cứng làm ảnh hưởng rất lớn đến khuếch tán nội. Do đó ảnh hưởng đến quá trình làm khô nguyên liệu.  Đặc điểm quá trình sấy. Đặc điểm của quá trình sấy đối với vật thể có độ ẩm tương đối cao, nhiệt độ sấy và tốc độ chuyển động của không khí quá lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là gia đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ không đổi, giai đoạn sấy tốc độ giảm dần. Đối với các trường hợp sấy với điều kiện khác thì quá trình sấy cũng xảy ra ba giai đoạn nhưng các giai đoạn có thể đan xen khó phân biệt hơn.  Giai đoạn làm nóng vật. Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật thể vào buồng sấy tiếp xúc với không khí nóng cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước. Trong quá trình sấy này toàn bộ vật được gia nhiệt. ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi tương ứng với phần áp suất hơi nước trong môi trường không khí trong buồng sấy. Do được làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút ít do bay hơi ẩm còn nghiệt độ của vật thì tăng dần cho tới khi bằng nhiệt độ kế ước. Tuy vậy, sự tăng nghiệt độ trong quá trình xảy ra không 9 đều ở phàn ngoài và phần trong vật. Vùng trong vật đạt đến nhiệt độ kế ước chậm hơn. Đối với vật dễ sấy thì giai đoạn này làm nóng vật xảy ra nhanh.  Giai đoạn sấy tốc độ không đổi Kết thúc giai đoạn gia nhiệt, nhiệt độ vì bằng nhiệt độ kế ước. 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. ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên trong vật sẽ chuyển ra ngoài bề mặt vật để hóa hơi. Do đó nhiệt độ không khí nóng không đổi, nhiệt độ vật cũng không đổi nên chênh lệch nhiệt độ giữa vật và môi trường cũng không đổi. Điều này làm cho tốc độ giảm của độ chứa ẩm vật theo thời gian cũng không đổi, có nghĩa là tốc độ gió không đổi[6].  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 liệu là ẩm liên kết. Năng lượng 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 củng giảm cho đến khi độ ẩm của vật bằng độ ẩm cân bằng với điều kiện môi trường không khí ẩm trong buồng sấy thì quá trình thoát ẩm của vật ngừng lại, có nghĩa là tốc độ sấy bằng không. 1.2.2 Các phương pháp sấy Các phương pháp sấy [2], [4], [6], [9], [11]  Phơi nắng  Sấy kiểu phòng  Phòng sấy kiểu phòng thông gió tự nhiên  Phòng sấy khô kiểu phòng thông gió nhân tạo  Phòng sấy đường hầm  Phòng sấy 1 đường hầm 10  Phòng sấy 2 đường hầm  Phòng sấy kiểu băng chuyền  Sấy khô bằng chân không  Sấy khô chân không ở nhiệt độ thường (0-60 °C).  Sấy khô chân không ở nhiệt độ thấp dưới 0 °C.  Phương pháp sây khô chân thăng hoa.  Sấy tầng sôi  Sấy phun  Sấy siêu âm  Sấy lạnh, đông khô  Sấy thùng quay  Sấy bức xạ:  Nguồn bức xạ nhân tạo  Nguồn bức xạ tự nhiên (bức xạ mặt trời). 1.3 TỔNG QUAN VỀ BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 1.3.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại 1.3.1.1 Sự truyền nhiệt Sự truyền nhiệt là quá trình truyền năng lượng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn. Truyền nhiệt có ba dạng: Dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ (Infrared) [15]. Sự dẫn nhiệt xảy ra khi có sự khác nhau về nhiệt độ tại các vùng trong cùng một đối tượng hay giữa các đối tượng có sự tiếp xúc vật lý trực tiếp với nhau. Đối lưu là kết quả của sự truyền năng lượng nhiệt từ đối tượng này sang đối tượng khác thông qua một chất lỏng hay một chất khí chuyển động. Sự truyền nhiệt bức xạ có thể được xảy ra bởi bức xạ hồng ngoại, tia cực tím, vi ba và sóng radio [41]. 11 1.3.1.2 Các nguồn bức xạ hồng ngoại  Nguồn tự nhiên: Mặt trời là nguồn sáng lớn nhất, trong ánh sáng mặt trời có 40% tia sáng nhìn thấy, 59% tia hồng ngoại và 1% tia tử ngoại. Ngoài ra bức xạ hồng ngoại còn phát ra từ các vì sao[9].  Nguồn nhân tạo: Các nguồn sử dụng năng lượng điện để chuyển thành bức xạ hồng ngoại bao gồm:  Dùng bóng đèn có dây tóc nóng sáng  Đèn hơi thủy ngân  Các tấm kim loại và thủy tinh  Đèn ống thạch anh  Đèn Halogen  Que đốt bằng điện  Các thanh điện trở  Vật liệu gốm  Các thanh gốm bức xạ Ngoài ra bức xạ hồng ngoại còn được phát ra từ các lò luyện kim, đúc kim loại, lò rèn, lò nấu thủy tinh, thổi thủy tinh, hàn điện, lò nung đốt các loại, ngon lửa, đèn sợi đốt... 1.3.2 Một số ứng dụng của bức xạ Bức xạ hồng ngoại được ứng dụng rất rộng rãi trong các nghành khoa học và trong đời sống xã hội. Ngày nay khoa học càng phát triển thì người ta càng tìm ra được rất nhiều các ứng dụng mới của bức xạ hồng ngoại. Mỗi một lĩnh vực ứng dụng sẽ sử dụng các bước sóng và nguồn phát bức xạ thích hợp. Có thể kể ra đây một số các ứng dụng trong các lĩnh vực như sau: Trong các ngành công nghiệp, công nghệ sinh học, khoa học về trái đất và khoáng vật học, môi trường, hóa chất, thực phẩm và đồ uống, pháp luật, phân tích khí, dụng cụ vật lý, y học, an ninh quân sự và quốc phòng, phân tích độ ẩm, các nghiên cứu về dầu mỏ, khí đốt, nhiên liệu, công nghiệp dược,... [13] 12 Cụ thể trong công nghiệp thực phẩm và đồ uống đã ứng dụng bức xạ hồng ngoại trong các lĩnh vực như sau:[25], [26], [27], [29], [34], [39],  Điều khiển các quá trình trong công nghiệp sản xuất mía đường.  Phân tích thời gian phân hủy của các chất vô cơ, hữu cơ trong thức ăn, phân bón và các sản phẩm dược học.  Xác định hàm lượng ethnol trong rượu.  Đánh giá chất lượng của các sản phẩm thịt.  Xác định sự oxi hóa dầu ăn.  Phân tích hàm lượng nước, đường, protein, chất béo của sản phẩm phomat và theo dõi sự biến đổi hóa học trong quá trình sản xuất phomat cứng.  Xác định hàm lượng casein trong sữa.  Xác định các thông số chất lượng trong táo: kết cấu, RI, pH, các axit, chất rắn không tan, chất khô, rượu.  Xác định sự tương quan giữa hàm lượng mỡ và nước của cá hồi khi đang sống  Phân tích và phân loại các sản phẩm lúa mì, lua mạch và mạch nha.  Sấy khô, gia nhiệt, làm ấm, cô đặc, tiệt trùng...các sản phẩm thực phẩm và đồ uống... 1.3.3 Nhiệt bức xạ hồng ngoại Đốt nóng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của sóng điện từ. Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một đối tượng nào đó thì nó có thể hấp thụ hay phản xạ lại với một bước sóng khác, khi đối tượng hấp thụ bức xạ thì nó sẽ bị nóng lên [12], [24]. Nhiệt bức xạ hồng ngoại thay đổi theo hiệu quả phát bức xạ của nguồn, bước sóng và tính phản xạ của đối tượng. Nhờ vào đặc tính này mà người ta có thể sử dụng nghiệt bức xạ có hiệu quả hơn trong những úng dụng nhất định. Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc vào vật liệu của nguồn nhiệt. Về cơ bản thì hiệu quả này là tỷ lệ giữa năng lượng phát xạ và năng lượng hấp thụ, ngoài ra còn có một số yếu tố khác củng ảnh hưởng đến hiệu xuất phát 13 xạ. Một yếu tố nữa là giá trị phát xạ của nguồn dựa vào mức độ đen của vật, “vật đen tuyệt đối” có mức phát xạ là 1,0. Nếu vật phát xạ là gốm thì có thể đạt trên 90 %. Trong phổ điện từ vùng hồng ngoại được chia ra thành ba khoảng bước sóng khác nhau là: sóng ngắn, sóng trung và sóng dài [40].  Sóng ngắn (gần): từ 0,72-2 µm tương đươing với nhiệt độ 7000-2150 °F  Sóng trung (trung bình): từ 2-4 µm tương đương với nhiệt độ 2150-845°F  Sóng dài (xa): từ 4-1000 µm tương úng với nhiệt độ 845 - ˂ 32 °F  Bước sóng hữu ích cho những ứng dụng của nhiệt bức xạ là từ 1,17-5,40 µm tương ứng với nhiệt độ 4000-500 °F. Ứng với khoảng bước sóng này thì đa số các vật liệu sẽ bị đốt nóng và khô đi vì sự hấp thụ đạt đến cực đại Bước sóng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tức là bước sóng càng dài thì nhiệt độ càng thấp 1.3.4 Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại Vật liệu sấy trong công nghiệp thức phẩm thường được cấu tạo chủ yếu bởi các chất hữu cơ và nước, phổ hấp thụ năng lượng bức xạ của nước và các chất hữu cơ là khác nhau ở mỗi bước sóng nhất định, chất hữu cơ sẽ trở thành “vật trong suốt”- không hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại mà nước sẽ trỏ thành “vật đen”- hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại tối đa. Do đó khi chiếu tia hồng ngoại có bước sóng nằm trong khoảng 2,5-3,5 µm tương ứng với bước sóng mà nước có thể hấp thụ tối da năng lượng bức xạ. Kết quả la các phân tử nước sẽ dao động mạnh, tạo ma sát và sinh nhiệt rất lớn. 1.4.5 Tính ưu việt của công nghệ sấy hồng ngoại Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại là công nghệ mới, về nguyên lý công nghệ này có những ưu điểm sau [16], [33]: Sản phẩm thu được trong quá trình sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại không bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng các vitamin được bảo toàn đồng thời sản phẩm lại đảm bảo về mặt vệ sinh thực phẩm. 14 Bức xạ hồng ngoại là phương pháp gia nhiệt sạch sẽ, an toàn,vô hại đối với người và môi trường. Dễ dàng điều khiển theo khu vục, hiệu suất sử dụng nhiệt cao. Đặc biệt bức xạ hồng ngoại có khả năng tiêu diệt côn trùng, vi sinh vật có hại ngay ở nhiệt độ thấp... Tuy nhiên, nhiệt bức xạ hồng ngoại cũng có nhược điểm là khả năng xuyên thấu kém 7-30 mm nên thích hợp cho việc sấy các sản phẩm có kích thước nhỏ, mỏng và ở dạng rời. Không thích hợp cho việc sấy các sản phẩm có chiều dầy lớn hơn 50 mm. 1.4 TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH Sấy lạnh là phương pháp sấy đối lưu, tách ẩm vật liêu sấy bằng không khí lạnh có độ ẩm thấp. Ẩm trong vật liệu sấy di chuyển ra bề mặt, từ bề mặt vào môi trường, và được luân chuyển ra ngoài. Trong phương pháp này người ta tạo ra sự chệnh lệch áp suất hơi bão hòa trên bề mặt vật liệu sấy và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí bằng cách giảm lượng chứa ẩm. Sấy lạnh được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm cũng như các ngành công nghiệp khác do có nhiều ưu điểm như thời gian sấy ngắn, chất lượng sản phẩm tốt, hiệu quả năng lượng cao.[11] Tác nhân sấy là không khí ẩm được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ điểm đọng sương để ngưng tụ một phần ẩm. Không khí ẩm sau khi được làm lạnh có độ ẩm và nhiệt độ thấp, do đó phải gia nhiệt cho không khí bằng điện trở hay dàn nóng của máy lạnh đến nhiệt độ mà công nghệ yêu cầu rồi được quạt ly tâm hút và thổi qua vật liệu sấy. Khi đó áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí bé hơn áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt vật liêu sấy, ẩm từ dạng lỏng trên bề mặt vật liệu sấy bay hơi đi vào môi trường không khí. 1.5 SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 1.5.1 Mục đích sấy kết hợp Mỗi phương pháp sấy có một ưu điểm vượt trội. Chính vì thế tận dụng kết hợp cả hai phương pháp để làm tăng nhanh tốc độ khuếch tán nội, khuếch tán ngoại do đó tăng tốc 15 độ sấy giảm được thời gian sấy. Đặc biệt là điều này rất có ý nghĩa khi sấy các sản phẩm có nguồn gốc từ thủy sản, giảm được nhiệt độ sản phẩm do đó tránh biến tính sản phẩm và giữ được màu sắc, mùi vị, khả năng phục hồi lại khá.[35] 1.5.2 Thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh Nguyên lý hoạt động của sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh: Không khí đi qua dàn lạnh được làm lạnh tách ẩm, nước ngưng tụ được thải ra ngoài. Không khí trước khi được quạt ly tâm thổi vào tủ được nung nóng sơ bộ nhờ dàn nóng để không khí giảm đi độ ẩm. Sau đó không khí được thổi vào tử sấy tại đây không khí tiếp tục nhận nhiệt từ bức xạ đèn hồng ngoại và nóng lên làm độ ẩm tương đối giảm đi. Không khí có độ ẩm thấp tiếp xúc với vật liệu sấy để làm ẩm đi[5], [35]. Còn bức xạ từ đèn hồng ngoại chiếu lên sản phẩm để nung nóng nước trong sản phẩm. Nước dịch chuyển ra bề mặt sản phẩm, hóa hơi và được không khí mang đi. Không khí sau khi nhận ẩm từ nguyên liệu được quạt ở trên hút ra ngoài 1.5.3 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình làm khô 1.5.3.1 Những biến đổi cảm quan Biến đổi về khối lượng và thể tích: Khi làm khô do nước trong nguyên liệu mất đi cho nên khối lượng giảm, thể tích bị co rút lại. Sự giảm khối lượng và thể tích của nguyên liệu đúng ra bằng khối lượng và thể tích của nước mất đi nhưng thực tế lại nhỏ hơn. Nguyên nhân là do quá trình làm khô sản phẩm bị Ôxy hóa làm cho khối lượng có tăng lên chút ít đồng thời tổ chức cơ thịt cá là thể keo xốp cho nên khi nước mất đi, các khoảng trống của mô cơ vẫn tồn tại hoặc chỉ co rút phần nào nên thể tích co rút nhỏ hơn thể tích nước mất đi Biến đổi về màu sắc: Trong quá trình làm khô màu sắc, mùi vị của sản phẩm bị biến đổi nhiều so với nguyên liệu ban đầu. Nguyên nhân là do mất nước làm nồng độ sắc tố trên một đơn vị thể tích tăng lên dẫn đến sản phẩm có màu sẫm hơn. Đồng thời nếu chế độ làm khô không hợp lý như nhiệt độ quá cao, lipid bị Ôxy hóa làm sản phẩm có màu sẫm, mùi ối khét khó chịu. Vì vậy phải chọn chế độ làm khô hợp lý sản phẩm có màu đẹp, mùi thơm. 16 Biến đổi trạng thái, tổ chức cơ thịt của nguyên liệu: Trong quá trình làm khô do mất nước nên kết cấu tổ chức cơ thịt chặt chẽ hơn, khi ăn có cảm giác dai hơn, cứng hơn. Sự biến đổi kết cấu cơ thịt phụ thuộc vào phương pháp làm khô. Nếu sấy ở điều kiện áp lực thường thì quá trình làm khô chậm, tổ chức cơ thịt co rút nhiều, khả năng phục hồi trạng thái ban đầu kém. Ngược lại khi sấy ở điều kiện chân không đặc biệt là sấy chân không thăng hoa thì cấu trúc của cơ thịt ít bị biến đổi, mức độ hút nước của sản phẩm tốt. Vì vậy nó có khả năng phụ hồi lại gần như trạng thái ban đầu. 1.5.3.2 Biến đổi hóa học  Sự thủy phân và ôxy hóa lipid  Ôxy hóa lipid: Trong quá trình làm khô các acid béo, đặc biệt là các acid béo không no dễ bị tạo thành các sản phẩm trung gian như: peroxyd, hydroperoxyd, rồi tạo ra aldehyl, cetol... làm cho sản phẩm có mùi ôi khét khó chịu và có màu sẫm tối. Mức độ Ôxy hóa lipid phụ thược và phương pháp làm khô, nhiệt độ, thời gian làm khô và bản thân nguyên liệu [14].  Sự thủy phân lipid: Trong quá trình làm khô đặc biệt ở giai đoạn đầu có thể xảy ra quá trình thủy phân lipid tạo thành glyceril và acid béo làm giảm chất lượng sản phẩm [14], [17]. lipase Triglycerid Glyceril + acid béo. [14] Nước  Sự đông đặc và biến tính của protein Khi làm khô ở áp lực thường, sự đông đặc và biến tính của protein phụ thuộc vào nguyên liệu. Nếu nguyên liệu đã được gia nhiệt thì protein ít bị biến đổi vì nó đã biến đổi từ trước. Đối với nguển liệu ướp muối nếu điều kiện làm khô không tốt thì protein bị biến đổi nhiều. Đặc biệt với nguyên liệu tươi chưa qua xử lý nhiệt hoặc chưa ướp muối [14]. 17 Protein ở trong nguyên liệu tồn tại chủ yếu ở hai dạng: myozin và myozen. Nhiệt độ đông đặc của chúng là 55-60 °C. Khi làm khô ở điều kiện thường các protein này bị đông đặc chuyển từ trạng thái có tính đàn hồi sang trạng thái keo kết tủa làm mất tính đàn hồi.  Biến đổi thành phần chất ngấm ra Chất ngấm ra trong quá trình làm khô biến đổi rất nhiều, đặc biệt là đối với nguyên liệu còn tưới. Sự biến đổi của chất ngấm ra sẽ tạo nên mùi vị đặc trưng cho sản phẩm khô. Vì vậy làm khô nhanh chóng là biện pháp tích cực làm giảm bớt tổn thất của chất ngấm ra. 1.6 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.6.1 Nghiên cứu trong nước Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng bức xạ hồng ngoại vào công nghệ sấy, đặc biệt trong lĩnh vực sấy khô nông sản, thủy sản, thực phẩm như:  Viên ứng dụng công nghệ Tp Hồ Chí Minh đã chế tạo thành công các nguồn phát hồng ngoại dạng hình tròn với các kích thước dài ngắn khác nhau, thuận lợi cho việc thiết kế chế tạo thiết bị sấy dân dụng. Qua ứng dụng thử nghiệm trên các máy sấy, sử dụng các phương pháp sấy bằng nguồn phát hồng ngoại có thể tiết kiêm 30% năng lượng, thời gian sấy nhanh hơn các phương pháp thông dụng khác 3 lần. Các sản phẩm sau khi sấy có chất lượng đồng đều, ít phế phẩm, màu sắc, hương vị hơn hẳn các phương pháp sấy thủ công khác.  Đỗ Thị Bích Thủy và cộng sự [13] đã nghiên cứu quá trình sấy khô một số nguyên liệu nông sản có độ ẩm cao bằng phương pháp bức xạ hồng ngoại. Kết quả nghiên cứu đã tìm ra được chế độ sấy thóc và lạc tối ưu băng chuyền dùng đèn hồng ngoại với các thông số sau: vận tốc băng tải: 7 m/s, khoảng cách bức xạ là 45 cm, quá trình ủ ấm: 3 phút, chiều dày lớp vật liệu sấy: 1,2 cm.  Trần Đại Tiến và các công sự [16] đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số chế độ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh đến chất lượng của mực ống kho lột da. Kết quả 18 nghiên cứu đã đưa đến kết luân: hàm lượng mực ống khô được sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh tốt hơn so với phương pháp sấy bức xạ kết hợp với đối lưu. Chế độ sấy bức xạ kết hợp sấy lạnh tốt nhất là: Nhiệt độ sấy là 35 °C ± 1 °C, vận tốc gió 2 m/s ± 1 m/s, khoảng cách bức xạ là 40 cm.  Phạm Đức Việt và các cộng sự [18], đã nghiên cứu sấy thóc, ngô, rau và rau gia vị bằng máy sấy gốm bức xạ hồng ngoại đã đưa ra kết luận là sản phẩm thu được sau khi được sấy không bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng vitamin được bảo toàn, sản phẩm sấy được tiệt trùng. Thời gian sấy rút ngắn nhiều lần. Đặc biệt khi sấy hạt giống tỉ lệ nảy mầm rất cao. Nếu cùng điều kiện sử dụng năng lượng điện thì sấy nông sản bằng gốm hồng ngoại dải tần hẹp chọn lọc tiết kiệm thời gian và năng lượng. Phương pháp này không gây nguy hiểm, thiết bị có độ ổn định và độ bền cao. 1.6.2 Nghiên cứu nước ngoài  Zhongli Pan và các cộng sự [30], nghiên cứu quá trình mất nước của chuối khi sấy liên tục bằng bức xạ hồng ngoại và đông khô đã đưa ra kết quả: Khi loại bớt nước trong chuối cắt lát bằng cách sử dụng bức xạ hồng ngoại thì tỷ lệ khô cao hơn đáng kể so với sấy bằng không khí nóng, tỷ lệ này sẽ tăng theo sự gia tăng cường độ bức xạ. Tuy nhiên, nghiên cứu này cũng cho thấy những lát chuối được loại bớt nước trước bằng bức xạ hồng ngoại sẽ khô chậm hơn trong quá trình đóng băng khô so với các mẫu không cần loại nước trước do sự thay đổi cấu trúc xảy ra trong quá trình loại nước.  Zhongli Pan và các cộng sự [31], nhiên cứu sấy khô hành tây bằng sấy hồng ngoại xúc tác, kết quả cho thấy hành tây sấy bằng phương pháp hồng ngoại xúc tác cho hiệu quả hơn sấy bằng phương pháp đối lưu không khí cưỡng bức. Nhiệt độ sấy đối với phương pháp hồng ngoại xúc tác là 70 °C và 80 °C. Nhiệt độ 80 °C nên được sử dụng vào đầu quá trình sấy để đạt được mức độ làm khô tối đa trong khi hư hỏng là tối thiểu. Nếu sử dụng hệ thống sấy đối lưu kết hợp bức xạ hồng ngoại thì sẽ bức xạ hồng ngoại trong giai đoạn đầu và sấy đối lưu cưỡng bức trong giai đoạn sau.  Damir Jezek và các cộng sự [22], nhiên cứu quá trình mất nước của cần tây khi sấy bằng bức xạ hồng ngoại ở nhiệt độ 50 °C và 75 °C đã chỉ ra rằng: 19 Thời gian mất nước phụ tuộc vào hàm lượng các thành phần dễ bay hơi trong các mẫu cần tây, tức là hàm lượng các thành phần này càng cao thì thời gian loại bỏ chúng càng dài. Ở nhiệt độ cao 75 °C, thời gian loại nước giảm vì quá trình khuếch tán ẩm tăng. Đối với mẫu cần tây chần thì thời gian loại bỏ nước dài hơn so với mẫu cần tây tươi cùng kích thước. Kích thước mẫy cần tây có ảnh hưởng đến thời gian và tỷ lệ bốc hơi nước từ bề mặt mẫu  Taner Baysal và các cộng sự [32], nghiên cứu ảnh hưởng của sấy vi sóng và bức xạ hồng ngoại đến chất lượng của cà rốt và tỏi đã đưa ra kết luận: Màu sắc thực phẩm thay đổi trong suốt quá trính sấy, nhưng khi sấy bằng không khí nóng thì màu sắc của cà rốt gần giống nhất với mẫu cà rốt tươi tuy nhiên khả năng hút nước là cao nhất. Khi đánh giá hàm lượng chất khô của cà rốt, mẫu cà rốt bằng vi sóng có hàm lượng chất khô cao đáng kể với thời gian sấy ngắn nhất và độ co rút cao. Kết quả nghiên cứu cho thấy các đặc tính chất lượng của sản phẩm sẽ khác nhau tùy theo phương pháp sấy được sử dụng. Đối với tỏi, trong quá trình loại nước, ngoại trừ màu sắc, không tìm thấy sự khác nhau đáng kể nào giữa ba phương pháp sấy bằng không khí nóng, vi sóng và sấy hồng ngoại.  Junling Shi vá các cộng sự [23], nghiên cứu quá trình sấy khô và các đặc tính chất lượng của việt quất tươi và việt quất ngâm đường bằng bức xạ hồng ngoại, đã đưa ra kết luận sấy bằng hồng ngoại cho sản phẩn có kết cấu vững chắc hơn đồng thời thời gian sấy giảm so với sấy bằng không khí nóng. Đối với quả việt quất tươi, sấy bằng hồng ngoại ở 60 °C thời gian tiết kiệm được 40%. Hiệu quả khuyết tán dao động từ 2,24x1010 m/s ứng với quả tươi, từ 0,61x1010 m/s đến 3,84x1010 m/s ứng với quả ngâm đường. 1.7 HÀM MỤC TIÊU VÀ XÁC ĐỊNH MIỀN TỐI ƯU CỦA CÁC THÔNG SỐ 1.7.1 Hàm mục tiêu 20 Tối ưu hóa chế độ sấy có các mục tiêu là: tìm ra chế độ sấy tối ưu mà ở đó ta đạt được các hiệu quả như: thời gian sấy ngắn, khối lượng ẩm tách ra trên một đơn vị thời gian lớn nhất, chất lượng sản phẩm cao. Mà chế độ sấy phụ thuộc vào sự thay đổi của các yếu tố như nhiệt độ, khoảng cách từ nguồn bức xạ tới nguyên liệu, vận tốc gió trong buồng sấy, kích thước nguyên liệu,… Nhưng trong phạm vi nghiên cứu, ta chỉ nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ, vận tốc gió và khoảng cách bức xạ trên cùng một điều kiện đó là cùng kích thước nguyên liệu, độ ẩm không khí và được tiến hành trên máy sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh bơm nhiệt. Ba yếu tố được tiến hành nghiên cứu là các thông số quyết định đến hàm mục tiêu của quá trình sấy Hàm mục tiêu của đối tượng nghiên cứu được biểu diễn như sau: W = f (tTNS, vTNS, hBX) 1.7.2 Miền tối ưu của các thông số Giá trị tối ưu của các thông số, vận tốc không khí trong buồng sấy, khoảng cách từ nguồn bức xạ tới nguyên liệu sẽ nằm trong một miền giá trị nhất định của dải thông số làm việc. Để hạn chế số thí nghiệm và tăng độ chính xác của kết quả tìm thông số tối ưu ta sẽ phân tích lý thuyết và tiến hành làm thí nghiệm để xác định miền giá trị mà các thông số tối ưu rơi vào càng hẹp càng tốt. Tiến hành thí nghiệm để xác định miền thông số tối ưu dựa vào một số đề tài nghiên cứu trước liên quan đến sấy bức xạ, sấy lạnh từ đó đưa ra miền nghiên cứu. 21 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Cải bó xôi (Spinacia oleracea) còn gọi là rau chân vịt, rau pố xôi, bố xôi, rau nhà chùa, bắp xôi, rau bina là một loài thực vật có hoa thuộc họ Dền (Amaranthaceae), Nguồn gốc ở miền Trung và Tây Nam Á. Rau chân vịt là loại rau tốt cho sức khỏe, ngoài ra nó còn là một vị thuốc. Khác với cải xanh, cải bẹ hay cải thìa, cải bó xôi thường có cuống nhỏ và lá xanh đậm, lá mọc chụm lại ở một gốc bé xíu. Thân và lá dòn, dễ gãy, dập. Hình 2.1: Cải bó xôi (Spinacia oleracea) 2.2. THIẾT BỊ PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU  Tủ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh (thiết bị do bộ môn Kỹ thuật lạnh trường Đại học Nha Trang thiết kế chế tạo). 22 Hình 2.2: Tủ sấy sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 23 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại  Tủ sấy kết hợp gồm hai phần chính:  Phần máy lạnh có nhiệm vụ tạo ra không khí lạnh có độ ẩm tuơng đối thấp. Sau đó không khí được quạt hút thổi vào tủ tăng cường khuếch tán ngoại từ bề mặt vật sấy vào không khí.  Phần tủ chứa các bóng đèn hồng ngoại dùng để nung nóng nước trong sản phẩm tạo điều kiện khuếch tán nội và tăng nhiệt độ không khí. Trong tủ gồm 4 bóng đèn hồng ngoại, công suất mỗi bóng là 250W. Tủ sấy dùng dòng điện xoay chiều 220V.  Nguyên lý hoạt động Không khí đi qua dàn lạnh được làm lạnh tách ẩm, nước ngưng tụ được thải ra ngoài. Không khí trước khi được quạt gió thổi vào tủ thì nó được nung nóng sơ bộ nhờ dàn nóng để không khí giảm đi độ ẩm. Sau đó không khí được thổi vào tủ sấy tại đây không khí tiếp tục nhận nhiệt từ bức xạ đèn hồng ngoại và nóng lên, độ ẩm tương đối giảm đi. Không khí có độ ẩm thấp tiếp xúc với vật liệu sấy để lấy ẩm đi. Còn bức xạ từ đèn hồng ngoại chiếu lên sản phẩm để nung nóng nước trong sản phẩm, nước dịch chuyển ra bề mặt sản phẩm, hoá hơi và được không khí mang đi. Không khí nóng được quạt ở trên hút ra ngoài.  Thiết bị đo tốc độ gió điện tử.  Cân điện tử. 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1 Quy trình tổng quát sản xuất sản phẩm cải bó xôi sấy Dựa vào đặc điểm thành phần hóa học của cải bó xôi và sau khi tham khảo một số tài liệu, quy trình tổng quát dự kiến sản xuất sản phẩm cải bó xôi sấy được thể hiện trên Hình 2.4. 24 Nguyên liệu Rữa, cắt khúc Không chần Chần Sấy Bao gói Bảo quản Hình 2.4: Sơ đồ quy trình tổng quát sản xuất sản phẩm cải bó xôi sấy khô 25 Thuyết minh quy trình  Nguyên liệu: Cải bó xôi nguyên liệu phải đảm bảo tươi, đồng đều, không dập nát.  Xử lý cơ học: Cải nguyên liệu sau khi đưa về phòng thí nghiệm được loại bỏ các tạp chất, các loại khác lẫn vào.  Rửa sạch và để ráo: Cải bó xôi sau khi xử lý cơ học được rửa sạch bằng nước. Cải sau khi rửa sạch được để ráo trong 15 phút.  Mẫu + Chần: Cải bó xôi sau khi rửa, cắt khúc đêm chần trong nước xôi ở nhiệt độ 7080 °C trong 30s, sau đó để ráo và đêm đi sấy khô. + Không chần: Cải bó xôi sau khi cắt khúc đêm đi sấy.  Sấy khô: Cải bó xôi sau khi để ráo được đặt trên các tấm lưới rồi đem đi sấy bằng phương pháp sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh. Cải bó xôi được sấy đến khi đạt độ ẩm 10-13 % đem đi bao gói  Bao gói và bảo quản: Sau khi sấy xong, sản phẩm được bao gói chân không trong túi PA với khối lượng tùy theo yêu cầu và được bảo quản tại nơi thoáng mát. 2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu sấy khô cải bó xôi 2.3.2.1 Xác định chế độ chần Dùng 4 mẫu thí nghiệm, một mẫu khoảng 200g cải bó xôi tươi chần trong nước xôi vào các thời gian chần khác nhau mẫu 1 đối chứng, mẫu 2: 30s, mẫu 3: 1 phút, mẫu 4: 2 phút. 2.3.2.2 Bố trí thí nghiệm xác định chế độ sấy Nguyên liệu sau khi xử lý xong tiến hành bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh ở chế độ nhiệt độ tTNS = 35 – 50 °C, vân tốc gió vTNS = 1,0 – 2,5 m/s và khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy hBX = 30 – 40 cm. Sơ đồ bố trí thí nghiệm được thể hiện trên Hình 2.5. 26 Nguyên liệu Xử lý, rửa Cắt khúc Chần Không chần Sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh ở tTNS =35 – 50 °C, hBX = 30 – 40 cm. vTNS = 1,0 – 2,5 m/s Đánh giá chỉ tiêu Lượng ẩm thoát ra trên một Hàm lượng vitamin C Tỷ lệ nước phục hồi Điểm chất lượng cảm Vi sinh vật quan đơn vị thời Hình 2.5: Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định chế độ sấy tối ưu 27 Giải thích sơ đồ bố trí thí nghiệm Nguyên liệu cải bó xôi được xử lý loại bỏ hết lá hư, rửa sạch và để ráo nước. Sau đó nguyên liệu được cắt khúc với chiều dài khoảng 2-3 cm và được chia làm hai nhóm. Một nhóm không chần và một nhóm được chần theo chế độ nhiệt độ và thời gian tìm được ở mục 2.3.2.1. Nguyên liệu ở hai nhóm được cân với khối lượng như nhau mục đích để đồng nhất độ dày của lớp nguyên liệu trên giá sấy. Cải bó xôi được sấy trong thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại ở các chế độ nhiệt độ, vận tốc gió và khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy khác nhau. Theo thới gian sấy, mẫu được thu nhận để đánh giá cảm quan, xác định hàm lượng nước và hàm lượng vitamin C. Kết quả thu được sẽ được xử lý theo quy hoạch thực nghiệm để tìm chế độ sấy phù hợp nhất cho mỗi loại nguyên liệu (chần và không chần). Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy. Ở đây tôi chọn 3 yếu tố ảnh hưởng đến thời gian sấy là: Khoảng cách từ nguồn chiếu bức xạ hồng ngoại đến giá sấy, nhiệt độ không khí trong buồng sấy và tốc độ quạt gió. Số thí nghiệm N = 2k + 2k + n0 = 23 + 2.3 + 3 = 17 28 Bảng 2. 1: Bảng bố trí thí nghiệm thay đổi đồng thời 3 yếu tố 50 Vận tốc gió (m/s) 2,5 Khoảng cách bức xạ (cm) 45 2 40 2,5 45 3 50 1,0 45 4 40 1,0 45 5 50 2,5 35 6 40 2,5 35 7 50 1,0 35 8 40 1,0 35 9 45 1,75 40 10 45 1,75 40 11 45 1,75 40 12 52 1,75 40 13 38 1,75 40 14 45 2,60 40 15 45 0,90 40 16 45 1,75 47 17 45 1,75 32 Thí nghiệm 1 Nhiệt độ (°C) 2.3.3 Phương pháp phân tích 2.3.3.1 Đánh giá cảm quan Đánh giá cảm quan là kĩ thuật sử dụng các cơ quan cảm giác của con người để nhận biết, mô tả và định lượng các tính chất cảm quan của một sản phẩm như màu sắc, hình thái, mùi, vị và cấu trúc [7]. Để đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm Cải bó xôi sấy khô được sử dụng phương 29 pháp cho điểm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 3215-79). Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến ở nước ta và trên thế giới hiện nay. Trong phương pháp này các kiểm nghiệm viên dựa vào nhận xét của mình đối với sản phẩm để cho điểm theo một thang điểm thống nhất [5]. Trong tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 3215-79) dùng hệ 20 điểm chia làm 6 bậc: 0, 1, 2, 3, 4 và 5. Điểm 5 là điểm cao nhất cho một chỉ tiêu. Dựa theo tiêu chuẩn Việt Nam 3215-79 và dựa vào một số tài liệu tham khảo cùng với quá trình làm thí nghiệm, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng cảm quan sản phẩm cải bó xôi sấy khô được xây dựng và trình bày ở bảng 2.2. 30 Bảng 2.2: Bảng mô tả điểm cho sản phẩm cải bó xôi sấy khô Điểm chưa có trọng lượng Chỉ tiêu Màu sắc 5 Yêu cầu Màu xanh đậm đặc trưng của cải bó xôi, không lẫn vết đen của cháy. 4 Màu xanh của cải bó xôi 3 Màu xanh nhạt 2 Màu xanh hoa câu, xuất hiện màu vàng nâu 1 Màu xanh vàng hoặc nâu sẫm 0 Màu đen 5 Thơm rất đặc trưng của cải bó xôi ,không có mùi lạ 4 Mùi của cải bó xôi .không có mùi lạ 3 Mùi cải bó xôi nhẹ, không có mùi lạ 2 Mùi ít thơm, có mùi lạ xuất hiện 1 Mùi lạ 0 Mùi úng 5 Vị ngọt đặc trưng của cải bó xôi 4 Vị ngọt của cải bó xôi 3 Ngọt nhạt 2 Vị nhạt 1 Vị sắp hư 0 Vị hư Trạng 5 Cải bó xôi khô, không bị quá dòn, bẽ gãy không bị vụn thái 4 Cải bó xôi khô giòn, bẻ không gãy vụn ít 3 Cải bó xôi khô ít giòn, bẻ gãy vụn 2 Cải bó xôi sau sấy còn ẩm, xuất hện vụn nát 1 Cải bó xôi sau sấy khô không giòn, vụn nát 0 Cải sau khi sấy vun nát hoàn toàn Mùi Vị 31 Bảng 2.3: Bảng hệ số quan trọng cho các chỉ tiêu cảm quan của sản phẩm cải bó xôi sấy khô. Tên chỉ tiêu Hệ số quan trọng Màu sắc 1,2 Mùi 0,8 Vị 1,0 Trạng thái 1,0 Nhận xét: Đối với chỉ tiêu màu sắc được chọn cao nhất vì đây là sản phẩm rau sấy nên về phần màu sắc là quan trọng nhất. Vì sản phẩm rau thì màu biến đổi nhiều nhất để giữ được màu tốt nhất cho rau sấy màu xanh của rau rất nhạy cảm với nhiệt. 2.3.3.2 Xác định hàm lượng nước Tính toán hàm ẩm biến đổi trong quá trình sấy bằng phương pháp cân trọng lượng và áp dụng công thức thực nghiệm: W2 = 100 - (100 - W1) G2 *G1 (%) Trong đó: G1: khối lượng mẫu ban đầu (g) G2: khối lượng mẫu sau sấy (g) W1: độ ẩm ban đầu của nguyên liệu (%) W2: độ ẩm sau khi sấy (%) Xác định tốc độ sấy theo công thức: S= dW (%/h) dτ 2.3.3.3 Xác định hàm lượng vitamin C Xác định hàm lượng vitamin C bằng phương pháp chuẩn độ iod. 32 Nguyên tắc: Dựa vào tính chất khử của acid ascorbic đối với chất màu để định lượng vitamin C trong nguyên liệu. Cách làm: cho m (g) nguyên liệu vào cối chày sứ và 10ml HCl 2% vào, tiếp tục nghiền và chắc nước chiết sang cốc. Lặp lại lần thứ 3, kết thúc quá trình chiết. Dùng 10 ml HCl 2% tráng lại cối chày sứ, sau đó chuyển toàn bộ dung dịch chiết sàg bình định mức 50ml, dùng nước cất đẵn đến mức của bình. Để bình định mức trong bóng tối khoảng 10 phút để toàn bộ lượng acid ascorbic hòa tan, lọc lấy dịch trong. Lấy khoảng 10 ml dịch lọc cho vào bình tam giác, rồi thêm vài giọt tinh bột 0,5% lắc nhẹ. Dùng I2 0,01 N chuẩn độ cho đến khi dung dịch có màu xanh lam thì dừng lại. Tính kết quả: X= Hàm lượng chất khô Y . 1000 Trong đó: X: hàm lượng vitamin C có trong nguyên liệu (mg). Y= Vc.V.0,00088 Vf.m .100 (hàm lương vitamin C tính theo %). Vc : số ml dung dịch I2 0,01N chuẩn độ. Vf : số ml dung dịch mẫu đem phâm tích. V: dung dịch mẫu pha loãng. M: khối lượng nguyên liệu đem đi phân tích (g). 0,00088: số g vitamin C tương đương 1ml I2 0,01N. Hàm lượng chất khô = (G1 -W)*3 G1 (g) G1 : là trọng lượng mẫu trước khi sấy (g). W: độ ẩm cuối cùng của mẫu (%). 3: là trọng lượng mẫu sấy khô đêm đi xác định hàm lượng vitamin C (g). 2.3.3.4 Xác định các chỉ tiêu vi sinh vật Phân tích các chỉ tiêu vi sinh vật theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5648 – 1992 33 Chỉ tiêu vi sinh vật là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm. Ngày nay, chỉ tiêu này càng quan trọng hơn khi vấn đề vệ sinh an toàn thực phẩm được các nước nhập khẩu cũng như người tiêu dùng nói chung hết sức quan tâm và có sự đầu tư lớn cho việc bảo vệ sức khỏe và giảm thiểu các chi phí do thục phẩm không đảm bảo vệ sinh gây ra. Theo danh mục tiêu chuẩn vệ sinh đối với thực phẩm (giới hạn ô nhiễm vi sinh trong thực phẩm) ban hành kèm theo Quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT ngày 31 tháng 8 năm 2001 của Bộ trưởng Bộ y tế thì rau khô yêu cầu chỉ tiêu vi sinh đúng như bảng 2.4. Stt Bảng 2.4: Yêu cầu vi sinh đối với sản phẩm rau khô Chỉ tiêu Yêu cầu số khuẩn lạc/ 1g sản phẩm 1 Tổng số vi sinh vật hiếu khí 104 2 Coliforms 10 3 E.coli 0 4 Cl.perfringens 10 5 B.cereus 102 6 TSBTNM-NM 102 2.3.3.5 Xác định tỷ lệ hút nước phục hồi Xác định tỷ lệ hút nước phục hồi sau khi sấy bằng phương pháp ngâm và nước cất đến khi trọng lượng nguyên liệu không đổi. Lượng nước thẩm thấu trở lại được tính bằng công thức: W= G2 - G1 100% G1 Trong đó: ▪ G1: trọng lượng sản phẩm khô trước khi ngâm vào nước (g) ▪ G2: trọng lượng sản phẩm sau khi ngâm vào nước (g) 34 2.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM  Thiết kế và phân tích số liệu thí nghiệm bằng phương pháp Quy hoạch thực nghiệm, tối ưu hóa thí nghiệm bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất, có sự trợ giúp của phần mềm Microsoft Excel (Microsoft Corporation, US)[7], [10].  Dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm yếu tố toàn phần và tối ưu hóa bằng phương pháp đường dốc nhất[10].  Hoạch định thí nghiệm cho phép biến đổi đồng thời mọi yếu tố và thu được ước lượng định lượng các hiệu ứng cơ bản và hiệu ứng tương tác. Những hiệu ứng quan tâm được xác định với sai số nhỏ hơn so với các phương pháp nghiên cứu cổ điển, tăng hiệu quả thục nghiệm và giảm được số lượng lớn các thí nghiệm.  Sau khi lập được mô hình toán học, tiến hành tối ưu hóa thực nghiệm bằng phương pháp Box-Willson để tìm điều kiện tối ưu. 35 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TỐI ƯU CỦA QUY TRÌNH 3.1.1 Kết quả thực nghiệm xác định chế độ chần Tiến hành lấy 4 mẫu thí nghiệm, 1 mẫu 200g cải bó xôi tươi chần trong nước nóng khoảng 70-80 °C với thời gian chần khác nhau: mẫu 1 đối chứng, mẫu 2: 30 s, mẫu 3: 1 phút, mẫu 4: 1 phút 30 s, mẫu 5: 2 phút (Hình 3.1). Cải bó sôi chần trong thời gian 30 giây Cải bó sôi chần trong thời gian 1 phút Cải bó sôi chần trong thời gian 1,5 phút Cải bó sôi chần trong thời gian 2 phút Hình 3.1. Hình ảnh cải bó sôi chần ở nhiệt độ 70-80 C với thời gian chần khác nhau 36 Nhận xét:  Về mùi: qua đánh giá cảm quan cho thấy sản phẩm hầu như ít biến đổi về mùi khi thay đổi thời gian chần từ 30s-2 phút.  Về màu sắc: Thời gian chần ảnh hưởng khá lớn đến màu sắc của sản phẩm. Cụ thể với thời gian chần cải bó xôi 30s thì cho sản phẩm cải bó xôi có màu xanh tươi, màu đẹp và giữ được màu xanh của rau cho màu đẹp nhất, ở mẫu chần ở 1 phút; 1,30 phut và 2 phut màu cảu sản phẩm đậm bị biến đổi mạnh, sản phẩm kém hài hòa.  Về vị: các mẫu cải bó xôi chần với thời gian khác nhau và sấy khô cùng điều kiện lại có sự khác biệt về vị. Cụ thể mẫu không chần và mẫu chần 30s cho mùi vị giống của sản phầm đặc trung và hài hòa nhất so với các mẫu sản phẩm cải chần ở nhiệt độ dài hơn. Điều này có thể thấy nếu chần cải bó xôi ở thời gian dài hơn một số chần tự nhiên có trong cải bị biến đổi do nhiệt củng có thể do chất này nhạy cảm với nhiệt trong thời gian dài và thoát ra với nước chần. Qua nghiên cứu tài liệu và tham khảo thì em thấy rau chần ở vùng nhiệt độ 70-80 °C giữ được màu sắc các hợp chất vitamin và khoáng chất tốt nhất. Và qua khảo sát thì em thấy thời gian ở 30s và 1 phút không có sự khác biệt lớn, do đó em chọn chần ở thời gian 30s để tiết kiệm thời gian và chi phí hơn. 3.1.2 Xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu Xác định độ ẩm của nguyên liệu tươi bằng phương pháp sấy đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 100 °C -105 °C. Bảng 3.1: Kết quả xác định độ ẩm của cải bó xôi Mẫu Độ ẩm Cải bó xôi tươi 93,0 ± 0,1 Cải bó xôi sau khi chần 92,5 ± 0,1 37 3.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Ở CÁC CHẾ ĐỘ SẤY KHÁC NHAU 3.2.1 Mẫu chần Cứ 1 giờ đem ra cân một lần để xác định khối lượng của sản phẩm sấy từ đó tính được độ ẩm còn lại trong sản phẩn theo công thức thực nghiệm. Quá trình sấy diễn ra cho đến khi hàm ẩm trong sản phẩm còn lại 10-13% thì dừng lại. Tốc độ bay hơi trung bình, điểm cảm quan và hàm lượng vitamin C là hàm mục tiêu theo dõi. Lý do chọn vitamin C làm hàm mục tiêu để tối ưu hóa quá trình sấy cài bó xôi (chần và không chần) là do vitamin C rất nhạy cảm với nhiệt nên nó dễ bị biến đổi trong quá trình sấy. Vitamin C là một trong những thành phần quan trọng trong cải bó xôi và mục tiêu của quá trình sấy là duy trì hàm lượng vitamin C càng cao càng tốt, hạn chế đến mức thấp nhất sự biến đổi thành phần này. Kết quả thu được ở các thí nghiệm nghiên cứu khác nhau được thể hiện trên bảng 3.2. 38 Bảng 3.2: Kết quả sau khi sấy mẫu rau chần Nhiệt N độ (°C) 1 50 Vận tốc gió (m/s) 2,5 45 Tốc độ bay hơi trung bình (g/h) 18,50 Vitamin C (mg/100g) 15,82 Điểm cảm quan 17,26 Khoảng cách bức xạ (cm) 2 40 2,5 45 18,37 16,54 15,22 3 50 1,0 45 18,45 15,70 17,30 4 40 1,0 45 18,31 16,93 15,68 5 50 2,5 35 18,45 16,04 17,22 6 40 2,5 35 15,50 16,20 16,10 7 50 1,0 35 18,29 15,69 17,23 8 40 1,0 35 11.46 16,66 15,68 9 45 1,75 40 13,15 15,64 16,24 10 45 1,75 40 13,25 15,55 16,38 11 45 1,75 40 13,21 15,62 16,35 12 52 1,75 40 16,76 15,06 16,13 13 38 1,75 40 12,27 16,02 16,24 14 45 2,6 40 15,31 16,15 17,04 15 45 0,90 40 14,14 13,24 17,35 16 45 1,75 47 15,44 16,01 16,24 17 45 1,75 32 13,17 15,97 16,57 3.2.2 Mẫu không chần Tương tự với mẫu cải bó xôi chần, kết quả phân tích tốc độ bay hơi trung bình, chất lượng cảm quan và hàm lượnh vitamin C của cải bó xôi ở các chế độ sấy khác nhau được thể hiện trên bảng 3.3. 39 Bảng 3.3: Kết quả mẫu rau cải sấy không chần Tốc độ bay Vitamin Điểm hơi trung C cảm quan bình (g/h) (mg/100g) 16,75 15,54 17,28 N Nhiệt độ (°C) Vận tốc gió (m/s) 1 50 2,50 Khoảng cách bức xạ (cm) 45 2 40 2,50 45 15,34 15,64 16,34 3 50 1,00 45 15,16 15,76 17,35 4 40 1,00 45 14,19 16,90 16,78 5 50 2,50 35 18,42 16,45 17,45 6 40 2,50 35 13,52 16,00 16,18 7 50 1,00 35 15,33 14,89 16,89 8 40 1,00 35 11,52 17,50 15,79 9 45 1,75 40 13,24 17,34 16,25 10 45 1,75 40 13,25 16,75 16,35 11 45 1,75 40 13,21 16,43 16,71 12 52 1,75 40 15,37 16,66 17,25 13 38 1,75 40 11,51 14,54 15,35 14 45 2,60 40 15,38 16,23 16,34 15 45 0,90 40 13,14 13,30 16,79 16 45 1,75 47 13,11 16,87 16,71 17 45 1,75 32 15,39 16,25 16,13 Nhận xét: Qua bảng 3.2 và 3.3 ta thấy:  Ta xét khi cùng vận tốc gió v = 1 m/s Khi nhiệt độ sấy tăng dần ( từ 38 – 50 °C) thì khối lương và độ ẩm trong nguyên liệu giảm dần do đó rút ngắn được thời gian sấy, tốc độ bay hơi trung bình tăng do nhiệt độ sấy cao thì sự chênh lệch áp suất bay hơi trên bề mặt nguyên liệu và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí lớn nên lượng ẩm thoát ra lớn. Hàm lượng vitamin C càng giảm do vitamin C rất nhạy cảm với nghiệt độ, nhiệt đô càng cao thì 40 hàm lượng vitamn C mất càng nhiều nhưng giảm đến mức có thể nếu nhiệt độ quá thấp thì thời gian sấy kéo dài do đó hàm lượng vitamin C cũng giảm theo. Điểm cảm quan tăng do ở nhiệt độ 50 °C thời gian sấy nhanh nên màu sắc ít bị biến đổi về trạng thái không bị queo, ở 38°C và 40 °C thời gian sấy sẽ dài do đó cấu trúc sẽ bị co cứng, lá sẽ bị co lại. Khi khoảng cách bức xạ tăng thì tốc độ bay hơi trung bình giảm do vật liệu sấy ở xa nguồn nhiệt nên khả năng nhận được nhiệt kém tốc độ nước thoát ra kém, hàm lượng vitamin C và điểm cảm quan giảm  Vận tốc gió v = 1,75 m/s Khi sấy ở nhiệt độ 45°C và 50 °C hàm ẩm của nguyên liệu giảm nhanh, tốc độ bay hơi trung bình tăng do thời gian sấy ngắn. Hàm lượng vitamin C giảm và điểm cảm quan tăng. Ở nhiệt độ 38°C và 40 °C tốc độ bay hơi chậm nhưng nhanh hơn so với khi sấy ở tốc độ gió 1 m/s. Khi khoảng cách từ nguồn bức xạ đến giá sấy tăng thì tốc độ bay hơi trung bình giảm do vật liệu sấy ở xa nguồn nghiệt nên tốc độ bay hơi sẽ giảm, hàm lượng vitamin C và điểm cảm quan tăng.  Vận tốc gió v = 2,5m/s Sự biến đổi cũng tuân theo các gia đoạn sấy và tốc độ bay tăng khi nhiệt độ tăng, hàm lượng vitamin C tăng do tốc độ gió lớn sẽ làm nhiệt độ giảm đi phần nào, do đó hàm lượng vitamin C lớn hơn so với tốc độ gió 1 m/s và 1,75 m/s. Ngược lại nếu khoảng cách bức xạ hồng ngoại đến giá sấy tăng thì tốc độ bay hơi trung bình giảm, hàm lượng vitamin C và điểm cảm quan sẽ tăng.  Sấy ở nhiệt độ 50 °C: Khi vận tốc gió tăng thì tốc độ bay hơi trung bình tăng , hàm lượng vitamin C và điểm cảm quan giảm. Khi khoảng cách bức xạ hồng ngoại đến giá sấy tăng thì tốc độ bay hơi trung bình, hàm lượng vitamin C, điểm cảm quan điều giảm.  Ở nhiệt độ 45 °C: 41 Khi vận tốc gió tăng thì tốc độ bay hơi trung bình và hàm lượng vitamin C tăng, điểm cảm quan giảm. Khi khoảng cách bức xạ tăng thì tốc độ bay hơi giảm, hàm lượng vitamin C và điểm cảm quan tăng  Ở nhiệt độ 40 °C: Khi tốc độ gió tăng tốc độ bay hơi trung bình tăng, hàm lượng vitamin C và điểm cảm quan giảm. Khi khoảng cách bức xạ tăng, tốc độ bay hơi trung bình, hàm lượng vitamin C và điểm cảm quan điều giảm.  Khoảng cách 45cm: Khi nhiệt độ tăng vận tốc gió tăng thì tốc độ bay hơi trung bình và điểm cảm quan tăng, hàm lượng vitamin C tăng .  Khoảng cách 40cm: Khi nhiệt độ tăng, vận tốc gió tăng thì tốc độ bay hơi càng nhanh, hàm lượng vitamin C và điểm cảm quan điều tăng.  Khoảng cách 35cm: Khi nhiệt độ tăng thì đó độ bay hơi trung bình và điểm cảm quan tăng, hàm lượng vitamin C giảm. Khi tốc độ gió tăng thì tốc độ bay hơi và điểm cảm quan giảm, hàm lượng vitamin C tăng lên So sánh mẫu chần và mẫu không chần Xét 2 bảng 3.2 và 3.3 ta thấy: - Mẫu chần có tốc độ sấy nhanh hơn mẫu không chần hay thời gian sấy nhanh hơn mẫu không chần. cụ thể ở cùng thí nghiệm 1 nhưng ở mẫu không chần có tốc độ sấy là 16,75 g/h còn ở mẫu chần tốc độ sấy đạt 18,50 g/h. Thí nghiệm 2, tốc độ sấy mẫu chần đạt 15,34 g/h nhưng tốc độ sấy mẫu không chần thấp hơn 18,37 g/h. - Mẫu chần thất thoát hàm lượng vitamin C nhiều hơn mẫu không chần, do rau sau khi chần thất thoát 40% - 45% hàm lượng vitamin C. - Mẫu chần có điểm chất lượng cảm quan về màu sắc thấp hơn mẫu không chần vì trong quá trình làm khô màu sắc, mùi vị của sản phẩm bị biến đổi so với nguyên liệu ban đàu. Nguyên nhân chính là do mẫu chần mất nước nhanh hơn mẫu không chần làm nồng độ sắc tố trên một đơn vị thể tích tăng lên dẫn đến sản phẩm có màu sẫm hơn. Đồng thời nếu chế độ sấy không hợp lý như nhiệt độ cao, lipit bị ôxy hóa làm sản phẩm có màu sẫm. 42 3.3 TỐI ƯU HÓA KHẢ NĂNG TÁCH ẨM BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 3.3.1 Các thông số kỹ thuật Cải bó xôi được sấy trên máy sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại cùng với việc thay đổi 3 yếu tố: Nhiệt độ Z1 (°C), vận tốc của không khí Z2 (m/s), khoảng cách từ nguồn bức xạ đến bề mặt giá sấy Z3 (cm). Hàm mục tiêu đạt được là làm sao cho cường độ bay hơi trung bình là cao nhất Y1 và hàm lượng vitamin C là cao nhất Y2 . 3.3.2 Các mức thí nghiệm Để thực hiện quy hoạch thực nghiệm toàn phần, tôi bố trí thí nghiệm thay đổi đồng thời ba yếu tố, mỗi yếu tố được tiến hành ở hai mức: Mức trên và mức dưới. Ngoài ra, để tiến hành thí nghiệm ở tâm phương án, các yếu tố còn có mức cơ sở. Các mức thí nghiệm được thể hiện ở bảng 3.4. Bảng 3.4: Các mức thí nghiệm Mức thí nghiệm các yếu tố Mức trên Mức cơ sở Mức dưới Khoảng biến thiên Z1 (oC) 50,00 45,00 40,00 5,00 Z2 (m/s) 2,50 1,75 1,50 0,25 Z3 (cm) 45,00 40,00 35,00 5,00 3.3.3 Mẫu cải bó xôi chần 3.3.3.1 Ma trận quy hoạch trực giao cấp II Số thí nghiệm của quy hoạch trực giao cấp hai là: N = 2k + 2k + no = 17 thí nghiệm. Từ hệ tọa độ Z1, Z2, Z3 chuyển sang hệ tọa độ mới thứ nguyên X1, X2, X3 theo công thức: 43 Xi = Zi - Z°i ΔZi , ∀i=1- k Kết quả thực nghiệm theo ma trận quy hoạch thực nghiệm được thể hiện ở bảng 3.5 Bảng 3.5: Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả sấy cải bó xôi bằng máy sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh theo phương pháp quy hoạch trực giao cấp hai cho mẫu chần N Xo X1 X2 X3 Z1 Z2 Z3 Y1 1 + + + + 50 2,50 45 20,34 2 + - + + 40 2,50 45 18,58 3 + + - + 50 1,00 45 18,46 4 + - - + 40 1,00 45 18,33 5 + + + - 50 2,50 35 18,46 6 + - + - 40 2,50 35 15,50 7 + + - - 50 1,00 35 18,30 8 + - - - 40 1,00 35 13,17 9 + 0 0 0 45 1,75 40 13,11 10 + 0 0 0 45 1,75 40 13,24 11 + 0 0 0 45 1,75 40 13,32 12 + 1,35 0 0 52 1,75 40 18,25 13 + -1,35 0 0 38 1,75 40 11,52 14 + 0 1,35 0 45 2,60 40 18,39 15 + 0 -1,35 0 45 0,90 40 15,41 16 + 0 0 1,35 45 1,75 47 15,32 17 + 0 0 -1,35 45 1,75 32 15,36  Thiết lập phương trình hồi quy Các hệ số của phương trình hồi quy được tính theo công thức: 44 bo = ∑N i=1 Yi N , bj = ∑N i=1 Xji Yi N bjl = , ∑N i=1 (Xji Xli )Yi ∑N i=1 (Xji Xli ) Từ số liệu thực nghiệm ở bảng, tính toán theo công thức trên hoặc sử dụng phần mềm MS – Excel ta có hệ số của phương trình hồi quy được thể hiện ở bảng 3.8.  Kiểm định ý nghĩa của hệ số của phương trình hồi quy Để kiểm định ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi quy và sự tương thích của phương trình hồi quy ta phải tìm được phương sai tái hiện S2th. Để làm được điều này, ta cần xét đến kết quả thí nghiệm ở tâm phương án. Bảng 3.6: Thí nghiệm ở tâm phương n TN Z1 (oC) Z2 (m/s) 9, 10,11 45,00 1,75 Z3 (cm) 40,00 Bảng 3.7: Kết quả thí nghiệm ở tâm phương n mẫu chần TN Y0u 9 13,11 10 13,24 11 13,32 ̅̅̅̅ Y0u (Yu − ̅̅̅̅ Yu )2 0 0 0,013 13,22 0,0003 0,009 Phương sai tái hiện được tính bằng công thức: Sth2 = 1 no ̅̅̅̅0 )2 ∑31 (Y0u -Y u Trong đó : no số thí nghiệm ở tâm phương án 45 Từ công thức trên ta tính được S2th = 0,011 và Sth = 0,106 Phương sai S2bj của các hệ số bj được tính theo công thức: S2 boj = S2th N S2 , bj S2th = ∑N 2 i=1 Xji , S2 bil =∑N S2th 2 i=1 (Xj Xl )i Kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student. |bi| ti = Sbi Từ các công thức trên, ta tính được các trị số Student ở bảng 3.8 Bảng 3.8: Kết quả tính hệ số hồi quy và tiêu chuẩn Student b0 b1 b2 b3 b12 b13 b23 b1' b2' b3' 16,17 1,12 0,51 0,60 -0,03 -0,36 -0,02 -0,60 -1,21 -1,12 sb0 sb1 sb2 sb3 sb12 sb13 sb23 sb1' sb2' sb3' 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 tb0 tb1 tb2 tb3 tb12 tb13 tb23 tb1' tb2' tb3' 622,26 43,15 19,58 23,15 1,23 14,04 0,81 23,15 46,69 43,11 So sánh tbj vừa tìm được với tα(f) tra trong bảng phân vị phân bố Student. Với mức ý nghĩa α= 0.05 và bậc tự do no – 1 = 3 – 1 = 2, ta được t0.05(2) = 2.92 Sau khi so sánh ta thấy tb0, tb1, tb2, tb3, tb13 , tb1', tb2', tb3' > t0,05(2) = 2.92. Vậy có hệ số tb12, tb23 không có ý nghĩa Như vậy, với xác suất tin cậy 95% thì các hệ số của phương trình hồi quy b0, b1, b2, b3, b13, b1’, b2’, b3’ có ý nghĩa, tức là các yếu tố nhiệt độ, vận tốc gió và khoảng cách bức xạ đều có ảnh hưởng tới lượng ẩm tách ra trên một đơn vị thời gian. Do đó, phương trình hồi quy có dạng: 46 Y = 16,17 + 1,12X1 + 0,51X2 + 0,60X3 – 0,03X12 – 0,36X13 – 0,02X23 – 0,60X1’ – 1,21X2’ – 1,12X3’. Thay X1’, X2’, X3’ lần lượt bằng X1, X2, X3 theo công thức: xj’ =Xj2 - 1 N (2k + 2α2), Ta có phương trình: Y = 16,179 + 1,12X1 + 0,50X2 + 0,60X3 – 0,03X12 – 0,36X13 – 0,02X23 – 0,60(X12 – 068) – 1,21(X22 – 0,68) – 1,12(X32 – 0,68). Hệ số b1 > 0 thể hiện mối tương quan đương giữa Y và X1, khi X1 tăng thì Y tăng, tức là trong phạm vi nghiên cứu khi tăng nhiệt độ không khí trong buồng sấy thì lượng ẩm tách ra trên một đơn vị thời gian tăng. Ở cùng điều kiện vận tốc gió và khoảng cách bức xạ, khi nhiệt độ tăng thì cường độ bức xạ tăng, nguyên liệu hấp thụ nhiều năng lượng bức xạ hơn, dẫn đến nhiệt độ sản phẩm tăng, tốc độ sấy tăng lên và thời gian sấy giảm. Vì vậy lượng ẩm tách ra lớn. Hệ số b2, b3 > 0 thể hiện mối tương quan dương giữa Ŷ với X2, X3. Tức là trong phạm vi nghiên cứu, khi tăng vận tốc gió hay khoảng cách bức xạ thì lượng ẩm tách ra tăng Vận tốc gió tăng sẽ làm giảm mức độ tăng nhiệt cho sản phẩm, vận tốc gió không hợp lý làm bề mặt sản phẩm bị chai, ẩm bên trong không thoát ra ngoài được, tăng thời gian sấy dẫn đến lượng ẩm thoát ra trên một đơn vị thời gian giảm đi. Khi tăng khoảng cách bức xạ, khả năng xuyên thấu của tia hồng ngoại vào nguyên liệu tốt, hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại giảm đi, từ đó ẩm trong nguyên liệu sẽ thoát ra chậm, làm tăng thời gian sấy, tốc độ sấy cũng giảm nên lượng ẩm tách ra trên một đơn vị thời gian nhỏ. Độ lớn của các hệ số cho ta biết mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm mục tiêu |b1| > |b3| > |b2| thể hiện X1 có ảnh hưởng lớn nhất đến Ŷ, sau đó là X3, X2. Nhiệt độ không khí ảnh hưởng nhiều nhất đến lượng ẩm tách ra, sau đó mới đến khoảng cách bức xạ và vận tộc không khí. 47 Các hệ số b13 thể hiện sự tác động qua lại giữa ba yếu tố X1, X3 có ảnh hưởng đến hàm mục tiêu, nghĩa là khi thay đổi một trong hai yếu tố sẽ tác động đến hai yếu tố còn lại, từ đó tác động đến lượng ẩm tách ra.  Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo chuẩn Fisher 3.9: Bảng số liệu tính phương sai dư Yi YƖ (Yi -Yl )2 N ∑ (Yi -Yl )2 i=1 20,34 17,07 10,68 18,58 15,62 8,75 18,46 16,16 5,29 18,33 15,64 7,22 18,46 16,64 3,31 15,50 13,73 3,13 18,30 15,64 7,06 13,17 12,60 0,32 13,11 12,61 0,25 13,24 15,26 4,07 13,32 15,26 3,75 18,25 16,77 2,19 11,52 14,25 7,47 18,39 15,94 5,98 15,4 14,57 0,69 15,32 16,07 0,56 15,36 14,44 0,84 4,21 48 Phương sai dư: S2dư = 4,21 17 - 8 = 0,47 Trong đó : N: số thí nghiệm (N = 17) l: số hệ số có ý nghĩa l = 8) Tiêu chuẩn Fisher: F= 0,47 0,04 = 12,48 Tra bảng phân vị phân bố Fisher với α = 0.05; bậc tự do f1 = N – l = 7, f2 = no – 1 = 2, ta có Fα(f1, f2) = F0,05 (7,2) = 19,36 Nhận thấy F = 12,48 < F0,05 (1,2) = 19,36, do đó phương trình tương thích với thực nghiệm. Vậy phương trình hồi quy phù hợp với thực nghiệm là: Y = 16,18 + 1,12X1 + 0,51X2 + 0,60X3 – 0,03X12 – 0,36X13 – 0,02X23 – 0,60(X12 – 0,68) – 1,21(X22 – 0,68) – 1,12(X32 – 0,68). Chuyển về biến tTNS, vTNS, hBX, phương trình như sau: Y = 18,19 + 1,12tTNS + 0,51vTNS + 0,60hBX – 0,36tTNShBX – 0,60tTNS2 – 1,21vTNS2 – 1,12hBX2 3.3.3.2 Tối ưu hóa thục nghiệm theo phương pháp Box-Wilson Để thực hiện qua trình tối ưu hóa theo phương pháp Box-Wilson ta cần phải tính đước các giá trị |bi Δi |. Trong đó, bi là giá trị hệ số hồi quy thứ i và Δi là khoảng cách biến đổi của các biến số tương ứng Theo thiết kế thí nghiệm ta có Δ1 = X1max - X1min 2 = 50 - 35 2 = 7,50 49 Δ2 = Δ3 = X2max - X2min 2 X3max - X3min 2 = = 2,50 - 1 2 45 - 30 2 = 0,75 = 7,50 Do đó: |b1 Δ1 | = |1,12 x 7,50| = 8,41 |b2 Δ2 | = |0,51 x 0,75| = 0,38 |b3 Δ3 | = |0,60 x 7,50| = 4,51 Như vậy: max |bi Δi | = |b1 Δ1 | và chọn X1 làm biến cơ sở. Chọn cho biến cơ sở một bước nhảy thích hợp với công nghệ λcs = 3 Từ biểu thức λi = Ta có : bi.Δi bcs.λcs λ2 = λ3 = b2 Δ2 bcs.λcs b3 Δ3 bcs.λcs λcs = λcs = 0,51 X 0,75 1,12 X 7,50 0,60 X 7,50 1,12 X 7.50 .3 = 0,137 .3 = 1,61 Làm tròn kết quả ta được λ1 = 3,0; λ2 = 0,15; λ3 = 2 Từ các kết quả tính toán trên, ta tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa công nghệ và thu được các kết quả như bảng 3.10 50 Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa Tên Z1 (° C) Z2 (m/s) Z3 (cm) Mức cơ sở 42,5 1,75 40,0 Hệ số bi 1,12 0,51 0,6 Khoảng biến thiên Δi 7,5 0,75 7,5 Bi .Δi 8,4 0,38 4,51 Bước λ1 3,0 0,137 2,14 Làm tròn 3,0 0,15 2,0 Thí nghiệm tối ưu 18 45,5 1,9 42,0 17,65 Thí nghiêm tối ưu 19 48,5 2,05 44,0 18,43 100 Thí nghiệm 18 Y Thí nghiệm 19 90 80 Độ ẩm (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 Thời gian sấy (giờ) 5 6 Hình 3.2: Sự biến đổi độ ẩm của cải bó xôi chần trong các thí nghiệm tối ưu theo thời gian sấy Nhận xét: Qua Hình 3.2 ta thấy, ở thí nghiệm 19 thời gian sấy nhanh hơn ở thí nghiệm 18 vì ở thí nghiệm này nhiệt độ sấy cao và vận tốc gió lớn hơn ở thí nghiệm 18, do đó độ ẩm của thí nghiệm 19 sẽ giảm nhanh hơn thí nghiệm 18. 51 Vì vậy, ta chọn chế độ sấy tối ưu cho mẫu cải bó xôi chần là:  Nhiệt độ không khí trong buồng sây là: 48,50 (°C)  Tốc độ gió đi ngang qua vật liệu là: 2,05 (m/s)  Khoảng cách nguồn chiếu bức xạ hồng ngoại đến vật liệu sấy là: 44 (cm) 3.3.4 Mẫu cải bó xôi không chần 3.3.4.1 Ma trận quy hoạch trực giao cấp II Bảng 3.11: Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả sấy cải bó xôi bằng máy sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh theo phương pháp quy hoạch trực giao cấp hai cho mẫu không chần N Xo X1 X2 X3 Z1 Z2 Z3 Y1 1 + + + + 50 2,50 45,00 16,81 2 + - + + 40 2,50 45,00 15,35 3 + + - + 50 1,00 45,00 14,17 4 + - - + 40 1,00 45,00 14,21 5 + + + - 50 2,50 35,00 18,44 6 + - + - 40 2,50 35,00 13,18 7 + + - - 50 1,00 35,00 15,34 8 + - - - 40 1,00 35,00 13,17 9 + 0 0 0 45 1,75 40,00 13,33 10 + 0 0 0 45 1,75 40,00 13,24 11 + 0 0 0 45 1,75 40,00 13,20 12 + 1,35 0 0 52 1,75 40,00 15,37 13 + -1,35 0 0 38 1,75 40,00 11,50 14 + 0 1,35 0 45 2,60 40,00 15,38 15 + 0 -1,35 0 45 0,90 40,00 13,14 16 + 0 0 1,35 45 1,75 47,00 13,15 17 + 0 0 -1,35 45 1,75 32,00 15,38 52  Thiết lập phương trình hồi quy (phụ lục VI) Vậy phương trình hồi quy phù hợp với thực nghiệm là: Y = 14,37 + 0,83X1 – 0,58X2 – 0,15X3 + 0,27X12 – 0,35X13 + 0,11X23 – 0,89 (X12 – 0,68) – 1,14 (X22 – 0,68) – 1,88 (X32 – 0,68). Chuyển về biến tTNS, vTNS, hBX, phương trình như sau: Y = 17,06 + 0,83tTNS – 0,58vTNS – 0,15hBX + 0,27tTNSvTNS – 0,35tTNShBX + 0,11vTNShBX – 0,89tTNS2 – 1,14vTNS2 – 1,88hBX2 3.3.4.2 Tối ưu hóa thực nghiệm bằng phương pháp Box- Wilson Để thực hiện qua trình tối ưu hóa theo phương pháp Box- Wilson ta cần phải tính đước các giá trị |bi Δi |. Trong đó, bi là giá trị hệ số hồi quy thứ i và Δi là khoảng cách biến đổi của các biến số tương ứng Theo thiết kế thí nghiệm ta có Δ1 = Δ2 = Δ3 = X1max -X1min 2 = X2max -X2min 2 X3max -X3min 2 = = 50 - 35 2 2,5 - 1 2 45-30 2 = 7,50 = 0,75 = 7,50 Do đó: |b1 Δ1 | = |0,83 x 7,50| = 6,21 |b2 Δ2 | = |0,58 x 0,75 = 0,44 |b3 Δ3 | = |0,15 x 7,50| = 1,15 Như vậy: max |bi Δi | = |b1 Δ1 | và chọn X1 làm biến cơ sở. Chọn cho biến cơ sở một bước nhảy thích hợp với công nghệ λcs = 3 Từ biểu thức λi = bi Δi bcs.λcs 53 Ta có : λ2 = b2 Δ2 bcs.λcs . λcs = b3 Δ3 λ3 = bcs.λcs λcs = 0.583 x 0.75 0.828 x 7.5 -0,15 x 7,50 0,83 x 7,50 3 = 0,21 3 = -0,542 Làm tròn kết quả ta được λ1 = 3,00; λ2 = 0,2; λ3 = -0,6 Từ các kết quả tính toán trên, ta tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa công nghệ và thu được các kết quả như bảng 3.16 Bảng 3.12: Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa (mẫu không chần) Tên Z1 (° C) Z2 (m/s) Z3 (cm) Y (giờ) Mức cơ sở 42,50 1,75 40,00 Hệ số bi 0,83 0,44 0,15 Khoảng biến thiên Δi 7,50 0,75 7,50 Bi .Δi 6,21 0,44 1,15 Bước λ1 3,00 0,34 0,92 Làm tròn 3,00 0,20 0,60 Thí nghiệm tối ưu 18 45,5 1,95 40,60 17,01 Thí nghiêm tối ưu 19 47,5 2,15 41,20 17,95 54 Thí nghiêm 18 100 Thí nghiêm 19 90 Độ ẩm (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 Thời gian sấy (giờ) 5 6 7 Hình 3.3: Sự biến đổi độ ẩm của cải bó xôi không chần trong các thí nghiệm tối ưu theo thời gian sấy ( mẫu không chần) Nhận xét: Qua Hình 3.3 ta thấy, ở thí nghiệm 19 nhiệt độ cao hơn thì thời gian sấy sẽ nhanh hơn hơn ở thí nghiệm 18 nhưng khoảng cách độ ẩm không lớn Vậy chế độ sấy tối ưu cho cải bó xôi không chầnn phương pháp sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại là:  Nhiệt độ buồng sây là: 47,5 (°C)  Tốc độ gió đi ngang qua vật liệu sấy là: 2,15 (m/s)  Khoảng cách từ nguồn chiếu bức xạ hồng ngoại đến vật liệu sây là: 41,2 (cm) 55 3.5 TỐI ƯU HÓA LƯỢNG VITAMIN C Một công nghệ sấy, làm khô sản phẩm thực phẩm được coi là hiệu quả thì nó phải giảm thiểu được sự hao hụt các chất dinh dưỡng và các vitamin đặc biệt là các vitamin nhạy cảm với nhệt độ sấy như vitamin C. Điều này làm cho sản phẩm bị giảm giá trị dinh dưỡng giảm chất lượng của thực phẩm. Chính vì thế em chọn hàm lượng vitamin C là hàm mục tiêu để theo dõi. 3.5.1 Mẫu cải bó xôi chần 3.5.1.1 Ma trận quy hoạch trực giao cấp I Để thiết lập ma trận quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 1, tiến hành thí nghiệm thay đổi đồng thời ba yếu tố trên (k=3), số thí nghiệm tại tâm là no = 3, tối ƣu h a theo phƣơng pháp quy hoạch trực giao cấp 1 nên số thí nghiệm là N = 2k = 8 thí nghiệm. Từ hệ tọa độ Z1, Z2, Z3 chuyển sang hệ tọa độ mới thứ nguyên X1, X2, X3 theo công thức: Zi -Zoi Xi = ∆Zi , ∀i=1÷k Gọi Y2 hàm lượng vitamin C, ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm thu được thể hiện ở bảng 3.13. 56 Bảng 3.13: Bảng quy hoạch thực nghiệm và kết quả N Xo X1 X2 X3 Z1 Z2 Z3 Y2 1 + + + + 50 2.5 45 6,33 2 + - + + 40 2.5 45 7,35 3 + + - + 50 1,0 45 6,12 4 + - - + 40 1,0 45 5,40 5 + + + - 50 2,5 35 6,16 6 + - + - 40 2,5 35 5,34 7 + + - - 50 1,0 35 5,83 8 + - - - 40 1,0 35 5,30 Sau khi tính toán, ta được phương trình hồi quy (Phụ lục II) phù hợp với thực nghiệm có dạng Vậy phương trình tương thức với thực nghiêm cho mẫu chần: Y = 5,96 + 0,30X1 – 0,32X2 – 0,18X3 – 0,20X12 – 0,199X13 + 0,22X23 Thay X1 , X2 , X3 , lần lượt bằng tTNS , vTNS , hBX ta có phương trình: Y = 5,96 + 0,30tTNS – 0,31vTNS – 0,18hBX – 0,19tTNSvTNS – 0,19tTNShBX + 0,22vTNShBX 3.5.1.2 Tối ưu hóa thực nghiệm bằng phương pháp Box- Wilson Để thực hiện qua trình tối ưu hóa theo phương pháp Box- Wilson ta cần phải tính đước các giá trị |bi Δi |. Trong đó, bi là giá trị hệ số hồi quy thứ i và Δi là khoảng cách biến đổi của các biến số tương ứng Theo thiết kế thí nghiệm ta có Δ1 = Δ2 = Δ3 = X1max -X1min 2 X2max -X2min 2 X3max -X3min 2 = = = 50-35 2 2,5-1 2 = 0,75 45-30 2 = 7,5 = 7,5 57 Do đó: |b1 Δ1 | =|0,301 x 7,5| = 2,25 |b2 Δ2 | = |0,31 x 0,75| = 0,23 |b3 Δ3 | =|0,183 x 7,5| = 1,37 Như vậy: max |bi Δi | = |b1 Δ1 | và chọn X1 làm biến cơ sở. Chọn cho biến cơ sở một bước nhảy thích hợp với công nghệ λcs = 3 Từ biểu thức: λi = Ta có : λ2 = λ3 = bi Δi bcs.λcs b2 Δ2 bcs.λcs b3 Δ3 bcs.λcs λcs = λcs = -0,31 x 0,75 0,30 x 7,5 -0,18 x 7,5 0,30 x 7,5 x 3 = -0,31 x 3 = -1,8 Làm tròn kết quả ta được λ1 = 4, λ2 = -0,3, λ3 = - 2 Từ các kết quả tính toán trên, ta tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa công nghệ và thu được các kết quả như bảng 3.14 58 Bảng 3.14: Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa Tên Z1 (° C) Z2 (m/s) Z3 (cm) Y Mức cơ sở 42,5 1,75 40,0 Hệ số bi 0,3 0,32 0,18 Khoảng biến 7,5 0,75 7,50 Bi .Δi 2,2 0,24 1,37 Bước λ1 3,0 -0,3 -2 Làm tròn 43,0 -0,3 -2 Thí nghiệm 9 46,5 1,45 38,00 16,46 Thí nghiệm 10 48,5 1,15 36,00 14,58 Hàm lượng vitamin C (mg/100g) thiên Δi Thí nghiệm 9 30 Thí nghiệm 10 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian sấy (giờ) Hình 3.4: Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần trong thí nghiêm tối ưu theo thời gian sấy 59 Nhận xét: Qua Hình 3.4 ta thấy, sau thời gian sấy là 5 giờ thì hàm lượng vitamin C có trong cải bó xôi ở thí nghiệm 9 cao hơn so với thí nghiệm 10. Do đó chọn chế độ sấy cho hàm lượng vitamin C là:  Khoảng cách từ nguồn bức xạ hồng ngoại đến vật liệu sấy 38 (cm)  Nhiệt độ không khí trong buồng sấy: 46 (°C)  Nhiệt độ gió đi ngang qua vật liệu là: 1,45 (m/s) 3.5.2 Mẫu cải bó xôi không chần 3.5.2.1 Ma trận quy hoạch trực giao Bảng 3.15: Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả sấy cải bó xôi bằng máy sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh N Xo X1 X2 X3 Z1 Z2 Z3 Y2 1 + + + + 50 2,5 45 6,26 2 + - + + 40 2,5 45 7,20 3 + + - + 50 1,0 45 6,63 4 + - - + 40 1,0 45 5,85 5 + + + - 50 2,5 35 6,61 6 + - + - 40 2,5 35 5,22 7 + + - - 50 1,0 35 5,83 8 + - - - 40 1,0 35 5,83 Sau khi tính toán, ta được phương trình hồi quy phù hợp với thục nhiệm có dạng: Vậy phương trình tương thức với thực nghiêm cho mẫu chần là: Y = 6,179 + 0,155X1 + 0,143X2 + 0,306X3 – 0,193X13 (*) 60 Từ phương trình hồi quy (*) ta có nhận xét:  Yếu tố khoảng cách từ vật liệu đến đèn hồng ngoại X3 có ảnh hưởng nhất đến hàm lượng Vitamin C trong khi sấy khoảng cách càng gần thì lượng Vitamin C mất càng nhiều nhưng trong khoảng nhất định vì nếu cứ tăng khoảng cách thì sẽ ảnh hưởng đến thời gian sấy, màu sắc bị sẫm lại, cọng rau sẽ bị queo  Nhiệt độ (X1) cũng ảnh hưởng khá lớn đến hàm lượng Vitamin C, nhiệt độ càng tăng thì hàm lượng vitamin mất càng nhiều vì Vitamin C là loại không bền với nhiệt.  Vận tốc gió (X3 ) cũng ảnh hưởng đến lượng vitamin trong sản phẩm. Chuyển về biến tTNS, vTNS, hBX, phương trình như sau: Y= 6,18 + 0,15tTNS + 0,14vTNS + 0,31hBX – 0,19tTNShBX 3.5.2.2 Tối ưu hóa thực nghiệm bằng phương pháp Box- Wilson Tương ta, ta có Theo thiết kế thí nghiệm ta có X -X Δ1 = 1max 1min 2 Δ2 = Δ3 = X1max - X1min 2 = = 50 - 35 2 2.5 - 1 2 = 7,5 = 0,75 X1max - X1min 45 - 30 = = 7,5 2 2 Do đó: |b1 Δ1 | = |0,15 x 7,5| = 1,16 |b2 Δ2 | = |0,14 x 0,75| = 0,11 |b3 Δ3 | = |0,31 x 7,5| = 2.29 Như vậy: max |bi Δi | = |b3 Δ3 | và chọn X3 làm biến cơ sở. Chọn cho biến cơ sở một bước nhảy thích hợp với công nghệ λcs = 3 Từ biểu thức λi = Ta có : bi Δi bcs x λcs λ1 = b1 Δ1 bcs x λcs . λcs = 0,15 x 7,5 .3 = 0,31 x 7,5 1,45 61 λ2= b2 Δ2 . bcs x λcs λcs = 0,14 x 0,75 .3 = 0,135 0,31 x 7,5 Làm tròn kết quả ta được λ1 = 1,5 ; λ2 = 0,15 ; λ3 = 3,00 Từ các kết quả tính toán trên, ta tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa công nghệ và thu được các kết quả như bảng 3.16 Bảng 3.16: Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa Tên Z1 (° C) Z2 (m/s) Z3 (cm) Y Mức cơ sở 42,50 1,75 40,0 Hệ số bi 0,15 0,14 0,31 Khoảng biến thiên Δi 7,50 075 7,50 Bi .Δi 1,16 0,11 2,91 Bước λ1 1,45 0,135 3,0 Làm tròn 0,5 0,15 3,0 Thí nghiệm tối ưu 9 43,0 1,90 43,0 16,02 Thí nghiệm tối ưu 10 43,5 2,05 46,0 15,34 62 Hàm lượng vitamin C (mg/100g) 30 Thí nghiệm 9 Thí nghiệm 10 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 Thời gian sấy (giờ) 5 6 Hình 3.5: Sự biến đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi không chần trong thí nghiêm tối ưu theo thời gian sấy (mẫu không chần) Nhận xét: Qua Hình 3.5 cho thấy, theo thời gian sấy thì hàm lượng vitamin C giảm dần. Mẫu thí nghiệm 9 duy trì hàm lượng vitamin C cao hơn so với mẫu thí nghiệm 10. Như vậy, chế độ sấy tối ưu cho việc sấy cải bó xôi không chần bằng máy sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại là:  Nhiệt độ buồng sấy là: 43 (°C)  Vận tốc gió đi ngang qua vật liệu là: 1,9 (m/s)  Khoảng cách bức xạ của đèn hồng ngoại đến vật liệu sấy là: 43 (cm) 63 3.6 SO SÁNH KẾT QUẢ VÀ CHỌN CHẾ ĐỘ SẤY TỐI ƯU 3.6.1 Mẫu cải bó xôi chần Hàm ẩm :  Nhiệt độ không khí trong buồng sây là: 48,50 (°C)  Tốc độ gió đi ngang qua vật liệu là: 2,05 (m/s)  Khoảng cách nguồn chiếu bức xạ hồng ngoại đến giá sấy là: 44 (cm) Hàm lượng vitamin C:  Khoảng cách từ nguồn bức xạ hồng ngoại đến giá sấy 38 (cm)  Nhiệt độ không khí trong buồng sấy: 46 (°C)  Nhiệt độ gió đi ngang qua vật liệu là: 1,45 (m/s) So sánh kết quả tối ưu hóa năng suất tách ẩm và kết quả tối ưu lượng vitamin C thì nhiệt độ tương đương nhau còn vận tốc gió và khoảng cách có sự chênh lệch nhưng không đáng kể, vì vậy để đảm bảo cho sản phẩm sau khí sấy đạt được chất lượng tốt thì ta chọn thông số cho quá trình sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh là:  Nhiệt độ không khí trong buồng sấy: tTNS = 46 (°C)  Vận tốc gió trong buồng sấy: vTNS = 1,45 (m/s)  Khoảng cách bức xạ đến giá sấy: hBX = 38 (cm) 3.6.2 Mẫu cải bó xôi không chần Hàm ẩm:  Nhiệt độ buồng sây là: 47,5 (°C)  Tốc độ gió đi ngang qua vật liệu sấy là: 2,15 (m/s)  Khoảng cách từ nguồn chiếu bức xạ hồng ngoại đến giá sấy là: 41,2 (cm) Hàm lượng vitamin C:  Nhiệt độ buồng sấy là: 43 (°C)  Vận tốc gió đi ngang qua vật liệu là: 1,9 (m/s) 64  Khoảng cách bức xạ của đèn hồng ngoại đến giá sấy là: 43 (cm) Vậy: Khi giảm nhiệt độ, tăng khoảng cách bức xạ thì lượng ẩm tách ra sẽ giảm, tức là thời gian sấy sẽ tăng. Tuy nhiên so sánh kết quả tối ưu khả năng tách ẩm và hàm lượng vitamin C thì không có sự khác biệt đáng kể, vì vậy để đảm bảo cho sản phẩm sau khi sấy đạt chất lượng tốt thì ta chọn thông số bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh cho mẫu không chần là:  Nhiệt độ buồng sấy: tTNS = 43 °C.  Vận tốc không khí trong buồng sấy: vTNS = 1,9 m/s  Khoảng cách bức xạ đến giá sấy: hBX = 43 cm 3.6.3 Khả năng tách ẩm của mẫu tối ưu So sánh sự biến đổi độ ẩm và hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần và không chần khi sấy ở hai chế độ sấy tối ưu được thể hiện lần lượt trên Hình 3.6 và 3.7. Mẫu chần 100 Mẫu không chần 90 Độ ẩm (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian sấy (giờ) Hình 3.6: Sự thay đổi độ ẩm của cải bó xôi chần và không chần theo thời gian sấy ở chế độ tối ưu 65 Nhận xét: qua hình 3.6 độ ẩm của mẫu chần đạt yêu cầu nhanh hơn mẫu không chần ,cụ thể mẫu chần để đạt được độ ẩm 10-13 % cần 4 giờ còn mẫu không chần cần đến 5 giờ để đạt được độ ẩm 10-13 %. Do mẫu chần có cấu trúc xốp rỗng hơn mẫu không chần nhiệt độ Hàm lượng vitamin C (mg/100g) đã phá vỡ cấu trúc của rau do đó nước tự do trong nó sẽ thoát ra nhanh hơn mẫu không Mẫu chần 30 Mẫu không chần 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 Thời gian sấy (giờ) chần. Hình 3.7: Sự thay đổi hàm lượng vitamin C của cải bó xôi chần và không chần theo thời gian sấy ở chế độ tối ưu Nhận xét: Kết quả thí nghiệm trên Hình 3.7 cho thấy hàm lượng vitamin C trong mẫu sấy đã qua chần thấp hơn mẫu không chần 1(mg). Vì khi chần một lượng vitamin đã bị thất thoát do tiếp xúc với nhiệt, nhưng mẫu chần sấy trong thời gian ngắn hơn nên mức độ tác động sẽ ít hơn, vì vậy lúc bắt đầu sấy mẫu chần có hàm lượng ít hơn mẫu không chần, do đó khi kết thúc quá trình sấy mẫu chần hàm lượng vitamin C còn lại thấp hơn so với mẫu không chần 3.6.4 Kiểm nghiệm đánh giá cảm quan của hai mẫu tối ưu Chỉ tiêu cảm quan đối với sản phẩm khô được đặc biệt chú ý và thường được áp dụng trong thực tế sản xuất bởi nó cho kết quả nhanh chóng và phản ánh tương đối chính xác của sản phẩm. 66 Bảng 3.17: Điểm cảm quan mẫu tối ưu Số CQV Mẫu chần Mẫu không chần 1 17,40 18,00 2 18,60 17,50 3 18,70 18,00 4 18,00 17,80 5 18,50 18,50 Tổng 18,26 17,96 Qua bảng 3.17 cho thấy mẫu chần có điểm cảm quan lớn hơn mẫu không chần, do đó ta thấy mẫu chần cho màu sắc, mùi, vị, trạng thái tốt hơn vì khi chần đình chỉ các quá trình sinh hóa xảy ra trong nguyên liệu, giữ màu sắc của nguyên liệu không hoặc ít bị biến đổi. Về mùi vị: Các chất mùi thường hiện diện trong nguyên liệu là các hợp chất ester dễ bay hơi. Vì vậy, mùi vị giảm một ít sau khi chần, do đó mùi của mẫu chần sẽ không tốt bằng mùi của mẫu không chần Về trạng thái: Quá trình chần là làm mềm cấu trúc của rau và làm cấu trúc xốp hơn nên nước trong rau đi ra ngoài nhanh hơn không chần. 67 Hình 3.8: Cải bó xôi chần sau khi sấy Hình 3.9: Cải bó xôi không chần sau sấy Qua hình 3.8 và 3.9 ta thấy màu sắc của mẫu chần có phần xanh tươi hơn mẫu không chần do quá trình chần giữ được màu sắc sau sấy, về trạng thái mẫu không chần trạng thái tốt hơn mẫu chần vì chần lá của rau sẽ bị queo lại không còn nguyên độ bung của lá. Mùi vị thì hai mẫu có mùi đặc trưng và vị ngọt hơi đắng đặc trung của cải bó xôi sấy. 68 3.6.5 Tỷ lệ hút nước phục hồi mẫu sấy tối ưu Làm khô thực phẩm được coi là hiệu quả thì nó phải giảm thiểu được sự biến dạng, co rút của sảm phẩm. điều này không chỉ làm giảm giá trị cảm quan mà còn làm giảm chất lượng của thực phẩm. khi sản phẩm bị co rút quá mức sẽ làm cho các mao dẫn quản bị teo lại, khi chúng ta đem nấu chín sản phẩm thì sẽ gây cản trở việc nước từ bên ngoài đi và sản phẩm do đó khi ăn sẽ có cảm giác cứng xác, khó tiêu hóa. Chính vì thế khả năng hút nước trở lại cũng là một chỉ tiêu để đánh giá chất lượng sản phẩm khô cũng như công nghệ làm khô sản phẩm. Để nghiên cứu khả năng hút nước trở lại của sản phẩm cải bó xôi khô được sấy bằng bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh ta tiến hành như sau: Sau khi sấy mẫu tối ưu ta lấy 3g mẫu cho vào 100 ml nước cất. Cứ 10 phút vớt ra để ráo đêm đi cân một lần. Tiếp tục làm như vậy đến khi khối lượng không đổi thì dừng lại Bảng 3.18: Khả năng hút nước trở lại của sản phẩm Thời gian (phút) Mẫu chần (g) Mẫu không chần (g) 0 3,00 3,00 10 7,81 7,96 20 9,57 10,77 30 13,07 12,14 40 16,12 15,59 50 21,35 20,12 60 21,34 20,15 70 21,38 20.20 Qua bảng 3.18 ta có nhận xét - Trong vòng 20 phút đầu thì hai mẫu gần như tương đương nhau nhưng sau 30 phút mẫu chần có phần thấm hút nước lớn hơn mẫu khồng chần. Vì mẫu chần lúc chần có thoát đi một phần nước và cầu trúc có phần xốp hơn nên khả năng hút nước lớn hơn. + Đối với mẫu sấy chần, lượng thấm hút nước trở lại là: 69 Wc = 21,35-3 21,35 . 100 = 85,95% + Đối với mẫu sấy không chần, lượng thấm hút nước trở lại là: Wkc = 20,12-3 . 100 = 85% 20,12 Qua kết quả trên ta thấy lượng nước thẩm thấu trở lại của mẫu chần 85,95 % cao hơn mẫu không chần 0,95 %, qua đó cho thấy khi chần lương nước thấm hút vào sẽ nhiều hơn vì nhiệt độ lúc chần sẽ làm phá vỡ cấu trúc nên nước sẽ dễ dàng đi vào bên trong, điều này chứng tỏ mẫu sản phẩm chần có độ rỗng xốp hơn mẫu sản phẩm không chần. 3.6.6 Kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật của sản phẩm Tiến hành lấy mẫu sản phẩm sau khi sấy ở chế độ tối ưu đưa đi kiểm nghiệm vi sinh với các chỉ tiêu: tổng số vi sinh vật hiếu khí, Colifoms, E.coli, Cl.perfringens, B.cereus, TSBTNM-NM. Kết quả thể hiện ở bảng 3.19 Bảng 3.19: Kết quả kiểm tra vi sinh của mẫu sấy tối ưu Tổng số vi TSBTNM Tên sinh vật Coliforms E.coli Cl.perfringens B.cereus -NM mẫu hiếu khí (Cfu/g) (Cfu/g) (Cfu/g) (Cfu/g) (Cfu/g) 1,4 x 102 7 KPH KPH KPH 4 1,2 x 102 10 KPH KPH KPH 6 (Cfu/g) Mẫu chần Mẫu không chần KPH: Không phát hiện. TSBTNM-NM: Tổng số bào tử nấm men – nấm mốc. Kết quả kiểm tra trên bảng 3.19 cho thấy về chỉ tiêu vi sinh, mẫu sấy ở chế độ tối ưu có kết quả đạt chất lượng về mặt vi sinh. Mẫu chần có kết quả tốt hơn mẫu không chần vì 70 mẫu chần nhiệt độ chần đã tiêu diệt một phần vi sinh hơn mẫu không chần. Làm giảm lượng vi sinh vật bám trên bề mặt của nguyên liệu. Mặc dù xử lý ở nhiệt độ không cao lắm, với thời gian không dài, nhưng có thể tiêu diệt một số vi sinh vật kém chịu nhiệt bám trên bề mặt nguyên liệu. 71 3.7 ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH SẤY CẢI BÓ XÔI Nguyên liệu Xử lý, Rửa Cắt khúc (3 – 5 cm) Chần Không chần t= 70-80 °C, T=30 giây Mẫu 1:Sấy ở tTNS = 45,5 °C, Mẫu 2:Sấy ở tTNS =45 °C, vTNS = 1,45 m/s, hBX = 38 vTNS =2 m/s, hBX =45 cm cm Bao gói PA, hút chân không Bảo quản (0 - 5°C) Hình 3.10: Sơ đồ quy trình đề xuất sấy cải bó xôi chần và không chần Thuyết minh quy trình • Nguyên liệu: Nguyên liệu sử dụng cho quá trình sấy phải liệu nguyên liệu tươi, màu sắc đẹp, tự nhiên, không bị dập nát, hư hỏng, chất lượng đồng đều nhau. 72 • Xử lý, rửa: Mục đích của quá trình xử lý là nhằm loại bỏ những phần không sử dụng, tạp chất đất, cát, những phần hư hỏng dập nát do quá trình vận chuyển…và để tránh sự lây nhiễm vi sinh vật có sẵn trên nguyên liệu vào những công đoạn sau. Tiến hành: Cắt bỏ phần cùi và phần bị sâu, úa, loại bỏ những lá bị dập nát, hư hỏng rồi rửa lại bằng nước sạch, để ráo. • Cắt khúc: Nguyên liệu sau khi xử lý, để ráo, tiến hành cắt khúc (3 ÷ 5 mm). • Mẫu 1: Chần: Sau khi cắt khúc để ráo sau đó đêm đi chần trong nước ở nhiệt độ 70-80 °C, trong 30 giây sau đó vớt ra để ráo đi sấy. • Mẫu 2: Không chần cải được rửa và cắt khúc đem đi sấy. • Sấy: Mục đích của quá trình sấy là giúp kéo dài thời gian bảo quản, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, tạo quy cách thành phẩm, đa dạng hóa sản phẩm. - Mẫu chần, cải bó xôi được rải đều lên giá sấy đã rửa sạch, tiến hành sấy trong thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại ở nhiệt độ 45,5 °C, vận tốc gió 1,45 m/s, khoảng cách từ nguồn bức xạ đến vật liệu sấy là 38 cm cho đến khi hành đạt độ ẩm từ 10÷ 13 % thì dừng, tiến hành bao gói hút chân không. - Mẫu không chần cải bó xôi được rải đều lên giá sấy đã rửa sạch, tiến hành sấy trong thiết bị sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại ở nhiệt độ 45 °C, vận tốc gió 2 m/s, khoảng cách từ nguồn bức xạ đến vật liệu sấy là 45 cm cho đến khi hành đạt độ ẩm từ 10÷ 13 % thì dừng, tiến hành bao gói hút chân không. • Bao gói: Cải bó xôi sau khi sấy khô được bao gói trong túi PA rồi đem hút chân không ngay để tránh sản phẩm bị hút ẩm trở lại. Sau đó đem đi bảo quản. • Bảo quản: Sau khi bao gói, tiến hành bảo quản cải bó xôi khô ở điều kiện nhiệt độ lạnh (0 ÷ 5 °C). 3.7 TÍNH GIÁ THÀNH CHO SẢN PHẨM  Chi phí nguyên liệu chính; Định mức công đoạn chính - Công đoạn xủa ly: 2,00 % 73 - Công đoạn cắt khúc: 1,00 % - Công đoạn sấy: 1,50 % - Các công đoạn còn lại không đáng kể Từ định mức trên, để sản xuất ra 1kg cải bó xôi khô cần 3,50 kg cải tươi. Giá bán nguyên liệu tươi là 40000 (đ/kg). Chi phí cho nguyên liệu chính là: 3,50 x 40000 = 140000 (đ/kg)  Chi phí nhân công: cần 1 nhân công để sản xuất 1kg cải bó xôi khô. Chi phí nhân công cho sản xuất 1kg cải bó xôi khô là 1000 (đ).  Chi phí năng lượng: Bảng 3.20: Chi phí tác nhân sấy của máy sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh Máy nén 183,75W Đèn bức xạ 2 x 250W Quạt gió 2 x 99W Tổng năng lượng tiêu tốn cho một mẻ sấy Máy nén: 183,75 x 4 = 735 (W/h). Đèn bức xạ: trong quá trình sấy, đèn bức xạ chỉ chiếu 2 phút ngừng 1 phút nên ngăng lượng tiêu tốn cho đèn là: 2 x 250 x 2 x 4/3 = 1333,33 (W/h) Quạt gió: 99 x 4 = 396 (W/h) Tổng công xắp xỉ 2464 (W/h) = 2,46 (KW/h). Giá điện công nghiệp là 1405 (đ/KW.h) Chi phí năng lượng cho một mẻ sấy là: 2,46 x 1405 = 3461,20 (đ) Chi phí năng lượng cho 1kg cải sấy khô: 3,50 x 3461,20 = 12114 (đ/g)  Chi phí khác: 74 Nước sử dụng trong quá trình xử lý để tạo ra 1kg cải bó xôi khô là 15 (l) Đơn gía nước 4000 đ/m3 Chi phí cho nước sử dụng là: 15 x 10-3 x 4000 = 60 (đ) Bao bì: 1kg cải bó xôi khô đựng trong 2 túi PA, giá túi PA là 500 (đ/túi). Chi phí cho túi PA là: 2 x 500 = 1000 (đ). Bảng 3.21: Bảng tổng hợp kết quả tính giá thành sơ bộ của 1kg cải bó xôi khô Chi phí Số lượng Đơn giá Thành tiền (VNĐ) Nguyên liệu chính 3,50 (kg) 40000 (đ/kg) 140000 Nước 0,015 (m3 ) 4000 (đ/m3 ) 60 Bao bì 2,00 (túi) 500 (đ/túi) 1000 Nhân công Năng lượng Tổng cộng 1,0 1000 1405 (đ/kW.h) 121114 154174 75 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN I KẾT LUẬN Từ những kết quả thu được của đề tài cho phép đưa ra một số kết luận sau: 1. Chế độ chần là: nhiệt độ chần 70-80 °C, thời gian chần 30 giây 2. Chế độ sấy tối ưu cho rau cải bó xôi không chần là: tTNS = 45 °C, vTNS = 2 m/s, hBX = 45 cm. Khi đó thời gian sấy là: 5 giờ. 3. Chế độ sấy tối ưu cho rau cải bó xôi chần là: tTNS = 45,5 °C, vTNS = 1,45 (m/s), hBX = 38 (cm): Khi đó thời gian sấy là: 4 giờ. 4. Đã đánh giá độ an toàn về vi sinh của sàn phẩm rau cải bó xôi chần và không chần sấy ở chế độ sấy tối ưu. Kết quả cho thấy sản phẩm đáp ứng được yêu cầu VSATTP theo Quyết định số 3742/2001/QĐ-BYT ngày 31 tháng 8 năm 2001 của Bộ trưởng Bộ y tế. II ĐỀ XUẤT Ý KIẾN Việc áp dụng công nghệ sấy bằng bức xạ hồng ngoại và các sản phẩm rau quả còn khá mới mẻ ở Việt Nam. Do đó các công trình nghiên cứu chưa nhiều nhưng thông qua các tài liệu trong và ngoài nước cùng với thực nghiệm tôi chưa thấy rõ ưu điểm của công nghệ này trong sấy thực phẩm. Các kết quả nghiên cứu nêu trong đồ án này mang tính khai phá, thực hiện trên thiết bị thí nghiệm. Với kết quả này tôi có một số đề xuất như sau:  Cần đi sâu nghiên cứu nhiệt động lực học quá trình sấy kết hợp để xây dụng các phép tính toán làm nền tảng cho việc thiết kế.  Khảo sát toàn bộ thành phần hóa học của cải bó xôi sau khi sấy.  Nghiên cứ trên các đối tượng rau, củ khác để mở rộng phạm vi ứng dụng.  Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ, tiến tới lắp đặt thiết bị với công suất và quy mô lớn, khả năng tự động hóa cao để nhanh chóng có thể áp áp dụng vào thực tiễn sản xuất, hiện đại hóa công nghệ sấy khô rau, củ của Việt Nam. 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Đức Bảo (2010), Ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt kết hợp bức xạ hồng ngoại gián đoạn để sấy tôm thẻ chân trắng, Đồ án tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Nha Trang. 2. Vũ Văn Bắc (2000). Ứng dụng công nghệ bức xạ hồng ngoại chọn lọc sấy khô mực lột da, Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Nông nghiệp, Đại học Nông nghiệp I – Hà Nội. 3. Vũ Ngọc Bội, Nguyễn Thị Nga, Hướng dẫn thực tập hóa sinh 4. Nguyễn Trọng Cẩn – Đỗ Minh Phụng (1990). Công nghệ chế biến thực phẩm thủy sản, Tập I, II, NXB Nông nghiệp, Hà Nội. 5. Lã Văn Chứ - Nguyễn Kim Vũ. Một số kết quả sấy nông sản bằng tủ hồng ngoại giải tầng hẹp chọn lọc 6. Hoàng Văn Chước (1997). Kỹ thuật sấy. NXB Khoa học và kỹ thuật – Hà Nội 7. Đặng Văn Giáp (1997). Phân tích dữ liệu khoa học bằng chương trình MS – EXCEL. NXB Giáo dục 8. Nguyễn Văn May (2000). Kỹ thuật sấy nông sản thực phẩm. NXB Khoa Học và kỹthuật. 9. Ngô Đăng Nghĩa (2002). Bài giảng kỹ thuật sấy. Đại học Thủy sản, Nha Trang. 10. Ngô Đăng Nghĩa (2003). Bài giảng thiết kế và phân tích thí nghiệm, Đại học Thủy sản, Nha Trang. 11. Nguyễn Thọ (1991). Kỹ thuật và công nghệ sấy các sản phẩm thực phẩm. NXB Đà Nẵng 12. Lê Đoan Thùy (2012), Nghiên cứu chế độ sấy hành lá bằng phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp hồng ngoại, Đồ án tốt nghiệp đại học, Trường Đại học Nha Trang 13. Đỗ Thị Bích Thủy (2001). Nghiên cứu quá trình sấy một số nguyên liệu nông sản có độ ẩm cao bằng bức xạ hồng ngoại. Báo cáo kết quả nghiên cứu khoa học cấp Bộ. Trường Đại học Nông lâm, Huế 77 14. Lê Ngọc Tú và các cộng sự . Hóa học thực phẩm. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội 15. Phan Xuân Tuấn. Ứng dụng bức xạ hồng ngoại trong chế biến và bảo quản lương thực, thực phẩm. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư. Đại học Đà Nẵng 16. Trần Đại Tiến (2007), Nghiên cứu phương pháp sấy và bảo quản mực ống lột da, Luận văn tiến sĩ kỹ thuật – 2007, Trường Đại học Nha Trang. 17. Nguyễn Minh Trí (2011). Vi sinh vật thực phẩm. Khoa cong nghệ Thực phẩm Đại học Nha Trang 18. Phạm Đức Việt. Đề tài khoa học cấp Nhà nước giai đoạn 2001 – 2005. Viện Công nghệ Sau thu hoạch, Hà Nội TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI 19. Catalytic Drying Technologies LLC – CDT Catalitic Botanical Dehydration. 20th and Sycamore; Independence, KS. 67301, USA, Phone (800)835-0557; fax (620)331.3402 20. Course # Roo – 494. Introduction to Infrared Support (IRSM) and Counter Measure (IRCM) Systems. March 22-24, 2004, in Washingtion, DC 21. David Rothbard and Craig Rucker (2002). Irradiation To Rescue Millions From Rotten Food. Committee For A Constructive Tomorow – CFACT 22. Damir Ježek, Branko Tripalo, Mladen Brnčić, Damir Karlović, Suzana Rimac Brnčić, Dražen Vikić-Topić, and Sven Karlović (2008), Dehydration of Celery by Infrared Drying, CROATICA CHEMICA ACTA CCACAA 81 (2) 325-331. 23. Junling Shi, Zhongli Pan, Tara H. McHugh, Delilah Wood, Edward Hirschberg, Don Olson (2008), Drying and quality characteristics of fresh and sugar-infused blueberries dried with infrared radiation heating, Food Science and Technology 24. Electric Infrared Heating Manual. Foctosia Industrial, USA 25. Food ang Agriculture Organnization of the United Nations. Rome, December 2000 26. Marinlyn Herman (1998). Drying food. University of Minnesota Ertension Service Hom Page 78 27. U.S. Food and Drug Adminitration, Center for Food Safety and applied Nutrition (2000). FDA-CFSAN Kinetics Of Microbial Inactivation For Alternative Food Processing Technologies, Microware and Radio Freqrency Processing.htm 28. Word Leader In Continuous Processing Ovens and Machinery, Drying Basics. C.A. Litzler Co. Inc 29. Zhang Jian Dong. The Usage Of Far Infrared Rays As An Alternative Medicine 30. Zhongli Pan, Michael Gabel, Sanath Amaratunga, James F. Thompson(2005), Onion Drying Using Catalytic Infrared Dryer, Report #2, Award No. MR-03-07. 31. Zhongli Pan, Connie Shih, Tara H. McHugh, Edward Hirschberg (2008), Study of banana dehydration using sequential infrared radiation heating and freeze-drying, Food Science and Technology 41 (2008) 1944 – 1951. 32. Taner Baysal, Filiz Icier, Seda Ersus, Hasan Yıldız (2003), Effects of microwave and infrared drying on the quality of carrot and garlic, Eur Food Res Technol 218:68–73. 33. Terry Young (1997). Infrared drying. Decater Foundry, Inc, Phone: (217)429-561 CÁC TRANG WEB 34. http://www.ars.usda.gov/is/pr/1997/971215.htm. Infrared Mean Lights Out To Stored Grain Insects. 35. http://www.123doc.org Nghiên cứu quy trình sản xuất xoài chín sấy dẻo bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp với hồng ngoại. 36. http://luanvan.com Nghiên cứu cá cơm sấy bằng phương pháp sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại 37. http://www.Catalyticdrying.com/imager/Optimized 38. http://www.energy.ca.gov/process/Pubs/Infrared-Inspection.Pdy. Infrared Inspection. Report No. Roz.003. Emerging Technologies 39. http://www.fishx.com Copyright 2003 by eFx Technologier Ine. All rights Reserved. 40. http://www.mcdtechnologiesinc.com 79 Food Drying Equipment. MCD technologies Ine. 2515, South Tacoma Way. Tacoma, WA 98409, the United States 41. http://www.driir.com 42. http://www.khoahoctv.vn 80 PHỤ LỤC I: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM BAN ĐẦU, HÀM LƯỢNG VITAMIN C VÀ TỶ LỆ HÚT NƯỚC PHỤC HỒI 1 Phương pháp xác định độ ẩm ban đầu của nguyên liệu Tính toán hàn ẩm biến đổi trong quá trình sấy bằng phương pháo cân trọng lượng và áp dụng công thức thực nghiệm: W2 = 100 ― (100 - W1) * G1 (%) G2 Trong đó: - G1 : khối lượng mẫu ban đầu (g) - G2 : khối lượng mẫu sâu khi sấy (g) - W1 : độ ẩm ban đầu của nguyên liệu (%) - W2 : độ ẩm sau khi sấy (%) 2 Xác định hàm lượng vitamin C Nguyên tắc: Dựa vào tính chất khử của acid ascorbic đối với chất màu để định lượng vitamin C trong nguyên liệu Cách làm: cho m (g) nguyên liệu vào cối chày sứ và 10ml HCl 2% vào, tiếp tục nghiền và chắc nước chiết sang cốc. Lặp lại lần thứ 3, kết thúc quá trình chiết. Dùng 10ml HCl 2% tráng lại cối chày sứ, sau đó chuyển toàn bộ dung dịch chiết sàg bình định mức 50ml, dùng nước cất đẵn đến mức của bình. Để bình định mức trong bóng tối khoảng 10 phút để toàn bộ lượng acid ascorbic hòa tan, lọc lấy dịch trong. Lấy khoảng 10ml dịch lọc cho vào bình tam giác, rồi thêm vài giọt tinh bột 0.5% lắc nhẹ. Dùng I2 0.01N chuẩn độ cho đến khi dung dịc có màu xanh lam thì dừng lại Tính kết quả: X= Vc.V.0,00088 Vf.m .100 Trong đó: X: hàm lượng vitamin C có trong nguyên liệu (%) Vc : số ml dung dịch I2 0.01N chuẩn độ 81 Vf : số ml dung dịch mẫu đem phâm tích V: dung dịc mẫu pha loãng M: khối lượng nguyên liệu đem đi phân tích (g) 0.00088: số g vitamin C tương đương 1ml I2 0,01N 3 Xác định tỷ lệ nước phục hồi Sảm phẩm say khi sấy khô đạt độ ẩm như yêu cầu ( 10-13%), tiến hành kiểm tra tỷ lệ hút nước phục hồi của sản phẩm. Cách tiến hành: Lấy 3g mẫu sây cho vào cốc đựng 100ml nước cất. Định kỳ 10 phút kiểm tra một lần bằng cách cân trên cân điện tử độ chính xác 10-2 g. Khi khối lượng mẫu không tăng nữa thì dừng quá trình ngâm. Tỷ lệ hút nước phục hồi được tính theo công thức: W= G2-G1 .100% G2 Trong đó: W: tỷ lệ hút nước phục hồi (%) G1 : trọng lượng sản phẩm khô trước khi ngâm vào nước (g) G2 : Trọng lượng sản phẩm sau khi ngâm nước (g) 82 PHỤ LỤC II 1 TỐI ƯU HÓA HÀM ẨM  Thiết lập phương trình hồi quy Các hệ số của phương trình hồi quy được tính theo công thức: bo = ∑N i=1 Yi N , bj = ∑N i=1 Xji Yi N , bjl = ∑N i=1 (Xji Xli )Yi ∑N i=1 (Xji Xli ) , bjj = ' ∑N i=1 Xji Yi ' ∑N i=1 (Xji ) 2 i Từ số liệu thực nghiệm ở bảng, tính toán theo công thức trên hoặc sử dụng phần ,mềm MS – Excel ta có hệ số của phương trình hồi quy được thể hiện ở bảng 3.12.  Kiểm định ý nghĩa của hệ số của phương trình hồi quy Bảng 3.12: Thí nghiệm ở tâm phương n TN Z1 (oC) Z2 (m/s) Z3 (cm) 9, 10,11 45,00 1,75 40,00 Bảng 3.13: Ma trận quy hoạch thực nghiệm và kết quả thu được cho mẫu không chần TN You o ̅u Y o 2 ̅u ) (Yu -Y o 9 13,33 0,0016 10 13,24 0,0025 11 13,30 13,29 Ta tính được phương sai: S2th = 0,002 và Sth = 0,046 0,0001 83 S2 boj = S2th N S2 , bj S2th = ∑N 2 i=1 Xji S2 , bil =∑N S2th 2 i=1 (Xj Xl )i Kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student. |bi| ti = Sbi Ta tính được các trị số Student ở bảng 3.23 Bảng 3.14: Kết quả tính hệ số hồi quy và tiêu chuẩn Student b0 b1 b2 b3 14,37 0,83 0,58 -0,15 sb0 sb1 sb2 sb3 sb12 sb13 0,011 0,011 0,011 0,0111 0,011 tb0 tb1 tb2 tb3 53,00 13,91 1249,00 75,27 b12 b13 b23 b1' b2' b3' -0,35 0,04 -0,89 -1,14 -1,87 sb23 sb1' sb2' sb3' 0,012 0,012 0,015 0,015 0,015 tb12 tb13 tb23 tb1' tb2' tb3' 24,54 32,09 81,36 103,63 170,54 0,27 3,25 So sánh tbj vừa tìm được với tα(f) tra trong bảng phân vị phân bố Student. Với mức ý nghĩa α = 0.05 và bậc tự do no – 1 = 3 – 1 = 2, ta được t0,05(2) = 2,92 Sau khi so sánh ta thấy tb0, tb1, tb2, tb3, tb12, tb13, tb23, tb1', tb2', tb3' > t0,05(2) = 2,92. Như vậy, với xác suất tin cậy 95% thì các hệ số của phương trình hồi quy b0, b1, b2, b3, b12, b13, b23, b1’, b2’, b3’ có ý nghĩa, tức là các yếu tố nhiệt độ, vận tốc gió và khoảng cách bức xạ đều có ảnh hưởng tới lượng ẩm tách ra trên một đơn vị thời gian. Do đó, phương trình hồi quy có dạng: Y = 14,37+ 0,83X1 +0,58X2 – 0,15X3 +0,27X12 – 0,35X13 + 0,11X23 – 0,89X1’ – 1,14X2’ – 1,88X3’. 84 1 Thay X1’, X2’, X3’ lần lượt bằng X1, X2, X3 theo công thức: xj’ = Xj2 - (2k + 2α2), N ta có phương trình: Y = 14,37 + 0,83X1 + 0,58X2 – 0,15X3 + 0,27X12 – 0,35X13 + 0,11X23 –0,89(X12 – 0.68) – 1,14(X22 – 0,68) – 1,88(X32 – 0,68). Hệ số b1 > 0 thể hiện mối tương quan dương giữa Y và X1, khi X1 tăng thì Y tăng, tức là trong phạm vi nghiên cứu khi tăng nhiệt độ không khí trong buồng sấy thì lượng ẩm tách ra trên một đơn vị thời gian tăng. Ở cùng điều kiện vận tốc gió và khoảng cách bức xạ, khi nhiệt độ tăng thì cường độ bức xạ tăng, nguyên liệu hấp thụ nhiều năng lượng bức xạ hơn, dẫn đến nhiệt độ sản phẩm tăng, tốc độ sấy tăng lên và thời gian sấy giảm. Vì vậy lượng ẩm tách ra lớn. Hệ số b3 < 0 thể hiện mối tương quan âm giữa Ŷ với X3. Tức là trong phạm vi nghiên cứu, khi tăng khoảng cách bức xạ thì lượng ẩm tách ra giảm. Vận tốc gió tăng sẽ là giảm mức độ tăng nhiệt cho sản phẩm, vận tốc gió không hợp lý làm bề mặt sản phẩm bị chai, ẩm bên trong không thoát ra ngoài được, tăng thời gian sấy dẫn đến lượng ẩm thoát ra trên một đơn vị thời gian giảm đi. Khi tăng khoảng cách bức xạ, khả năng xuyên thấu của tia hồng ngoại vào nguyên liệu kém, hấp thụ năng lượng bức xạ hồng ngoại giảm đi, từ đó ẩm trong nguyên liệu sẽ thoát ra chậm, làm tăng thời gian sấy, tốc độ sấy cũng giảm nên lượng ẩm tách ra trên một đơn vị thời gian nhỏ. Độ lớn của các hệ số cho ta biết mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến hàm mục tiêu. |b1| > |b2| > |b3| thể hiện X1 có ảnh hưởng lớn nhất đến Ŷ, sau đó là X2, X3. Nhiệt độ không khí ảnh hưởng nhiều nhất đến lượng ẩm tách ra, sau đó mới đến khoảng cách bức xạ và vận tộc không khí. Các hệ số b12, b13, b23 thể hiện sự tác động qua lại giữa ba yếu tố X1, X2, X3 có ảnh hưởng đến hàm mục tiêu, nghĩa là khi thay đổi một trong ba yếu tố sẽ tác động đến hai yếu tố còn lại, từ đó tác động đến lượng ẩm tách ra. 85  Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm theo chuẩn Fisher. Bảng 3.15: Bảng số liệu tính phương sai dư Yi YƖ (Yi -Yl )2 N ∑ (Yi -Yl )2 i=1 16,81 14,36 6,00 15,35 12,87 6,14 14,17 12,57 2,54 14,21 13,67 0,29 18,44 15,29 9,89 13,18 12,39 0,62 15,34 13,67 2,80 13,17 11,84 1,76 13,33 11,84 2,21 13,24 13,15 0,09 13,20 14,95 3,06 15,37 14,26 1,24 11,50 12,61 2,09 15,38 13,93 0,61 13,14 12,36 0,04 13,15 12,94 4,11 15,38 13,35 4,57 Phương sai dư: Trong đó: S2dư = 2,627 17-10 2,63 = 0,375 86 N: số thí nghiệm (N = 17) l: số hệ số có ý nghĩa l = 10) Tiêu chuẩn Fisher: F= 0,37 0,02 = 17,87 Tra bảng phân vị phân bố Fisher với α = 0,05; bậc tự do f1 = N – l = 7, f2 = no – 1 = 2, ta có Fα(f1, f2) = F0.05(7, 2) = 19,36 Nhận thấy F = 17,87 ˂ F0.05 (1, 2) = 19,36 do đó phương trình tương thích với thực nghiệm. 87 PHỤ LỤC III: TỐI ƯU HÓA HÀM LƯỢNG VITAMIN C 1 MẪU CHẦN  Thiết lập phương trình hồi quy Các hệ số của phương trình hồi quy được tính theo công thức: bo = ∑N i=1 Yi N , bj = ∑N i=1 Xji Yi N , bjl = ∑N i=1 (Xji Xli )Yi ∑N i=1 (Xji Xli ) , bjj = ' ∑N i=1 Xji Yi ' ∑N i=1 (Xji ) 2 i Từ số liệu thực nghiệm ở bảng, tính toán theo công thức trên hoặc sử dụng phần mềm MS – Excel ta có hệ số của phuơng trình hồi quy được thể hiện ở bảng 3.8.  Kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy Để kiểm định ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi quy và sự tương thích của phương trình hồi quy ta phải tìm được phương sai tái hiện S2th. Để làm được điều này, ta cần xét đến kết quả thí nghiệm ở tâm phương án. Bảng 2: Thí nghiệm ở tâm phương n TN Z1 (°C) Z2 (m/s) Z3 (cm) 9, 10,11 45 1.75 40 Bảng 2: Kết quả ở tâm phương n TN (You - Yu 2 9 5,19 10 5,17 0,01 0,014 5,29 11 5,51 0,048 ) 88 Phương sai tái hiện được tính bằng công thức: Trong đó : no: số thí nghiệm ở tâm phương án Từ công thức trên ta tính được S2th = 0.036và Sth = 0.1897. Phương sai S2bj của các hệ số bj được tính theo công thức: S2 boj = S2th N S2 , bj S2th = ∑N 2 i=1 Xji S2 , bil =∑N S2th 2 i=1 (Xj Xl )i Kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student. |bi| ti = Sbi Từ các công thức trên, ta tính được các trị số Student ở bảng 3.7 Bảng 3: Kết quả tính hệ số hồi quy và tiêu chuẩn Student bo b1 b2 b3 b12 b13 b23 5,96 0,30 0,32 -0,18 -0,199 -0,19 0,22 sbo sb1 sb2 sb3 sb12 sb13 sb23 0,046 0,046 0,046 0,046 0,046 0,046 0,046 tbo tb1 tb2 tb3 tb12 tb13 tb23 129,7 6,55 6,87 3,99 4,32 4,32 4,86 So sánh tbj vừa tìm được với tα(f) tra trong bảng phân vị phân bố Student. Với mức ý nghĩa α= 0.05 và bậc tự do no – 1 = 3 – 1 = 2, ta được t0.05(2) = 2,92 Vì các tb0, tb1,tb2, tb3, tb12, tb13, tb23> t0.05(2) = 2,92, nên các hệ số hồi quy bo, b1, b2, b3, b13, b23 có ý nghĩa, tức là các yếu tố nhiệt độ, khoảng cách bức xạ có ảnh hưởng đến lượng Vitamin C thoát ra trong nguyên liệu. 89 Do đó, phương trình hồi quy có dạng như sau: Y = 5,96 + 0,30X1 + 0,31X2 – 0,18X3 – 0,19X12 – 0,198X13 + 0,22X23 Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher Bảng 4: Bảng số liệu tính phương sai dư Yi 6,34 6,222 0,006 7,32 6,411 0,789 6,14 5,536 0,317 5,41 4,933 0,217 6,10 6,536 0,190 5,346 5,536 0,038 5,835 6,748 0,844 5,312 5,351 0,002 Phương sai dư: S2dư = 𝑁−𝑙 0,30 = 0,301 8-7 =0,301 Trong đó: N: số thí nghiệm (N = 8) l: số hệ số có ý nghĩa l = 7) Tiêu chuẩn Fisher: F= S2dư S2th = 0,301 0,036 = 8,361 Tra bảng phân vị phân bố Fisher với α = 0.05; bậc tự do f1 = N – l =1, f2 = no – 1 = 2, ta có Fα(f1, f2) = F0.05(1, 2) = 18,51 90 Nhận thấy F = 8,361 ˂ F0,05 1,2) = 18,51, do đó phương trình tương thích với thực nghiệm. Vậy phương trình tương thức với thực nghiêm cho mẫu chần là: ̂Y = 5,96 + 0,30X1 + 0,31X2 – 0,18X3 – 0,19X12 – 0,19X13 + 0,22X23 Y = 5,96 +0,30tTNS+0,31vTNS – 0,18hBX – 0,19tTNSvTNS – 0,19tTNShBX + 0,22vTNShBX 2 MẪU KHÔNG CHẦN Các hệ số của phương trình hồi quy được tính theo công thức: bo = ∑N i=1 Yi N , bj = ∑N i=1 Xji Yi N , bjl = ∑N i=1 (Xji Xli )Yi ∑N i=1 (Xji Xli ) , bjj = ' ∑N i=1 Xji Yi ' ∑N i=1 (Xji ) 2 i Từ số liệu thực nghiệm ở bảng, tính toán theo công thức trên hoặc sử dụng phần mềm MS – Excel ta có hệ số của phuơng trình hồi quy được thể hiện ở bảng 3.8.  Kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy Để kiểm định ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi quy và sự tương thích của phương trình hồi quy ta phải tìm được phương sai tái hiện S2th. Để làm được điều này, ta cần xét đến kết quả thí nghiệm ở tâm phương án. Bảng 2: Thí nghiệm ở tâm phương n S2 boj TN Z1 (°C) Z2 (m/s) Z3 (cm) 9, 10,11 45 1.75 40 = S2th N , S2 bj S2th = ∑N 2 i=1 Xji , S2 bil =∑N S2th 2 i=1 (Xj Xl )i Kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student. |bi| ti = Sbi 91 Bảng 8: Kết quả tính hệ số hồi quy và tiêu chuẩn Student bo b1 b2 b3 b12 b13 b23 6,18 0,15 0,14 0,30 -0,04 -0,19 0,10 sbo sb1 sb2 sb3 sb12 sb13 sb23 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048 0,048 tbo tb1 tb2 tb3 tb12 tb13 tb23 128,0 3,21 2,98 6,36 0,86 4,02 2,53  Kiểm định ý nghĩa của các hệ số hồi quy Để kiểm định ý nghĩa các hệ số của phương trình hồi quy và sự tương thích của phương trình hồi quy ta phải tìm được phương sai tái hiện S2th. Để làm được điều này, ta cần xét đến kết quả thí nghiệm ở tâm phương án. 92 Bảng 9: Thí nghiệm ở tâm phương n TN TN Z1 (°C) Z2 (m/s) Z3 (cm) 9, 10,11 45 1,75 40 You 9 4,97 10 5,10 11 4,91 Yuo (You -You ) 2 0,00048 4,99 0,011 0,0075 Tương tự, ta có Ta tính được phương sai: S2th So sánh tbj vừa tìm được với tα(f) tra trong bảng phân vị phân bố Student. Với mức ý nghĩa α= 0.05 và bậc tự do no – 1 = 3 – 1 = 2, ta được t0.05(2) = 2.92 Vì các tb0, tb1 tb2, tb3, tb13 > t0.05(2) = 2.92, nên các hệ số hồi quy bo, b1,b2, b3, b13 có ý nghĩa, tức là các yếu tố nhiệt độ, khoảng cách bức xạ có ảnh hưởng đến lượng Vitamin C thoát ra trong nguyên liệu. Do đó, phương trình hồi quy có dạng như sau: Y= 6,18 + 0,15X1 + 0,14X2 + 0,30X3 - 0,19X13 Kiểm định sự tương thích của phương trình với thực nghiệm theo tiêu chuẩn Fisher 93 Bảng 10: Bảng số liệu tính phương sai dư Yi ̅̅̅ Yl 2 ̅̅̅̅̅ (Yi -Y l) 6,25 6,65 0,15 6,81 0,15 6,63 6,24 0,15 5,84 6,23 0,15 6,61 6,22 0,15 5,22 4,92 0,09 5,83 6,22 0,15 5,83 5,44 0,15 7,20 Phương sai dư: S2dư = N-l = 0,145 8-5 0,145 = 0,048 Trong đó : N: số thí nghiệm (N = 8) Tiêu chuẩn Fisher: F= S2dư 0,048 = = 2,52 S2th 0,019 Tra bảng phân vị phân bố Fisher với α = 0,05; bậc tự do f1 = N – l =3, f2 = no – 1 = 2, ta có Fα(f1, f2) = F0.05(3, 2) = 19,16 Nhận thấy F = 2,526 ˂ F0.05 1, 2) = 19.16, do đó phương trình tương thích với thực nghiệm. Vậy phương trình tương thức với thực nghiêm cho mẫu chần là: Y = 6,18 + 0,15X1 + 0,14X2 + 0,30X3 - 0,19X13 (*) 94 Từ phương trình hồi quy (*) ta có nhận xét:  Yếu tố khoảng cách từ vật liệu đến đèn hồng ngoại X3 có ảnh hưởng nhất đến hàm lượng Vitamin C trong khi sấy khoảng cách càng gần thì lượng Vitamin C mất càng nhiều nhưng trong khoảng nhất định vì nếu cứ tăng khoảng cách thì sẽ ảnh hưởng đến thời gian sấy, màu sắc bị sẫm lại, coong rau sẽ bị queo.  Nhiệt độ (X1) cũng ảnh hưởng khá lớn đến hàm lượng Vitamin C, nhiệt độ càng tăng thì hàm lượng vitamin mất càng nhiều vì Vitamin C là loại không bền với nhiệt.  Vận tốc gió (X3 ) cũng ảnh hưởng đến lượng vitamin trong sản phẩm. Chuyển về biến tTNS, vTNS, hBX, phương trình như sau: Y= 6,18 + 0,15tTNS + 0,14vTNS + 0,30hBX – 0,19tTNShBX [...]... và các công sự [16] đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số chế độ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh đến chất lượng của mực ống kho lột da Kết quả 18 nghiên cứu đã đưa đến kết luân: hàm lượng mực ống khô được sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh tốt hơn so với phương pháp sấy bức xạ kết hợp với đối lưu Chế độ sấy bức xạ kết hợp sấy lạnh tốt nhất là: Nhiệt độ sấy là 35 °C ± 1 °C, vận... Khác với cải xanh, cải bẹ hay cải thìa, cải bó xôi thường có cuống nhỏ và lá xanh đậm, lá mọc chụm lại ở một gốc bé xíu Thân và lá dòn, dễ gãy, dập Hình 2.1: Cải bó xôi (Spinacia oleracea) 2.2 THIẾT BỊ PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU  Tủ sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh (thiết bị do bộ môn Kỹ thuật lạnh trường Đại học Nha Trang thiết kế chế tạo) 22 Hình 2.2: Tủ sấy sấy lạnh kết hợp với bức xạ hồng ngoại. .. phương pháp sấy bằng không khí nóng, vi sóng và sấy hồng ngoại  Junling Shi vá các cộng sự [23], nghiên cứu quá trình sấy khô và các đặc tính chất lượng của việt quất tươi và việt quất ngâm đường bằng bức xạ hồng ngoại, đã đưa ra kết luận sấy bằng hồng ngoại cho sản phẩn có kết cấu vững chắc hơn đồng thời thời gian sấy giảm so với sấy bằng không khí nóng Đối với quả việt quất tươi, sấy bằng hồng ngoại. .. nhiên cứu sấy khô hành tây bằng sấy hồng ngoại xúc tác, kết quả cho thấy hành tây sấy bằng phương pháp hồng ngoại xúc tác cho hiệu quả hơn sấy bằng phương pháp đối lưu không khí cưỡng bức Nhiệt độ sấy đối với phương pháp hồng ngoại xúc tác là 70 °C và 80 °C Nhiệt độ 80 °C nên được sử dụng vào đầu quá trình sấy để đạt được mức độ làm khô tối đa trong khi hư hỏng là tối thiểu Nếu sử dụng hệ thống sấy đối... ráo: Cải bó xôi sau khi xử lý cơ học được rửa sạch bằng nước Cải sau khi rửa sạch được để ráo trong 15 phút  Mẫu + Chần: Cải bó xôi sau khi rửa, cắt khúc đêm chần trong nước xôi ở nhiệt độ 7080 °C trong 30s, sau đó để ráo và đêm đi sấy khô + Không chần: Cải bó xôi sau khi cắt khúc đêm đi sấy  Sấy khô: Cải bó xôi sau khi để ráo được đặt trên các tấm lưới rồi đem đi sấy bằng phương pháp sấy bức xạ hồng. .. vật liêu sấy, ẩm từ dạng lỏng trên bề mặt vật liệu sấy bay hơi đi vào môi trường không khí 1.5 SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 1.5.1 Mục đích sấy kết hợp Mỗi phương pháp sấy có một ưu điểm vượt trội Chính vì thế tận dụng kết hợp cả hai phương pháp để làm tăng nhanh tốc độ khuếch tán nội, khuếch tán ngoại do đó tăng tốc 15 độ sấy giảm được thời gian sấy Đặc biệt là điều này rất có ý nghĩa khi sấy các... hầm  Phòng sấy 1 đường hầm 10  Phòng sấy 2 đường hầm  Phòng sấy kiểu băng chuyền  Sấy khô bằng chân không  Sấy khô chân không ở nhiệt độ thường (0-60 °C)  Sấy khô chân không ở nhiệt độ thấp dưới 0 °C  Phương pháp sây khô chân thăng hoa  Sấy tầng sôi  Sấy phun  Sấy siêu âm  Sấy lạnh, đông khô  Sấy thùng quay  Sấy bức xạ:  Nguồn bức xạ nhân tạo  Nguồn bức xạ tự nhiên (bức xạ mặt trời)... các phương pháp sấy thủ công khác  Đỗ Thị Bích Thủy và cộng sự [13] đã nghiên cứu quá trình sấy khô một số nguyên liệu nông sản có độ ẩm cao bằng phương pháp bức xạ hồng ngoại Kết quả nghiên cứu đã tìm ra được chế độ sấy thóc và lạc tối ưu băng chuyền dùng đèn hồng ngoại với các thông số sau: vận tốc băng tải: 7 m/s, khoảng cách bức xạ là 45 cm, quá trình ủ ấm: 3 phút, chiều dày lớp vật liệu sấy: ... Thiết bị sấy hồng ngoại kết hợp sấy lạnh Nguyên lý hoạt động của sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp sấy lạnh: Không khí đi qua dàn lạnh được làm lạnh tách ẩm, nước ngưng tụ được thải ra ngoài Không khí trước khi được quạt ly tâm thổi vào tủ được nung nóng sơ bộ nhờ dàn nóng để không khí giảm đi độ ẩm Sau đó không khí được thổi vào tử sấy tại đây không khí tiếp tục nhận nhiệt từ bức xạ đèn hồng ngoại và... nghệ sấy hồng ngoại Công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại là công nghệ mới, về nguyên lý công nghệ này có những ưu điểm sau [16], [33]: Sản phẩm thu được trong quá trình sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại không bị tổn thất về chất lượng, mùi vị, hàm lượng các vitamin được bảo toàn đồng thời sản phẩm lại đảm bảo về mặt vệ sinh thực phẩm 14 Bức xạ hồng ngoại là phương pháp gia nhiệt sạch sẽ, an toàn,vô hại đối với ... hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh đến chất lượng mực ống kho lột da Kết 18 nghiên cứu đưa đến kết luân: hàm lượng mực ống khô sấy khô xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh tốt so với phương pháp sấy. .. vật liệu sấy bay vào môi trường không khí 1.5 SẤY LẠNH KẾT HỢP BỨC XẠ HỒNG NGOẠI 1.5.1 Mục đích sấy kết hợp Mỗi phương pháp sấy có ưu điểm vượt trội Chính tận dụng kết hợp hai phương pháp để làm... phẩm cải bó xôi bị hạn chế Vì vậy, nghiên cứu phương pháp hiệu để bảo quản cải bó xôi nhằm kéo dài thời gian bảo quản cần thiết Công nghệ sấy lạnh kết hợp với xạ hồng ngoại công nghệ lĩnh vực sấy