BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY PHẤN ONG S K C 0 9 MÃ SỐ: SV41-2009 S KC 0 5 Tp Hồ Chí Minh, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀ O TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN Mã số: SV2009 – 41 GVHD: ThS Nguyễn Tấn Dũng SVTH: Nguyễn Thị Thanh Thủy MSSV: 06116083 Nguyễn Thị Thủy Tiên MSSV: 06116087 Ngành: Công nghệ thực phẩm Khoa: Công nghệ hóa học thực phẩm Tp Hồ Chí Minh, 3/2010 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực đề tài, nhận quan tâm, giúp đỡ quý thầy cô bạn Chúng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Tấn Dũng quan tâm, tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức quý báu cho suốt thời gian thực đề tài Chân thành biết ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, trung tâm Việt Hàn, quý thầy cô Bộ môn thực phẩm - Khoa Công nghệ hóa học thực phẩm – trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM tạo điều kiện tốt cho hoàn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, tháng năm 2010 Nhóm sinh viên thực GVHD: ThS Nguyễn Tấn Dũng i Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong LỜI MỞ ĐẦU Ăn uống nhu cầu quan trọng người Ngày nay, người ta quan tâm đến số lượng mà đặc biệt quan tâm đến chất lượng thực phẩm Những thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao ngày người ý nghiên cứu sử dụng Phấn ong loại thực phẩm có giá trị cao dinh dưỡng kinh tế Thế người Việt Nam chưa sử dụng nhiều loại thực phẩm loại thực phẩm lạ Hơn nữa, phương pháp bảo quản phấn ong phơi, sấy làm phần giá trị dinh dưỡng Sấy thăng hoa phương pháp sấy đại, giữ nguyên giá trị dinh dưỡng thực phẩm Vì thế, việc áp dụng sấy thăng hoa vào việc bảo quản phấn ong điều cần thiết để sử dụng tốt loại thực phẩm quý Nhóm thực đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong” không mong muốn Trong thời gian thực đề tài, dù cố gắng thời gian kiến thức có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Nhóm mong nhận đóng góp quý thầy cô bạn Xin chân thành cảm ơn! GVHD: ThS Nguyễn Tấn Dũng ii Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời mở đầu ii Mục lục iii Danh sách hình v Danh sách bảng vi GIỚI THIỆU vii Tình hình nghiên cứu nước vii Tầm quan trọng đề tài vii Đối tượng nghiên cứu viii Mục đích đề tài viii Phương pháp nghiên cứu viii Giới hạn đề tài viii Chƣơng 1: TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU I Đặc điểm ong II Phấn ong III Thành phần hóa học dinh dưỡng phấn ong IV Lợi ích phấn ong Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ SẤY THĂNG HOA I Một số khái niệm 10 I.1 Độ ẩm vật 10 I.2 Ẩm vật liệu 11 II Sấy thăng hoa 12 II.1 Lịch sử tình hình sử dụng công nghệ sấy thăng hoa 13 II.2 Nguyên lý sấy thăng hoa 14 II.3 Thiết bị sấy thăng hoa 17 Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I Xác định thông số nhiệt – vật lý phấn ong 25 I.1 Phương pháp xác định khối lượng riêng 25 I.2 Phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt 25 I.3 Phương pháp xác định nhiệt dung riêng 27 I.4 Phương pháp xác định hàm lượng ẩm có nguyên liệu 28 II Xây dựng mô hình toán truyền nhiệt lạnh đông–xác định nhiệt độ lạnh đông tối ưu 28 II.1 Xây dựng mô hình toán truyền nhiệt lạnh đông 29 II.2 Thiết bị, dụng cụ tiến hành nghiên cứu 32 GVHD: ThS Nguyễn Tấn Dũng iii Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong III Thiết lập mô hình toán truyền nhiệt – tách ẩm điều kiện sấy thăng hoa 32 III.1 Các giả thiết xây dựng mô hình toán 32 III.2 Giải mô hình toán 34 III.3 Mô hình toán xác định biến thiên hàm ẩm điều kiện sấy thăng hoa 37 III.4 Xác định điểm kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa chuyển sang sấy chân không 37 Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN I Các thông số nhiệt vật lý phấn ong 39 II Xác định tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông 41 III Xác định đường cong sấy thời gian sấy thăng hoa 42 IV Xác lập quy trình công nghệ sấy phấn ong 47 Chƣơng 5: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 GVHD: ThS Nguyễn Tấn Dũng iv Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Thùng nuôi ong Hình 1.2 Một cầu ong Hình 1.3 Ong thợ, ong chúa ong đực Hình 1.4 Cấu tạo hạt phấn hoa Hình 1.5 Thu phấn ong Hình 1.6 Phấn ong tự nhiên thị trường Hình 2.1 Đồ thị giản đồ P-t nước Hình 2.2 Biểu diễn trình sấy thăng hoa Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa Hình 2.4 Cấu tạo buồng thăng hoa hệ thống thăng hoa cấp đông riêng Hình 2.5 Buồng sấy thăng hoa Hình 2.6 Cấu tạo buồng thăng hoa hệ thống sấy thăng hoa liên tục, dạng băng tải Hình 2.7 Cấu tạo buồng thăng hoa hệ thống sấy thăng hoa liên tục, dạng vít tải Hình 2.8 Cấu tạo thiết bị ngưng tụ - đóng băng phận cào, dạng ống xoắn Hình 2.9 Cấu tạo thiết bị ngưng tụ - đóng băng có phận cào Hình 2.10 Hệ thống sấy thăng hoa DS-3 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điện thiết bị đo hệ số dẫn nhiệt  [W/(m.K)] Hình 3.2 Sơ đồ mạch điện thiết bị đo nhiệt dung riêng c[kJ/(kg.K)] Hình 3.3 Mô hình dạng phẳng Hình 3.4 Mô hình dạng phẳng dài vô hạn Hình 3.5 Nghiệm phương trình (3.41) Hình 4.1 Quan hệ nhiệt độ thời gian lạnh đông Hình 4.2 Nghiệm phương trình đặc trưng (4.6) Hình 4.3 Đồ thị đường cong sấy thăng hoa phấn ong Hình 4.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sấy thăng hoa phấn ong Hình 4.5 Phấn ong sấy thăng hoa GVHD: ThS Nguyễn Tấn Dũng v Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng phấn ong Bảng 1.2 Thành phần hóa học phấn hoa bắp Bảng 1.3 Hàm lượng acid amin 100g phấn ong Bảng 1.4 Hàm lượng vitamin 100g phấn ong tươi Bảng 2.1 Tổn thất vitamin trình sấy thăng hoa Bảng 2.2 Quan hệ áp suất nhiệt độ thăng hoa nước đá Bảng 4.1 Bảng số liệu thực nghiệm xác định độ ẩm Bảng 4.2 Bảng số liệu thực nghiệm xác định khối lượng riêng Bảng 4.3 Bảng số liệu thực nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt Bảng 4.4 Bảng số liệu thực nghiệm xác định nhiệt dung riêng Bảng 4.5 Các thông số nhiệt – vật lý phấn ong Bảng 4.6 Các thông số nhiệt – vật lý phấn ong Bảng 4.7 Số liệu thực nghiệm thời gian nhiệt độ lạnh đông Bảng 4.8 Hàm thực nghiệm  = f(T) hệ số a1, b1, c1 phấn ong Bảng 4.9 Kết tính toán tỉ lệ nước đóng băng theo Te, τ phấn ong Bảng 4.10 Nhiệt độ lạnh đông tối ưu nước đóng băng hoàn toàn Bảng 4.11 Các thông số nhiệt vật lý Bảng 4.12 Nghiệm phương trình đặc trưng phương trình (3.46) Bảng 4.13 Số liệu tính toán độ biến thiên hàm ẩm theo thời gian sấy GVHD: ThS Nguyễn Tấn Dũng vi Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong GIỚI THIỆU I TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC Tình hình nƣớc Nước ta nước có nông nghiệp lâu đời, quốc gia có lợi nhiều để phát triển ngành ong mật với 10 triệu hecta rừng, diện tích ăn trái lớn (775 nghìn – 2007), diện tích công nghiệp mở rộng… Với điều kiện thuận lợi đó, thời gian gần đây, ngành nuôi ong ngày phát triển với quy mô ngày mở rộng Sản phẩm khai thác từ ong mật ong mà có nhiều sản phẩm khác như: sữa ong chúa, phấn ong, keo ong… Tuy nhiên, sản phẩm phấn ong chưa sử dụng nhiều thị trường Việt Nam sản phẩm lạ, chưa nhiều người biết đến Hơn nữa, việc bảo quản phấn ong nhiều khó khăn nên nghiên cứu phấn ong nước ta chưa có nơi áp dụng việc sấy thăng hoa phấn ong Năm 2007, Công ty cổ phần ong mật Đăk Lăk có tiến hành đề tài thử nghiệm sấy phấn ong máy sấy chân không Kết bước đầu cho thấy phấn ong khô thu tốt so với loại phấn ong sấy thủ công phơi nắng Tuy nhiên công suất hạn chế (15 – 20 kg/ngày), thời gian sấy dài (từ 8,5 - giờ) nên chưa ứng dụng rộng rãi vào sở sản xuất Trung tâm nghiên cứu ong trung ương thực đề tài: làm khô phấn hoa phương pháp sấy lượng điện đông lạnh (2009 – 2010) Trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh thực đề tài: tính toán, thiết kế mô hình máy sấy phấn hoa suất 50kg/mẻ (2009) Tình hình nƣớc Phấn ong sử dụng phổ biến giới, giá trị dinh dưỡng mà phấn ong đem lại lớn Việc sử dụng phương pháp sấy thăng hoa vào lĩnh vực y học, thực phẩm thực lâu II TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI Trong sản phẩm từ ong phấn ong loại thực phẩm giàu dinh dưỡng với hàm lượng protein (25-30%), glucide (30-55%), lipide (1-20%) vitamin, khoáng (Ca, P, Na, K, Fe…) có hàm lượng cao Tuy nhiên, phấn ong có hàm lượng ẩm 25 – 32% giàu glucid nên dễ bị lên men, gây hư hỏng, phải bảo quản điều kiện thích hợp Nếu sử dụng phương pháp chế biến lạnh đông sấy thông thường làm chất dinh dưỡng, làm giảm giá trị sản phẩm Thực tế hầu hết sở sản xuất chưa có quy trình công nghệ, kỹ thuật để bảo quản phấn ong Người dân chủ yếu đem phấn ong phơi nắng sử dụng lò sấy thủ công, với phương pháp không đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng, lãng phí nhiều nguồn thực phẩm quý giá Vì thế, vấn đề đặt để có sản phẩm phấn ong giữ nguyên giá trị ban đầu Sấy thăng hoa phương pháp đáp ứng yêu cầu Sấy thăng hoa trình sấy nhiêt độ, áp suất thấp, thấp điểm ba thể O (0.00980C, 4.58mmHg) Kỹ thuật sấy thăng hoa phức tạp, trải qua ba giai đoạn nối tiếp nhau: Giai đoạn 1: lạnh đông sản phẩm chuyển ẩm vật liệu sấy từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn, kết thúc giai đoạn nhiệt độ vật liệu sấy đạt tới nhiệt độ lạnh đông tối ưu, ẩm vật liệu đóng băng hoàn toàn GVHD: ThS Nguyễn Tấn Dũng vii Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong  n : nghiệm phương trình đặc trưng: cot gn  Bi : chuẩn số Bio Bi  Fo : chuẩn số Fourier: Fo  n (3.46) Bi R  a R2 (3.47) (3.48) [W/(mK)], a[m2/s]: hệ số dẫn nhiệt hệ số dẫn nhiệt độ vật liệu R[m]: nửa bề dày phẳng  : nhiệt độ không thứ nguyên theo phương x Như vậy, xác định trường nhiệt độ:   2sin n t  x,    Tf  Tth  Tf   n 1   n  sin  n cos  n     a  x   cos  n  exp  n  R  R    (3.49) III.3 Mô hình toán xác định biến thiên hàm ẩm điều kiện sấy thăng hoa Thay phương trình (3.49) vào phương trình (3.30) mô hình toán xác định biến thiên độ ẩm vật liệu điều kiện sấy thăng hoa theo thời gian W(τ)=Wa -      R4  2sinμ n λ (T -T )    th f n 1 μ +sinμ cosμ   μ a  2R 2L n n n n       cosn   aτ     sinμ n +  1-exp  -μ n  μn μn   R    Ở giai đoạn 2: sấy thăng hoa      R4  2sinμ n λ W(τ)=W (T -T )      a th f  2R r μ +sinμ cosμ n=1 th n n n    μ n a     cosμ n   aτ      sinμ n +  1-exp  -μ n    μn μn   R      t(x, τ) = T  T th kt   τ = τ th  (3.50) (3.51) Ở giai đoạn 3: sấy chân không      R4  2sinμ n λ  W(τ)=Wa - (Tth -Tf )      2R rhh n=1  μ n +sinμ n cosμ n   μ n a     cosμ n   aτ       sinμ n +  1-exp  -μ n    μn μn   R      t(x, τ) = T  T hh kt   τ = τ ck ; W  Wyc GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 38 (3.52) Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong III.4 Xác định điểm kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa chuyển sang sấy chân không Khi kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa nhiệt độ vật liệu ẩm t(x, τ) =Tkt bắt đầu vượt qua nhiệt độ kết tinh Tkt = -1.15 0C Lúc ẩm đóng băng vật liệu ẩm chưa thăng hoa hết chuyển sang pha lỏng thực giai đoạn sấy chân không Thay t(x, τ) = Tkt vào phương trình (3.49) để tìm thời gian sấy thăng hoa:    2sin n  Tkt  Tf    0 Tth  Tf n 1  n  sin n cos  n   x  a   cos  n  exp  n  R   R   Phương trình (3.53) sở để xác định thời gian giai đoạn sấy thăng hoa GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 39 (3.53) Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN I CÁC THÔNG SỐ NHIỆT VẬT LÝ CỦA PHẤN ONG I.1 Độ ẩm phấn ong Kết thực nghiệm xác định độ ẩm phấn ong phương pháp sấy đến khối lượng không đổi hệ thống sấy đối lưu Độ ẩm phấn ong xác định khoảng 30-33%, xem bảng 4.1 Bảng 4.1 Bảng số liệu thực nghiệm xác định độ ẩm Số lần TN Trung bình W1 [%] W2 [%] W3 [%] Wtb Mẫu 29.5 30.2 30 29.8  0.05 Mẫu 31.4 32.6 32.6 32.2  0.05 Mẫu 33.2 32.8 33 33  0.05 Số mẫu Như vậy, từ bảng 4.1 thấy độ ẩm trung bình vật liệu sấy (phấn ong) là: Wa = 31.5% I.2 Khối lƣợng riêng phấn ong Kết thực nghiệm xác định khối lượng riêng vật liệu ẩm phấn ong, xem bảng 4.2 Bảng 4.2 Bảng số liệu thực nghiệm xác định khối lƣợng riêng Độ ẩm, [%] Khối lƣợng riêng, [kg/m3] Độ ẩm, [%] Khối lƣợng riêng, [kg/m3] Độ ẩm, [%] Khối lƣợng riêng, [kg/m3] 29.8 355.915 31 366.925 32.2 377.935 30 357.75 31.2 368.76 32.4 379.77 30.2 359.585 31.4 370.595 32.6 381.605 30.4 361.42 31.6 372.43 32.8 383.44 30.6 363.255 31.8 374.265 33 385.275 30.8 365.09 32 376.1 33.2 387.11 Cũng xác định khối lượng riêng theo công thức: ρ = Waρn + (1 – Wa)ρck Trong đó: (4.1) ρn: khối lượng riêng nước [kg/m3], với ρn=1000 [kg/m3] ρck: khối lượng riêng chất khô [kg/m3], với ρck=82.5 [kg/m3] Tuy nhiên, xác định theo (4.1) không xác, xác định khối lượng riêng chất khô sai số lớn Từ bảng số liệu thực nghiệm 4.2 cho phép xác định khối lượng riêng trung bình vật liệu sấy (phấn ong): Khối lượng riêng trung bình phấn ong: ρtb = 371.5  0.5 [kg/m3] GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 40 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong I.3 Hệ số dẫn nhiệt phấn ong Kết thực nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt vật liệu ẩm phấn ong, xem bảng 4.3 Bảng 4.3 Bảng số liệu thực nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt Độ ẩm, [%] Hệ số dẫn nhiệt, [W(mK)] Độ ẩm, [%] Hệ số dẫn nhiệt, [W(mK)] Độ ẩm, [%] Hệ số dẫn nhiệt, [W(mK)] 29.8 0.36 31 0.364 32.2 0.368 30 0.361 31.2 0.365 32.4 0.369 30.2 0.361 31.4 0.366 32.6 0.37 30.4 0.362 31.6 0.366 32.8 0.37 30.6 0.363 31.8 0.367 33 0.371 30.8 0.363 32 0.368 33.2 0.372 Cũng xác định hệ số dẫn nhiệt theo công thức: λ = λnWa + λck(1-Wa), [W/(mK)] Trong đó: (4.2) λn: hệ số dẫn nhiệt nước [W/(mK)], với λn=0.605 [W/(mK)] λck: hệ số dẫn nhiệt chất khô thực phẩm [W/(mK)], λck= 0.256 [W/(mK)] Tuy nhiên, xác định theo (4.2) không xác, xác định hệ số dẫn nhiệt chất khô sai số lớn Từ bảng số liệu thực nghiệm 4.3 cho phép xác định hệ số dẫn nhiệt trung bình vật liệu sấy (phấn ong): Hệ số dẫn nhiệt trung bình phấn ong: λ = 0.364  0.0025 [W/(mK)] I.4 Nhiệt dung riêng phấn ong Kết thực nghiệm xác định nhiệt dung riêng vật liệu ẩm phấn ong, xem bảng 4.4 Bảng 4.4 Bảng số liệu thực nghiệm xác định nhiệt dung riêng Độ ẩm, [%] Nhiệt dung riêng, [kJ(kgK)] Độ ẩm, [%] Nhiệt dung riêng, [kJ(kgK)] Độ ẩm, [%] Nhiệt dung riêng, [kJ(kgK)] 29.8 2.16 31 2.195 32.2 2.229 30 2.166 31.2 2.2 32.4 2.235 30.2 2.172 31.4 2.206 32.6 2.241 30.4 2.177 31.6 2.212 32.8 2.247 30.6 2.183 31.8 2.218 33 2.252 30.8 2.189 32 2.224 33.2 2.258 Cũng xác định nhiệt dung riêng theo công thức: C = CnWa + Cpk (1-Wa) Trong đó: (4.3) Cn: nhiệt dung riêng nước, với Cn = 4.186 [kJ/kgK] Cpk: nhiệt dung riêng chất khô thực phẩm, với Cpk =1.3 [kJ/kgK] GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 41 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong Tuy nhiên, xác định theo (4.3) không xác, xác định nhiệt dung riêng chất khô sai số lớn Từ bảng số liệu thực nghiệm 4.4 cho phép xác định nhiệt dung riêng trung bình vật liệu sấy (phấn ong): Nhiệt dung riêng trung bình phấn ong: C = 2.21  0.015 [kJ/(kgK)] II XÁC ĐỊNH TỈ LỆ NƢỚC ĐÓNG BĂNG THEO NHIỆT ĐỘ LẠNH ĐÔNG II.1 Xác định thông số nhiệt vật lý Trước tính toán, xác định tỉ lệ nước đóng băng theo mô hình toán (3.24), (3.25) cần phải xác định, thực nghiệm tính toán số thông số nhiệt vật lý quan trọng, cần thiết vật liệu ẩm, thực nghiệm xác định mối quan hệ τ = f(T) Xem bảng 4.5 4.6 Bảng 4.5 Các thông số nhiệt – vật lý phấn ong Thông số Tkt [0C] R [m] Phấn ong -1.15 6x10-3  [W/(m2K)]  [W/(mK)]  [kg/m3] 8.12 0.364 371.5 Bi 0.02 Bảng 4.6 Các thông số nhiệt – vật lý phấn ong Thông số Phấn ong A [Wm/(kgK)] B [kJ/(kgK)] C [kJ/kg] D [kJ/(kgK)] 6.396x10-3 2.21 105.53 -0.657 II.2 Xây dựng hàm τ = f(T) Khi xây dựng hàm τ = f(T) quan hệ thời gian τ với nhiệt độ vật liệu Te trình lạnh đông điều kiện T0= const = - 450C, tiến hành thực nghiệm hệ thống sấy thăng hoa DS-3 có thiết bị cấp đông tự động để xác định τ Te Kết xem bảng 4.7, 4.8, 4.9 hình 4.1 Bảng 4.7 Số liệu thực nghiệm thời gian nhiệt độ lạnh đông Thời gian, [s] 454.68 1366.92 2240.64 3152.88 4026.96 4976.64 5812.92 6724.8 7560.72 8472.96 9346.68 11132.64 12044.88 13830.84 Thời gian, [h] 0.1263 0.3797 0.6224 0.8758 1.1186 1.3824 1.6147 1.868 2.1002 2.3536 2.5963 3.0924 3.3458 3.8419 GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng Nhiệt độ MTS, [0C] -39.86 -40.84 -41.33 -41.82 -43.1 -43.77 -45.73 -44.75 -46.22 -45.73 -47.68 -48.66 -48.66 -46.22 42 Nhiệt độ VLS, [0C] -2.23 -7.6 -11.51 -13.47 -14.94 -18.85 -20.31 -22.76 -23.73 -25.2 -26.18 -28.13 -28.62 -29.11 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong Từ số liệu thực nghiệm bảng 4.7, xây dựng hàm thực nghiệm  = f(T) phần mềm Excel, xem hình 4.1 Điểm đóng băng (Tkt) phấn ong xác định thực nghiệm, xem bảng 4.5 Hình 4.1 Quan hệ nhiệt độ thời gian lạnh đông Kết thực nghiệm cho thấy quan hệ nhiệt độ thời gian lạnh đông quan hệ đa thức bậc 2: Quan hệ thời gian  nhiệt độ vật liệu Te trình làm lạnh đông thay đổi theo quy luật hàm đa thức parabol, hệ số: a1, b1, c1 xác định, xem bảng 4.8 Sau thay vào mô hình toán (3.25) xác định tỉ lệ nước đóng băng  [%] theo nhiệt độ lạnh đông vật liệu Te[0C] Bảng 4.8 Hàm thực nghiệm  = f(T) hệ số a1, b1, c1 phấn ong Hàm thực nghiệm  = f(T) Vật liệu R2 Các hệ số Phấn ong  = f(T) = 0.0043T2 + 0.0142T +0.1472 a1 = 0.0043; b1 = 0.0142; 0.9755 c1= 0.1472 Tính toán tỉ lệ nước đóng băng phần mềm Microsoft Excell theo mô hình toán (3.25) cho kết tính toán xem cột [  ] bảng 4.9 Bảng 4.9 Kết tính toán tỉ lệ nƣớc đóng băng theo Te, τ phấn ong Te [0C] τ [h]  τ [h] Te [0C]  -1.15 1.868 -22.76 0.624 0.1263 -2.23 0.009 2.1002 -23.73 0.675 0.3797 -7.6 0.087 2.3536 -25.2 0.757 0.6224 -11.51 0.179 2.5963 -26.18 0.815 0.8758 -13.47 0.237 3.0924 -28.13 0.936 1.1186 -14.94 0.286 3.3458 -28.62 0.968 1.3824 -18.85 0.438 3.4886 -29.10 1.6147 -20.31 0.503 3.8419 -29.11 GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 43 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong II.3 Thảo luận  Qua thực nghiệm nhiều lần với đối tượng phấn ong, nhận thấy rằng: quy luật thay đổi nhiệt độ vật liệu Te[0C] thời gian  [h] trình làm lạnh đông quy luật hàm đa thức parabol:  = f(T) = a1T2 + b1T + c1 với hệ số tương quan mẫu R2 > 97%, điều chứng tỏ quan hệ nhiệt độ vật liệu ẩm thời gian lạnh đông chặt chẽ Vì vậy, việc sử dụng quan hệ  = f(T) xác định bảng 4.8 để xác định tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông vật liệu phấn ong theo mô hình toán (3.25) hoàn toàn chấp nhận  Kết nghiên cứu cho thấy, tỉ lệ nước đóng băng không phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian lạnh đông, hệ số tỏa nhiệt môi trường (tùy thuộc vào tủ cấp đông gió, cấp đông tiếp xúc, cấp đông nhanh) mà phụ thuộc vào bề dày, tính chất nhiệt – vật lý vật liệu, điều thể qua mô hình toán (3.25)  Với kết thực nghiệm tính toán bảng 4.7, 4.8 cho phép xác định nhiệt độ lạnh đông tối ưu  Kết nghiên cứu cho thấy, phấn ong lạnh đông nhiệt độ môi trường T0 = -450C, nhiệt độ thời gian lạnh đông tối ưu vật liệu ẩm Te[0C] xác định, xem bảng 4.10 Bảng 4.10 Nhiệt độ lạnh đông tối ƣu nƣớc đóng băng hoàn toàn Nhiệt độ vật liệu sấy [Te] Thời gian  [h] -29.1 3.48 Tỉ lệ nƣớc đóng băng trung bình theo nhiệt độ,   T  100% hay  Việc xác định nhiệt độ thời gian lạnh đông tối ưu, làm sở cho việc xác lập chế độ công nghệ giai đoạn 1, giai đoạn lạnh đông điều kiện sấy thăng hoa nói riêng, quy trình chế biến lạnh đông nói chung  Một vấn đề cần nói đây, ta thực trình lạnh đông HTL cấp đông nhanh IQF lúc nhiệt độ môi trường làm lạnh đông âm sâu T0 = (-70 ÷ 60)0C, hệ số tỏa nhiệt thay đổi, độ biến thiên nhiệt độ theo thời gian xảy nhanh, có nghĩa: Tf, Tc giảm nhanh, Te = 0,5.(Tf + Tc) giảm nhanh theo thời gian lạnh đông Vì làm cho đường parabol  = f(T) = a1T2 + b1T + c1 có độ dốc hơn, hệ số a1 tăng, T0 giảm, tỉ lệ nước đóng băng gần không thay đổi, [9]  Từ kết nghiên cứu cung cấp cho nhà kỹ thuật – công nghệ phương pháp tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị đo tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông vật liệu ẩm mà thị trường chưa có đóng góp phần phát triển cho ngành phân tích, đồng thời giúp cho việc tính toán thiết kế, chế tạo hệ thống lạnh làm lạnh đông sản phẩm hệ thống sấy thăng hoa cách tính xác hơn, giúp cho việc xác định chế độ công nghệ sấy thăng hoa dễ dàng  Hiện nay, nhà máy, xí nghiệp chế biến lạnh đông thực phẩm thông thường lạnh đông nhiệt độ (-45 ÷ -30)0C tuỳ theo loại sản phẩm, sau lấy mẫu kiểm tra vi sinh, thấy vi sinh bị giết chết khả sinh trưởng phát triển đạt, [9], [10] lạnh đông đến nhiệt độ tối ưu Vì việc nghiên cứu đưa phương pháp xác định tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông giải pháp mặt công nghệ thiết thực, qua xác định nhiệt độ lạnh đông tối ưu, nước tự đóng băng hoàn toàn vi sinh vật môi trường sống bị giết chết GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 44 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong III XÁC ĐỊNH ĐƢỜNG CONG SẤY VÀ THỜI GIAN SẤY THĂNG HOA III.1 Xác định tính chất nhiệt vật lý Trước dùng mô hình toán (3.51) (3.52) để xác định đường cong sấy thăng hoa (độ biến thiên hàm ẩm trình sấy thăng hoa), phải xác định thông số nhiệt vật lý quan trọng vật liệu ẩm (phấn ong), sau thay vào phương trình đặc trưng (3.46) tìm nghiệm phương trình đặc trưng Từ kết thực nghiệm tổng hợp lại cho bảng 4.11 Bảng 4.11 Các thông số nhiệt vật lý Ký hiệu Wa Giá trị Thông số 0.315 Độ ẩm ban đầu vật liệu -1.15 Nhiệt độ kết tinh ẩm vật liệu 35 Nhiệt độ nguồn xạ -18 Nhiệt độ thăng hoa 2843.488 Ẩn nhiệt thăng hoa ẩm rhh[kJkg ] 2471.326 Ẩn nhiệt hóa ẩm R [m] 0.006 Nửa bề dày vật liệu sấy Tkt [ C] Tf [ C] Tth[ C] rth [kJkg-1] -1 -1 -4 a [m s ] 4.43.10 Hệ số dẫn nhiệt độ  [kg/m ] 371.5 Khối lượng riêng vật liệu ẩm [W/(mK)] 0.36436 Hệ số dẫn nhiệt Bi 0.02 Chuẩn số Bio III.2 Xác định nghiệm phƣơng trình đặc trƣng Tìm nghiệm phương trình đặc trưng (3.46) Khi (4.4) giải phương trình ta thấy ứng với giá trị Bi có vô số nghiệm  , giải phương pháp đồ thị đặt y1  cot g ; y2   Bi y2   0.02 (4.5) (4.6) Vẽ đồ thị phương trình (4.6) đồ thị xem hình 4.2 (4.4) 10 y1  cot g y2   Bi Series1  -2     Series3 10 12 14 Series4 Series5 -6 45 Series2 4 3 2 -4 Từ đó, xác định nghiệm -8 phương trình (4.6): µ = 0.142; 3.147946; -10 6.286367 GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng  Bi Với: Bi = 0.02 bảng 4.11, phương trình (4.5) tương đương với: y1  cot g ;  cot g     Hình 4.2 Nghiệm phƣơng trình (4.6) Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong Bảng 4.12 Nghiệm phƣơng trình đặc trƣng phƣơng trình (3.46) µ1 0.142 µ2 3.147946 µ2 6.286367 III.3 Tính toán xác định đƣờng cong sấy thăng hoa Sau xác định nghiệm phương trình đặc trưng (3.46) bảng 4.12, thay số liệu từ bảng 4.11 4.12 vào mô hình toán (3.51) (3.52) xác định đường cong sấy thăng hoa Kết tính toán phần mềm Microsoft Excell cho bảng 4.13 hình 4.3 mô tả đường cong sấy Bảng 4.13 Số liệu tính toán độ biến thiên hàm ẩm theo thời gian sấy Thời gian, [h] 0.2533 0.4961 0.7495 1.0028 1.235 1.4883 1.7311 1.9638 2.2167 2.4489 2.6989 2.9489 3.1989 3.4489 3.6989 3.9489 Độ ẩm, W Thời gian, [h] 0.315 4.1989 0.299928 4.4489 0.285678 4.6989 0.27233 4.9489 0.2598 5.1989 0.248985 5.4489 0.237877 5.6989 0.22787 5.9489 0.21882 6.1989 0.209564 6.4489 0.1989 6.6989 0.181247 6.9489 0.166366 7.1989 0.158118 7.4489 0.150366 7.6989 0.143081 7.9489 0.136233 8.1989 Độ ẩm, W Thời gian, [h] 0.129798 8.4489 0.123749 8.6989 0.118065 8.9489 0.112722 9.1989 0.107701 9.4489 0.102981 9.6989 0.098546 9.9489 0.094377 10.1989 0.090459 10.4489 0.086777 10.6989 0.083369 10.9489 0.080063 11.1989 0.077006 11.4489 0.074133 11.6989 0.071433 11.9489 0.068895 12.1989 0.066509 12.4489 12.6989 Độ ẩm, W 0.064267 0.062161 0.060174 0.058319 0.05657 0.054926 0.053381 0.051929 0.050564 0.049281 0.0485 0.0483 0.0481 0.0481 0.048 0.047 0.046 0.0456 Từ kết tính toán bảng 4.13, mô độ biến thiên hàm ẩm vật liệu ẩm phấn ong đồ thị nhận kết hình 4.3 Hình 4.3 Đồ thị đƣờng cong sấy thăng hoa phấn ong GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 46 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong III.4 Xác định thời gian sấy giai đoạn sấy thăng hoa sấy chân không Khi sấy nhiệt độ xạ Tf = 350C, thời gian sấy xác định qua hai giai đoạn sau:  Ở giai đoạn sấy thăng hoa: kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa nhiệt độ vật liệu sấy bắt đầu vượt qua nhiệt độ kết tinh Tkt = -1.150C Từ phương trình (3.50) xác định thời gian sấy thăng hoa th=2.7[h] Khi độ ẩm vật liệu kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa xác định từ phương trình (3.48) Wth= 0.1934  Ở giai đoạn sấy chân không: kết thúc giai đoạn sấy chân không độ ẩm cuối đạt độ ẩm yêu cầu Wyc= 0.05 Thay vào phương trình (3.49) xác định thời gian sấy chân không ck= 10.69[h] Tổng thời gian trình sấy  = th+ ck=13.39[h] Thời gian trình sấy xác định hoàn toàn phù hợp với thực tế Tuy nhiên, sử dụng máy sấy thăng hoa DS-3 có cấp nhiệt trở nhiệt xạ nên thời gian rút ngắn xuống (11-13)[h] tùy theo độ ẩm yêu cầu Điều tiết kiệm chi phí, làm tăng hiệu kinh tế III.5 Thảo luận  Đường cong sấy thăng hoa tính toán từ mô hình thực nghiệm hình 4.3 xác định điều kiện áp suất buồng thăng hoa Pth = 0.01 mmHg, nhiên áp suất Pth thay đổi dẫn đến nhiệt độ bề mặt VLA t(R, h, ) thay đổi, hệ số tỏa nhiệt xạ bx [Wm-2K-1] thay đổi, chuẩn số Bio nghiệm phương trình đặc trưng (3.46) n, thay đổi theo, cuối dẫn đến đường cong sấy thay đổi, vấn đề phải có nghiên cứu riêng Ở đề tài sấy nghiên cứu áp suất cố định không đổi  Kết nghiên cứu hình 4.3 phù hợp với thực tế, trường hợp rút ngắn thời gian sấy thăng hoa từ 18h xuống 13.39h, lý sấy cấp nhiệt trở nhiệt xạ Truyền nhiệt môi trường thăng hoa truyền nhiệt theo phương thức dẫn truyền đối lưu kém, truyền nhiệt theo phương thức xạ nhiệt chủ yếu Chính vậy, làm tăng khả truyền nhiệt, tiết kiệm lượng, giảm chi phí sản xuất  Đáng khả bốc ẩm nhanh yếu tố ảnh hưởng đến trình truyền nhiệt tách ẩm, tính chất nhiệt vật lý đóng vai trò chủ đạo Chẳng hạn như: tính toán thực nghiệm xem ẩm vật liệu ẩm ẩm nguyên chất, thực tế, ẩm vật liệu sấy ẩm dạng dung dịch nên làm cho ẩn nhiệt thăng hoa ẩn nhiệt hóa thay đổi, điểm kết tinh phụ thuộc vào nồng độ ẩm thay đổi theo, ảnh hưởng đến trình khuếch tán nội khuếch tán ngoại ẩm vật liệu thực trình sấy  Một điều đáng ý đường cong sấy thăng hoa hình 4.3 tính toán từ mô hình (3.46): thời điểm cuối giai đoạn sấy thăng hoa đầu giai đoạn sấy chân có bước nhảy do: nhiệt độ VLA vượt qua nhiệt độ kết tinh nên ẩm bên VLA thăng hoa không hết không tồn pha rắn mà chuyển hết sang pha lỏng, chế thăng hoa chế bay khác nhau, ẩn nhiệt thăng hoa rth[kJ/kg] ẩn nhiệt hóa ẩm khác nhau, tốc độ bốc cuối giai đoạn thăng hoa bão hòa, tốc độ bốc đầu giai đoạn thăng hoa lớn nhiều Do tính toán tạo bước nhảy Tuy nhiên đường cong STH thực nghiệm bước nhảy rõ ràng: nguyên nhân kết thúc giai đoạn STH hàm ẩm lại VLA tốc độ hóa ẩm đầu giai đoạn không lớn xảy khuếch tán nội GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 47 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong IV XÁC LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẤY THĂNG HOA PHẤN ONG IV.1 Sơ đồ quy trình công nghệ Từ kết thực nghiệm tính toán cho phép xác định quy trình công nghệ sấy thăng hoa phấn ong xem hình 4.4 Phấn ong Tạo hình phẳng Xếp khuôn Cấp đông Sấy thăng hoa Sấy chân không Bao gói Sản phẩm Hình 4.4 Sơ đồ quy trình công nghệ sấy thăng hoa phấn ong IV.2 Thuyết minh quy trình  Nguyên liệu phấn ong Phấn ong thu mua phải đạt tiêu chuẩn yêu cầu: không bị chua, mốc, tạp chất… Vì phấn ong nguyên liệu dễ bị hư hỏng nên không sấy phải bảo quản lạnh thời gian lưu giữ tủ lạnh không ngày  Tạo hình phấn ong Phấn ong trước sấy tạo hình thành dẹp có kích thước: (60x20x12)mm  Xếp khuôn Phấn ong nên xếp lớp khuôn, không xếp sát để làm tăng trình truyền nhiệt truyền ẩm trình sấy  Cấp đông GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 48 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong Cho khuôn mang nguyên liệu vào buồng lạnh đông buồng sấy thăng hoa để cấp đông nguyên liệu trước sấy thăng hoa Từ kết nghiên cứu nhiệt độ cấp đông phấn ong giai đoạn lạnh đông tối ưu là: -29.1 [0C] Ở khoảng nhiệt độ này, tỉ lệ nước đóng băng phấn ong đóng băng hết hoàn toàn: 100 [%], thời gian cấp đông cho vật liệu sấy: 3.48 [h]  Sấy thăng hoa Sau giai đoạn cấp đông chuyển qua sấy thăng hoa Trong giai đoạn này, lượng nước kết tinh vật liệu ẩm giai đoạn lạnh đông chuyển sang pha thoát khỏi nguyên liệu nhờ áp suất chân không (0.008 – 0.1)mmHg chênh lệch nhiệt độ vật liệu sấy môi trường sấy Kết thúc giai đoạn sấy thăng hoa nhiệt độ vật liệu sấy Te vượt qua nhiệt độ kết tinh nước nguyên liệu Tkt = -1.150C Lượng ẩm lại vật liệu sấy 19.32% Thời gian sấy thăng hoa: 2.7[h]  Sấy chân không Sự chênh lệch nhiệt độ môi trường sấy vật liệu sấy giảm áp suất không đổi làm tốc độ sấy giảm Kết thúc sấy chân không độ ẩm vật liệu đạt độ ẩm yêu cầu 5% Thời gian sấy chân không 10.69 [h]  Bao gói Sản phẩm phấn ong sấy thăng hoa có độ ẩm thấp, dễ bị hút ẩm trở lại Vì vậy, nên ghép mí chân không, sau bao gói sản phẩm bao PE bảo quản nhiệt độ phòng (tp = 25 [0C]) Xem hình 4.5 sản phẩm phấn ong sau sấy thăng hoa Hình 4.5 Phấn ong sấy thăng hoa GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 49 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong Chƣơng KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ I KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài “nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong” với đối tượng nghiên cứu ứng dụng sấy thăng hoa việc bảo quản phấn ong, từ mục tiêu nhiệm vụ đề ra, nhóm đưa quy trình công nghệ sấy thăng hoa phấn ong thích hợp  Đề tài giải số vấn đề:  Xác định thông số nhiệt vật lý quan trọng cần thiết cho trình nghiên cứu lĩnh vực truyền nhiệt nói chung sấy thăng hoa nói riêng  Nghiên cứu xác định tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông mô hình toán xác định tỉ lệ nước đóng băng nhiệt độ lạnh đông tối ưu, kiểm chứng hệ thống sấy thăng hoa DS-3  Xây dựng mô hình toán truyền nhiệt – tách ẩm điều kiện sấy thăng hoa, đưa thời gian sấy tối ưu  Bên cạnh đó, thời gian thực đề tài ngắn, kiến thức hạn chế việc thu mua phấn ong gặp nhiều khó khăn nên đề tài số vấn đề sau:  Nguồn nguyên liệu theo thời vụ, nên hạn chế trình sản xuất  Chưa đưa sản phẩm hoàn thiện để bán thị trường II ĐỀ NGHỊ Qua việc nghiên cứu thực đề tài này, nhóm nghiên cứu kiến nghị với ban lãnh đạo Nhà Trường (ĐHSPKT Tp.HCM) số vấn đề sau:  Thời gian thực cho đề tài nghiên cứu ít, nên kéo dài thêm thời gian để đề tài nghiên cứu hoàn thiện  Kinh phí thực đề tài cần tăng thêm kinh phí để đề tài nghiên cứu có kết tốt  Cần trang bị thêm cho phòng thí nghiệm khoa CNHH&TP thiết bị phân tích đại, để có điều kiện thực đề tài GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 50 Nghiên cứu quy trình công nghệ sấy phấn ong TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đức Ba - Đặng Quang Hiếu, Sản phẩm từ ong mật, NXB Tổng hợp Tp.HCM, 2004 [2] Tạ Thành Cấu, Kỹ thuật nuôi khai thác ong mật, NXB TpHCM, 1986 [3] RémyChawin chủ biên, Hồ Sỹ Phấn dịch, Sinh học ong mật tập 1, NXB KHKT, 1978 [4] Nguyễn Tấn Dũng – Trần Đức Ba, Công nghệ lạnh tập 1, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2007 [5] Đặng Hạnh Khôi, Sơ chế bảo quản sản phẩm ong, NXB Nông Nghiệp, 1984 [6] Nguyễn Quang Tấn, Quy trình nuôi ong mật, Đại học Nông Lâm,1992 [7] KS Ngô Đắc Thắng, Con ong kỹ thuật nuôi ong nội địa, NXB Nghệ An, 2003 [8] Trần Tuấn – Nguyễn Hữu Chí, Kỹ thuật sấy thăng hoa, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2004 [9] Nguyễn Tấn Dũng – Trịnh Văn Dũng – Trần Đức Ba, Nghiên cứu xác định tỉ lệ nƣớc đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông, tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, ĐHQG số 9/11, năm 2008 [10] Nguyễn Tấn Dũng – Trịnh Văn Dũng – Trần Đức Ba, Nghiên cứu thiết lập giải mô hình toán truyền nhiệt tách ẩm đồng thời điều kiện sấy thăng hoa, tạp chí phát triển Khoa học Công nghệ, ĐHQG số 8/12, 2009 [11] Nguyễn Tấn Dũng, Nghiên cứu tính toán thiết kế - chế tạo hệ thống sấy thăng hoa công nghiệp DS-3 phục vụ cho sản xuất loại thực phẩm cao cấp, đề tài NCKH cấp MS: B2006-22-08, 2008 [12] Phạm Văn Hưng, Nghiên cứu ứng dụng sấy thăng hoa bảo quản tôm bạc, luận văn thạc sĩ - ĐH Bách Khoa, 2008 [13] Cao Trung Hiệp – Dương Thị Thảo, Tính toán - thiết kế mô hình máy sấy phấn hoa suất 50kg/ mẻ, Luận văn tốt nghiệp – ĐH Nông Lâm, 2009 [14] Bogdanov, Quanlity and standards of pollen and beewax, www.apimodia.org/ apiacta, 2003 [15] Dr Joseph Mercola, The use of bee pollen as a superfood, www.shirleys-wellnesscafe.com/bee.htm [16] Bee products - pollen propolis and royal telly, www.vitaminexpress.com GVHD: Ths Nguyễn Tấn Dũng 51 S K L 0