Kỹ thuật sấy rau quả

KỸ THUẬT SẤY RAU QUẢ A. Tổng quan: 1. Định nghĩa: Sấy rau quả là quá trình tách ẩm nhờ sử dụng nhiệt năng, loại bỏ phần lớn ẩm trong rau quả. Quá trình sấy không chỉ là quá trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu một cách đơn thuần mà là một quá trình công nghệ. Nó đòi hỏi sau khi sấy vật liệu phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn ít năng lượng và chi phí vận hành thấp. 2. Mục đích của sấy rau quả: Giúp bảo quản sản phẩm một cách hiệu quả. Thuận tiện cho quá trình vận chuyển, bao gói. Đa dạng hóa sản phẩm, nâng cao chất lượng một số sản phẩm. Hạn chế tổn thất sau thu hoạch. Sử dụng thuận tiện. Nhược điểm của rau quả sấy: Các loại rau quả đều phải qua xử lý hóa chất trước khi sấy, một số sản phẩm còn sử dụng màu thực phẩm hoặc hương liệu công nghiệp, về lâu dài không có lợi cho sức khỏe. Rau quả sấy khô có thể chứa sulfur dioxide gây ra cơn suyễn, dị ứng ở người nhạy cảm. Lượng đường cao, nhiều acid trong hoa quả sấy khô có thể gây nóng và sâu răng ở trẻ nhỏ nếu ăn quá đà. Thêm nữa, nếu thành phẩm ban đầu không tươi không được lựa chọn, sơ chế kỹ thì nguy cơ nhiễm khuẩn, ẩm, mốc sau chế biến rất cao. 3. Đặc điểm của nguyên liệu: a. Thành phần của rau quả: Nước: hàm lượng nước rất cao, thường chiếm từ 85-95%. Chất khô: 5-15%, chủ yếu là gluxit, các vitamin, sắc tố, các khoáng chất… Các chất khác: tùy thuộc vào từng loại rau quả mà co thành phần các chất khác nhau. b. Các quá trình xảy ra đối với rau quả: Những tổn thương cơ giới: rau quả có thể bị tổn thương trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ… Các quá trình vật lý: Sự bay hơi: mức độ bay hơi tùy thuộc vào từng loại rau quả, mức độ chín, nhiệt độ, bảo quản… Sự giảm khối lượng tự nhiên: do bay hơi nước, hô hấp làm giảm hàm lượng hợp chất hữu cơ, mức độ phụ thuộc vào loại rau quả, điều kiện bảo quản… Sinh nhiệt: do quá trình hô hấp rau quả chỉ sử dụng khoảng 1/3 năng lượng, 2/3 năng lượng thải ra môi trường dưới dạng nhiệt. Các quá trình xảy ra đối với rau quả trong khi sấy: Các quá trình sinh hóa: xảy ra hàng loạt các phản ứng sinh hóa làm biến đổi các thành phần như gluxit, các vitamin, các chất màu, polyphenol… Các quá trình sinh lý: chủ yếu là quá trình hô hấp. 4. Quy trình sấy rau quả: Sơ đồ quy trình: 5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả sấy: a. Chần, hấp: trước khi sấy, chần rau quả trong nước nóng hoặc hấp bằng hơi nước nhằm bảo vệ phẩm chất của sản phẩm và rút ngắn thời gian sấy. Chần nhằm mục đích biến đổi hóa lý có lợi cho sự thoát ẩm khi sấy, tiêu diệt vi sinh vật, vô hoạt enzyme, đặc biệt là peroxidaza. b. Xử lý hóa chất: để ngăn ngừa quá trình oxy hóa xảy ra trong quá trình sấy, người ta sử dụng các hóa chất như: Axit Citric: Kiềm hãm sự biến màu không do enzyme. Axit sunfurơ và các muối natri của nó: có tác dụng làm chậm các phản ứng sẫm màu do enzyme, ngăn ngừa sự tạo thành melanoidin và ổn định vitamin C. Chất tạo nhũ tương: ứng dụng trong kĩ thuật sấy màng, tăng chất lượng sản phẩm sấy. CaCl2: làm chậm phản ứng sẫm màu, hiện tượng nhũn rau quả, tăng tốc độ hồi nguyên và độ cứng rau quả. c. Các thông số kĩ thuật: Nhiệt độ sấy: nhiệt độ cao, sản phẩm bị sẫm màu do đường bị caramen hóa và có thể làm cháy nguyên liệu. Tùy theo từng loại nguyên liệu nhưng yêu cầu nhiệt độ không quá 80-900C. Đối với rau quả không chần, sấy ban đầu có thể đưa lên trên 1000C để diệt enzyme. Tốc độ tăng nhiệt phải hợp lý, nếu tăng nhanh làm rắn bề mặt rau quả, nếu chậm thì cường độ thoát ẩm yếu. Độ ẩm không khí: Sấy là biện pháp tăng khả năng hút ẩm của không khí bằng cách tăng nhiệt nhiệt độ. Độ ẩm của không khí quá thấp sẽ làm nứt rau quả hoặc tạo ra lớp vỏ khô trên bề mặt. Nếu độ ẩm quá cao sẽ làm giảm tốc độ sấy. Nếu không khí đi ra có độ ẩm quá thấp thì sẽ tốn năng lượng, ngược lại, nếu quá cao sẽ dễ bị đọng sương, làm hư hỏng sản phẩm. Lưu thông của không khí: trong quá trình sấy, không khí có thể lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức. Trong các lò sấy, không khí lưu thông tự nhiên với tốc độ nhỏ (<0.4 m/s) nên thời gian sấy thường kéo dài, làm chất lượng sản phẩm sấy không cao. Do đó, người ta thường dùng quạt để thông gió cưỡng bức với tốc độ trong khoảng 0,4-4,0 m/s trong các thiết bị sấy. Tốc độ sấy không nên quá lớn vì sẽ gây tổn thất nhiệt. Độ dày của lớp sấy: Lớp nguyên liệu càng mỏng thì quá trình sấy càng nhanh và đồng đều. Nếu quá mỏng thì sẽ làm giảm năng suất của lò sấy, nếu quá dày thì sản phẩm sẽ bị đọng hơi ẩm. Thông thường nên xếp rau quả trên các khây sấy với khối lượng từ 5-8 kg/m2 là phù hợp. Đóng gói: dạng vật liệu thường dùng để bảo vệ rau quả khô là giấy cactông và chất dẻo ( PE, PVC, …). 6. Ảnh hưởng của sấy đến chất lượng sản phẩm: Cấu trúc: Tốc độ sấy và nhiệt độ sấy ảnh hưởng lớn đến cấu trúc, có thể gây ra hiện tượng cứng vỏ, ẩm không đều. Nguyên nhân là do sự hồ hóa tinh bột, kết tinh xenluloza, hình thành sức căng bên trong do chênh lệch ẩm. Mùi vị: Nhiệt làm thất thoát các thành phần dễ bay hơi ra khỏi sản phẩm vì vậy phần lớn các sản phẩm sấy bị giảm mùi vị. Mức độ thất thoát phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm của sản phẩm, áp suất hơi nước và độ hòa tan của bay hơi. Có thể hạn chế những thay đổi này bằng cách: Bao gói trong môi trường chân không hoặc khí trơ. Bảo quản ở nhiệt độ thấp, tránh ánh sáng. Sử dụng các chất chống oxy hóa. Sử dụng SO2, axit ascorbit và axit citric để ngăn ngừa thay đổi mùi vị. Bổ sung enzyme hoặc kích hoạt các enzyme tự nhiên có sẵn để tạo ra mùi vị từ các tiền chất có sẵn trong sản phẩm. Màu sắc: Nguyên nhân: do thay đổi đặc trưng bề mặt của sản phẩm gây ra thay đổi độ phản xạ ánh sáng và màu sắc. Nhiệt và sự oxy hóa trong quá trình sấy gây ra những thay đổi hóa học đối với carotenoit và clorophyl, cũng như hoạt động của enzyme polyphenoloxydaza gây ra sẩm màu trong quá trình bảo quản các sản phẩm rau quả. Ngăn ngừa: chần, hấp, xử lý axit ascorbit hoặc SO2. Giá trị dinh dưỡng: mức độ tổn thất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguyên liệu, phương pháp sấy. Nguyên nhân: do nhiệt độ sấy quá cao, kéo dài, nước bay hơi kéo theo các chất khác, do oxy hóa chất béo… Ngăn ngừa: tùy thuộc vào từng loại sản phẩm chọn phương pháp sấy cho phù hợp. Ảnh hưởng đến sự hồi nguyên sản phẩm: Sản phẩm sau khi sấy không thể trở lại trạng thái ban đầu. Do các quá trình lý hóa, hóa sinh đều là các quá trình bất thuận nghịch. Tốc độ thấm nước trở lại là chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm sấy. Bảng 6.1: tóm tắt các ảnh hưởng của quá trình chế biến đối với thực phẩm B. Một số phương pháp sấy rau quả: I. Sấy nóng: dùng không khí nóng để làm khô rau quả. Đó là quá trình khuyếch tán nước từ các lớp bên ngoài ra bề mặt, và nước từ bề mặt sản phẩm bốc hơi ra môi trường xung quanh. 1. Hệ thống sấy tiếp xúc: Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng. Như vậy trong hệ thống sấy tiếp xúc, người ta tạo ra độ chênh lệch áp suất nhờ tăng phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy. Hệ thống sấy tiếp xúc gồm: hệ thống sấy lô, hệ thống sấy tang… 2. Sấy đối lưu: Trong công nghiệp thường sấy rau quả bằng lò sấy đường hầm. Phương pháp này có ưu việt giải quyết được sản lượng lớn với quạt gió cưỡng bức, làm tốc độ bay hơi nhanh, nhiệt độ đúng yêu cầu. Phương pháp: - Thực hiện liên tục hoặc theo mẻ. - Không khí sấy có thể chuyển động cùng chiều, ngược chiều , hoặc cắt ngang dòng sản phẩm. Thiết bị: - Buồng sấy. - Băng chuyền. - Lò sấy. - Hầm sấy. - Máy sáy phun… Ưu điểm : +Sấy nhanh, sản xuất liên tục ở quy mô lớn, chi phí nhân công thấp, vận hành và bảo dưỡng tương đối đơn giản . +Sản phẩm ít bị hư hại. +Nhiệt độ vật liệu sấy thấp, sản phẩm dạng bột nhỏ không cần phải nghiền. Nhược điểm: +Chi phí đầu tư cao, yêu cầu độ ẩm ban đầu cao để đảm bảo nguyên liệu có thể bơm đến thiệt bị tạo giọt lỏng. +Chi phí năng lượng cao. +Kích thước phòng sấy tương đối lớn, cơ cấu phun phức tạp. 3. Sấy hống ngoại ( phơi nắng ): có ưu điểm tiết kiệm chất đốt, tận dụng năng lượng mặt trời, nhưng làm giảm tới 80% vitaminC và caroten, thời gian làm khô kéo dài, phẩm chất mầu kém hơn, gặp trời mưa sản phẩm dễ bị mốc. Ngoài ra phơi nắng còn đòi hỏi nhiều diện tích, khó giải quyết được sản lượng lớn. Về mùa củ cải, thời tiết hanh khô có thể phơi nhiều được.  Ưu điểm của phương pháp sấy nóng: + Thời gian sấy bằng các phương pháp sấy nóng ngắn hơn so với phương pháp sấy lạnh. + Năng suất cao và chi phí ban đầu thấp. + Nguồn năng lượng sử dụng cho phương pháp sấy nóng có thể là khói thải, hơi nước nóng, hay các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá, rác thải,... cho đến điện năng. + Thời gian làm việc của hệ thống cũng rất cao. Nhược điểm + Chỉ sấy được các vật sấy không cần có các yêu cầu đặc biệt về nhiệt độ. + Sản phẩm sấy thường hay bị biến màu và chất lượng không cao. II. Sấy lạnh: là làm lạnh đông rau quả ở nhiệt độ - 200C, nước trong rau quả bị đóng băng thành nước đá ở thể rắn, sau đó làm cho nước từ thể rắn chuyển sang thể hơi, bị bay hơi không qua trạng thái lỏng. Phương pháp này gọi là sấy thăng hoa. Thực hiện: giảm độ ẩm tương đối trong không khí để tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa hơi nước trong không khí và hơi nước trong nguyên liệu. Khi đó độ ẩm sẽ tách ra khỏi vật liệu, và đi vào không khí. + Sấy chân không :sấy được vật liệu không chịu được nhiệt độ cao hay dễ bị oxy hoá, vật liệu dễ bị bụi hay vật liệu thoát ra dung môi quý cần thu hồi và vật liệu dễ nổ. + Sấy thăng hoa: áp suất được hạ xuống (khoảng một vài milibar) và được cung cấp đủ nhiệt để nước thăng hoa khỏi vật liệu. Trong giai đoạn sấy ban đầu, khoảng 95% nước trong vật liệu được thăng hoa. Giai đoạn này có thể được làm chậm (có thể vài ngày trong ngành công nghiệp) bởi vì nếu nhiệt độ quá cao sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc của vật liệu. III. Một số loại máy sấy: 1 . Máy sấy phun Mục đích: Nhằm cung cấp nhiệt để làm bốc hơi nhanh lượng nước trong dung dịch sau phối  trộn, tạo ra sản phẩm dạng bột mịn (không cần nghiền) với độ hút ẩm thấp, bảo quản được lâu. Các yếu tố ảnh hưởng quá trình sấy: - Độ khô  dung dịch trước sấy phun (%) - Nhiệt độ đầu vào của  không khí (oC). - Nhiệt độ đầu ra của không khí (oC) - Áp suất khí nén làm quay đĩa phun (bar) - Tốc độ bơm nhu động nhập liệu (v/ph) Ưu điểm: sấy nhanh,liên tục,quy mô lớn, vận hành bảo dưỡng đơn giản. Nhược điểm: Chi phí cao, nguyên liệu đầu vào phải có độ ẩm cao để thiết bị tạo giọt lỏng do đó chi phí năng lượng cao. * Nguyên tắc sấy Một hệ phân tán mịn của nguyên liệu đã được cô đặc trước (40-60 % ẩm) được phun để hình thành những giọt mịn, rơi vào trong dòng khí nóng cùng chiều hoặc ngược chiều ở nhiệt độ 150-300 oC trong một buồng sấy lớn. * Cấu tạo của máy Các kiểu vòi phun sau được sử dụng : - Vòi phun ly tâm : chất lỏng được nạp vào giữa tâm của chén hoặc đĩa quay có vận tốc ngoại vi 90-200 ms-1. Các giọt lỏng đường kính 50-60 μm được bắn xuống từ mép rìa tạo thành lớp giọt lỏng đều. - Vòi phun áp suất : chất lỏng bị cưỡng bức dưới áp suất cao (700-2000 kPa) qua một kẽ hỡ nhỏ tạo nên những giọt lỏng có kích thước 180-250 μm. - Vòi phun khí động : không khí được sử dụng để phun dung dịch. Trước hết không khí qua ống phun tăng tốc độ rồi thổi ra miệng phun, chất lỏng được đưa đến miệng vòi bằng bơm. Không khí có tốc độ cao sẽ thổi dung dịch văng ra thành hạt nhỏ. Vòi phun lỗ dễ bị nghẹt bởi các hạt nguyên liệu và nguyên liệu cũng mài mòn dần dần các khe lỗ làm rộng lỗ ra do đó tăng kích thước trung bình của các giọt lỏng. Quá trình sấy xảy ra nhanh (1-10 giây) do diện tích bề mặt của những giọt lỏng rất lớn. Tốc độ nạp liệu được kiểm soát sao cho nhiệt độ không khí ra 90-100 oC, tương ứng với nhiệt độ bầu ướt (và nhiệt độ sản phẩm) 40-50 oC để sản phẩm ít bị hư hại. Bột khô thu được ở đáy thiết bị sấy và được lấy đi bằng vít tải. Có nhiều kiểu thiết kế khác nhau về vòi phun, buồng sấy, hệ thống đốt nóng không khí và hệ thống thu hồi bột, xuất phát từ yêu cầu của rất nhiều loại nguyên liệu sấy phun khác nhau (ví dụ : sữa, trứng, cà phê, ca cao, chè, khoai tây, hổn hợp kem đá, bột yaourt, pho mát, tác nhân làm trắng cà phê, nước ép trái cây, gia vị đóng gói và tinh bột ngô, lúa mì). Các thiết bị sấy phun cũng có thể được gắn với thiết bị sấy tầng sôi để sấy kết thúc sản phẩm thu được từ buồng sấy. Thiết bị sấy phun khác nhau về kích cỡ từ các thiết kế ở mức độ thí nghiệm để sấy những sản phẩm khối lượng nhỏ, giá trị cao như enzym, gia vị cho đến các thiết kế để sản xuất quy mô lớn dùng trong thương mại với năng suất đến 10.000 kg sữa sấy/giờ. a. Các loại máy sấy phun: Máy sấy phun áp lực cao: Đặc điểm: Có tốc độ sấy nhanh phù hợp với các nguyên liệu nhạy nhiệt Sản phẩm là hạt tròn, kích thước đồng đều, độ trơn chảy tốt, có độ tinh khiết và chất lượng cao Phạm vi ứng dụng rộng rải, tùy theo tính chất nguyên liệu mà ta có sự điều chỉnh chế độ nhiệt khác nhau Vận hành máy đơn giản Ứng dụng: sử dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm, dược phẩm, bột màu… Máy sấy phun sương: Nguyên lý hoạt động : Sau khi qua bộ lọc, không khí được làm sạch và dẫn đến bộ gia nhiệt. Khí nóng thổi vào buồng sấy một cách ổn định và theo kiểu xoáy. Cùng lúc đó, dung dịch nguyên liệu sấy được phun khuyếch tán thành những giọt dung dịch hoặc thành những kích cỡ sương mù siêu nhỏ trong khoảng kích thước 25--60mm. Khi hạt dung dich tiếp xúc với khí nóng trong buồng sấy, phần tử nước sẽ bị bốc hơi và còn lại là những hạt bột khô hoặc hạt cốm Những hạt bột khô này sẽ rơi xuống phần hình nón của buồng sấy và trượt rơi xuống thùng thu bột sản phẩm phía đáy buồng, một lượng nhỏ bột mịn theo luồng khí vào bộ phận tách bụi cyclone. Đặc điểm Nhiệt độ của khí nóng cao hơn, khí nóng sẽ tiếp xúc với các giọt sương dung dịch ngay khi chúng được phun vào buồng sấy. Các giọt dung dịch trong buồng rơi xuống nhanh vì vậy nguyên liệu sấy không bị sấy nóng quá mức. Thiết bị sấy này phù hợp cho sấy khô các loại sản phẩm nguyên liệu dễ hỏng. Nhiệt độ của sản phẩm khi ra thấp hơn 1 chút so với khí thoát ra ngoài.  Ứng dụng: Thiết bị máy sấy phù hợp cho sấy các loại nguyên liệu như: hóa chất, thực phẩm, dược phẩm….. Những nguyên liệu phù hợp cho sấy như sau: polymer và nhựa thông, chất màu, Gốm, thủy tinh, deruster, Chất diệt nấm, thuốc diệt cỏ, tổng hợp các bon, các sản phẩm bơ sữa, các sản phẩm từ thịt, các sản phẩm từ cá, từ huyết, bột tẩy rửa, xử lý bề mặt, phân bón, các chất hữu cơ và vô cơ….  2. Máy sấy thăng hoa: Nguyên tắc hoạt động Sơ đồ nguyên tắc máy sấy thăng hoa tác động tuần hoàn.Thiết bị này gồm phòng sấy hình trụ kín (nồi thăng hoa) 1,ở trong có giàn ống rỗng 2, vật liệu sấy cho vào đây. Nồi thăng hoa làm việc một cách tuần hoàn như một phòng lạnh. Ở chế độ làm lạnh, bơm 5 đẩy tác nhân lạnh ở bên trong ống rỗng 2. Sự làm lạnh của chất tải nhiệt được tiến hành trong bộ trao đổi nhiệt 3 có đính ruột xoắn, chất làm nguội đi qua đó và vào thiết bị làm lạnh 4. Khi nồi thăng hoa làm việc ở chế độ của máy sấy, chất tải nhiệt được đun nóng trong bộ trao đổi nhiệt 7 và đẩy vào các ống rỗng nhờ bơm 6. Sự ngưng tụ hơi được tạo ra khi sấy trong nồi thăng hoa được tiến hành trong nồi ngưng tụ chống thăng hoa 10. Nó là một bộ trao đổi nhiệt, hỗn hợp hơi – không khí từ nồi thăng hoa vào không gian giữa các ống của bộ trao đổi nhiệt. Chất làm nguội (amoniac, freon) qua các ống 11 của nồi chống thăng hoa vào thiết bị làm lạnh 9. Thường để làm lạnh bề mặt thăng hoa và ngưng tụ, người ta sử dụng máy nén 2 hoặc 3 cấp có khả năng đảm bảo lạnh bề mặt đến nhiệt độ - 600C-400C. Các khí chưa ngưng tụ được tách ra khỏi nồi chống thăng hoa bằng bơm chân không 8. Hơi ngưng tụ được làm lạnh ở dạng lớp đá trên bề mặt các ống lạnh của nồi chống thăng hoa. Vì trong quá trình làm việc của nồi chống thăng hoa, các ống 11 bị phủ bởi một lớp đá đáng kể, nên cần làm tan băng một cách chu kỳ. Để thực hiện điều đó, đẩy nước nóng từ bộ đun 7 vào các ống. Các loại sản phẩm: sấy các loại rau mùi, các loại rau quả có nhiều vitamin C. IV. Phương pháp sấy một số rau quả 1. Khoai tây sấy Khoai tây rửa nước, gọt vỏ,cắt theo yêu cầu. Chần ở 93- 100oC trong 2- 12 phút. Sấy ở 60- 63oC đến khi đạt độ ẩm <8% (10- 14h) 2. Ớt sấy: Chọn ớt chín đều, không sâu bệnh. Sấy ở 73- 75oC đến khi đạt W= 5%. 3. Chuối sấy: Chuối phân theo kích thước và độ chín. Rửa sạch và bóc vỏ. Sunfit hóa: nhúng chuối vào dd SO2 0,2- 1% trong 5- 20 phút. Sấy 1-2 giờ đến khi đạt W= 18- 20% 4. Vải sấy: Sấy cả vỏ ở nhiệt độ 60- 70oC trong 2- 4 giờ đến khi đạt W= 14- 16%. 5. Cà rốt sấy: Cà rốt chọn củ màu đỏ, to, và lõi nhỏ. Chần ở 87- 88oC trong 6- 8 phút. Sunfit hóa: dd SO2 0,2- 1% Thái lát, sấy ở 70- 71oC đến W= 12- 14%.