Sấy thăng hoa là gì?

Sấy là quá trình làm khô sản phẩm bằng tác nhân nhiệt và gió. Nhiệt sẽ làm cho nước trong sản phẩm bốc hơi, còn gió sẽ mang hơi ẩm ra khỏi buồng sấy.

Sấy thăng hoa là quá trình làm khô sản phẩm đã được cấp đông trong điều kiện chân không. Ở điều kiện này, khi gia nhiệt thì nước sẽ thăng hoa trực tiếp từ dạng rắn (băng) sang dạng khí. Điều này giúp cho sản phẩm sau khi tách ẩm vẫn giữ được nguyên hình dạng, màu sắc, mùi vị, dưỡng chất.

Trong giới hạn của bài viết, chúng tôi sẽ không trình bày quá hàn lâm mà chỉ giải thích một cách dễ hiểu và hình dung cho tất cả khách hàng. 

Quá trình thăng hoa của nước

Để giải thích rõ hơn về định nghĩa trên, Hai tấn xin trình bày quá trình thăng hoa của nước diễn ra như thế nào.

Biểu đồ trên thể hiện 3 trạng thái của nước: pha rắn, pha lỏng, pha khí. Điểm giao nhau giữa 3 đường trạng thái gọi là “Tripple Point”.

1. Nếu áp suất cao hơn áp suất của điểm Tripple Point. Khi gia nhiệt, nước sẽ chuyển từ thể rắn sang lỏng, rồi mới hóa hơi. Đây là quá trình mà ta vẫn thường thấy ở điều kiện áp suất khí quyển.
2. Nếu áp suất thấp hơn áp suất của điểm Tripple Point. Khi gia nhiệt, nước sẽ chuyển từ thể rắn, thăng hoa thành thể khí.

Tripple Point của nước là O(0,0098oC; 4,58mmHg)

Như vậy quá trình thăng hoa của nước xảy ra khi áp suất môi trường bị rút xuống dưới áp suất Tripple Point. Khi nhiệt độ thấp, nước ở thể rắn. Khi nhiệt độ tăng lên, nước sẽ dần thăng hoa thành thể khí.

Cấu tạo cơ bản của máy sấy thăng hoa

Máy sấy thăng hoa được thiết kế với ba bộ phận chính sau đây:

Buồng sấy chân không

Buồng sấy này đảm bảo áp suất thấp (trong khoản từ 300 ~ 1500 mtorr), tạo điều kiện lý tưởng cho hiện tượng thăng hoa xảy ra.

Hệ thống làm lạnh

Hệ thống làm lạnh (thường dùng máy nén Bitzer – Đức, Copeland – Mỹ…), giúp cấp đông sản phẩm trước khi quá trình thăng hoa bắt đầu, đảm bảo độ ổn định của phân tử nước.

Bơm chân không

Bơm chân không là thiết bị được sử dụng để tạo ra môi trường chân không. Các bơm chân không thường dùng (Ulvac, Finetech, Woosung…)

Nguyên lý hoạt động của máy sấy thăng hoa

Định nghĩa

Nguyên lí hoạt động của máy sấy thăng hoa dưa vào hiện tượng thăng hoa. Đây là quá trình chất rắn chuyển trực tiếp sang thể hơi mà không qua giai đoạn lỏng. Trong máy sấy thăng hoa, nước trong sản phẩm sẽ trải qua hiện tượng này dưới điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất thấp (300 ~ 1500mtorr).

Các giai đoạn chính trong quá trình sấy thăng hoa

1. Cấp đông sản phẩm: Sản phẩm được làm lạnh sâu. Nhiệt độ cấp đông dao động từ (-15℃ đến -30℃) trong khoảng thời gian tối tiểu 240 phút. Giúp hạn chế sự phát triển của vi sinh vật
2. Thăng hoa: hay còn gọi là sấy sơ cấp. Nước đá ở trong sản phẩm (phân tử nước tự do) chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể hơi trong môi trường chân không
3. Sấy khan: hay còn gọi là sấy thứ cấp. Loại bỏ các phần nước liên kết. Giúp sản phẩm đạt được độ ẩm tiêu chuẩn (Dưới 5%)

Để tìm hiểu rõ hơn về các giai đoạn trong quá trình sấy thăng hoa xem thêm tại đây

Ưu nhược điểm của sấy thăng hoa

Ưu điểm nổi bật của sấy thăng hoa

• Giữ nguyên chất lượng sản phẩm: Sấy thăng hoa không làm biến đổi cấu trúc, màu sắc hay thành phần dinh dưỡng của sản phẩm.
• Tăng thời gian bảo quản: Sản phẩm sấy thăng hoa có thể bảo quản lâu hơn mà không cần sử dụng chất bảo quản (độ ẩm dưới 5%).

Nhược điểm của công nghệ sấy thăng hoa

• Gía tiền: Giá thành máy cao, khó tiếp cận đối với các hộ gia đình.
• Thời gian sấy: Thời gian sấy kéo dài trung bình từ 24 đến 48 tiếng tùy vào thời gian cấp đông bên ngoài.

Ứng dụng của máy sấy thăng hoa và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất máy sấy thăng hoa

Ứng dụng của máy sấy thăng hoa

• Trong ngành thực phẩm
  • Dùng để sấy hoa quả: mít, xoài, sầu riêng, hồng… (thành phẩm khô xốp giòn)
  • Dùng để sấy các dung dịch: Cà phê, trà trái cây… (dạng bột)
  • Thực phẩm chế biến sẵn: Viên canh rau củ, yagout, các thực phẩm ăn liền
• Trong y học và dược phẩm
  • Y học: đông khô vắc xin, kháng sinh, huyết tương.
  • Dược phẩm: Đông khô để trich ly một số chất quan trọng trong dược liệu.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất sấy thăng hoa

• Nhiệt độ: Nhiệt độ cấp đông và nhiệt độ thăng hoa
• Áp suất: Áp suất thấp là yếu tố then chốt để nước đá chuyển sang thể hơi.
• Tốc độ gia nhiệt: Gia nhiệt nhanh hay chậm
• Đặc tính của sản phẩm sấy: Sản phẩm có cấu trúc và độ ẩm khác nhau sẽ yêu cầu điều chỉnh quy trình sấy phù hợp.

Sấy thăng hoa là một bước tiến công nghệ vượt bậc, mang lại giá trị lớn trong nhiều lĩnh vực. Dù giá thành cao, nhưng lợi ích mà nó mang lại hoàn toàn xứng đáng để đầu tư.