Nghiên cứu quá trình sấy tôm bằng phương pháp sấy chân không vi sóng

Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 4(89)/2018<br /> <br /> NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SẤY TÔM<br /> BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY CHÂN KHÔNG VI SÓNG<br /> Trần Tấn Hậu1, Nguyễn Ngọc Hoàng1,<br /> Đặng Minh Tâm1, Dương Thị Tú Anh1<br /> TÓM TẮT<br /> Nghiên cứu phương pháp chân không - vi sóng để sấy tôm với mức năng lượng vi sóng 300 ÷ 500 W, áp suất chân<br /> không 60 ÷ 120 mbar được chia làm 11 thí nghiệm. Dữ liệu được phân tích từ những giây đầu tiên của quá trình sấy<br /> để xác định được giá trị khuếch tán, đường cong động học quá trình sấy và đánh giá chất lượng thành phẩm. Mô<br /> hình toán học được sử dụng trong nghiên cứu là mô hình Lewis. Kết quả sấy chân không vi sóng ứng với các điều<br /> kiện sấy ở 471 W và 69 mbar cho chất lượng, màu sắc, hình dạng, thời gian sấy ưu việt hơn so với các phương pháp<br /> sấy khác. Hệ số khuếch tán ẩm từ 1,20 ˟ 10-7 đến 9,69 ˟ 10-8 (m2/s), phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng của áp<br /> suất chân không và công suất phát vi sóng đến thời gian sấy của tôm là: t = –8601 + 9379.10-4Pck + 3222.10-4MW –<br /> 38.10-4Pck2 – 6 .10-4Pck.MW – 3.10-4MW2.<br /> Từ khóa: Sấy chân không vi sóng, sấy tôm, sấy chân không<br /> <br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ pháp sấy tiên tiến hơn. Một trong những phương<br /> Tôm được nuôi phổ biến tại Việt Nam, sản lượng pháp được nhắc đến trong nghiên cứu này chính<br /> nuôi trồng năm 2015 đạt 628,2 ngàn tấn với 691,8 là phương pháp sấy bằng công nghệ chân không vi<br /> nghìn ha (Tổng cục Thống kê, 2015). Tôm không sóng (Trần Tấn Hậu, 2014).<br /> những có giá trị kinh tế cao là mặt hàng xuất khẩu<br /> II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> lớn mà còn vì chất lượng. Tôm là loại thực phẩm<br /> có giá trị dinh dưỡng, chứa nhiều chất đạm, các 2.1. Vật liệu nghiên cứu<br /> vitamin và nguyên tố vi lượng, tôm tươi thường Nguyên liệu được chọn làm thí nghiệm trong thí<br /> được sử dụng trong thực đơn gia đình thì tôm khô nghiệm này là tôm sú, có kích cỡ 40 ÷ 50 con/kg,<br /> vẫn là món ăn ưa thích lâu đời của người dùng Việt kích cỡ tương đối đồng đều không bị dị tật, vỏ bóng,<br /> và trên thế giới, do đó cần phải được quan tâm đầu trơn nhằm hạn chế những biến đổi của các yếu tố<br /> bên ngoài ảnh hưởng đến thí nghiệm. Tôm được rửa<br /> tư đúng mức. sạch dưới vòi nước để loại bỏ các tạp chất, bỏ đầu,<br /> Một số công nghệ sấy tôm đã được nghiên cứu và bỏ vỏ và làm sạch. Độ ẩm ban đầu trung bình của<br /> ứng dụng như sấy bằng sấy chân không, sấy lạnh, sấy tôm là 81±1%.<br /> năng lượng mặt trời, sấy thăng hoa đã thể hiện được 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> những ưu điểm nhất định (Nguyễn Văn Lụa, 2014). Thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu là<br /> Tuy nhiên, còn một số hạn chế về màu sắc và chất thiết bị sấy chân không vi sóng mWaveVac0150-lc<br /> lượng dinh dưỡng, thời gian và chi phí năng lượng. (Püschner - Đức) tần số phát vi sóng 2450 MHz, các<br /> Ngoài việc phải giữ cho sản phẩm lâu hư thì việc duy mẫu thí nghiệm được đưa vào bàn quay có loadcell,<br /> trì chất lượng cảm quan cũng như chất dinh dưỡng quá trình sấy chân không vi sóng được thông qua<br /> cũng rất cần thiết, đòi hỏi phải sử dụng một phương màn hình điều khiển PLC.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Máy sấy chân không vi sóng mWaveVac0150-lc<br /> 1<br /> Viện Lúa Đồng bằng sông Cửu Long<br /> <br /> 115<br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 4(89)/2018<br /> <br /> Chọn mẫu thí nghiệm: Tôm sú được chọn ngẫu Trong đó: M: khối lượng riêng, [kg/m3­]; x: khoảng<br /> nhiên 3 con trên mẻ (khối lượng khoảng 59 ± 1 g/mẻ) cách, [m].<br /> và được lặp lại 9 lần để xác định các điều kiện biên Hệ số khuếch tán được xác định bằng cách vẽ đồ<br /> của cường độ phát vi sóng và áp suất chân không thị giữa dữ liệu về ln(MR) so với thời gian sấy (t) vì<br /> ảnh hưởng đến quá trình sấy. Sau khi đã xác định kết quả cung cấp cho một đường thẳng có độ dốc<br /> được các điều kiện biên thí nghiệm tiến hành sấy (K) như sau:<br /> chân không vi sóng trong khoảng điều kiện giới hạn. π 2 Deff<br /> K =<br /> Số thí nghiệm tổng cộng là: N = 2k + 2*k + n0 = 4 L2<br /> 11 thí nghiệm, dựa theo thành phần điểm trung tâm Tất cả các số liệu thí nghiệm được thực hiện<br /> theo mô hình của Jean-Jacques and Cmille (2004). trong ba lần lặp lại. Sử dụng phần mềm Statgraphics<br /> Đánh giá cảm quan: Sản phẩm được đánh giá về để phân tích số liệu thu thập được với mức ý nghĩa<br /> màu sắc, mùi vị, hình dạng, cấu trúc theo thang điểm là 95%.<br /> từ 1 đến 5, trong đó 5 là giá trị tốt nhất theo phương<br /> 2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu<br /> pháp phân tích định lượng mô tả QDA (Quantitative<br /> Descriptive Analysis). Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 6 đến tháng<br /> 10/2014 tại Phòng thí nghiệm Máy và Thiết bị Chế<br /> Mô hình được sử dụng trong thí nghiệm là mô<br /> biến Lương thực - Thực phẩm, Bộ môn Kỹ thuật Cơ<br /> hình Lewis MR = exp(-kt) (Roberts et al., 2008) để<br /> khí, Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ.<br /> mô tả đường cong sấy khô của tôm.<br /> Để xác định sự phù hợp của mô hình, hệ số xác III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> định (R2) là tiêu chí chính để lựa chọn mô tả đường<br /> 3.1. Đường cong sấy<br /> cong sấy mẫu.<br /> N<br /> Tỷ lệ độ ẩm theo thời gian sấy với tôm sú ở các<br /> ∑ (MR pre ,i − MRexp,i ) 2 mức năng lượng vi sóng và áp suất chân không được<br /> thể hiện trong hình 2.<br /> R2 = 1 − i =1<br /> N<br /> Các mẫu thí nghiệm có cùng áp suất chân không<br /> ∑ (MR<br /> i =1<br /> pre ,i − MRexp,i ) 2<br /> và khác nhau về công suất phát vi sóng: cường độ vi<br /> sóng cao như mẫu 2, mẫu 8, thời gian sấy 12 phút;<br /> Trong đó: MRpre: tỉ lệ ẩm dự báo; MRexp: tỉ lệ ẩm<br /> cường độ vi sóng thấp hơn như mẫu 7, mẫu 10 thì<br /> thực nghiệm; N: số điểm dữ liệu thử nghiệm; Z: hằng<br /> thời gian sấy 22 phút. Đồng thời thí nghiệm ngược<br /> số trong mô hình.<br /> lại: có cùng công suất phát vi sóng và khác nhau về<br /> Sự khuếch tán của nước trên bề mặt vật liệu ra áp suất chân không gồm mẫu 1, mẫu 6, mẫu 9 và<br /> bên ngoài trong suốt quá trình sấy được xác định mẫu 5 mẫu 7.<br /> dựa vào định luật Fick’s thứ 2 (Crank, 1975): Như vậy, tốc độ sấy tôm diễn ra rất nhanh và<br /> ∂M ∂2M trong một phạm vi nhất định ảnh hưởng áp suất chân<br /> = Deff ∇ 2 M = Deff 2<br /> ∂t ∂ x không có tác động thấp, hầu như không đáng kể.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Sự thay đổi ẩm độ theo thời gian sấy<br /> <br /> 116<br />  Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 4(89)/2018<br /> <br /> 3.2. Đường cong tốc độ sấy nguyên liệu, thí nghiệm cùng áp suất chân không,<br /> Đánh giá sự tác động của công suất phát vi sóng thay đổi công suất phát vi sóng và ngược lại. Độ ẩm<br /> và áp suất chân không đến tốc độ thoát ẩm của trung bình còn lại của sản phẩm đạt 8,5%.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 20 40 60 80 100<br /> Độ giảm ẩm (%)<br /> Hình 3. Đường cong tốc độ sấy của tôm<br /> <br /> Biểu đồ cho thấy rằng công suất phát vi sóng tác 3.4. Hệ số khuếch tán ẩm của quá trình sấy tôm<br /> động nhiều đến quá trình sấy, đồng thời nhận thấy Kết quả bảng 1 cho thấy hệ số khuếch tán ẩm của<br /> áp suất chân không tác động không lớn đến tốc độ các mẫu sấy chân không vi sóng cao hơn so với các<br /> thoát ẩm giữa các mẫu thí nghiệm. phương pháp sấy khác. Đối với quá trình sấy chân<br /> không vi sóng, hệ số khuếch tán ẩm của 11 mẫu thí<br /> 3.3. Giá trị cảm quan<br /> nghiệm dao động từ 1,20 ˟ 10-7 đến 9,69 ˟ 10-8 (m2/s),<br /> Thang điểm đánh giá từ 1 đến 5, trong đó 5 là giá trong khi sấy chân không là 2,00 ˟ 10-9 (m2/s) và sấy<br /> trị tốt nhất, để đánh giá cảm quan về màu sắc, hình đối lưu là 1,00 ˟ 10-9 (m2/s).<br /> dạng, vị và cấu trúc giữa các thành phẩm.<br /> Bảng 1. Kết quả phân tích thống kê trên mô hình<br /> Từ biểu đồ hình 4 cho thấy mẫu 8 cho giá trị cảm<br /> các giá trị K, Deff, R2 của tôm sấy<br /> quan tốt nhất về màu sắc, vị, hình dạng, cấu trúc.<br /> Pck MW t Deff<br /> Mẫu 8 được đánh giá ở tất cả các chỉ tiêu với thang Mẫu K (1/s) R2<br /> (mbar) (W) (oC) (m2/s)<br /> điểm cao nhất là 5 ứng với màu sắc có màu đỏ tươi<br /> 1 120 400 0,004988 7,28 ˟ 10-8 0,94<br /> không có màu sậm, vị ngọt hài hòa của tôm sấy, hình<br /> 2 90 500 0,008218 1,20 ˟ 10-7 0,99<br /> dạng biến đổi ít so với mẫu và cấu trúc có độ dẻo dai<br /> 3 90 400 0,005243 7,65 ˟ 10-8 0,98<br /> hài hòa.<br /> 4 111 471 0,014568 2,12 ˟ 10-7 0,98<br /> 5 111 329 0,005092 7,44 ˟ 10-8 0,99<br /> 6 90 400 0,006632 9,69 ˟ 10-8 0,98<br /> 7 69 329 0,005970 8,72 ˟ 10-8 0,99<br /> 8 69 471 0,010248 1,50 ˟ 10-7 0,94<br /> 9 60 400 0,009823 1,43 ˟ 10-7 0,94<br /> 10 90 300 0,004475 6,54 ˟ 10-8 0,99<br /> 11 90 400 0,004473 6,53 ˟ 10-8 0,96<br /> 12 70 60 0,000100 2,00 ˟ 10-9 0,96<br /> 13 60 0,000090 1,00 ˟ 10-9 0,93<br /> Ghi chú: mẫu 1 - 11 sấy chân không vi sóng, mẫu 12 sấy<br /> Hình 4. Giá trị cảm quan của các mẫu tôm chân không (70 mbar, 60 oC) và mẫu 13 sấy đối lưu (60 oC).<br /> <br /> 117<br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 4(89)/2018<br /> <br /> Hệ số khuếch tán (Deff ) tăng lên khi tăng cường Phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng của áp<br /> độ phát vi sóng. Điều này có thể được giải thích bởi suất chân không và công suất phát vi sóng tác động<br /> năng lượng nhiệt tăng sẽ làm tăng hoạt động của các đến thời gian sấy của tôm:<br /> phân tử nước dẫn đến hệ số khuếch tán ẩm cao hơn t = –8601 + 9379.10-4Pck + 3222.10-4MW –<br /> khi mẫu thí nghiệm được sấy khô ở mức năng lượng 38.10-4Pck2 – 6 .10-4Pck.MW – 3.10-4MW2<br /> vi sóng cao hơn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) Biểu đồ tiêu chuẩn b) Biểu đồ tác động chính c) Biểu đồ sự tương tác d) Đồ thị bề mặt<br /> Pareto của Pck và MW đến thời của Pck và MW với đáp ứng<br /> gian sấy thời gian<br /> Hình 5. Quan hệ giữa các giá trị Thời gian – Pck – MW<br /> <br /> 3.5. So sánh sấy vi sóng chân không với phương Quá trình sấy chân không vi sóng mất khoảng 12<br /> pháp sấy khác phút trong khi đó quá trình sấy đối lưu mất 990 phút<br /> Trong giới hạn nghiên cứu chỉ so sánh vận tốc (16 giờ 30 phút) và phương pháp sấy chân không<br /> sấy, giá trị cảm quan, cấu trúc của phương pháp sấy mất khoảng 600 phút (10 giờ). Như vậy, tốc độ sấy<br /> chân không vi sóng (69 mbar, 471 W) với sấy chân chân không vi sóng có thời gian sấy nhanh gấp 83<br /> không (70 mbar, 60 oC) và đối lưu (60 oC) với cùng lần so với sấy đối lưu và nhanh gần 50 lần so với sấy<br /> sản phẩm tôm sú. chân không (Trần Tấn Hậu, 2014).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Tốc độ sấy chân không vi sóng Hình 7. Thang điểm cảm quan của sấy chân không<br /> sấy chân không và sấy đối lưu vi sóng, sấy chân không và sấy đối lưu<br /> <br /> Biểu đồ hình 7 cho thấy rằng trong các phương IV. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ<br /> pháp sấy với giá trị cảm quan (thang đo từ 1 đến 5)<br /> về màu sắc, hình dạng và cấu trúc của phương pháp 4.1. Kết luận<br /> sấy chân không vi sóng tốt hơn rất nhiều so với hai - Nghiên cứu sấy tôm bằng phương pháp sấy<br /> phương pháp còn lại. Thành phẩm sấy bằng chân chân không vi sóng xác định được hệ số khuếch tán<br /> không vi sóng có màu đỏ tươi tự nhiên, tỉ lệ co ngót ẩm thu được theo định luật Fick’s thứ hai dao động<br /> thấp (Trần Tấn Hậu, 2014).<br /> từ 1,20 ˟ 10-7 đến 9,69 ˟ 10-8 (m2/s); năng lượng vi<br /> Thành phẩm sấy chân không vi sóng cho độ rỗng sóng ưu việt với tôm sú ở 471 W, áp suất chân không<br /> lớn hơn, các liên kết giữa các mô cơ với nhau bị<br /> trương nở tạo cấu trúc tơi xốp do vậy mà thời gian 69 mbar; xác định được phương trình hồi quy mô tả<br /> sấy sản phẩm là rất ngắn và khả năng ngậm nước lại ảnh hưởng của áp suất chân không và công suất phát<br /> là rất lớn so với các phương pháp sấy khác. vi sóng tác động đến thời gian sấy tôm.<br /> <br /> 118<br />  Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam - Số 4(89)/2018<br /> <br /> - Sấy chân không vi sóng có thời gian sấy rất TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> ngắn, thời gian sấy phụ thuộc vào công suất phát Trần Tấn Hậu, 2014. Nghiên cứu động học và đánh giá<br /> vi sóng còn áp suất chân không có tác động không phương pháp sấy chân không vi sóng một số loại thực<br /> đáng kể. Thành phẩm sấy bằng phương pháp chân phẩm. Luận văn thạc sĩ. Trường Đại học Cần Thơ.<br /> không vi sóng vượt trội hơn về màu sắc, vị, hình Nguyễn Văn Lụa, 2014. Quá trình và thiết bị công nghệ<br /> dạng và cấu trúc so với các phương pháp sấy đối lưu hóa học và thực phẩm. Tập 7: Kỹ thuật sấy vật liệu.<br /> và chân không. Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.<br /> 252 trang.<br /> 4.2. Đề nghị Tổng cục Thống kê, 2015. Thông cáo báo chí về tình hình<br /> - Nghiên cứu công nghệ sấy chân không vi sóng kinh tế xã hội năm 2015. Web: http://www.gso.gov.vn<br /> trên một số sản phẩm thực phẩm có giá trị cao ở Crank, J., 1975. The Mathematics of Diffusion. Second<br /> Đồng bằng sông Cửu Long ứng với các kích thước Edition, Claredon Press. Printed in great Britain by<br /> J.W. Arrowsmith LTD., Bristol. England. 414 pp.<br /> mẫu khác nhau để đánh giá khả năng ứng dụng so<br /> với các phương pháp sấy khác. Roberts J.S, Kidd D.R and Padilla-Zakour O., 2008.<br /> Drying kinetics of grape seeds. Journal of Food<br /> - Nghiên cứu, xác định các mô hình toán của Engineering, 89: 460-465.<br /> Lewis, Page, Henderson and Pabis và tìm ra mô hình Jean – Jacques D., D. Cmille, 2004. Techniques<br /> toán phù hợp nhất cho từng loại sản phẩm trong quá Mathématiques Pour L’ Industrie agoalementceire.<br /> trình sấy chân không vi sóng. Edition TEC & DOC. Paris. 501 pp.<br /> <br /> Study on shrimp drying process by using microwave vacuum<br /> Tran Tan Hau, Nguyen Ngoc Hoang,<br /> Dang Minh Tam, Duong Thi Tu Anh<br /> Abstract<br /> The study on shrimp drying process by using microwave vacuum method carried out at microwave power of 300 ÷<br /> 500 W, vacuum pressure of 60 ÷ 120 mbar. The experiment was divided into 11 treatments with different parameters.<br /> The data were collected and analyzed from the first seconds of the drying process to determine the value of diffusion,<br /> kinetic curves of drying and organoleptic quality of the product. Mathematical models used in this research was<br /> Lewis model. The results showed that the shrimp samples had better quality, color, shape, texture and superior<br /> drying time when drying by microwave vacuum at 471 W and 69 mbar than other drying methods. The moisture<br /> diffusion coefficient varied from 1.20 ˟ 10-7 to 9.69 ˟ 10-8 (m2/s); the regression equation described the influence of<br /> vacuum pressure and microwave power output on shrimp drying time as t = –8601 + 9379.10-4Pck + 3222.10-4MW –<br /> 38.10-4Pck2 – 6 .10-4Pck.MW – 3.10-4MW2.<br /> Keywords: Microwave vacuum, shrimp drying, vacuum drying<br /> <br /> Ngày nhận bài: 6/3/2018 Người phản biện: TS. Trần Minh Phú<br /> Ngày phản biện: 14/3/2018 Ngày duyệt đăng: 16/4/2018<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 119<br />