Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH SẤY RAU QUẢ
BẰNG MÁY SẤY CHÂN KHÔNG VI SÓNG
RESEARCH ON KINETICS OF FRUIT AND VEGETABLE DRYING PROCESS
BY MICROWAVE VACUUM DRYER
TS. Nguyễn Văn Cương1a*, TS. Nguyễn Văn Khải1b
1
Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ
a
;
TÓM TẮT
Sấy chân không vi sóng là một trong những kỹ thuật sấy tiên tiến được ứng dụng để sấy các
sản phẩm chất lượng cao. Trong sấy chân không vi sóng, nhiệt được tạo ra trong toàn bộ thể tích
sản phẩm, bằng việc chuyển trực tiếp năng lượng điện từ thành năng lượng chuyển động phân tử
nước trong sản phẩm, ở điều kiện chân không. Bài viết này trình bày những kết quả nghiên cứu
động học quá trình sấy chân không vi sóng đối với xoài cát, khóm và tôm sú trên máy sấy chân
không vi sóng µWaveVac0150-lc (Püschner – Đức) ở những điều kiện khác nhau về áp suất chân
không và mức phát năng lượng vi sóng. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sản phẩm sấy có chất
lượng cao về màu sắc, cấu trúc, ít bị co rút bề mặt khi so với các phương pháp sấy đối lưu và sấy
chân không có gia nhiệt. Thời gian sấy giảm từ 14 ÷ 15 giờ (khi sấy đối lưu không khí nóng) và từ
7÷ 9 giờ (khi sấy chân không có gia nhiệt) còn khoảng 12÷ 70 phút (khi sấy chân không vi sóng).
Tốc độ sấy bằng chân không vi sóng có thể đạt được giá trị 6 ÷ 7% ẩm/phút, 8 ÷ 10% ẩm/phút và
12 ÷ 14% ẩm/phút tương ứng với xoài, khóm và tôm sú. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hệ
số khuếch tán ẩm trong quá trình sấy (D eff ) có giá trị cao hơn khoảng 25÷50 lần so với phương
pháp sấy đối lưu; tương ứng đối với xoài, khóm và tôm sú lần lượt là 3,6 ÷ 5,3*10-9 m2/s, 1,8 ÷
3,8*10-9 m2/s và 4,0 ÷ 6,7*10-9 m2/s.
Từ khóa: sấy chân không vi sóng, động học quá trình sấy, hệ số khuếch tán ẩm, sấy
rau quả.
ABSTRACT
Microwave vacuum drying is one of the advanced drying techniques which are applied to

cho sự thoát hơi nước trong các lỗ rỗng của vật liệu dễ dàng hơn. Do đó, trong sấy chân không
sẽ giảm được nhiệt độ sấy, cải thiện được chất lượng của sản phẩm sấy [2]. Khi kết hợp phương
pháp sấy chân không và năng lượng vi sóng sẽ làm tăng hiệu suất năng lượng sấy, quá trình gia
nhiệt trong vật liệu đồng đều hơn, giảm thời gian sấy, tăng chất lượng sản phẩm, giảm được
những phản ứng không mong muốn xảy ra đối với sản phẩm dễ bị oxy hóa. Với phương pháp
sấy chân không vi sóng, sản phẩm sấy có cấu trúc và màu sắc tốt, giảm độ co rút bề mặt, thời
gian sấy giảm nhiều khi so sánh với các phương pháp sấy khác [3]. Động học quá trình sấy chân
không vi sóng đã được nghiên cứu khá nhiều với những mô hình toán học khác nhau, đối với
các loại thực phẩm rau quả như dâu tây [4], cà rốt [5], nấm rơm [6], tỏi [7], khoai tây [8] và một
số sản phẩm khác.
Ở Việt Nam, cho đến nay chưa có nhiều ứng dụng phương pháp sấy chân không vi sóng,
chưa có những nghiên cứu sâu về động học quá trình sấy các sản phẩm với thiết bị sấy chân
không vi sóng. Trong nghiên cứu này, động học quá trình sấy các sản phẩm xoài cát, khóm và
tôm sú được thực hiện bằng thiết bị sấy chân không vi sóng µWaveVac0150-lc (Püschner –
Đức). Hệ số khuếch tác ẩm được tính toán phân tích dựa trên cơ sở ứng dụng định luật 2 của
Fick và giải pháp Crank [9]. Các thí nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm máy và thiết bị
chế biến lương thực – thực phẩm, Khoa Công nghệ - Đại học Cần Thơ.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu thí nghiệm
Xoài cát có độ ẩm (80 ± 1)% (wb) được cắt thành lát mỏng có bề dày 5 mm. Mẫu sấy có
khối lượng 100 g được sấy chân không vi sóng ở điều kiện áp suất 60 ÷ 100 mbar, với ba mức
năng lượng là 800 ÷ 600 W, 500 ÷ 300 W và 250 ÷ 150 W. Xoài sấy thu được có độ ẩm là 5%.
Khóm có độ ẩm ban đầu là (82± 1)% (wb) được gọt vỏ, cắt thành lát mỏng bề dày 5 mm.
Mẫu được sấy bằng chân không vi sóng ở độ chân không từ 60 ÷ 120 mbar, năng lượng phát vi
sóng 150 ÷ 250 W. Khóm sấy có độ ẩm là 4%.
Tôm sú có độ ẩm (81±1)% (wb) được bóc vỏ trước khi sấy. Mẫu tôm được sấy chân
không vi sóng ở điều kiện áp suất 60 ÷ 120 mbar, cường độ vi sóng là 300 ÷ 500 W. Tôm sú sau
khi sấy có độ ẩm 8%.
Nhiệt độ sản phẩm trong sấy chân không vi sóng dao động từ 40°C đến 46°C tùy theo
điều kiện phát năng lượng vi sóng. Các mẫu đối chứng của từng sản phẩm được sấy đối lưu

vật sấy. Ở giai đoạn cuối quá trình sấy, giả sử vật liệu không bị co rút bề mặt, bằng cách sử dụng
các giá trị ban đầu và điều kiện biên thích hợp, Crank đưa ra phân tích các giải pháp hình học
khác nhau và xem vật liệu sấy (xoài, khóm, tôm) dạng tấm phẳng, phương trình 2 của Fick với
giải pháp Crank có thể được áp dụng. Phương trình ẩm được xác định theo công thức (1).
W −W

2
𝑀𝑀𝑀𝑀 = W ∞−W = ∑∞
1 Ai exp(−q i t)
∞

o

(1)

Khai triển Taylor phương trình (1) và chỉ xác định giá trị số hạng thứ nhất, bỏ qua các số
hạng từ thứ 2 trở đi, có thể xác định một cách gần đúng phương trình:

Trong đó:

W −W

𝑀𝑀𝑀𝑀 = W ∞−W = A. exp(−
∞

o

π2 Deff
4 dp2



(3)

Bằng việc xây dựng đồ thị và xác định giá trị hệ số góc k, hệ số khuếch tán ẩm bên trong
vật liệu trong quá trình được xác định:
Deff =

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4dp2
π2

k

(4)

3.1. Đường cong giảm ẩm của quá trình sấy
Đường cong giảm ẩm của quá trình sấy đối với xoài cát thể hiện ở Hình 2. Kết quả nghiên
cứu cho thấy rằng: thời gian sấy xoài bằng phương pháp chân không vi sóng (45 phút) giảm đi 10
lần so với sấy chân không (450 phút), giảm 19 lần so với sấy đối lưu không khí nóng (870 phút).
Đối với khóm, thời gian sấy chân không vi sóng giảm 8 lần so với sấy chân không, giảm 12
lần so với sấy đối lưu. Để thu được sản phẩm sấy có độ ẩm 4%, thời gian sấy là 70 phút, 570 phút
và 840 phút lần lượt đối với sấy chân không vi sóng, sấy chân không và sấy đối lưu (Hình 3).

Hình 2: Đường cong sấy đối với xoài

Hình 3: Đường cong sấy đối với khóm

Trong trường hợp tôm sú, kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian sấy chân không vi sóng là
12 phút, giảm đi 45 lần so với sấy chân không (550 phút), và giảm 82 lần so với sấy đối lưu


70

70

T
(°C)

T (°C)

(a)

(b)

(c)

60

60

45

450

870

60

60


(a)3,6÷5,3*10-9

0,82 ÷ 0,96

81

3.5

P ck
(mbar)

Sấy
đối lưu
(c)

(a)1,8÷3,8*10-9

0,94 ÷ 0,99

82

Vi sóng
(W)

60 ÷ 120

5

150 ÷
800


Độ ẩm (%)
trước & sau
khi sấy

300 ÷
500

Sản
phẩm

(a)4,0÷6,7*10-9

(b) 1,3*10-10
(c) 0,7*10-10

(b)(c) -

(b) (c)-

Hình 5: Hình dạng và màu sắc sản phẩm xoài, khóm và tôm sấy
a. Sấy chân không vi sóng, b. Sấy chân không, c. Sấy đối lưu không khí nóng.
690


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.3. Đánh giá cảm quan của sản phẩm sấy
Kết quả thí nghiệm cho thấy màu sắc của sản phẩm xoài, khóm và tôm sau khi sấy đối với
sấy chân không vi sóng tốt hơn so với sấy chân không và sấy đối lưu không khí nóng. Tất cả các
mẫu sấy chân không vi sóng đều có màu sắc tươi, sáng, có hình dạng không bị co rút bề mặt


3

4. Sấy chân không vi sóng
Cấu trúc tôm sấy
1. Sản phẩm tươi
2. Sấy đối lưu
3. Sấy chân không

1

2

3

4

4. Sấy chân không vi sóng

Hình 6: Cấu trúc sản phẩm trước và sau khi sấy được chụp từ kính hiển vi
4. KẾT LUẬN
Động học quá trình sấy chân không vi sóng với các sản phẩm xoài, khóm và tôm sú đã được
nghiên cứu.Những kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các sản phẩm được sấy chân không vi sóng
cho chất lượng màu sắc cao, hình dạng tốt, hệ số khuếch tán ẩm cao, tốc độ giảm ẩm lớn. So với
các phương pháp sấy chân không và sấy đối lưu không khí nóng, sấy chân không vi sóng có nhiều
ưu điểm vượt trội, đặc biệt thời gian sấy giảm đi rất nhiều; chỉ cần từ 45 đối với xoài, 70 phút với
khóm, 12 phút đối với tôm để có thể làm khô sản phẩm đạt yêu cầu. Nghiên cứu động học quá
trình sấy cho thấy việc nghiên cứu chế tạo máy sử dụng năng lượng vi sóng là điều cần được quan
tâm trong việc phát triển thiết bị sấy trong tương lai.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.

TS. Nguyễn Văn Cương. Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ.
Email: , Điện thoại: 0989909034

2.

TS. Nguyễn Văn Khải. Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ.
Email: , Điện thoại: 0904454885

692