Quá Trình Và Thiết Bị Sấy Thăng Hoa Trong Công Nghệ Thực Phẩm

Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để tách nước ra khỏi mẫu nguyên liệu, trong quá trình thiết bị sấy, nước được tách ra khỏi nguyên liệu theo nguyên tắc bốc hơi (evaporation) hoặc thăng hoa (sublimation). Có nhiều phương pháp sấy và chúng được thực hiện theo những nguyên tắc khác nhau. Chúng ta có thể chia ra các phương pháp sấy theo các nhóm sau: sấy đối lưu, sấy tiếp xúc, sấy bức xạ, sấy bằng vi sóng và dòng điện cao tần, sấy thăng hoa.[1]

Hiện nay, trên thị trường đang ngày càng phổ biến và ưa chuộng các sản phẩm được sấy theo phương pháp thăng hoa như sữa chua sấy thăng hoa, nước mía, xoài, sầu riêng, mít sấy thăng hoa,… với những ưu điểm nổi bật về giá trị dinh dưỡng và cảm quan. Vậy, sấy thăng hoa là gì, thiết bị sấy thăng hoa có cấu tạo như thế nào, hãy cùng tìm hiểu thông qua bài viết sau.

Sấy thăng hoa là gì?

Sấy thăng hoa là quá trình tách ẩm khỏi vật liệu sấy trực tiếp từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi nhờ quá trình thăng hoa. Để tạo điều kiện sấy thăng hoa, vật liệu sấy phải được làm lạnh dưới điểm ba thể (lỏng, khí, rắn), nhiệt độ t=0,0098°C và áp suất p=4,6 mmHg (tương đương 610,5 Pa).[2]

Theo giản đồ pha, khi nước trong thực phẩm ở trạng thái rắn (nước đã lạnh đông) và áp suất hơi trên thực phẩm thấp hơn 610,5 Pa, nếu ta gia nhiệt thì phần nước ở trạng thái rắn sẽ chuyển trực tiếp sang trạng thái hơi.[1]

Trong phương pháp sấy thăng hoa, mẫu nguyên liệu cần sấy trước tiên sẽ được đem lạnh đông để một phần ẩm trong nguyên liệu chuyển sang trạng thái rắn. Tiếp theo, người ta sẽ tạo áp suất chân không và nâng nhẹ nhiệt độ để nước thăng hoa, tức nước sẽ chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái hơi mà không thông qua trạng thái lỏng.

Các giai đoạn trong quá trình sấy thăng hoa

Quá trình sấy thăng hoa gồm có ba giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Lạnh đông nguyên liệu để chuyển một phần nước trong nguyên liệu sang dạng rắn.
• Giai đoạn 2: Giai đoạn thăng hoa: Tạo áp suất chân không rồi gia nhiệt nguyên liệu đã lạnh đông trong buồng sấy để nước thăng hoa.
• Giai đoạn 3: Giai đoạn bay hơi ẩm còn lại.

Do trong giai đoạn lạnh đông, chúng ta không thể chuyển toàn bộ lượng nước trong nguyên liệu sang dạng rắn nên sau giai đoạn sấy thăng hoa là giai đoạn sấy chân không để tách thêm một phần ẩm ở dạng lỏng trong nguyên liệu, đảm bảo độ ẩm của nguyên liệu sau quá trình sấy sẽ đạt giá trị yêu cầu.[1]

Áp suất sử dụng trong quá trình sấy thăng hoa thường dao động trong khoảng 27 – 133 Pa. Đối với thực phẩm, nhiệt độ trong quá trình sấy thường không vượt quá 40 – 50°C.[1]

Sơ đồ hệ thống thiết bị sấy thăng hoa

Trong hệ thống sấy thăng hoa có các thiết bị sau:

• Buồng sấy thăng hoa: Thường có cấu tạo hình trụ kín, nằm ngang hoặc thẳng đứng. Nguyên liệu sau giai đoạn lạnh đông sẽ được đưa vào trong buồng sấy thăng hoa. Để gia nhiệt cho nguyên liệu, người ta có thể sử dụng phương pháp dẫn nhiệt, bức xạ, sử dụng vi sóng hoặc dòng điện cao tần.
• Bình ngưng: Có nhiệm vụ ngưng tụ hơi ẩm thoát ra và làm đóng băng ẩm này trong quá trình sấy. Dùng bình ngưng sẽ giảm nhẹ sự làm việc của bơm chân không.
• Bơm chân không: Có nhiệm vụ hút khí tạo chân không ban đầu cho bình thăng hoa và trong thời gian sấy có nhiệm vụ tách các cấu tử dễ bay hơi và những khí không ngưng khác, đảm bảo sự làm việc của thiết bị.
• Hệ thống làm lạnh: Nhiệm vụ của hệ thống làm lạnh là làm lạnh sản phẩm đến nhiệt độ yêu cầu (dưới điểm ba thể) và làm lạnh bình ngưng để ngưng tụ và đóng băng ẩm thoát ra, tạo điều kiện duy trì chân không và chế độ làm việc trong hệ thống.[3]

Ưu và nhược điểm của quá trình sấy thăng hoa

Ưu điểm của phương pháp sấy thăng hòa là sản phẩm sau quá trình sấy có cấu trúc xốp, ít bị co rút, biến dạng, nhiệt độ cuối quá trình sấy thấp nên không làm tổn thất các cấu tử mẫn cảm nhiệt trong thực phẩm như vitamin, các cấu tử hương, các chất có hoạt tính sinh học, chất màu,… sản phẩm ít bị biến tính, giữ được chất lượng dinh dưỡng và giá trị cảm quan.[1]

Tuy vậy sấy thăng hoa có nhược điểm là giá thành thiết bị cao, tiêu hao điện năng lớn, vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao.[3]

Các sản phẩm phù hợp để sấy bằng phương pháp sấy thăng hoa

Trong công nghiệp thực phẩm, thiết bị sấy thăng hoa được sử dụng để sấy các chế phẩm giống vi sinh vật, enzyme hoặc những sản phẩm giàu các hợp chất có hoạt tính sinh học.[1]

Một số loại sản phẩm được sấy bằng phương pháp sấy thăng hoa trên thị trường hiện nay là đông trùng hạ thảo, sầu riêng, mít, khoai lang, xoài, sapoche, sữa chua sấy thăng hoa,…

Tài liệu tham khảo [1] Lê Văn Việt Mẫn và cộng sự . Công nghệ chế biến thực phẩm. TP HCM: Nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2011, tr. 334-357. [2] Huỳnh Bảo Long, Nguyễn Thị Hồng Minh. “Ứng dụng công nghệ sấy thăng hoa để nâng cao chất lượng sản phẩm sầu riêng sấy,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ thực phẩm. Số 06/2015, tr. 35-41, 18/06/2015 [3] Hoàng Văn Chước. Kỹ thuật sấy. Hà Nội: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 1999, tr. 204-208.

Thanh Bình RD VNO