Nghiên cứu xác định chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ với sự hỗ trợ của bức xạ hồng ngoại

TỔNG QUAN

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU TÔM

1.1.1 Giới thiệu chung về nguyên liệu tôm ở nước ta

Tôm biển là một trong những đặc sản quý giá của Việt Nam, bên cạnh các loại hải sản khác như cua và mực Trong các loài giáp xác, tôm chiếm trữ lượng lớn nhất, góp phần làm phong phú thêm nguồn hải sản của biển Việt Nam.

Ngành nuôi tôm ở Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào mạng lưới kênh rạch phong phú và diện tích rừng ngập mặn rộng lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nuôi trồng thủy sản Nhu cầu về tôm xuất khẩu và tiêu dùng nội địa ngày càng tăng, trong khi sản lượng đánh bắt tự nhiên lại có hạn, khiến nghề nuôi tôm trở thành một lĩnh vực được chú trọng đầu tư Ở miền Bắc và miền Trung, tôm được nuôi chủ yếu tại các bãi triều và vùng nước lợ, với tôm rảo chiếm 75% sản lượng miền Bắc và tôm sú 58% sản lượng miền Trung Trong khi đó, miền Nam chủ yếu nuôi tôm thẻ chân trắng, chiếm tới 80-90% sản lượng Tổng diện tích nuôi tôm hiện nay khoảng 260.000 ha, cung cấp sản lượng từ 45-47 ngàn tấn/năm.

Hình 1.1 Tôm thẻ chân trắng [2]

Tôm thẻ chân trắng là loài nuôi mới với nhiều ưu điểm nổi bật như thời gian nuôi ngắn, sức sống cao và khả năng kháng bệnh tốt Đây là nguyên liệu chính để sản xuất tôm khô, đặc biệt khi sản lượng tôm tự nhiên không đủ đáp ứng nhu cầu thị trường Loài thủy sản này không chỉ có giá trị dinh dưỡng cao mà còn nằm trong danh sách những mặt hàng thủy sản xuất khẩu lớn nhất của Việt Nam.

1.1.2 Thành phần hóa học của tôm

Thành phần hoá học của tôm thường thay đổi theo giống loài (Bảng 1.1) Nhƣng gồm những phần chủ yếu đƣợc thể hiện trong bảng 1.1:

Bảng 1.1: Hàm lƣợng một số Vitamin trong cơ thịt tôm [3]

Năng lƣợng Chất béo Cholesterol Natri Protein Carbs

99,0 calo 0,3 gram 189,0 miligam 111,0 miligam 24,0 gram 0,2 gram

Protein là thành phần chính trong cơ thịt tôm, chiếm khoảng 70% - 80% trọng lượng các chất khô Nó kết hợp với các chất hữu cơ và vô cơ khác để tạo thành các phức chất có đặc tính sinh học đa dạng Cấu trúc protein được hình thành từ các axit amin, quyết định giá trị dinh dưỡng của sản phẩm Hàm lượng protein trong tôm dao động từ 18% - 23%, tùy thuộc vào loại tôm, mùa vụ, vùng phân bố và trạng thái sinh lý Trong thành phần protein, có nhiều nguyên tố như N, C, H, S, O, trong đó hàm lượng nitơ chiếm từ 15% - 18%.

Hàm lượng nước trong tôm chiếm khoảng 70-80% khối lượng tươi, giúp tôm có thân mềm mại và bóng mượt Tuy nhiên, lượng nước cao cũng khiến tôm dễ bị dập nát và ươn hỏng, tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển, làm giảm trọng lượng trong quá trình chế biến và bảo quản đông lạnh.

 Gluxit và lipit: Trong thịt tôm có rất ít mỡ, mỡ chỉ khoảng 1 - 2% , hàm lƣợng gluxit của tôm rất ít chỉ khoảng 0,4 - 1,2%

 Chất khoáng: Trong thịt tôm nói chung là giàu canxi, magie, và một lƣợng đáng kể phospho, trong tôm có lƣợng iốt cao

Tôm là nguồn thực phẩm giàu vitamin, với hàm lượng vitamin phụ thuộc vào loài và biến đổi theo mùa vụ Tuy nhiên, nhóm vitamin B và vitamin C dễ bị mất đi trong quá trình bảo quản và chế biến do tính hòa tan trong nước.

Khi các loại giáp xác như tôm, cua được gia nhiệt qua các phương pháp như luộc hoặc nấu, hoặc ngâm trong axit vô cơ hay rượu, vỏ của chúng sẽ chuyển sang màu đỏ do sự hình thành của sắc tố Astaxin Astaxin là sản phẩm oxi hóa của Astaxanthin, thường tồn tại dưới dạng liên kết chặt chẽ với các protein có màu xanh tím, xanh ve, và xám Ngoài ra, Astaxanthin cũng dễ dàng bị oxi hóa thành Astaxin khi tiếp xúc với không khí.

Chất ngấm ra trong tôm không chỉ tạo ra hương vị thơm ngon mà còn kích thích dịch vị trong quá trình chế biến Tuy nhiên, trong quá trình bảo quản, những chất này dễ bị vi sinh vật tác động, dẫn đến thối rữa và làm giảm khả năng bảo quản, gây hư hỏng nguyên liệu Khi tôm được rã đông, chất ngấm ra cũng thoát ra ngoài, gây hao hụt trọng lượng.

Enzyme của động vật thủy sản, đặc biệt là tôm, có hoạt động mạnh hơn so với enzyme của động vật trên cạn Điều này dẫn đến việc động vật thủy sản phân giải nhanh hơn, vì vậy trong quá trình bảo quản, cần phải ức chế hoạt động của enzyme để kéo dài thời gian bảo quản.

1.1.3 Thành phần dinh dƣỡng của tôm khô

Hình 1.2 Tôm khô không vỏ

Tôm khô giữ nguyên giá trị dinh dưỡng từ tôm tươi, là nguồn thực phẩm ít calo nhưng giàu chất dinh dưỡng Đặc biệt, tôm khô chứa lượng protein tinh khiết lên đến 75,6g trong 100g, cao hơn nhiều so với tôm tươi (18,1g), thịt bò (17,6g) và thịt lợn (18,6g) Protein đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động của các mô và cơ quan trong cơ thể, là thành phần thiết yếu cho sự sống của mọi tế bào và cung cấp nitrogen cần thiết cho sinh vật.

Bảng 1.2 Giá trị dinh dƣỡng trong 100g tôm khô [3]

Chất béo chƣa bão hòa 3,8 g

Tôm khô là nguồn thực phẩm giàu dinh dưỡng, đặc biệt là canxi, khoáng chất quan trọng nhất cho sự phát triển của hệ xương Canxi không chỉ tham gia vào quá trình cốt hóa xương mà còn giúp bù đắp lượng canxi mất qua mồ hôi và nước tiểu, đồng thời hỗ trợ quá trình đông máu và hồi phục vết thương Bên cạnh đó, tôm khô cũng cung cấp phốt pho, khoáng chất có hàm lượng cao thứ hai trong cơ thể, giúp lọc chất cặn bã và sửa chữa các mô, tế bào bị tổn thương.

Sắt là một khoáng chất thiết yếu cho cơ thể, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sức khỏe của các cơ quan và mô Thiếu sắt có thể dẫn đến tình trạng thiếu máu, gây ra mệt mỏi và khó thở Do đó, việc bổ sung đủ sắt là cần thiết để đảm bảo cơ thể hoạt động hiệu quả.

Tôm chứa nhiều omega 3 và 6, giúp chống lại cảm giác mệt mỏi, buồn chán và trầm cảm Các axit béo này còn có tác dụng chống oxy hóa, làm chậm quá trình lão hóa Đặc biệt, tôm khô không chứa cholesterol, rất tốt cho người mắc bệnh tim mạch và tăng huyết áp, giúp họ yên tâm sử dụng mà không lo tăng cholesterol.

8 trong tôm khô khá cao Phù hợp cho trẻ em vì chứa nhiều canxi và omega, thích hợp cho sự phát triển của trẻ

1.1.4 Tôm khô nguyên vỏ và những ƣu điểm

Hình 1.3 Tôm khô nguyên vỏ

Tôm khô nguyên vỏ là loại thực phẩm được chế biến từ những con tôm tươi tự nhiên, đảm bảo giữ lại phần đầu và hương vị thơm ngon Sản phẩm này có vị ngọt thanh tự nhiên, sạch cát và vẫn giữ được hình dáng nguyên vẹn, không bị nát Việc giữ nguyên vỏ không chỉ giúp bảo quản chất lượng mà còn đảm bảo vệ sinh khi sử dụng trực tiếp mà không cần chế biến thêm.

Tôm khô nguyên vỏ giữ được vị ngọt và độ dai tối ưu, với màu đỏ hồng tự nhiên và hương thơm đặc trưng Vỏ tôm không chỉ bảo vệ hương vị mà còn giúp sản phẩm tránh bị nhuộm màu, đảm bảo chất lượng và thời gian bảo quản lâu dài, lên đến 6-8 tháng trong tủ lạnh hoặc 2-3 tháng ở nhiệt độ thường Nhờ những ưu điểm này, tôm khô nguyên vỏ ngày càng được ưa chuộng cả trong và ngoài nước.

Bảng 1.3 Chỉ tiêu chất lƣợng sản phẩm tôm khô (TCVN 5650:1992)

Màu sắc Đỏ tươi (tôm sông) hoặc cam đỏ (tôm biển)

Hồng đỏ (tômsông) hoặc cam sáng (tôm biển)

Hồng nhạt (tôm sông) hoặc vàng nhạt (tôm biển)

Mùi vị Mùi rất đặc trƣng, không có mùi lạ Vị ngọt đậm hay ngọt tự nhiên Không có mùi, khai hoặc mùi lạ khác

Tình hình phơi sấy tôm khô hiện nay

Ở nhiều quốc gia có khí hậu lạnh, khói nóng được sử dụng để sấy khô thịt, cá và thực phẩm khác, tạo ra các sản phẩm hun khói để bảo quản trong mùa đông Trong khi đó, các nước nhiệt đới thường sử dụng phương pháp phơi nắng để sấy khô thực phẩm Các quốc gia phát triển như Nga, Mỹ, Pháp và Đức đã áp dụng công nghệ sấy hiện đại, bao gồm việc sử dụng bức xạ hồng ngoại để sấy hải sản, mang lại hiệu quả kinh tế cao Tại Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới và nhiều nắng, phương pháp phơi nắng được ưa chuộng, đặc biệt ở vùng đồng bằng sông Cửu Long Hiện nay, một số công ty trong nước đã ứng dụng công nghệ sấy mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường Qua nghiên cứu, hiện có nhiều phương pháp sấy khác nhau đang được áp dụng.

1.2.1 Phương pháp truyền thống - Phơi nắng

Phơi nắng là phương pháp khô sản phẩm phổ biến trong nông nghiệp nhờ vào chi phí thấp và tận dụng năng lượng mặt trời, nhưng không phù hợp cho công nghiệp vì thời gian phơi lâu, phụ thuộc vào ánh nắng, và khó kiểm soát nhiệt độ, dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm và không đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Phương pháp này cũng tốn nhân công và diện tích Ở đồng bằng sông Cửu Long, phơi tôm khô nguyên vỏ được nông dân sử dụng chủ yếu để phục vụ thị trường trong nước.

Hình 1.4 Thực trạng phơi tôm khô nguyên vỏ [3]

1.2.2 Phương pháp sấy bằng tủ sấy điện trở

Hình 1.5 Tủ sấy điện trở Kenview [4]

Tủ sấy điện trở hoạt động bằng cách tạo ra khí nóng thông qua không khí tươi được thổi qua nguồn gia nhiệt như điện trở hoặc đèn hồng ngoại Quạt thổi sẽ đưa khí nóng này đi ngang qua bề mặt sản phẩm cần sấy, giúp nước trong sản phẩm bay hơi theo dòng khí nóng ẩm ra ngoài môi trường Các bộ phận chính của tủ sấy điện trở bao gồm buồng sấy, điện trở cấp nhiệt, khay chứa sản phẩm và quạt.

- Chất lượng an toàn vệ sinh thực phẩm tốt so với phương pháp phơi nắng

- Tủ sấy có cấu tạo đơn giản, vận hành dễ dàng

- Có thể chủ động điều khiển nhiệt độ sấy theo yêu cầu, tiết kiệm đƣợc nhân lực lao động

- Có thể sử dụng nhiều dạng năng lƣợng để làm nóng không khí nhƣ: điện năng, hơi nước nóng, các nguồn nhiệt từ dầu mỏ, than đá…

Khi sấy bằng không khí nóng, nhiệt độ sẽ dẫn từ bề mặt vào tâm sản phẩm, nhưng đối với tôm, cá, thủy hải sản và nông sản, quá trình dẫn nhiệt diễn ra kém do hệ số dẫn nhiệt thấp Điều này dẫn đến thời gian sấy kéo dài ở nhiệt độ thấp, gây biến đổi màu sắc, mất dưỡng chất và giảm chất lượng sản phẩm Để rút ngắn thời gian sấy, người ta thường tăng nhiệt độ, nhưng điều này có thể gây ra phản ứng phân hủy protein, oxy hóa lipid và oxy hóa hợp chất màu, làm cho sản phẩm sau khi sấy bị khô cứng và giảm chất lượng.

1.2.3 Phương pháp dùng máy sấy bơm nhiệt

Sấy lạnh bơm nhiệt là quá trình sấy diễn ra ở áp suất khí quyển, trong đó không khí được đưa vào thiết bị bay hơi của hệ thống lạnh bơm nhiệt để hạ nhiệt độ xuống điểm động sương Hơi nước trong không khí sẽ bị ngưng tụ, làm giảm độ ẩm của không khí về 0, trong khi áp suất riêng phần hơi nước cũng giảm nhưng không đạt đến 0 Sau đó, không khí được dẫn qua thiết bị ngưng tụ, nơi nó được đốt nóng và tăng nhiệt độ lên đến nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh, rồi tiếp tục được dẫn vào buồng sấy chứa sản phẩm.

Hình 1.6 Sấy tôm nguyên vỏ bằng máy sấy bơm nhiệt [4]

Dưới sự chênh lệch áp suất hơi nước, sản phẩm tự bốc hơi và khô mà không bị ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nhờ vào nhiệt độ môi trường sấy thấp, đảm bảo giá trị kinh tế cao cho nguyên liệu Máy sấy lạnh được thiết kế với máy bơm nhiệt hiệu quả, cung cấp nhiệt và thoát ẩm đồng đều, giúp sấy khô sản phẩm mà không làm hư hại Ưu điểm của công nghệ này bao gồm tính thân thiện với môi trường, màu sắc đẹp, thời gian sấy nhanh và chất lượng sản phẩm tốt, đặc biệt là trong việc sấy khô tôm.

Hạn chế của thiết bị bao gồm giá thành cao và chi phí phụ tùng đắt đỏ, yêu cầu bảo trì và bảo hành định kỳ, phụ thuộc vào đội ngũ kỹ thuật chuyên môn khi gặp sự cố hư hỏng, và không thể sấy ở nhiệt độ cao.

1.2.4 Phương pháp sấy thăng hoa

(a) (b) Hình 1.7 Hình a là sản phẩm tôm sú sấy thăng hoa, hình b là sản phẩm tôm sấy nhiệt thông thường [4]

Nguyên lý hoạt động của quá trình đông lạnh tôm là khi sản phẩm được đông lạnh ở nhiệt độ -30°C đủ lâu để nước trong tôm đông đá hoàn toàn Sau đó, áp suất trong buồng sấy được hút chân không, bắt đầu quá trình thăng hoa Nhiệt độ của khay sấy được tăng dần để tối ưu hóa quá trình này, hơi nước sẽ được ngưng tụ trong một buồng phụ trước khi được bơm ra ngoài Ưu điểm của phương pháp này là giữ nguyên hình dạng và màu sắc của tôm, đồng thời bảo toàn giá trị dinh dưỡng, tạo sự khác biệt rõ rệt so với các phương pháp sấy khô khác.

Hệ thống máy sấy thăng hoa có chi phí cao và cấu tạo phức tạp, bao gồm nhiều thiết bị và quy trình điều khiển sấy đa giai đoạn Điều này khiến cho các hộ sản xuất tư nhân vừa và nhỏ gặp khó khăn trong việc tiếp cận công nghệ này, chủ yếu chỉ có các công ty lớn với vốn đầu tư lớn mới có khả năng sử dụng.

Phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại

Hình 1.8 Các loại đèn hồng ngoại [4]

Tia hồng ngoại là loại bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia vi sóng, với bước sóng dao động từ 700nm đến 1mm Tên gọi "hồng ngoại" có nghĩa là "ngoài màu đỏ", vì màu đỏ có bước sóng dài nhất trong quang phổ ánh sáng Tia hồng ngoại được ứng dụng trong việc sấy khô sản phẩm nhờ vào tác dụng nhiệt của chúng, giúp thổi bay hơi ẩm và dư lượng nước trong thực phẩm.

Máy sấy tia hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng nhiệt từ tia hồng ngoại để làm khô các sản phẩm.

Hình 1.9 Hệ thống sấy hồng ngoại [5]

Hệ thống sấy hồng ngoại mang lại nhiều ưu điểm nhờ ứng dụng công nghệ cao, giúp nâng cao hiệu quả sấy Sản phẩm được sấy bằng máy sấy hồng ngoại thường có chất lượng tốt hơn, giữ được màu sắc và dinh dưỡng, đồng thời tiết kiệm thời gian và năng lượng so với các phương pháp sấy truyền thống.

Sản phẩm sau quá trình sấy khô bằng hồng ngoại giữ nguyên chất lượng so với trước khi sấy, bao gồm hương thơm, vị ngon và hàm lượng vitamin Điều này đặc biệt quan trọng đối với các loại thực phẩm, trái cây, hải sản và đồ ăn khác, giúp bảo toàn giá trị dinh dưỡng và hương vị tự nhiên.

+ Quá trình sấy không làm thức ăn bị nhiễm khuẩn: Đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm luôn ở mức rất cao

+ Công nghệ sấy bằng tia hồng ngoại giúp rút ngắn thời gian sản xuất, giúp tiết kiệm chi phí cho mỗi thành phẩm

Phương pháp này hoàn toàn không sử dụng các chất xúc tác hóa học đặc biệt, do đó không gây ô nhiễm môi trường và không ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

+ Tia hồng ngoại còn có khả năng tiêu diệt côn trùng và tiệt trùng sản phẩm sấy: Giúp đảm bảo chất lƣợng cho sản phẩm sấy

Quá trình sấy khô sản phẩm bằng bóng đèn sấy hồng ngoại diễn ra với cường độ trao đổi nhiệt cao hơn so với các phương pháp sấy khác, giúp rút ngắn thời gian sấy một cách đáng kể.

+ Cường độ bốc hơi ẩm trên sản phẩm sấy có thể lớn hơn vài lần so với đối lưu và tiếp xúc tuần hoàn khí nóng

+ Tránh đƣợc quá nhiệt cục bộ và làm chai, nứt nẻ bề mặt

Hiệu suất sử dụng nhiệt cao giúp giảm tổn hao năng lượng, khi năng lượng bức xạ hồng ngoại chủ yếu chuyển hóa thành nhiệt năng cần thiết để làm nước trong sản phẩm bốc hơi Điều này tạo ra gradien nhiệt độ và độ ẩm ở lớp sát bề mặt sản phẩm sấy cùng chiều, từ đó tăng cường tốc độ khuếch tán và nâng cao tốc độ sấy.

Việc điều chỉnh nhiệt độ trên bề mặt sản phẩm sấy rất dễ dàng, mang lại sự thuận tiện trong thao tác và sử dụng Đặc biệt, với phương pháp sấy bằng bóng đèn, người dùng có thể dễ dàng ngừng quá trình sấy khi cần thiết.

+ Dễ lắp đặt, vận hành, điều khiển, chi phí ít tốn kém, chiếm ít diện tích mặt bằng

Máy sấy sử dụng đèn hồng ngoại chỉ tác động đến vật cần sấy mà không gây ảnh hưởng đến môi trường và không khí xung quanh Phương pháp này rất sạch sẽ, và cấu tạo của máy sấy hồng ngoại đơn giản, dễ sử dụng.

Máy sấy hồng ngoại mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, bao gồm chi phí lắp đặt và thiết kế hệ thống tương đối thấp, phù hợp với nhiều quy mô sản xuất và kinh doanh khác nhau Hơn nữa, việc vận hành và sử dụng máy sấy hồng ngoại cũng rất đơn giản, dễ dàng học và thực hành ngay tại nhà.

Mặc dù máy sấy hồng ngoại có nhiều ưu điểm, nhưng cũng không tránh khỏi những nhược điểm nhất định Các khuyết điểm này cần được xem xét khi lựa chọn phương pháp sấy khô phù hợp.

+ Khả năng xuyên thấu của các tia hồng ngoại khá kém: Chúng chỉ có thể sấy khô các sản phẩm có độ dày nhỏ từ 7 - 30 mm [31]

+ Tùy theo mỗi loại sản phẩm cần sấy, cần xác định công suất hồng ngoại phù hợp

Tổng quan các công trình nghiên cứu đã công bố trên thế giới và tại Việt

1.4.1 Các công trình nghiên cứu đã công bố trên thế giới

* Trong sấy tôm và thủy hải sản

Zhang và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu về các thuộc tính mùi thơm của tôm sấy khô trong không khí nóng, cùng với các bộ phận khác của tôm, thông qua phân tích cảm quan và sắc ký khí - khối phổ Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hợp chất hoạt tính tạo mùi thơm ở thịt tôm sấy khô bằng không khí nóng giảm đáng kể khi loại bỏ biểu bì tôm.

Murali và các cộng sự đã thiết kế một máy sấy năng lượng mặt trời tiết kiệm năng lượng, sử dụng nước làm phương tiện lưu trữ và truyền nhiệt Hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp 73,93% nhiệt năng cần thiết, trong khi máy nước nóng hỗ trợ phần còn lại khi bức xạ mặt trời giảm trong giai đoạn bắt đầu và kết thúc quá trình sấy.

Hosseinpour và các cộng sự [8] đã tiến hành thí nghiệm sấy bằng máy sấy kết nối với máy tính Nhiệt độ sấy khô được sử dụng là từ 50 – 90°C với không khí nóng, trong khi sấy hơi nước quá nhiệt được thực hiện ở nhiệt độ 110 – 120°C Tốc độ sấy trung bình trong các thí nghiệm này là từ 1 – 2.

19 m/s Kết quả cho thấy các thông số màu của sản phẩm tôm khô bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ sấy

Nghiên cứu của Josafat và các cộng sự chỉ ra rằng trong quá trình phơi nắng tôm muối khô, hàm lượng astaxanthin bị phân hủy lên đến 75%, trong khi cholesterol tăng đáng kể gấp 8,6 lần và tổng nồng độ lipid đạt 372,9 ± 16,3 μg/g Hơn nữa, quá trình bảo quản cũng làm gia tăng những thay đổi này.

Pranav Mehta và các cộng sự đã thiết kế và phân tích hiệu suất của máy sấy năng lượng mặt trời để làm khô cá Kết quả nghiên cứu cho thấy, độ ẩm của cá giảm từ khoảng 89% xuống còn 10% chỉ sau 18 giờ sử dụng máy sấy năng lượng mặt trời, trong khi quá trình làm khô cá ngoài nắng tự nhiên mất đến 38 giờ.

Ohijeagbon và các cộng sự đã nghiên cứu động học sấy của máy sấy cá bằng khí đốt bán tự động, được chế tạo từ tấm kim loại nhẹ và thép không gỉ Máy sấy này được sử dụng để sấy các mẫu cá đã chế biến và có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng kiểm soát các thông số vận hành chính như khối lượng cá, khối lượng khí hóa lỏng, nhiệt độ bên trong máy, thời gian sấy, độ ẩm và mức sử dụng năng lượng.

Hamdani và các cộng sự đã phát triển và thử nghiệm một thiết bị sấy năng lượng mặt trời tích hợp hệ thống sưởi không khí bằng nhiên liệu Kết quả cho thấy quá trình sấy cá được rút ngắn thời gian, đồng thời tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí đầu vào.

Nghiên cứu của Zhen-hua Duan và các cộng sự chỉ ra rằng việc gia nhiệt bằng lò vi sóng không khí nóng có ảnh hưởng tích cực đến quá trình sấy khô cá rô phi philê tươi Cụ thể, khi tăng công suất vi sóng, độ ẩm cuối cùng của sản phẩm sấy giảm đáng kể trong cùng một khoảng thời gian.

Hosain Darvishi và các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu về tác động của sấy vi sóng đối với tốc độ sấy, khả năng khuếch tán hiệu quả và mức tiêu thụ năng lượng của cá Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu quả của phương pháp sấy hiện đại trong ngành chế biến thực phẩm.

Nghiên cứu về 20 mẫu cá mòi được thực hiện ở các công suất vi sóng khác nhau (200, 300, 400 và 500 W) cho thấy rằng độ ẩm và thời gian sấy của các mẫu giảm đáng kể khi công suất vi sóng đầu vào tăng.

* Trong sấy nông sản kết hợp hồng ngoại

Nghiên cứu của Fatemeh Jafari và các cộng sự cho thấy sấy hồng ngoại có ảnh hưởng tích cực đến chất lượng của lát cà tím Kết quả cho thấy quá trình sấy khô làm tăng đáng kể hàm lượng phenolic và kali Tổng chênh lệch màu (ΔE) được ghi nhận trong khoảng 10,22–25,14.

Nghiên cứu của Kay Khaing Hnin và các cộng sự cho thấy phương pháp sấy lạnh hồng ngoại hoa hồng ở nhiệt độ cao không chỉ giảm thời gian sấy mà còn tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

Nghiên cứu của Yiting Guo và các cộng sự cho thấy việc tăng cường công suất siêu âm trong quá trình sấy khô bằng tia hồng ngoại đối với lát cà rốt đã nâng cao khả năng loại bỏ nước và khuếch tán độ ẩm hiệu quả.

Xiaowei Shi và các cộng sự đã nghiên cứu một phương pháp làm khô mới kết hợp siêu âm tiếp xúc và bức xạ hồng ngoại để cải thiện sự chuyển ẩm và thay đổi cấu trúc của các lát chuối Kết quả cho thấy công suất của sóng siêu âm tiếp xúc cao hơn tạo ra hiệu ứng tăng cường mạnh mẽ đối với bức xạ hồng ngoại, giúp tối ưu hóa quá trình làm khô.

Nghiên cứu của Yue Zhang và các cộng sự chỉ ra rằng việc kết hợp tia hồng ngoại với tác động không khí nóng (IR-HAD) là một phương pháp hiệu quả để làm khô lát bầu xốp (mướp hình trụ) Kết quả cho thấy, kỹ thuật IR-HAD không chỉ giúp giữ lại các đặc tính chất lượng của rau mà còn phù hợp với độ dày tối ưu từ 5,30 đến 7,25 mm, dựa trên tính toán độ xuyên tia hồng ngoại.

Phân tích, đánh giá các công trình trên, điểm mới cho đề tài đang nghiên cứu.23

Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thị Bích Thủy về chế độ sấy khô thóc và đậu phộng trên băng chuyền sử dụng gia nhiệt bằng bức xạ hồng ngoại đã xác định được chế độ sấy tối ưu Cụ thể, khoảng cách bức xạ tới sản phẩm sấy là 450mm, vận tốc băng tải là 7mm/s, và thời gian sấy là 3 phút.

1.5 Phân tích, đánh giá các công trình trên, điểm mới cho đề tài đang nghiên cứu

1.5.1 Phân tích, đánh giá các công trình trong nước và trên thế giới Bảng 1.4 Bảng tổng hợp các công trình nghiên cứu trên thế giới

Tên tác giả Tên nghiên cứu Kết quả nghiên cứu Ghi chú

Similarity of aroma attributes in hot – air - dried shrimp (Penaeus

Nghiên cứu đã kết luận hợp chất hoạt tính tạo mùi thơm ở thịt đƣợc sấy khô bằng không khí nóng giảm xuống ở

24 vannamei) and its different parts using sensory analysis and GC–MS nhiều mức độ khác nhau sau khi loại bỏ biểu bì tôm

Design and performance evaluation of solar - LPG hybrid dryer for drying of shrimps

Thiết kế kế và phát triển một máy sấy năng lƣợng mặt trời tiết kiệm năng lƣợng phù hợp cho hoạt động sấy liên tục

Application of computer vision technique for on-line monitoring of shrimp color changes during drying

Thí nghiệm sấy tôm khô được thực hiện trên máy sấy với nhiều mức nhiệt độ khác nhau Kết quả cho thấy nhiệt độ sấy có ảnh hưởng đáng kể đến các thông số màu của sản phẩm tôm khô.

Cholesterol oxidation and astaxanthin degradation in shrimp during sun drying and storage

Trong quá trình phơi nắng, khoảng 75% astaxanthin bị phân hủy, cholesterol tăng cao gấp 8,6 lần, và tổng nồng độ lipid đạt 372,9 ± 16,3 μg/g Ngoài ra, việc bảo quản sẽ làm gia tăng các quá trình này hơn nữa.

Design and performance analysis of a mixed mode tent-type solar dryer for fish- drying in coastal areas

Kết quả nghiên cứu cho thấy, quá trình sấy cá bằng máy sấy năng lượng mặt trời giúp giảm độ ẩm từ khoảng 89% xuống còn 10% chỉ trong 18 giờ Trong khi đó, việc làm khô cá dưới ánh nắng tự nhiên tốn đến 38 giờ.

Data on drying kinetics of a semi-automated gas-fired fish dryer,

Nghiên cứu dữ liệu về động học sấy của máy sấy cá bằng khí đốt bán tự động Máy có ƣu điểm là kiểm soát đƣợc các

Thông số vận hành chính của máy sấy Omotosho bao gồm khối lượng cá và khối lượng khí hóa lỏng sử dụng, nhiệt độ bên trong máy, thời gian sấy, độ ẩm và mức tiêu thụ năng lượng.

Fabrication and testing of hybrid solar-biomass dryer for drying fish

Thiết bị sấy năng lượng mặt trời, kết hợp với hệ thống sưởi không khí bằng nhiên liệu, đã chứng minh hiệu quả vượt trội trong việc rút ngắn thời gian sấy cá Giải pháp này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn giảm chi phí đầu vào, mang lại lợi ích kinh tế cho người sử dụng.

Drying and quality characteristics of tilapia fish fillets dried with hot air-microwave heating

Kết quả cho thấy sự gia tăng công suất vi sóng dẫn đến giảm độ ẩm cuối cùng khi sấy trong cùng một khoảng thời gian

Drying characteristics of sardine fish dried with microwave heating

Nghiên cứu về ảnh hưởng của sấy vi sóng đến tốc độ sấy cho thấy rằng khi tăng cường độ nguồn điện, độ ẩm và thời gian sấy của các mẫu giảm đáng kể.

Infrared drying effects on the quality of eggplant slices and process optimization using response surface methodology

Kết quả sấy hồng ngoại làm tăng đáng kể hàm lƣợng phenolic và hàm lƣợng kali Tổng chênh lệch màu (ΔE) nằm trong khoảng 10,22–25,14

A novel infrared pulse- spouted freeze drying on the drying kinetics, energy

Kết quả sấy hoa hồng bằng phương pháp sấy lạnh hồng ngoại ở nhiệt độ sấy cao có thể làm giảm thời gian sấy và tiêu

26 consumption and quality of edible rose flowers thụ năng lƣợng

Effects of power ultrasound enhancement on infrared drying of carrot slices: Moisture migration and quality characterizations

Kết quả sấy khô các lát cà rốt bằng tia hồng ngoại tăng khả năng loại bỏ nước và khuếch tán độ ẩm hiệu quả

Moisture transfer and microstructure change of banana slices during contact ultrasound strengthened far- infrared radiation drying

Kết quả cho thấy công suất sóng siêu âm tiếp xúc cao hơn có khả năng tạo ra hiệu ứng tăng cường mạnh mẽ đối với bức xạ hồng ngoại lên lát chuối.

Combined medium- and short-wave infrared and hot air impingement drying of sponge gourd (Luffa cylindrical) slices

Kết quả nghiên cứu cho thấy, kỹ thuật sấy bằng tia hồng ngoại (IR-HAD) là phương pháp hiệu quả trong việc bảo tồn các đặc tính chất lượng của rau Đặc biệt, độ dày tối ưu cho quá trình này được xác định trong khoảng 5,30–7,25 mm, đảm bảo tia hồng ngoại có thể xuyên qua một cách hiệu quả.

Effects of ultrasound and infrared assisted conductive hydro-drying, freeze-drying and oven drying on physicochemical properties of okra slices

Nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp sấy khô bằng sóng siêu âm và tia hồng ngoại giúp duy trì chất lượng hóa lý của đậu bắp khô Chất lượng sản phẩm sấy bằng hai phương pháp này tốt hơn so với sấy bằng lò nướng và tương đương với sấy đông lạnh.

Far infrared assisted refractance window drying of apple slices:

Comparative study on flavour, nutrient retention and drying characteristics

Kết quả từ việc sấy lát táo bằng bức xạ hồng ngoại cho thấy thời gian sấy khô và năng lượng tiêu thụ giảm đáng kể so với phương pháp sấy bằng không khí nóng Lát táo khô được sản xuất bằng phương pháp này có hoạt tính chống oxy hóa cao hơn, đồng thời giữ được màu sắc, hương vị và cấu trúc vi mô tốt hơn, giúp bảo quản táo hiệu quả hơn.

Improvement of the catalytic infrared drying proc ess and quality characteristics of the dried garlic slices by ultrasound-assisted alcohol pretreatment

Kết quả từ việc tiền xử lý rượu bằng siêu âm kết hợp với sấy khô bằng tia hồng ngoại cho thấy thời gian sấy được rút ngắn đáng kể so với các phương pháp xử lý sơ bộ khác, đồng thời chất lượng tỏi khô cũng được cải thiện rõ rệt.

Influence of infrared drying on storage characteristics of brown rice

Sấy hồng ngoại mang lại hiệu quả cao cho lúa mà không làm mất khả năng nảy mầm, đồng thời ổn định màu sắc và cấu trúc vi mô của gạo lứt Phương pháp này giúp duy trì tốt các đặc tính nhiệt và độ nhão của gạo lứt, đồng thời giảm thiểu những thay đổi trong quá trình nấu và cải thiện đặc tính kết cấu của gạo lứt trong quá trình bảo quản.

Modeling of moisture loss kinetics and color changes in the surface of lemon slice during the

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc kết hợp sấy chân không với tia hồng ngoại cải tiến tạo ra một kỹ thuật sấy mới, giúp rút ngắn thời gian làm khô lát chanh hiệu quả.

Effect of different pretreatments followed by hot-air and far- infrared drying on the bioactive compounds, physicochemical property and microstructure of mango slices

Bài báo này đánh giá ảnh hưởng của hai phương pháp sấy khô: sấy bằng không khí nóng và sấy hồng ngoại, đến các đặc tính hóa lý và cấu trúc vi mô của lát xoài đã được xử lý trước Kết quả cho thấy, các phương pháp này giúp gia tăng đáng kể lượng đường khử và axit ascorbic trong các mẫu xoài khô, đồng thời duy trì hàm lượng axit phenolic, cải thiện khả năng lưu giữ chất dinh dưỡng, màu sắc và cấu trúc vi mô của sản phẩm.

A comparative study of mango solar drying methods by visible and near- infrared spectroscopy coupled with ANOVA- simultaneous component analysis (ASCA)

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Ứng dụng đƣợc bức xạ hồng ngoại cho sấy tôm nguyên vỏ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ sấy đến các chỉ tiêu kỹ thuật của quá trình sấy và chất lƣợng sản phẩm sau khi sấy

- Xác định được chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ khác nhau theo phương pháp không khí nóng kết hợp hồng ngoại

Việc kết hợp công nghệ sấy không khí nóng với gia nhiệt sản phẩm bằng bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy tôm khô nguyên vỏ không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn nâng cao hiệu quả sấy về năng suất và chất lượng sản phẩm.

Phương pháp sấy không khí nóng kết hợp bức xạ hồng ngoại hiệu quả trong việc rút ngắn thời gian sấy, đồng thời giảm thiểu sự biến đổi xấu đối với chất lượng tôm khô nguyên vỏ.

Nghiên cứu cho thấy rằng việc sấy tôm khô nguyên vỏ bằng phương pháp sấy không khí nóng kết hợp với bức xạ hồng ngoại mang lại hiệu quả cao và có thể áp dụng cho các cơ sở sản xuất.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lý thuyết trao đổi nhiệt

2.1.1 Trao đổi nhiệt đối lưu [44]

Trao đổi nhiệt đối lưu [45] hay còn gọi là tỏa nhiệt, là hiện tượng dẫn nhiệt từ bề mặt vật rắn vào môi trường chuyển động của chất khí

Tùy theo nguyên nhân gây chuyển động chất khí, tỏa nhiệt đƣợc phân ra 2 loại:

Tỏa nhiệt tự nhiên là hiện tượng dẫn nhiệt vào chất khí di chuyển một cách tự nhiên, xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa chất khí và bề mặt vật.

Tỏa nhiệt cưỡng bức là hiện tượng dẫn nhiệt vào chất khí chuyển động nhờ tác động của quạt Để tính toán lượng nhiệt trao đổi giữa bề mặt vật và chất khí, ta sử dụng công thức sau:

Với: ∆t = [(tw + 273) – (t f + 273)] = (t w – t f ) [ 0 K] q, Q là mật độ dòng nhiệt và dòng nhiệt

F là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m 2 t w , t f là nhiệt độ tác nhân sấy và nhiệt độ vật liệu sấy, o C

 là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu, W/m 2 K

2.1.2 Trao đổi nhiệt bức xạ [44]

Năng lƣợng bức xạ hồng ngoại vật liệu sấy nhận:

E vl dl bh  qd ; kW [31] (2-3)

Q vl = G vl C vl (T f -T 0 ) - nhiệt cấp cho vật liệu, kW

G vl – Khối lƣợng vật liệu đƣợc chiếu xạ, kg

C vl - Nhiệt dung riêng của vật liệu, kJ/kgK

Q dl = (α dl +α bx ) (T f – T 0 ) F - nhiệt trao đổi đối lưu, kW

Q bh = w.r - Nhiệt cấp để ẩm bay hơi, kW ɛ qd - Độ đen quy dẫn của hệ

T - Nhiệt độ nguồn bức xạ, K

T 0 - Nhiệt độ vật liệu sấy, K

T f - Nhiệt độ trong buồng sấy, K r - Nhiệt ẩn hóa hơi của nước, kJ/kg

F - Diện tích bề mặt vật liệu sấy, m 2

2.1.3 Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp [44]

- Vách đƣợc tổ hợp từ một số các lớp vật liệu gọi là vách nhiều lớp (hình 2.1)

- Ở chế độ nhiệt ổn định dòng nhiệt qua các bề mặt đẳng nhiệt bất kỳ của vách bằng nhau, nghĩa là: 0

Hình 2.1 Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp [44]

- Mật độ dòng nhiệt qua các vách đƣợc tính theo công thức:

Lý thuyết về sấy [46]

Sấy là quá trình loại bỏ độ ẩm khỏi vật liệu thông qua việc cung cấp năng lượng nhiệt từ các tác nhân và thiết bị sấy Nhiệt được truyền cho vật liệu bằng các phương pháp như dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ hoặc sử dụng năng lượng điện trường tần số cao.

Quá trình sấy có mục đích giảm hàm lượng nước trong vật liệu, từ đó tăng độ bền và kéo dài thời gian bảo quản Việc sấy khô cũng giúp thuận tiện cho quá trình vận chuyển nhờ vào việc giảm khối lượng.

Quá trình sấy nguyên liệu diễn ra khi nước trong nguyên liệu chuyển từ thể lỏng sang thể hơi, nhờ vào sự chênh lệch áp suất giữa hơi nước trên bề mặt và áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí Điều này tạo ra một quá trình sấy không ổn định, trong đó độ ẩm của nguyên liệu có sự biến đổi theo không gian và thời gian.

Quá trình sấy được nghiên cứu từ hai khía cạnh: tĩnh lực học và động lực học Trong tĩnh lực học, mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và đầu ra của vật liệu sấy cùng với các tác nhân sấy sẽ được xác định thông qua phương trình cân bằng vật chất và năng lượng Điều này giúp xác định trạng thái của vật liệu và sản phẩm, đồng thời tính toán sự tiêu hao của tác nhân sấy và nhiệt lượng cần thiết.

Trong động lực học, mối quan hệ giữa sự biến thiên độ ẩm của vật liệu với thời gian và các thông số của quá trình sấy sẽ được khảo sát Các yếu tố như tính chất và cấu trúc vật liệu, kích thước, cùng với điều kiện thủy động lực học của tác nhân sấy sẽ được xem xét Qua đó, có thể xác định chế độ sấy, tốc độ sấy và thời gian sấy tối ưu cho từng loại vật liệu.

2.2.2 Đồ thị không khí ẩm của quá trình sấy

Hình 2.2 Đường đặc tính của không khí ẩm trong quá trình sấy [46] a Quá trình gia nhiệt tác nhân sấy (QT 12)

Từ hình 2.2 ta thấy: Cấp nhiệt để giảm độ ẩm của không khí ẩm từ đến

  Không khí ẩm nhận nhiệt, nhiệt độ của không khí ẩm tăng từ t 1 đến t2, độ chứa hơi d

Quá trình trao đổi nhiệt giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy được thể hiện qua đoạn 12 trong hình 2.2, diễn ra theo chiều thẳng đứng từ dưới lên.

Quá trình sấy diễn ra khi không khí nóng tiếp xúc với vật ướt, làm cho hơi nước trong vật bay hơi Độ ẩm của không khí tăng từ  đến , trong khi nhiệt độ không khí giảm từ t2 xuống t3 Khi độ ẩm đạt 100%, không khí không còn khả năng sấy khô, mặc dù nhiệt độ vẫn cao Cần tính toán các thông số liên quan để đảm bảo hiệu quả sấy.

+ Lưu lượng khối lượng hơi nước trên vật sấy bị lấy đi trong 1 giây là: kg/s (2-5)

39 m d : khối lƣợng ban đầu của vật sấy; kg m c : khối lƣợng lúc sau của vật sấy; kg

: thời gian sấy + Lưu lượng không khí ẩm cần thiết do quạt thổi vào buồng sấy để làm bay hơi nước trong vật sấy

Khối lượng nước bốc hơi trong vật sấy được tính bằng kgkk/s (2-6) m n Độ chứa hơi của không khí ẩm tại thời điểm ban đầu là d1 (g/kgkk), trong khi độ chứa hơi của không khí ẩm sau khi được đốt nóng và đi qua vật sấy là d3 (g/kgkk).

+ Công suất calorifer cần cho quá trình sấy

2.2.3 Biến đổi của tôm trong quá trình sấy [2], [3]

2.2.3.1 Sự biến đổi về trạng thái cơ thịt của tôm

Do lượng nước trong quá trình sấy giảm, làm cho khối lượng tôm giảm xuống

Sự giảm khối lượng của sản phẩm khi làm khô thường không bằng khối lượng nước mất đi, mà thực tế lại nhỏ hơn Nguyên nhân chính là do quá trình oxy hóa trong quá trình làm khô, dẫn đến việc khối lượng sản phẩm tăng lên một chút.

Trong quá trình làm khô, nước mất đi khiến thể tích nguyên liệu co rút lại, với mức độ co rút phụ thuộc vào phương pháp làm khô được sử dụng Thể tích nguyên liệu giảm đi tương ứng với thể tích nước mất, nhưng thực tế thường nhỏ hơn do trạng thái cơ thịt tôm ở dạng keo xốp Khi nước bị loại bỏ, các khoảng trống trong cấu trúc tôm không hoàn toàn được lấp đầy, dẫn đến sự co rút lớn hơn so với dự đoán.

40 mô cơ vẫn tồn tại hoặc chỉ co rút phần nào nên thể tích co rút nhỏ hơn thể tích nước mất đi

Sự biến đổi về màu sắc và mùi vị

Trong quá trình làm khô, sản phẩm sẽ thay đổi về màu sắc và mùi vị do mất nước, co rút thể tích và oxy hóa Việc này dẫn đến sự khử sắc tố và tăng nồng độ các thành phần trong thịt tôm, khiến sản phẩm có màu đậm hơn và mùi vị cháy khét Đặc biệt, phương pháp làm khô càng thô sơ thì sự biến đổi về màu sắc và mùi vị càng rõ rệt.

Sự biến đổi về trạng thái của nguyên liệu

Trong quá trình làm khô, nguyên liệu sẽ co rút do mất nước, và mức độ co rút này phụ thuộc vào phương pháp sấy Khi quá trình làm khô diễn ra nhanh chóng, cơ thịt của nguyên liệu ít bị co rút hơn, giúp sản phẩm sau khi sấy có kết cấu xốp, khả năng hút nước tốt và phục hồi gần giống với trạng thái ban đầu.

2.2.3.2 Sự biến đổi hóa học

Trong quá trình sấy khô, men và vi sinh vật phân hủy một số chất, dẫn đến giảm hàm lượng của chúng Đối với sản phẩm khô mặn hoặc khô chín, quá trình hấp cũng gây tổn thất chất ngấm ra Thời gian làm khô kéo dài sẽ làm giảm lượng acid amin tự do và tăng cường các phản ứng hóa học như thủy phân, oxy hóa, ảnh hưởng xấu đến mùi vị và màu sắc sản phẩm Do đó, sấy khô nhanh chóng là biện pháp hiệu quả để giảm thiểu tổn thất chất ngấm ra.

Lý thuyết về bức xạ hồng ngoại [4]

2.3.1 Khái niệm về bức xạ hồng ngoại

Vào năm 1980, Uliam Hersel đã lần đầu tiên phát hiện bức xạ nhiệt ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy trong quá trình nghiên cứu phổ mặt trời Khi di chuyển nhiệt kế trong trường phổ mặt trời, ông nhận thấy nhiệt độ cao nhất nằm trong vùng không nhìn thấy, được phân bố tự nhiên sau màu đỏ.

Hình 2.3: Đường cong phân bố nhiệt độ trong thí nghiệm của Hersel [4]

Đường cong R trong hình 2.3 thể hiện vùng phổ nhìn thấy, trong khi đường cong S đại diện cho vùng không thấy Các tia nhiệt đặc biệt này xuất hiện sau màu đỏ, đạt nhiệt độ cực đại khi kết thúc phổ nhìn thấy Ông đã chứng minh rằng bức xạ này nằm trong dải hồng ngoại và tuân theo các quy luật tương tự như bức xạ nhìn thấy Bức xạ hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba, với thuật ngữ "hồng ngoại" có nghĩa là "dưới mức đỏ" Bức xạ được hiểu là quá trình chuyển năng lượng bằng sóng điện từ Sự phát hiện bức xạ hồng ngoại đã dẫn đến việc ứng dụng các tia hồng ngoại trong kỹ thuật, được gọi là kỹ thuật hồng ngoại.

Tia hồng ngoại có thể được phân chia thành ba vùng theo bước sóng, trong khoảng từ 0.7àm - 1 mm Đặc điểm của bức xạ hồng ngoại

Hình 2.4 Biểu đồ phân vùng - ánh sáng và bước sóng [4]

Tia hồng ngoại phát ra từ nguồn di chuyển theo đường thẳng với vận tốc ánh sáng, như thể hiện trong biểu đồ phân vùng - ánh sáng và bước sóng.

Tia hồng ngoại không làm nóng không khí mà nó đi qua, cho phép định hướng vào các đối tượng cụ thể bằng cách sử dụng gương phản chiếu.

Tia hồng ngoại, tương tự như tia tử ngoại, tia X, tia cực tím và sóng radio, đều là sóng điện từ truyền đi với vận tốc ánh sáng Sự khác biệt giữa chúng nằm ở bước sóng phát ra, và tất cả đều tuân theo các định luật ánh sáng như truyền thẳng, phản xạ, cũng như hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa, theo định luật Stefan - Boltzmann và định luật Planck.

Tất cả các vật thể có nhiệt độ trên 0 K (-273 o C) đều phát ra tia hồng ngoại Tia hồng ngoại có khả năng tạo ra nhiệt, khi chiếu vào một đối tượng, nó sẽ được hấp thụ một phần năng lượng bức xạ, kích thích và làm cho các điện tử dao động, từ đó sinh ra nhiệt trong vật liệu hấp thụ.

Khi một vật phát ra bức xạ hồng ngoại, một phần nhỏ của tia hồng ngoại này sẽ bị hấp thụ bởi CO2, hơi nước và các hạt khác trong không khí.

Cường độ bức xạ hồng ngoại giảm theo khoảng cách từ nguồn phát đến vật nhận, và nhiệt độ cùng các thuộc tính vật lý của nguồn phát cũng ảnh hưởng đến hiệu quả và bước sóng của bức xạ.

Khi năng lượng hồng ngoại tác động lên các đối tượng, nó kích thích và làm cho các điện tử dao động Sự dao động này tương tác với các điện tử xung quanh, khiến chúng cũng bắt đầu dao động Quá trình này sinh ra năng lượng động năng, tạo ra nhiệt và làm tăng nhanh nhiệt độ của các phân tử nước, dẫn đến quá trình bốc hơi nước diễn ra nhanh chóng.

2.3.2 Một số ứng dụng của bức xạ hồng ngoại

Bức xạ hồng ngoại ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa học và đời sống xã hội nhờ vào những ưu việt của nó Khi khoa học phát triển, nhiều ứng dụng mới của bức xạ hồng ngoại cũng được khám phá Mỗi lĩnh vực ứng dụng yêu cầu các bước sóng và nguồn phát bức xạ phù hợp Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của bức xạ hồng ngoại.

Bức xạ hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp để sấy hạt, rau quả và hạt giống, cũng như trong chế biến thủy sản để sấy cá, mực, tôm và các sản phẩm khô khác Trong lĩnh vực công nghiệp thực phẩm và đồ uống, bức xạ hồng ngoại đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các quy trình sản xuất mía đường, đánh giá chất lượng thịt, xác định sự oxy hóa của dầu ăn và đo lường hàm lượng casein và triglycerid.

Công nghệ sấy trong y học giúp bảo quản các đối tượng sinh học quan trọng như enzyme và mô động thực vật, giữ nguyên tính chất và chất lượng của chúng, đồng thời đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh cao.

Bức xạ hồng ngoại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm công nghệ sinh học, khoa học trái đất, pháp luật, an ninh và quốc phòng.

2.3.3 Nhiệt bức xạ hồng ngoại Đốt nóng bằng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của sóng điện từ Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một đối tƣợng nào đó thì nó có thể hấp thụ hay phản xạ với một bước sóng khác, khi đối tượng hấp thụ bức xạ thì nó sẽ bị nóng lên

Nhiệt bức xạ hồng ngoại chịu ảnh hưởng bởi hiệu quả phát xạ của nguồn, bước sóng và tính phản xạ của đối tượng Đặc tính này cho phép sử dụng nhiệt bức xạ một cách hiệu quả trong các ứng dụng cụ thể Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc vào vật liệu của nguồn nhiệt, được định nghĩa là tỷ lệ giữa năng lượng phát xạ và năng lượng hấp phụ, cùng với một số yếu tố khác Giá trị phát xạ của nguồn cũng liên quan đến mức độ đen của vật thể, được tính bằng tỷ số giữa khả năng bức xạ toàn phần của vật thể và khả năng bức xạ toàn phần của vật thể đen tuyệt đối tại cùng một nhiệt độ.

NGHIÊN CỨU KHẢO NGHIỆM

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY