BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HỐ Q TRÌNH SẤY KHƠ VỎ
BƯỞI ĂN LIỀN BẰNG CƠNG NGHỆ SẤY VI SÓNG KẾT HỢP
VỚI SẤY LẠNH

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Phúc
Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Công Thắng

Mã số sinh viên

: 5813241

Khánh Hòa – 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HỐ Q TRÌNH SẤY KHƠ VỎ
BƯỞI ĂN LIỀN BẰNG CƠNG NGHỆ SẤY VI SÓNG KẾT HỢP
VỚI SẤY LẠNH

GVHD : Th.S Nguyễn Văn Phúc
SVTH

: Nguyễn Cơng Thắng

MSSV

: 58132412

Khánh Hịa , tháng 7/2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa/viện:…………………………….
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ
ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA/KL/CĐTN của sinh viên)
Tên đề tài: ...................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
Giảng viên hướng dẫn: ...............................................................................................................
Sinh viên được hướng dẫn:………………………………….………MSSV: ...........................
Khóa:……………..…… Ngành: ............................................................................
Lần KT
1
2
3
4
5
6

7

Ngày

Nội dung

Nhận xét của GVHD

Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng BM
Ngày kiểm tra:
……………...………

Đánh giá cơng việc hồn thành:……%:
Được tiếp tục:
Không tiếp tục:

Ký tên
…………………….

8
9
10
11
12
Nhận xét chung (sau khi sinh viên hồn thành ĐA/KL):
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
Điểm hình thức: ……/10


Điểm nội dung: ......../10

với ĐA/KLTN:
Kết luận sinh viên:
Được bảo vệ:

Điểm tổng kết: ….…/10

+ Đối

Không được bảo vệ:
Khánh Hòa, ngày…….tháng…….năm………
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa/Viện: .........................................

PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(Dành cho cán bộ chấm phản biện)
Tên đề tài:.....................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
Chuyên ngành: ...........................................................................................................................
Họ và tên sinh viên: .................................................. MSSV: ....................................................
Người phản biện (học hàm, học vị, họ và tên): ........................................................................
Cơ quan công tác: ......................................................................................................................
I. Phần đánh giá và cho điểm của người phản biện (tính theo thang điểm 10)

Tiêu chí
đánh giá

Hình thức
bản thuyết minh
Nội dung bản
thuyết minh

Trọng
số
(%)

Mơ tả mức chất lượng
Giỏi

Khá

9 - 10

7-8

Đạt yêu cầu Không đạt
5-6

Điểm

<5

30


30

Kết quả
nghiên cứu

20

Mức độ trích dẫn
và sao chép

20
ĐIỂM TỔNG

Ghi chú: Điểm tổng làm tròn đến 1 số lẻ.
Kết
luận: ..............................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
Đồng ý cho sinh viên:

Được bảo vệ: 

Khơng được bảo vệ: 

Khánh Hịa, ngày…….tháng………năm………..
Cán bộ chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

ii



LỜI CAM ĐOAN
Sau quá trình 4 tháng thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã hoàn thành đồ án của mình.
Em xin cam đoan thành quả trong đồ án là hoàn toàn dựa trên năng lực của bản thân,
kiến thức tích lũy trong suốt khóa học và sự hướng dẫn của thầy Th.S Nguyễn Văn Phúc
và sự giúp đỡ của các thầy cô trong Bộ môn Kỹ thuật nhiệt.
Đồ án được thực hiện hoàn toàn mới, là thành quả của riêng em, không sao chép
theo bất cứ đồ án tương tự nào.
Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong
báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo.
Em xin cam đoan những điều trên là hồn tồn chính xác, nếu sai em xin chịu
hoàn toàn trách nhiệm.
Khánh Hoà, tháng 07 năm 2020

iii


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và rèn luyện bản thân tại trường Đại học Nha Trang
dưới sự giảng dạy của q thầy cơ trong trường nói chung cũng như khoa Cơ khí nói
riêng và đặc biệt nhất là Bộ môn Kỹ thuật nhiệt đã giúp em hiểu nhiều hơn về ngành
nghề và tự tin hơn vào con đường em đã chọn.
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, những người đã cho em
nhiều kiến thức mới, những lời khuyên hay và sự chỉ dạy tận tình làm hành trang cho
em trên cịn đường tương lai phía trước.
Đồ án tốt nghiệp là mơn học quan trọng cuối cùng, được xem là cơng trình lớn của
mỗi sinh viên. Đòi hỏi sự vận dụng tất cả kiến thức đã được tích luỹ trong q trình học
tập cũng như trải nghiệm bên ngồi. Mặc dù cịn gặp khó khăn trong q trình thực hiện
nhưng cới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cơ bộ mơn và đặc biệt là thầy hướng

dẫn cũng với sự cố gắng của bản thân, cuối cùng đã được hoàn thành. Em xin chân thành
cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Văn Phúc đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt
nghiệp.
Trong quá trình thực hiện đồ án, do kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế còn
nhiều hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận
được các ý kiến đóng góp từ quý thầy cô để em học hỏi được nhiều kỹ năng, kinh nghiệm
và sẽ hoàn thành tốt hơn bài báo cáo tốt nghiệp sắp tới.
Em xin chân thành cảm ơn!

iv


MỤC LỤC
PHIẾU TH EO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ Đ ÁNH G IÁ ...........................................................i
PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP.................................. ii
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ iv
MỤC LỤC ................................................................................................................................ v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ......................................................................................ix
DANH MỤC B ẢNG..............................................................................................................xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ xii
LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................................3
1.1. Tổng quan về bưởi ................................................................................................... 3
1.1.1. Đặc điểm và nguồn lợi........................................................................................3
1.1.2. Phân loại ...............................................................................................................3
1.1.3. Đặc điểm hình thái ..............................................................................................4
1.1.4. Chỉ tiêu chất lượng của vỏ bưởi sấy giòn ........................................................4
1.2. Tổng quan về kỹ thuật sấy ..................................................................................... 5
1.2.1. Khái niệm sấy và mục đích của q trình sấy .................................................5

1.2.2. Đặc điểm của quá trình sấy ................................................................................6
1.2.3. Phân loại vật liệu ẩm và các trạng thái của nước trong vật liệu ....................7
1.2.4. Cơ chế thoát ẩm khỏi vật liệu sấy trong quá trình sấy ................................ 10
1.2.5. Những biến đổi trong quá trình sấy ............................................................... 12
1.2.6. Phân loại phương pháp sấy ............................................................................. 14
1.3. Tổng quan về sấy lạnh kết hợp với sấy vi sóng ............................................... 16
1.3.1. Sấy lạnh ............................................................................................................. 16
v


1.3.2. Sấy vi sóng ........................................................................................................ 18
1.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến q trình sấy vi sóng ....................................... 23
1.3.4. Sấy vi sóng kết hợp sấy lạnh .......................................................................... 26
1.3.5. Các nghiên cứu trong và ngồi nước về sấy vi sóng kết hợp sấy lạnh ...... 27
1.4. Tổng quan về phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa ........... 29
1.4.1. Xây dựng mơ hinh giải tích cho đối tượng nghiên cứu............................... 29
1.4.2. Đặt bài toán ....................................................................................................... 29
1.4.3. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi trong MINITAB .............. 30
1.4.4. Phương pháp đáp ứng bề mặt RSM (Response surface methodology) ..... 32
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 36
2.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................... 36
2.2. Thiết bị nghiên cứu ............................................................................................... 36
2.2.1. Thiết bị sấy........................................................................................................ 36
2.2.2. Các thiết bị nghiên cứu khác sữ dụng trong nghiên cứu ............................. 39
2.3. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 43
2.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm .......................................................................... 43
2.5. Phương pháp phân tích ........................................................................................ 45
2.6. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................... 46
2.6.1. Xác định độ ẩm ban đầu của vỏ bưởi nguyên liệu ....................................... 46
2.6.2. Tính tốn hàm lượng ẩm biến đổi trong q trình sấy ................................ 46

2.6.3. Nghiên cứu khả năng hút nước phục hồi ...................................................... 47
2.6.4. Hiệu suất tiêu hao năng lượng SEC (Specific Energy Consumption) ....... 47
2.6.5. Xác định thông số tối ưu ................................................................................. 47
2.6.6. Xác định thông số nhiệt - vật lý của vỏ bưởi trong qua trình sấy .............. 49
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................... 51
vi


3.1. Kết quả nghiên cứu độ ẩm ban đầu của vỏ bưởi sau khi luộc ..................... 51
3.2. Hàm mục tiêu và xác định miền tối ưu của các thông số .............................. 51
3.2.1. Hàm mục tiêu của đối tượng........................................................................... 51
3.2.2. Xác định miền tối ưu các thông số đầu vào của bài toán ............................ 51
3.3. Tối ưu hoá bằng phần mềm MINITAB ............................................................ 52
3.3.1. Các thông số đầu vào của bài tốn tối ưu hố .............................................. 52
3.3.2. Các mức thí nghiệm ......................................................................................... 52
3.3.3. Kết quả thí nghiệm theo thiết kế của Taguchi .............................................. 53
3.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đầu vào và xây dựng phương trình
hồi quy........................................................................................................................... 55
3.4. Xác định chế độ sấy tối ưu ................................................................................... 58
3.5. Đánh giá độ tin cậy của mơ hình tính tốn tối ưu so với thực nghiệm ...... 59
3.6. Xây dựng đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy .................................... 61
3.7. Đánh giá chất lượng sản phẩm vỏ bưởi sấy giòn ở chế độ tối ưu so với các
phương pháp sấy khác .................................................................................................... 64
3.8. Biến đổi thông số nhiệt vật lý của bưởi sấy giòn khi sấy ở chế độ tối ưu .. 67
3.8.1. Xác định thông số nhiệt vật lý ban đầu của vỏ bưởi đã sơ chế .................. 68
3.8.2. Biến đổi thơng số nhiệt-vật lý trong q trình sấy ....................................... 68
3.9. Sơ bộ hạch toán giá thành sản phẩm ................................................................ 75
3.10. Đề xuất quy trình sấy vỏ bưởi ở chế độ tối ưu bằng thiết bị sấy vi sóng kết
hợp sấy lạnh ...................................................................................................................... 77
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................. 82

4.1. Kết luận .................................................................................................................... 82
4.2. Kiến nghị ................................................................................................................. 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 84
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 86
vii


PHỤ LỤC A: CÁC QUY ĐỊNH VÀ CHỈ TIÊU THEO TCVN ............................ 86
Bảng 1: Mô tả thang điểm cảm quan cho sản phẩm vỏ bưởi sấy giòn theo TCVN
3215-79. ........................................................................................................................ 86
Bảng 2: Đánh giá danh hiệu chất lượng cảm quan sản phẩm ................................ 87
PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ 27 THÍ NGHIỆM .............................................................. 88
Bảng 1: Kết quả thực nghiệm ..................................................................................... 88
PHỤ LỤC C: KẾT QUẢ SẤY TỐI ƯU VÀ PHƯƠNG PHÁP SẤY KHÁC ..... 90
Bảng 1: Vỏ bưởi sấy ở chế độ tối ưu ( Mẫu 1)......................................................... 90
Bảng 2: Vỏ bưởi sấy ở chế độ tối ưu ( Mẫu 2)......................................................... 90
Bảng 3: Vỏ bưởi sấy ở bằng phương pháp sấy hồng ngoại kết hợp bơm nhiệt ... 91
Bảng 4: Vỏ bưởi sấy ở bằng phương pháp sấy điện trở kết hợp bơm nhiệt ......... 92

viii


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy .........................................................6
Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống sấy lạnh ...................................................................................... 18
Hình 1.3: Phổ bức xạ điện từ ............................................................................................... 19
Hình 1.4: Phổ tần số sóng điện từ ....................................................................................... 20
Hình 1.5: Phân tử nước ......................................................................................................... 21
Hình 1.6: Thiết bị sấy vi sóng kết hợp sấy lạnh ................................................................ 26
Hình 2.1: Bưởi da xanh ......................................................................................................... 36

Hình 2.2: Cấu tạo thiết bị sấy vi sóng kết hợp sấy lạnh ................................................... 37
Hình 2.3: Buồng sấy ............................................................................................................. 39
Hình 2.4: Hình ảnh bên ngồi .............................................................................................. 39
Hình 2.5: Máy đo nhiệt độ Fluke 59 Max .......................................................................... 40
Hình 2.6: Thiết bị đo gió Lutron LM-81AT ...................................................................... 40
Hình 2.7: Cân phân tích TANITA KD-192 ....................................................................... 41
Hình 2.8: Điều khiển nhiệt độ Ewelly 181H...................................................................... 41
Hình 2.9: Cơng tơ điện tử ..................................................................................................... 42
Hình 2.10: Đồng hồ Ampe kìm HIOKI 3280-10 .............................................................. 42
Hình 2.11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm...................................................................................... 43
Hình 2.12: Sơ chế vỏ bưởi ................................................................................................... 44
Hình 2.13: Chuẩn bị sấy ....................................................................................................... 45
Hình 3.1: Hiệu suất tiêu hao năng lương SEC theo các mức cơng suất vi sóng ........... 52
Hình 3.2: Nhập kết quả MINITAB ..................................................................................... 53
Hình 3.3: Ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến thời gian sấy  .............................. 55
Hình 3.4: Phương trình hồi quy của thời gian sấy ............................................................ 56
Hình 3.5: Ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến hiệu suất tiêu hao năng lượng SEC
................................................................................................................................................. 56
Hình 3.6:Phương trình hồi quy của SEC ............................................................................ 57
Hình 3.7: Ảnh hưởng của thơng số đầu vào đến CLCQ................................................... 57
Hình 3.8: Phương trình hồi quy của CLCQ ....................................................................... 58
Hình 3.9: Kết quả tối ưu bằng MINITAB .......................................................................... 59
Hình 3.10: Đường cong sấy ................................................................................................. 63
ix


Hình 3.11: Đường cong tốc độ sấy ..................................................................................... 64
Hình 3.12: Hiệu suất tiêu hao năng lượng của các phương pháp sấy ............................. 65
Hình 3.13: Chất lượng cảm quan của các phương pháp s ấy............................................ 66
Hình 3.14: Hút nước phục hồi theo các phương pháp sấy ............................................... 66

Hình 3.15: Ảnh các mẫu thí nghiệm ................................................................................... 67
Hình 3.16: Biến đổi khối lượng riêng ρ theo độ ẩm ......................................................... 69
Hình 3.17: Biến đổi nhiệt dung riêng Cp theo độ ẩm........................................................ 71
Hình 3.18: Biến đổi nhiệt dung riêng theo độ ẩm của Charm (1979) ........................... 72
Hình 3.19: Biến đổi hệ số dẫn nhiệt λ theo độ ẩm ............................................................ 73
Hình 3.20: Biến đổi hệ số khuếch tán nhiệt a theo độ ẩm................................................ 74
Hình 3.21: Đề xuất quy trình sản xuất vỏ bưởi sấy giịn.................................................. 77

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Chỉ tiêu chất lượng của vỏ bưởi thơng qua các sản phẩm đang có trên thị
trường.........................................................................................................................................5
Bảng 1.2: Số liệu thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm...................................................... 30
Bảng 2.1: Bảng đánh giá chất lượng cảm quan.................................................................. 45
Bảng 2.2: Bố trí thí nghiệm.................................................................................................. 48
Bảng 3.1: Các mức thí nghiệm trong bài toán tối ưu ........................................................ 53
Bảng 3.2: Kết quả các thí nghiệm ....................................................................................... 54
Bảng 3.3: Kết quả đánh giá thời gian sấy τ từ mơ hình dự đốn và thực nghiệm......... 59
Bảng 3.4: Kết quả đánh giá SEC từ mơ hình dự đốn và thực nghiệm.......................... 60
Bảng 3.5: Kết quả đánh giá CLCQ từ mơ hình dự đốn và thực nghiệm ...................... 60
Bảng 3.6: Đánh giá danh hiệu chất lượng của sản phẩm ................................................. 61
Bảng 3.7: Kết quả sấy vi sóng ở chế độ tối ưu .................................................................. 61
Bảng 3.8: Kết quả sấy bằng phương pháp HN + BN........................................................ 62
Bảng 3.9: Kết quả sấy bằng phương pháp sấy ĐT + BN ................................................. 63
Bảng 3.10: Kết quả nghiên cứu thông số nhiệt vật lý ban đầu ........................................ 68
Bảng 3.11: Sự biến đổi của KLR theo độ ẩm .................................................................... 69
Bảng 3.12: Biến đổi nhiệt dung riêng theo độ ẩm............................................................. 70
Bảng 3.13: Biến đổi NDR theo công thức của Charm (1979) ......................................... 72

Bảng 3.14: Biến đổi của HSDN λ theo độ ẩm ................................................................... 72
Bảng 3.15: Biến đổi HSKTN a theo độ ẩm........................................................................ 74
Bảng 3.16: Bảng giá thành sơ bộ cho 1kg vỏ bưởi ........................................................... 76

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

STT

Ký hiệu, Từ viết tắt

Ý nghĩa tương đương

1

CLCQ

Chất lượng cảm quan

2

HP, BN

Heat Pump (Bơm nhiệt)

3

SEC


Hiệu suất tiêu hao năng lượng

4

BXHN

Bức xạ hồng ngoại

5

HSDN, λ

Hệ số dẫn nhiệt

6

HN+BN

Hồng ngoại kết hợp bơm nhiệt

7

ĐT+BN

Điện trở kết hợp bơi nhiệt

8

VS+SL


Vi sóng kết hợp sấy lạnh

9

NDR, Cp

Nhiệt dung riêng

10

KLR, 

Khối lượng riêng

11

VS

Vi sóng

12

IP

Cơng suất đèn hồng ngoại

13

TNS


Tác nhân sấy

14

t

Nhiệt độ

15

V

Vận tốc gió

16

P

Cơng suất vi sóng

17

VNĐ

Việt Nam Đồng

18

HSKTN, a


Hệ số khuếch tán nhiệt

xii


LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta với khí hậu nhiệt đới nên trái cây, rau quả quanh năm tươi tốt. Trong
đó có bưởi, một loại trái cây phổ biến ở nước ta và trên thế giới. Bưởi mang nhiều dược
tính, mỗi bộ phận của quả đều có tác dụng riêng. Thịt quả là phần được dùng chủ yếu
nhưng vỏ quả lại chiếm tỷ lệ lớn và mang nhiều thành phần dinh dưỡng như tinh dầu,
chất xơ, pectin,… Một số nước trên thế giới đã chiết xuất các thành phần này sản xuất
nhiều loại mỹ phẩm, dược liệu. Ở Việt Nam, phần vỏ xanh bên ngồi là vị một thuốc
nam thơng dụng, phần vỏ trắng bên trong thì được chế biến thành các món ăn như chè
bưởi hay nem chay bưởi [1].
Vỏ bưởi chứa hàm lượng lớn pectin và cellulose. Về y học, pectin là loại thuốc
cầm máu hiệu quả. Về dinh dưỡng nhiều nghiên cứu cho thất pectin có tác dụng ức chế
vi khuẩn đường ruột, cải thiện các quá trình tiêu hố,… Cellulose cũng có nhiều tác
dụng tích cực như: phòng ngừa ung thư ruột kết, phòng ngừa xơ vữa động mạch,… Tuy
nhiên các món ăn được chế biến từ vỏ bưởi chưa nhiều và chưa thật phổ biến trong đời
sống hằng ngày trong khi một lượng lớn vỏ bưởi chưa được tận dụng và bị thải ra môi
trường gây ra ô nhiễm môi trường nếu nguồn vỏ bưởi không được xử lý tốt. Do đó việc
chế biến vỏ bưởi sấy ăn liền mang lại sự tiện dụng, dễ tiếp cận là vơ cùng cần thiết [2].
Do đó việc nghiên cứu sản xuất sản phẩm vỏ bưởi sấy nhằm đa dạng hóa tạo ra sản
phẩm mới thơm ngon, mang lại sự tiện dụng, dễ tiếp cận là vô cùng cần thiết để nâng
cao giá trị sử dụng của bưởi, đồng thời giải quyết vấn đề mơi trường. Đã có các nghiên
cứu về vỏ bưởi sấy trong nước bằng các phương pháp khác nhau như sấy lạnh, sấy bơm
nhiệt,… Nhưng các phương pháp này cần thời gian sấy khá lâu và chỉ cho ra sản phẩm
vỏ bưởi sấy dẻo nên em đã nghiên cứu và thử áp dụng công nghệ sấy vi sóng kết hợp
với sấy lạnh để nghiên cứu sấy vỏ bưởi đạt đến độ ẩm thấp (4% − 8%) cho ra sản phẩm

vỏ bưởi sấy giòn ăn liền. Tuy nhiên là một phương pháp sấy mới được nghiên cứu những
năm gần đây nên cần nghiên cứu động học sấy giúp ta tìm hiểu được tốc độ thốt ẩm
của ngun liệu ở từng chế độ sấy khác nhau từ đó có thể chọn chế độ sấy phù hợp cho
việc sản phẩm và cải tiến quy trình sản xuất. Cũng như tìm hiểu sự biến đổi của các
thơng số nhiệt vật lý theo độ ẩm của sản phẩm nhằm phục vụ nghiên cứu.

1


Từ yêu cầu trên nên em đã tiến hành nghiên cứu đề tài:“Nghiên cứu tối ưu hố q
trình sấy khơ vỏ bưởi ăn liền bằng cơng nghệ sấy vi sóng kết hợp với sấy lạnh”.
Nhằm tận dụng được nguồn phụ phẩm, hiện đại hố ngành cơng nghệ chế biến
thực phẩm, tiết kiệm được thời gian sản xuất, giảm chi phí năng lượng, nâng cao chất
lượng sản phẩm từ đó làm tăng giá trị sử dụng, giá trị kinh tế cho sản phẩm. Thúc đẩy
nền kinh tế đi theo hướng thân thiện với môi trường.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về bưởi

1.1.1.

Đặc điểm và nguồn lợi

Bưởi (danh pháp: Citrus maxima hay Citrus grandis) là một loại quả thuộc chi
Cam Chanh, thơng thường có màu xanh lục nhạt cho tới màu vàng khi chín, có múi to

và dày, tép thịt quả xốp, có vị ngọt hoặc chua ngọt tuỳ giống. Bưởi có nhiều kích thước
khác nhau tuỳ giống, ví dụ như giống bưởi Đoan Hùng chỉ có đường kính khoảng độ
15 (cm), trong khi giống bưởi Năm Roi, giống bưởi Tân Triều (Biên Hòa), giống bưởi
Da xanh (Bến Tre) và nhiều loại bưởi khác thường gặp ở Việt Nam, Thái Lan có đường
kính khoảng 18 – 20 cm [1].
Bưởi trong tiếng Anh được gọi là Pomelo, tuy nhiên nhiều từ điển ở Việt Nam dịch
ra thành Grapefruit (thực ra grapefruit là tên gọi bằng tiếng Anh của bưởi chùm Citrus
paradisi - loại cây lai giữa bưởi và cam, có quả nhỏ hơn, vỏ giống cam, mùi bưởi, ruột
màu hồng, vị chua hơi đắng).
Bưởi trồng nhiều trên thế giới như: Trung Quốc, Ấn Độ, Tây Ban Nha, Việt
Nam,…Thu hoạch chủ yếu vào mùa thu, có nhiều ở những nơi có khí hậu ấm áp. Ở Việt
Nam bưởi được trồng trên cả nước, nhưng có một số vùng chuyên canh tác bưởi như
khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long, Đồng Nai [2].
1.1.2.

Phân loại

Một số giống bưởi [2] và [1]:


Bưởi Năm Roi: Phân bố nhiều nhất là ở tỉnh Vĩnh Long ven bờ sông hậu.

Đặc điểm của bưởi Năm Roi là quả hình quả lê, trọng lượng trung bình từ 1 – 1,4
(kg/trái), khi chín quả có màu vàng xanh, thịt quả màu vàng, múi và vách múi rất
dễ tách.


Bưởi Biên Hoà: Vùng bưởi nổi tiếng ở cù lao Phố và cù lao Tân Triều, bên

sơng Đồng Nai, có nhiều giống như: bưởi Thanh Trà, bưởi da láng, bưởi đường,

bưởi ổi. Bưởi ổi quả tuy không to nhưng khi chín ăn rất ngọt, có vị ổi, có thể để
dành được lâu, càng để lâu càng ngọt.
3




Bưởi đỏ Mê Linh: được trồng nhiều ở xã Văn Quán, huyện Mê Linh, ngoại

thành Hà Nội. Quả thon dài, trọng lượng tầm 1kg. Khi chín vỏ quả, cùi và tép đều
đỏ đỏ, ăn ngọt, ngon.


Bưởi da xanh: được trồng nhiều ở xã Mỹ An Thạch, thị xã Bến Tre, nằm ở

bên sông Hàm Luông. Đặc điểm bưởi da xanh vỏ mỏng, thịt bưởi màu đỏ sậm.
Bưởi để cả tháng mà vỏ không héo, chất lượng không thay đổi.


Bưởi Phúc Trạch: có nguồn gốc ở xã Phúc Trạch, Huyện Hương Khuê, tỉnh

Hà Tĩnh. Hiện nay được trồng nhiều ở khắp các vùng lân cận. Quả hình cầu trịn,
bề ngang và chiều cao gần bằng nhau, cuống quả không lồi, đế quả hơi lõm, vỏ
không trơn không ráp, màu sắc vỏ quả màu xanh màu thị quả màu hồng nhạt hoặc
màu trắng trong, có mùi thơm nhẹ tự nhiên hơi đặc trưng, có vị ngọt hơi thanh
chua, ngọt hậu.
Và cịn rất nhiều loại bưởi khác như: Bưởi Diễn, Bưỡi Đoan Hùng, Bưởi
Nông nghiệp 1 (da xanh ruột hồng − nhập ngoại), Bưởi Sa Điền (Trung Quốc),…
1.1.3.


Đặc điểm hình thái

Bài nghiên cứu sữ dụng bưởi da xanh nên sẽ nghiên cứu theo đặc điểm hình thái
của giống bưởi da xanh.
Trái bưởi da xanh có hình dạnh cầu, nặng trung bình từ 1,2 – 2,5 (kg/trái).
Vỏ có màu xanh đến xanh hơi vàng khi chín, dễ lột và khá mỏng từ 14 – 18 (mm)
Tép bưởi màu hồng đỏ, bó chặt và dễ tách khỏi vách múi.
Vị ngọt không chua (9,5 – 13% độ brix), mùi thơm.
Khơng hạt đến khá nhiều hạt (có thể có đến 30 hạt/trái), tỷ lệ thịt/trái > 55%.
1.1.4.

Chỉ tiêu chất lượng của vỏ bưởi sấy giịn

Chưa có nghiên cứu kiểm tra bằng phương pháp thí nghiệm nhưng dựa vào sản
phẩm vỏ bưởi sấy trên thị trường [4] ta có thể có được các chỉ tiêu chất lượng sơ bộ như
bảng 1.1 sau:

4


Bảng 1.1: Chỉ tiêu chất lượng của vỏ bưởi thông qua các sản phẩm đang có trên thị
trường
A. Cảm quan [4]
Chỉ tiêu

Đặc điểm

Màu sắc

Phần vỏ xanh bên ngoài hơi vàng, phần

vỏ bên trong trắng

Vị

Hơi đắng nhẹ, the the. Có vị chua hoặc vị
ngọt nhiều hơn tuỳ vào quy trình chế
biến của mỗi sản phẩm. Ăn nhiều sẽ gây
cảm giác tê lưỡi

Mùi

Có mùi thơm đặc trưng của tinh dầu bưởi
trong vỏ bưởi (có thể có mùi hương khác
của hương liệu)

Trạng thái

Giịn xốp đều, khơng dai

Tạp chất khác

Khơng có độc tố, vi khuẩn gây bệnh,
nấm mốc, bụi, sâu bọ, côn trùng,…
B. Chỉ tiêu lý hoá [4]
Chỉ tiêu

Đặc điểm

Hàm lượng nước


5 - 9%

Hàm lượng protein

1 - 2%

Hàm lượng chất béo

0 - 2%

Hàm lượng chất xơ thô

2,6 - 4,6%

Hàm lượng Carbohydrates

66,5 - 123,3%

Hàm lượng Muối

< 1%

Năng lượng

283,3 – 526 kcal/100g

1.2.

Tổng quan về kỹ thuật sấy


1.2.1.

Khái niệm sấy và mục đích của q trình sấy

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng cách cung cấp cho vật liệu một nguồn
năng lượng dưới dạng nhiệt nhờ vào tác nhân sấy và thiết bị sấy. Nhiệt được cung cấp
cho vật liệu bằng cách dẫn nhiệt, truyền nhiệt đối lưu, bức xạ hoặc năng lượng điện
trường có tần số cao.
5


Mục đích của q trình sấy là làm giảm hàm lượng nước trong vật liệu, tăng độ
bền cho vật liệu từ đó làm tăng thời gian bảo quản, việc sấy khô giúp thuận tiện trong
khâu vận chuyển do giảm được khối lượng.
Trong quá trình sấy nước của nguyên liệu được vận chuyển từ thể lỏng sang thể
hơi nhờ vào sự chênh lệch của áp suất của hơi nước trên bề mặt với áp suất riêng phần
của hơi nước trong không khí ẩm. Sấy là một q trình khơng ổn định, độ ẩm của nguyên
liệu thay đổi theo không gian và thời gian [6].
Quá trình sấy được khảo sát về hai mặt: Tĩnh lực học và động lực học.
Trong tĩnh lực học, sẽ xác định được mối quan hệ giữa các thông số đầu và cuối
của vật liệu sấy và các tác nhân sấy dựa trên phương trình cân bằng vật chất – năng
lượng, từ đó xác định được trạng thái vật liệu và sản phẩm, sự tiêu hao tác nhân sấy và
tiêu hao nhiệt lượng cần thiết.
Trong động lực học, sẽ khảo sát mối quan hệ giữa sự biến thiên của độ ẩm vật liệu
với thời gian và các thông số của q trình. Ví dụ như tính chất và cấu trúc của vật liệu,
kích thước vật liệu, và các điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy,… Từ đó xác
định được chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy thích hợp [6].
1.2.2.

Đặc điểm của 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 sấy chuyển động của khơng khí khơng q lớn xảy ra theo ba giai đoạn đó là
giai đoạn làm nóng vật, giai đoạn sấy tốc độ khơng đổi, giai đoạn tốc độ sấy 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. Các giai đoạn sấy như sau:
Giai đoạn làm nóng vật liệu

Hình 1.1: Đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy
6


Giai đoạn này bắt đầu từ khi đưa vật vào buồng sấy tiếp xúc với khơng khí nóng
cho tới khi nhiệt độ vật đạt được bằng nhiệt độ kế ước. Trong q trình sấy này tồn bộ
vật được gia nhiệt. Ẩm lỏng trong vật được gia nhiệt cho đến khi đạt được nhiệt độ sôi
ứng với phân áp suất hơi nước trong mơi trường khơng khí trong buồng sấy. Do được
làm nóng nên độ ẩm của vật có giảm chút do bay hơi ẩm cịn nhiệt độ của vật thì tăng
dần cho đến khi bằng nhiệt độ kế ước. Tuy vậy, sự tăng nhiệt độ trong q trình xảy ra
khơng đều ở phần 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 [6].
Giai đoạn sấy tốc độ không đổi
Kết thúc giai đoạn làm nóng vật liệu, nhiệt độ vật bằng nhiệt độ kế ước. Tiếp tục
cung cấp nhiệt, ẩm trong vật sẽ hố hơi cịn nhiệt độ của vật giữ khơng đổi nên nhiệt
cung cấp chỉ để làm hóa hơi. Ẩm sẽ hóa hơi ở lớp vật liệu sát bề mặt vật, ẩm lỏng ở bên
trong vật sẽ truyền ra ngồi bề mặt vật để hóa hơi. Do nhiệt độ khơng khí nóng khơng
đổi, nhiệt độ vật cũng khơng 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 sấy khơng đổi.
Giai đoạn tốc độ sấy giảm dần
Kết thúc giai đoạn sấy tốc độ khơng đổi ẩm tự do đã bay hơi hết, cịn lại trong vật

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 khơng 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 cũng 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 q trình thốt ẩm của vật ngưng lại, có nghĩa
là tốc độ sấy bằng không [6].
1.2.3.

Phân loại vật liệu ẩm và các trạng thái của nước trong vật liệu

1.2.3.1. Các loại vật liệu ẩm
Vật ẩm là một hệ liên kết phân tán giữa pha phân tán và môi trường phân tán. Pha
phân tán là một chất có cấu trúc mạng và khung khơng gian từ chất rắn phân tán đều
trong môi trường phân tán (là một chất khác) [6].
7


Dựa theo tính chất lý học, người ta có thể chia vật ẩm ra thành ba loại:


Vật liệu keo: Đặc trưng là vật có tính dẻo do có cấu trúc hạt. Nước hoặc ẩm ở

dạng liên kết hấp thụ và thẩm thấu. Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co lại
khá nhiều, nhưng vẫn giữ được tính dẻo. Ví dụ: gelatin, các sản phẩm từ bột nhão, tinh
bột…


Vật liệu xốp mao dẫn: Nước hoặc ẩm ở dạng liên kết cơ học do áp lực mao quản


hay còn gọi là lực mao dẫn. Vật liệu này thường hầu như không co lại và dễ dàng làm
nhỏ (vỡ vụn) sau khi làm khơ. Ví dụ: đường tinh thể, muối ăn …


Vật liệu keo xốp mao dẫn: Bao gồm tính chất của hai nhóm trên. Về cấu trúc tinh

chất các vật này thuộc xốp mao dẫn, nhưng về bản chất là các vật keo, có nghĩa là thành
mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao dẫn của chúng trương lên, khi sấy
khơ thì co lại. Loại vật liệu này chiếm phần lớn các vật liệu sấy [6].
Các trạng thái của nước trong vật liệu
Các liên kết giữa ẩm với vật khơ có ảnh hưởng rất lớn đến q trình sấy. Nó sẽ chi
phối đến diễn biến của quá trình sấy.
Vật ẩm thường tập hợp của ba pha: Rắn, lỏng và khí hơi. Các vật rắn đem đi sấy
thường là các vật xốp mao dẫn hoặc keo xốp mao dẫn. Trong các mao dẫn có chứa ẩm
lỏng cùng với hỗn hợp hơi khí có thể tích rất lớn (thể tích xốp) nhưng tỷ lệ khối lượng
của nó so với phần rắn và phần lỏng có thể bỏ qua. Do vậy trong kỹ thuật sấy thường
coi vật thể chỉ gồm phần rắn khô và chất lỏng [6].
Dựa vào bản chất của liên kết người ta xếp thành ba nhóm liên kết chính: Liên kết
hóa học, liên kết hóa lý và liên kết cơ lý.


Liên kết hóa học:
Liên kết hóa học giữa ẩm và vật khơ rất bền vững trong đó các phân tử nước đã trở

thành một bộ phận trong thành phần hóa học của phân tử vật ẩm.
Loại ẩm này gọi là ẩm liên kết chỉ có thể tách ra khi có phản ứng hóa học hoặc
thường phải nung nóng đến nhiệt độ cao. Sau khi tách ẩm tính chất hóa lý của vật sấy
thay đổi. Ẩm này có thể tồn tại ở dạng liên kết phân tử như muối hydrat MgCl2.6H2 O

8



hoặc ở dạng liên kết ion như Ca(OH) 2. Trong q trình sấy nhiệt độ (12℃ ÷ 150℃)
khơng tách được ẩm liên kết hóa học.


Liên kết hóa lý:
Liên kết này khơng địi hỏi nghiêm ngặt về tỷ lệ thành phần liên kết. Có hai loại:

Liên kết hấp phụ và liên kết thẩm thấu. Liên kết hấp phụ của nước có gắn liền với các
hiện tượng xảy ra trên bề mặt giới hạn của các pha (rắn hoặc lỏng). Các vật ẩm thường
là các vật keo, có cấu tạo hạt. Bán kính tương đương của hạt từ 10 -9 – 10 -7 (m). Do cấu
tạo hạt nên vật keo có bề mặt trong rất lớn, vì vậy nó có năng lượng bề mặt tự do không
đáng kể. Khi tiếp xúc với khơng khí ẩm hay trực tiếp với ẩm, ẩm sẽ xâm nhập vào các
bề mặt tự do này tạo thành liên kết hấp phụ giữa ẩm và bề mặt.
Liên kết thẩm thấu:
Sự liên kết hóa lý giữa nước và vật rắn khi có sự chênh lệch nồng độ các chất hịa
tan ở trong và ngồi tế bào. Khi nước ở bề mặt vật thể bay hơi thì nồng độ của dung dịch
ở đó tăng lên và nước ở sâu bên trong sẽ thấm ra ngồi. Ngược lại thì khi ta đặt vật thể
vào trong nước thì nước sẽ thấm vào trong.


Liên kết cơ lý:
Đây là dạng liên kết giữa ẩm và vật liệu được tạo thành do sức căng bề mặt của

ẩm trong các mao dẫn hay trên bề mặt ngoài của vật. Liên kết cơ học bao gồm: liên kết
cấu trúc, liên kết mao dẫn và liên kết dính ướt.
Liên kết cấu trúc:
Là liên kết giữa ẩm và vật liệu hình thành trong q trình hình thành vật. Ví dụ:
nước ở trong các tế bào động vật, do vậy vật đơng đặc khi nó chứa sẵn nước. Để tách

ẩm trong trường hợp liên kết cấu trúc ta có thể làm ẩm bay hơi, nén ép vật hoặc phá vỡ
cấu trúc vật. Sau khi tách ẩm, vật bị biến đổi tính chất và thậm chí thay đổi trạng thái
pha.
Liên kết mao dẫn:
Nhiều vật ẩm có cấu tạo mao quản. Trong các vật thể này có vơ số các mao quản.
Các vật thể này khi để trong nước, nước sẽ theo các mao quản xâm nhập vào vật. Khi

9


vật thể này để trong mơi trường khơng khí ẩm thì hơi nước sẽ ngưng tụ trên bề mặt mao
quản và theo các mao quản xâm nhập vào trong vật thể.
Liên kết dính ướt:
Là liên kết do nước bám dính vào bề mặt vật. Ẩm liên kết dính ướt dễ tách khỏi
vật bằng phương pháp bay hơi đồng thời có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học
như: lau, thấm, thổi,…[6].
1.2.4.

Cơ chế thoát ẩm khỏi vật liệu sấy trong q trình sấy

Q trình làm khơ xảy ra q trình nước tách ra khỏi vật liệu. Nước từ bề mặt
nguyên liệu dịch chuyển vào môi trường khô. Đây là điều kiện kiên quyết để q trình
làm khơ xảy ra. Ngồi ra làm khơ phải có q trình dịch chuyển ẩm từ các lớp phía trong
đi ra các lớp bề mặt. Sự dịch chuyển ẩm từ trong ra ngồi hình thành khi ẩm và nước từ
trung tâm nguyên liệu dịch chuyển ra bề mặt và lớp xung quanh đảm bảo độ ẩm ở lớp
trung tâm bằng các lớp xung quanh [6].
Quá trình thốt ẩm ra khỏi vật liệu trong q trình sấy được chia làm 2 giai đoạn:


Quá trình khuếch tán ngoại

Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào mơi trường khơng

khí xung quanh. Động lực của quá trình này là do chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của
vật ẩm và áp suất riêng phần hơi nước trong mơi trường khơng khí.
Lượng nước bay hơi:
𝑑𝑤 = −𝐾. 𝐹. (𝑝𝑠 − 𝑝ℎ ) . 𝑑𝜏

(1.1)

Hoặc
𝑑

𝑑𝑤 = −𝐾. 𝐹. ( 𝑃) . 𝑑𝜏
𝑑𝑥

Trong đó: P s: Áp suất riêng phần hơi nước trên bề mặt
P h: Áp suất riêng phần khơng khí
K: Hệ số bay hơi
F: Diện tích bề mặt bay hơi

10

(1.2)


𝑑𝑃

: Gradient độ ẩm

𝑑𝑥


Lượng bay hơi trên một đơn vị diện tích tỷ lệ thuận với gradient chênh lệch ẩm
giữa nguyên liệu và môi trường xung quanh. Sự chênh lệch xảy ra: Nước từ bề mặt dịch
chuyển vào môi trường xung quanh làm độ ẩm lớp khơng khí tăng lên, đồng thời làm
lượng ẩm trên bề mặt vật liệu sấy giảm đi.
Gradient độ ẩm giảm, quá trình bay hơi chậm lại. Nếu độ ẩm bề mặt cân bằng với
môi trường khơng khí thì q trình ngừng bay hơi, nhưng độ ẩm của hai lớp khơng khí
kế tiếp chênh lệch nên độ ẩm của khơng khí thứ nhất khếch tán sang lớp thứ hai và ẩm
từ trong vật liệu sấy khếch tán sang lớp khơng khí thứ nhất.
Gradient độ ẩm phụ thuộc vào tính chất của mơi trường làm khơ: nhiệt độ, áp suất,
sự ln chuyển của khơng khí, và phụ thuộc vào bề mặt ngun liệu: độ nhẵn, hình dạng,
kích thước bề mặt [6].


Quá trình khuếch tán nội
Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật ẩm. Động lực

của quá trình này là do chênh lệch nồng độ ẩm giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt,
ngồi ra q trình khếch tán nội còn xảy ra do chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong
và các lớp bề mặt.
𝑑

𝑑𝑤 = −𝐷. 𝐹. ( 𝑐 ) . 𝑑𝜏
𝑑𝑥

(1.3)

Trong đó: D: Hệ số khếch tán nội
F: Diện tích khếch tán
𝑑𝑐

𝑑𝑥

: Gradient độ ẩm

Hệ số khếch tán nội (D) phụ thuộc chủ yếu và thành phần, tính chất nguyên liệu,
gián tiếp phụ thuộc vào yếu tố môi trường. Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch chuyển
từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Vì vậy, tùy theo 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.

11