SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 5
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH SẤY BƠ THÁI LÁT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP VI SÓNG
EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE PROCESS OF DRYING SLICED AVOCADO BY HEAT PUMP DRYING METHOD COMBINED WITH MICROWAVE Cao Văn Duẩn1, Đào Công Quý1, Lê Văn Dũng1, Đặng Phương Đông1, Nguyễn Đức Nam2,* TÓM TẮT
Hiện nay, bơ là loại trái cây mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và dinh
dưỡng, nhưng trái bơ là loại quả rất dễ hỏng nếu không có biện pháp bảo quản
đúng. Vì vậy, nghiên cứu công nghệ sấy bơ bằng phương pháp bơm nhiệt kết hợp
vi sóng để có thể xem xét,
ứng dụng phương pháp này trong thực tiễn. Nghiên cứu
này được thực hiện bằng cách sấy thực nghiệm bơ thái lát có chiều dày 2mm -3mm - 4mm và nhiệt độ sấy ở 35°C - 40°C - 45°C, công suất vi sóng là 300W -
350W
- 400W. Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian
sấy của bơ cũng giảm chỉ còn
khoảng từ 180 -
220 phút. Về màu sắc của bơ sau sấy thì khi chúng ta tăng nhiệt
độ và công suất vi sóng lên thì chỉ số đánh giá màu sắc của bơ ∆E càng lớn và ∆E
trong khoảng từ 13,14 - 18,25. Từ khóa: Sấy bơ, quả bơ, bơm nhiệt kết hợp vi sóng. ABSTRACT
Currently, avocado is a fruit with many economic and nutritional benets, but
avocado is a very perishable fruit if not properly preserved. Therefore, study the
technology of drying avocado by heat pump method combined with microwave
to be able to conside
by experimentally drying sliced avocado with thickness of 2mm - 3mm -
4mm and
drying temperature at 35°C - 40°C - 45°C, microwave power is 300W - 350W -400W. Research results show that the dr
ying time of avocados is also reduced to
about 180 -
220 minutes. Regarding the color of avocado after drying, when we
increase the temperature and microwave power, the color index of avocado ∆E is
larger and ∆E is in the range of 13.14 - 18.25. Keywords:
Drying avocados, avocado, Heat pump drying combined with
microwave. 1Lớp Nhiệt 02 - K14, Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 2Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: namnguyenhic@gmail.com KÝ HIỆU Ký hiệu Đơn vị
Ý nghĩa G g Khối lượng của vật liệu ẩm GT g Tổng khối lượng khay và bơ Gkhay g Khối lượng khay Gk g Khối lượng của vật liệu khô Ga g Khối lượng ẩm của vật liệu Mi Hàm ẩm ở giai đoạn thứ i Gi g Khối lượng bơ ở giai đoạn i X % Tỷ lệ giảm của hàm ẩm Min Hàm ẩm tại giai đoạn thứ in ω % Độ ẩm của vật liệu 1. GIỚI THIỆU Hiện nay, bơ là một trong những cây ăn trái có giá trị kinh tế cao, chứa nhiều dưỡng chất, nhưng những trái bơ thường rất dễ bị hỏng nhanh chóng nếu không có phương pháp bảo quản đúng cách. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu công nghệ để có thể chế biến quả bơ thành như các món ăn, bột bơ,…. Từ đó, có thể nâng cao giá trị, mở rộng thị trường tiêu thụ, giảm thiểu tác động của thời vụ đến những quả bơ. Hiện nay, có rất nhiều công nghệ sấy bơ đã đang được nghiên cứu và ứng dụng như sấy đối lưu ở nhiệt độ thấp, sấy thăng hoa… Nhưng các phương pháp này có nhược điểm là sấy lâu, năng suất thấp. Vì vậy, nghiên cứu ứng dụng của phương pháp sấy bơ bằng phương pháp bơm nhiệt kết hợp vi sóng để có thể đánh giá khả năng ứng dụng của phương pháp sấy này với quả bơ [5]. Phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng là sự kết hợp giữa công nghệ sấy ở nhiệt độ thấp (bơm nhiệt) và kết hợp sử dụng với vi sóng là một trong những giải pháp tăng khả năng ứng dụng của cả hai công nghệ. 2. NỘI DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Nội dung nghiên cứu Tổng quan về phương pháp sấy Phương pháp này là sự kết hợp giữa phương pháp sấy bơm nhiệt và phương pháp sấy vi sóng. Khi kết hợp như vậy sẽ giữ lại và phát huy ưu điểm của từng phương pháp sấy và cũng có thể hạn chế được một số nhược điểm như thời gian sấy lâu (sấy bơm nhiệt) và khó kiểm soát được nhiệt độ (sấy vi sóng). Phương pháp này đồng thời xảy ra hai quá trình: - Quá trình tuần hoàn của môi chất lạnh;
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
6
KHOA H
ỌC
- Quá trình tuần hoàn của tác nhân sấy: Tác nhân sấy được loại bớt ẩm sau khi đi qua thiết bị bay hơi và sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ cài đặt và đi vào buồng sấy và đồng thời có sự gia nhiệt thêm của vi sóng. Làm nóng và bốc hơi ẩm trong vật liệu và đi vào tác nhân sấy. Tác nhân sấy sau đó đi ra buồng sấy và thực hiện lại chu trình. Hình 1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu tiến hành chủ yếu là loại bơ chủng Mexico, bởi đây là loại bơ có lượng chất béo cao và có nhiều giá trị dinh dưỡng, thịt quả thơm ngon so với các chủng khác. Yêu cầu với quả bơ trước khi đem đi sấy: Bơ phải chín đều, nhưng cũng không được chín nhũn bời vì sẽ khó cắt bơ thành các miếng nhỏ để sấy. Chọn bơ vừa chín tới, không sấy bơ còn xanh vì nếu sấy bơ còn xanh sẽ có vị rất đắng. - Để chọn được trái bơ ngon ta cần: + Quan sát phần vỏ quả còn căng bóng + Khi ta tác động nhẹ lên bơ cảm giác thấy hơi mềm, cầm chắc tay, không bị lũn, và ấn nhẹ cuống bơ sẽ thấy hơi mềm. + Chọn trái bơ còn vỏ màu xanh, bóng và lấm tấm điểm vàng. Quy trình sấy Hình 2. Quy trình sấy bơ Để sản phẩm sau sấy có chất lượng cao nhất thì các bước trong quá trình sấy đều rất quan trọng, một bước bất kỳ trong quy trình sấy xảy ra sai sót không đáng có đều có thể khiến mẻ sấy đó bị ảnh hưởng, vì vậy ở mỗi công đoạn cần phải chọn các thông số tối ưu nhất. Để giảm thiểu chất lượng sản phẩm sau sấy bị suy giảm thì bước chọn nguyên vật liệu đầu vào là bước rất quan trọng có thể ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình sấy. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Trong thực tế có rất nhiều các tác nhân có thể ảnh hưởng đến chế độ sấy như: hình dạng, kích thước, tốc độ gió, nhiệt độ không khí, trường nhiệt độ và trường độ ẩm… của tác nhân sấy. Vì vậy, ở nghiên cứu thực nghiệm sẽ thực hiện thí nghiệm với một số điệu kiện chung sau: - Các lần sấy thực nghiệm sẽ thực hiện trên cùng một mô hình và cùng điều kiện nhiệt độ môi trường ở phòng thí nghiệm. - Thử nghiệm ở các nhiệt độ sấy: 35°C - 40°C - 45°C. - Thử nghiệm ở các chiều dày vật liệu sấy: 2mm - 3mm - 4mm. - Thử nghiệm ở các mức công suất vi sóng: 300W - 350W - 400W. - Tốc độ quạt là: 3m/s - Thời gian cân định kỳ: 10 phút/lần - Khối lượng sấy: 100g/mẻ. Xác định độ ẩm của bơ Kết quả sau khi sấy 100g bơ tươi sau 24h còn 14g bơ vậy ta có độ ẩm của bơ là: ω = 
∗ 100% = 
 ∗ 100% = 86% (1) Xác định khối lượng của bơ Ta cân định kỳ 10 phút/lần và ghi lại thời gian sấy. Vì ta cân cả khay và bơ nên ta có: G = GT - GKhay (g) (2) Khối lượng bơ sau khi cân định kỳ (G) thì khối lượng này bao gồm cả khối lượng vật liệu khô và ẩm nên ta có: G = Ga + GKhay (g) (3) Với mỗi mẻ sấy là 100g và ω = 86% ta có: Ga = ω *G= 0,86*100 = 86(g) (4) Gk =100−86 =14 (g) (5) Xác định hàm ẩm của bơ Ta có công thức tổng quan tính hàm ẩm của vật liệu sấy giai đoạn i như sau: Mi = Gi / Gk - 1 (6) Tính tỷ lệ giảm của hàm ẩm tại thời điểm in so với thời điểm i ta có công thức sau: X = 100% − (
∗ 100%) (7) 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Ảnh hưởng của chiều dày lát bơ đến sự biến đổi của hàm ẩm Hình 3, 4, 5 thể hiện ảnh hưởng của chiều dày lát bơ đến sự biến đổi của hàm ẩm trong quá trình sấy bơ ở công suất vi sóng là 300W và với nhiệt độ sấy bơm nhiệt là 35°C - 40°C - 45°C ở các độ dày lát bơ từ 2mm - 3mm - 4 mm.
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 7
Hình 3. Ảnh hưởng của chiều dày lát bơ ở 35°C - 300W Hình 4. Ảnh hưởng của chiều dày lát bơ ở 40°C - 300W Hình 5. Ảnh hưởng của chiều dày lát bơ ở 45°C - 300W Khi độ dày của lát bơ tăng từ 2mm lên 4mm thì đường biến thiên hàm ẩm theo thời gian có có xu hướng dốc bị giảm đi điều này có thể được giải thích là do khi chiều dày của lát bơ tăng thì độ ẩm bên trong lát bơ sẽ mất nhiều thời gian hơn để khuếch tán ra bên ngoài cùng của lát bơ để từ đó có thể đi vào tác nhân sấy và đi ra ngoài khỏi buồng sấy. 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến sự biến đổi hàm ẩm Khi tăng nhiệt độ sấy lên thì tốc độ sấy sẽ tăng nhanh lên khá rõ rệt và hàm ẩm trong vật liệu cũng giảm mạnh hơn từ đó rút ngắn thời gian sấy và khi tăng nhiệt độ sấy lên thì khoảng cách giữa các độ dốc cách xa nhau hơn so với khi tăng chiều dày vật liệu sấy và khi tăng công suất vi sóng điều này chứng tỏ nhiệt độ khi sấy có ảnh hưởng tương đối lớn khi sấy. Hình 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ ở 2mm - 300W Hình 7. Ảnh hưởng của nhiệt độ ở 2mm - 350W Hình 8. Ảnh hưởng của nhiệt độ ở 2mm - 400W Tuy nhiên, bơ là loại nguyên liệu dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, khi sấy ở nhiệt độ càng cao thì làm tăng mạnh vị đắng của bơ và đồng thời các dưỡng chất và các tế bào thịt bơ khi sấy ở nhiệt độ cao rất dễ bị tổn thương gây ra hiện tượng bơ bị thâm đen, biến màu. 3.3. Ảnh hưởng của công suất vi sóng đến sự biến đổi của hàm ẩm Khi tăng công suất vi sóng lên thì tốc độ sấy sẽ giảm đi khá là nhanh và độ dốc của hàm ẩm cũng có xu hướng trở nên dốc hơn. Từ đó, cũng giảm được thời gian sấy đi rất nhiều. Nhưng khi càng tăng công suất vi sóng thì bơ càng biến tính. Vì vậy, khi sấy cần chọn sấy bơ ở mức công suất thích hợp ứng với nhiệt độ phù hợp thì sản phẩm bơ sau quá trình sấy sẽ có màu sắc đẹp và giữ được hương vị tốt.
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
8
KHOA H
ỌC
Hình 9. Ảnh hưởng của công suất vi sóng ở 3mm - 35°C Hình 10. Ảnh hưởng của công suất vi sóng ở 3mm - 40°C Hình 11. Ảnh hưởng của công suất vi sóng ở 3mm - 45°C 3.4. Đánh giá sự biến đổi màu sắc của quả bơ sau khi sấy Phương pháp xác định màu sắc: sử dụng thiết bị đo màu CHN Spec CS -10 để có thể đưa ra các giá trị dưới đây: - L: Biểu thị từ sáng tới tối có giá trị từ 0 ÷ 100. - a: Biểu thị từ màu xanh lá cây đến đỏ có giá trị từ -60 ÷ +60 - b: Biểu thị từ màu vàng đến xanh da trời có giá trị từ - 60 ÷ +60. Vậy ta có: ∆E = (L− L)+ (a− a)+ (b− b) Công thức này cung cấp thông tin quan trọng về độ sai lệch nhận biết giữa mẫu vật liệu tươi và mẫu vật liệu đã được sấy. Khi giá trị ∆E càng cao thì sai lệch với màu mẫu càng lớn. Ở cùng công suất vi sóng nhưng khi tăng nhiệt độ sấy thì độ chênh lệch màu sắc ∆E trở nên lớn hơn và ở cùng một nhiệt độ khi tăng công suất vi sóng lên thì độ chênh lệch màu sắc ∆E cũng lớn hơn. Vậy ta có thể nhận thấy rằng bơ được sấy ở điều kiện nhiệt độ và công suất vi sóng càng thấp thì độ chênh lệch giữa màu sắc bơ sau sấy và màu sắc bơ tươi càng thấp, chứng tỏ màu sắc bơ dải nhiệt độ và công suất thấp thì màu sắc sẽ gần giống mẫu tươi hơn. Hình 12. Ảnh hưởng của công suất vi sóng và nhiệt độ đến sự biến đổi màu sắc bơ Hình 13. Mẫu bơ tươi Hình 14. Mẫu bơ sau khi sấy 4. KẾT LUẬN Như vậy, khi chúng ta tăng nhiệt độ và công suất vi sóng lên thì hàm ẩm của quả bơ giảm xuống nhanh trong khoảng thời gian đầu và ổn định hơn ở những giai đoạn cuối. Từ đó thời gian sấy của quả bơ giảm đi đáng kể khi sấy bằng phương pháp như sấy bơm nhiệt (thường từ 8 tiếng - 12 tiếng [5]). Màu sắc của sản phẩm bơ sau sấy cũng sẽ có sự chênh lệch khi tăng nhiệt độ hoặc công suất vi sóng lên bởi vì bơ dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt nên cần chọn chế độ sấy phù hợp với nhu cầu đề ra. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Văn Phú, 2008. Kỹ thuật sấy. NXB Giáo dục, Hà Nội. [2]. Nguyễn Đức Lợi, 2000. Chu trình máy lạnh và Bơm nhiệt. Tạp chí Khoa học và Công nghệ nhiệt. [3]. Saheeda Mujaffar, Tsai-Ann Dipnarine. 2020. Production of a dried avocado powder, University of the West Indies. [4]. Nguyễn Hoàng Oanh, 2012. Sản xuất bột từ quả bơ. Đại học Nha Trang. [5]. Vũ Hữu Quý. Nghiên cứu đánh giá hệ thống sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng. Báo cáo nghiên cứu khoa học. [6]. https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thongtin-suc-khoe/dinh-duong/gia-tri-dinhduong-tu-qua-bo/