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

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TIỀN XỬ LÝ SIÊU ÂM ĐẾN TỐC ĐỘ SẤY VÀ
MÀU SẮC THƯỢNG ĐẲNG SÂM
STUDY ON INFLUENCE OF ULTRASOUND PRE-TREATMENT ON THE DRYING
RATE AND COLOR OF VIETNAMESE GINSENG
Nguyễn Xuân Quang1a, Nguyễn Hay2b, Nguyễn Ngọc Phương1c, Bùi Ngọc Hùng2d
1
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
2
Trường ĐH Nông Lâm TP. HCM
a
,
c
,
TÓM TẮT
Tiền xử lý trước khi sấy được xem là một giải pháp hữu ích nhằm giảm thời gian sấy và
đảm bảo chất lượng một số nông sản thực phẩm sau khi sấy. Nghiên cứu này khảo sát ảnh
hưởng của tiền xử lý sử dụng siêu âm năng lượng cao đến tốc độ sấy và sự thay đổi màu sắc của
Thượng đẳng sâm bằng cách dùng phương pháp thực nghiệm. Tiền xử lý được thực hiện ở 2
mức cường độ âm 14,33 W/cm2 và 27,47 W/cm2 trong thời gian 10 phút, sau đó sấy đối lưu ở
400C. Kết quả cho thấy thời gian sấy có thể giảm khoảng 980 phút (khi sấy đối lưu không có
tiền xử lý) xuống còn khoảng 680 phút (khi sấy đối lưu có tiền xử lý siêu âm với cường độ công
suất27,47 W/cm2) và các thông số màu sắc cũng thay đổi so với sấy đối lưu ở cùng điều kiện
Từ khóa: Thượng đẳng sâm, siêu âm năng lượng cao, tốc độ sấy, tiền xử lý, màu sắc.
ABSTRACT
Pretreatment is considered a useful method to reduce drying time and ensure the quality
of some agricultural food products. This study investigates the affect of pre-treatment using
high-intensity ultrasonic ondrying rate and color change of Vietnamese ginsengusing
empirical methods. Pretreatment were carried out at two ultrasonic intensity levels of 14,33
W/cm2 and 27,47 W/cm2 during 10 minutes, then dried at 400C convection. The results show

này là khảo sát ảnh hưởng tiền xử lý sử dụng sóng siêu âm đến tốc độ sấy và sự thay đổi màu
sắc của Thượng đẳng sâm Việt Nam và so sánh phương pháp sấy đối lưu có tiền xử lý và
không có tiền xử lý bằng sóng siêu âm.
2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu
Vật liệu sấy dùng thí nghiệm là Thượng đẳng sâm tươi thu hoạch ở 3 năm tuổi được
canh tác tại tỉnh Lâm Đồng bởi công ty Cao Lâm. Kích thước của sâm có đường kính khoảng
10-15mm, chiều dài khoảng 80-110mm, độ ẩm trung bình ban đầu 93,4% (cơ sở ướt), khối
lượng trung bình 18-30 g/củ.
2.2. Thiết bị nghiên cứu
- Thiết bị dùng để tiền xử lý: Nguồn phát sóng siêu âm (1) có tần số (20±0,8) kHz,
công suất có thể thay đổi được và lớn nhất 1200W. Bộ phát sóng siêu âm (2) đầu phát có
đường kính 22mm, được ngâm sâu khoảng 20mm trong nước cất chứa trong cốc thủy tinh (3).
Cảm biến đo nhiệt độ (4) có độ phân giải 0,10C (của hãng Omron) được đặt trong cốc thủy
tinh để đo nhiệt độ của nước trong quá trình xử lý, nhiệt độ của nước được đọc và chuyển
thành dữ liệu thông qua bộ chỉ thị nhiệt độ (5) và gởi về máy tính (6) để lưu trữ. Toàn bộ
thiết bị được thể hiện trên hình 1
Toàn bộ thiết bị được thể hiện trên hình 1
6
5
2
4

1
3

Hình 1. Sơ đồ thiết bị tiền xử lý siêu âm
Năng lượng cung cấp cho bộ phát sóng siêu âm thay đổi, khi đó biên độ dao động thay
đổi làm cho công suất siêu âm P tác động lên mẫu thay đổi. Công suất siêu âm P được xác
định bởi các dụng cụ đo (Mason và các cộng sự, 1990) và theo công thức (1), nhiệt độ nước

27,47 W/cm2.
- Thiết bị sấy đối lưu: Thượng đẳng sâm sau khi tiền xử lý 10 phút để ráo nước, thái
mỏng 2mm, bỏ vào khay (6) và đặt trong buồng sấy (5) ở nhiệt độ (40±0,5)0C, vận tốc gió
khoảng 0,8m/s. Trong quá trình sấy các thông số tác nhân sấy được duy trì ở giá trị cài đặt bởi
bộ hiệu chỉnh PID và PLC (12), khối lượng mẫu được đo trực tiếp và được lưu trữ vào máy
tính giám sát trạng thái và thu thập dữ liệu (13), sơ đồ thiết bị máy sấy được thể hiện như hình
2. Quá trình sấy kết thúc khi độ ẩm của vật liệu sấy đạt đến độ ẩm cân bằng.
13
12
PID
10
11
PID

7

9
8

4

5

3
6

1

2


834


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
- Đánh giá màu sắc: Màu sắc của sản phẩm sau khi sấy là một trong những tiêu chuẩn
đánh giá chất lượng của Thượng đẳng sâm, thông số màu CIE Lap (L*, a*, b*) được sử dụng
để mô tả sự thay đổi màu sắc trong quá trình sấy, các giá trị L*, a*, b* được đo bởi máy đo
màu (X-Rite Inc Grand Rapids MI của Mỹ) và là giá trị trung bình của 3 lần đo lặp lại. Mức
độ thay đổi màu sắc so với giá trị chuẩn được xác định theo công thức (5):


E  ( L  Lref )2  (a  aref
)2  (b  bref
)2

(5)

Trong đó, L*ref, a*ref, b*ref là các giá trị chuẩn, trong nghiên cứu này sử dụng các giá trị
ban đầu (trước khi sấy) làm giá trị chuẩn
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
- Hai quy trình xử lý Thượng đẳng sâm được thể hiện theo lưu đồ sau:

Quy trình 1

Quy trình 2

Nguyên liệu (sâm củ)

Nguyên liệu (sâm củ)


phí năng lượng riêng.

835


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
16
Sấy đối lưu không có tiền xử lý
14
Sấy đối lưu có tiền xử lý 14,33 W/cm2

Độ ẩm (g nước/g vật liệu khô)

12

Sấy đối lưu có tiền xử lý 27,47 W/cm2

10

8

6

4

2

Thời gian (phút)

1000


360

320

280

240

200

160

120

80

40

0

0

Hình 4. Đồ thị giảm ẩm theo thời gian sấy có tiền xử lý và không tiền xử lý
- Sự thay đổi màu sắc
Sự thay đổi các thông số màu sắc của sản phẩm sau khi sấy được đo và ghi nhận lại ở bảng 1.
Dữ liệu cho thấy sấy đối lưu có tiền xử lý siêu âm mức độ thay đổi màu sắc nhiều hơn (ΔE =
26,32 tại cường độ công suất sóng siêu âm 27,47 W/cm2) so với sấy đối lưu thông thường (ΔE
= 18,26). Mức độ thay đổi màu sắc có chiều hướng tăng dần khi tăng cường độ công suất
sóng siêu âm, có thể là khi sấy lượng nước bị mất đi và khi tiền xử lý sóng siêu âm ảnh hưởng

75,58

47,24

74,04

a*

-1,33

2,32

-1,44

2,47

-1,7

2,9

*

18,24

28,32

17,17

27,12


[2] Xiao, HW., Law, CL., Sum, DW., & Gao, ZJ., Color change Kinetics of American
Ginseng (Panax quinquefolium) Slices During Air Impingement Drying. Drying
Technology, 2014, 32, p.418-427
[3] Xu, GJ., &Xu, LS., Species systematization and quality evaluation of Chinese traditional
drugs. Fujian Science and Technology Press, Fuzhou, 1994,Vol. 1, p. 5–9
[4] />[5] Fernandes, F.E., Linhares Jr., & Rodrigues, S., Ultrasound as pre-treatment for drying of
pineapple. Ultrasonics Sonochemistry, 2008, 15, p. 1049–1054
[6] Kadam, S.U., Tiwari, B.K., &O'Donnell C.P., Effect of ultrasound pre-treament on the
drying kinetics of brown seaweed Ascophyllum nodosum. Ultrasonics Sonochemistry,
2015, 23, p.302 -307
[7] Mothibe, K.J., Zhang, M., Nsor-atindana, J., & Wang, Y.C., Use of ultrasound
pretreatment in drying of fruits: drying rates, quality attributes, and shelf life extension,
Drying Technology, 2011, 29, p.1611-1621

837