Báo cáo Phân tích xu hướng công nghệ - Chuyên đề: Xu hướng ứng dụng công nghệ sấy tiên tiến trong bảo quản và chế biến nông sản, thủy sản
SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM
TRUNG TÂM THÔNG TIN VÀ THỐNG KÊ KH&CN
BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ
Chuyên đề:
XU HƯỚNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY TIÊN TIẾN
TRONG BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN
NÔNG SẢN, THỦY SẢN
Biên soạn: Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ
Với sự cộng tác của:
- TS. Lại Quốc Đạt_Phó Trưởng Khoa, Khoa Kỹ thuật Hóa học,
Trường Đại học Bách Khoa TPHCM
- Ông Nguyễn Cửu Khuê_ Đại diện Công ty TNHH Bắc Nam
TP.Hồ Chí Minh, 11/2016
MỤC LỤC
1. Khái niệm quá trình sấy ...........................................................................................................3
2. Sự biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy......................................................................3
3. Vấn đề năng lượng trong quá trình sấy ....................................................................................5
TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ ......................................................................9
nông thủy sản theo thời gian .........................................................................................................11
nông thủy sản ở các quốc gia ........................................................................................................12
nông thủy sản theo chỉ số phân loại sáng chế quốc tế IPC............................................................14
hộ tại Việt Nam .............................................................................................................................16
chế tạo tại trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia TP.HCM..........................................19
3. Kết quả sấy khảo nghiệm một số loại nông sản .....................................................................22
4. Một số sản phẩm nông sản được sấy bằng kỹ thuật sấy lạnh dùng bơm nhiệt kết hợp dùng
năng lượng mặt trời của Công ty TNHH Bắc Nam.......................................................................26
IV. PHƢƠNG PHÁP SẤY BẰNG HƠI QUÁ NHIỆT............................................................26
1. Giới thiệu phương pháp sấy bằng hơi quá nhiệt ....................................................................27
2. Nguyên lý sấy bằng hơi quá nhiệt..........................................................................................27
3. Kết quả ứng dụng hơi quá nhiệt để sấy một số loại nông sản đã thực hiện ...........................29
tại trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia TP.HCM......................................................31
-2-
XU HƢỚNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY TIÊN TIẾN
TRONG BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN, THỦY SẢN
**************************
I. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY TIÊN TIẾN TRONG
BẢO QUẢN VÀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢN, THỦY SẢN SAU THU HOẠCH
TRÊN THẾ GIỚI
1. Khái niệm quá trình sấy:
Sấy là quá trình sử dụng nhiệt để làm giảm hàm lượng ẩm có trong nguyên
liệu dựa trên động lực của quá trình là sự chênh lệch áp suất hơi riêng phần của
nước trên bề mặt nguyên liệu và môi trường xung quanh. Trong quá trình sấy, nước
di chuyển từ nguyên liệu ra môi trường xung quanh được chia ra làm hai quá trình:
nước khuếch tán từ bên trong nguyên liệu ra bề mặt của nguyên liệu do sự chênh
lệch về hàm lượng ẩm bên trong và bề mặt; và sự khuếch tán của nước từ bề mặt
nguyên liệu ra môi trường xung quanh do sự chênh lệch về áp suất hơi riêng phần
của hơi nước.
Quá trình sấy được chia ra làm hai giai đoạn:
- Giai đoạn đẳng tốc: tốc độ bay hơi ẩm không thay đổi. Trong giai đoạn này,
lượng ẩm mất đi chủ yếu là ẩm tự do.
- Giai đoạn giảm tốc: tốc độ bay hơi ẩm giảm dần theo thời gian. Trong giai
đoạn này, ẩm mất đi chủ yếu là ẩm liên kết.
Trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản, sấy là một trong những
phương pháp có lịch sử lâu đời nhất và được sử dụng phổ biến nhất. Mục đích công
nghệ của quá trình sấy trong công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản là giảm
hàm lượng ẩm có trong nguyên liệu; từ đó, làm giảm hoạt độ của nước, ức chế các
biến đổi do có sự hiện diện của nước như: sự phát triển của vi sinh vật, sự xúc tác
của các enzyme. Bên cạnh đó, mục đích công nghệ của quá trình sấy còn góp phần
tạo những biến đổi về mặt hóa học và cảm quan; từ đó tạo ra những thuộc tính đáp
ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Nói cách khác, mục đích của quá trình sấy là để
kéo dài thời gian bảo quản nông sản, góp phần chế biến nông sản thành sản phẩm
có giá trị gia tăng cao.
2. Sự biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sấy:
Đối với nông sản sấy, các đặc trưng liên quan đến chất lượng sau đây thường
được quan tâm:
-3-
Bảng: Các đặc trƣng liên quan đến chất lƣợng nông sản sấy
Vi sinh vật Hóa học Vật lý Dinh dƣỡng
- Các độc tố do vi - Các phản ứng - Khả năng tái hút - Sự tổn thất
sinh vật gây ra
tạo
màu ẩm
vitamin
(Maillard,
caramel…)
- Các vi sinh vật
gây bệnh
- Khả năng hòa - Sự biến tính
tan
protein, làm giảm
khả năng tiêu hóa
- Các phản ứng
oxi hóa
- Các vi sinh gây
hư hỏng thực
- Sự thay đổi cấu
trúc
- Sự tổn thất các
thành phần có
hoạt tính sinh học
(khả năng chống
oxi hóa).
phẩm (hư hỏng về - Sự thay đổi các
cấu trúc, tổn thất thành phần tạo
dinh dưỡng, mùi mùi
- Sự co lại của
nguyên liệu
- Độ xốp của
nguyên liệu
vị xấu…)
- Sự thay đổi
thành phần tạo
màu
- Sự thay đổi cấu
trúc của các lỗ
xốp trong nguyên
liệu.
- Sự biến đổi về
thành phần của
một chất không
mong muốn (độc
tố…)
- Sự tạo thành lớp
vỏ cứng trên bề
mặt nguyên liệu
- Vi sinh vật trong quá trình sấy: Bản chất của quá trình sấy là làm giảm hoạt
độ nước, từ đó ức chế sự phát triển của vi sinh vật. Quá trình sấy không tiêu diệt vi
sinh vật như các quá trình tiệt trùng hay thanh trùng. Do đó, vi sinh vật không hoàn
toàn bị tiêu diệt như các sản phẩm vô trùng. Tuy nhiên, thông qua quá trình sấy,
dưới tác dụng của nhiệt độ cũng như việc giảm hoạt độ của nước, khả năng kháng
nhiệt của vi sinh vật sẽ giảm đi đáng kể. Và do vi sinh vật bị ức chế, nên các độc tố
cũng như các hư hỏng do quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật tạo ra
cũng được ức chế. Tuy nhiên, trong trường hợp với những loại nông sản có mật độ
vi sinh vật ban đầu cao, quá trình hư hỏng do vi sinh vật cũng như độc tố có thể
sinh ra trong giai đoạn đầu của quá trình sấy. Khi đó, các quá trình tiền xử lý cần
được thực hiện để khắc phục hiện tượng này.
- Các phản ứng tạo màu: Phản ứng tạo màu phổ biến trong quá trình sấy các
loại nông sản là phản ứng Maillard. Đây là phản ứng đặc trưng đối với việc sấy các
loại nguyên liệu có sự hiện diện đồng thời các axit amin tự do và đường khử. Phản
ứng này phụ thuộc vào nhiệt độ, để hạn chế phản ứng này, có thể sử dụng các
phương pháp sấy có nhiệt độ của quá trình sấy thấp.
- Các phản ứng oxi hóa: Trong quá trình sấy, một trong những phản ứng oxi
hóa có ảnh hưởng xấu đến chất lượng của nông sản là phản ứng oxi hóa chất béo.
-4-
Quá trình oxi hóa chất béo dẫn đến việc hình thành các hợp chất có khả năng tạo
mùi xấu (thường gọi là ôi dầu). Đặc biệt, khi trong nguyên liệu có các enzyme
lipase, quá trình oxi hóa này diễn ra càng mạnh. Để khắc phục hiện tượng này, có
thể thực hiện quá trình sấy ở nhiệt độ thấp hoặc trong điều kiện càng ít sự hiện diện
oxy càng tốt.
- Sự thay đổi về tính chất vật lý của nguyên liệu: Quá trình sấy thường tạo ra
những biến đổi đáng kể về cấu trúc. Một trong những biến đổi quan trong nhất là
hiện tượng co lại của nguyên liệu (shrinkage). Nguyên nhân của hiện tượng này là
do khi mất nước, các mô có xu hướng co lại, dẫn đến sự co lại của cả nguyên liệu.
Cùng với hiện tượng co lại, khả năng tái hút ẩm (hoàn nguyên) cũng là một thuộc
tính quan trọng. Khả năng tái hút ẩm thường tỷ lệ nghịch với sự co lại của nguyên
liệu. Sự thay đổi của hai thuộc tính này quyết định đến các tính chất vật lý còn lại
như độ xốp, cấu trúc lỗ xốp, độ giòn… Sự thay đổi về tính chất vật lý phụ thuộc
vào nhiệt độ, tốc độ bay hơi nước và thành phần hóa học của nguyên liệu.
- Sự biến đổi của các thành phần dinh dưỡng trong nguyên liệu: Trong các
loại nguyên liệu giàu vitamin và các hoạt chất sinh học như trái cây, dưới tác dụng
của nhiệt độ, các thành phần này dễ bị tổn thất, từ đó, làm giảm giá trị dinh dưỡng
của nguyên liệu. Ví dụ, khi sấy trái cây, vitamin C bị tổn thất gần như hoàn toàn
trong điều kiện không khí nóng. Hay khi sấy dâu tây bằng không khí nóng ở điều
kiện 60oC, hàm lượng polyphenol và khả năng chống oxi hóa giảm đến 80%. Để
hạn chế tổn thất này, cần thực hiện quá trình sấy ở điều kiện nhiệt độ thấp và ít sự
hiện diện của oxi.
3. Vấn đề năng lƣợng trong quá trình sấy:
Quá trình sấy là một trong những quá trình tiêu hao năng lượng nhiều nhất
trong lĩnh vực công nghệ sau thu hoạch và chế biến nông sản. Có thể xem, tiết kiệm
năng lượng trong quá trình sấy là một trong những giải pháp có thể góp phần tăng
lợi nhuận đáng kể nhất. Theo tính toán, trung bình tăng hiệu quả sử dụng năng
lượng 1% trong quá trình sấy có thể tăng lên đến 10% lợi nhuận trong quá trình sản
xuất. Cùng với sự cạn kiệt các nguồn tài nguyên hóa thạch, những yêu cầu đặt ra
cho việc phát triển bền vững. Năng lượng trở thành một trong những vấn đề được
quan tâm nhiều nhất trong quá trình sấy nông sản. Để có một đánh giá đầy đủ về
hiệu quả sử dụng năng lượng, cần có một kế hoạch khảo sát tổng thể về quá trình
sấy và các hoạt động có sử dụng năng lượng liên quan đến quá trình sấy chứ không
thể chỉ đơn giản dựa trên năng lượng tách ẩm.
Liên quan đến tổn thất năng lượng trong quá trình sấy, có thể có các tổn thất
sau: tổn thất trong dòng khí thải, tổn thất trong nguyên liệu, tổn thất do rò tác nhân
-5-
sấy và tổn thất do sấy quá mức yêu cầu. Theo thống kê, các giải pháp sau đây có
thể tiết kiệm đáng kể nguyên liệu:
- Kiểm soát tốt quá trình sấy để tránh sấy quá mức: có thể tiết kiệm 25 – 35%
năng lượng.
- Hồi lưu tác nhân sấy hoặc sử dụng nhiệt này cho mục đích hữu ích khác: có
thể tiết kiệm 25% năng lượng.
- Kiểm soát lưu lượng tác nhân sấy phù hợp: có thể tiết kiệm 25% năng
lượng.
- Thiết kế và vận hành lò hơi phù hợp: có thể tiết kiệm 10% năng lượng.
- Cách nhiệt tốt trong hệ thống sấy: có thể tiết kiệm 5% năng lượng.
4. Các vấn đề đặt ra đối với việc ứng dụng kỹ thuật sấy hiện nay trên thế giới
và Việt Nam:
Trong điều kiện phát triển của ngành nông nghiệp và chế biến nông sản hiện
nay, những yêu cầu sau đây đang được quan tâm để có thể nâng cao hiệu quả kinh
tế của việc ứng dụng các phương pháp sấy trong công nghệ sau thu hoạch và chế
biến nông sản:
- Phát triển phương pháp sấy một số loại nguyên liệu để tạo sản phẩm có các
tính chất đặc trưng mà nó không thể được tạo ra khi thực hiện theo các theo phương
pháp sấy truyền thống.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong quá trình sấy.
- Cải thiện chất lượng sản phẩm và quản lý chất lượng sản phẩm trong quá
trình sấy tốt hơn.
- Tìm kiếm các giải pháp để thực hiện quá trình sấy an toàn hơn: giảm nguy
cơ cháy nổ, giảm các mối nguy liên quan tác nhân sấy, vận hành an toàn.
- Nâng cao hiệu quả kinh tế thông qua việc giảm chi phí thực hiện quá trình
sấy.
- Sử dụng năng lượng tái tạo.
- Tối ưu hóa tốc độ bốc hơi ẩm dựa trên đường cong sấy, giảm hiện tượng
sấy quá mức (overdrying).
- Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, thân thiện với môi trường.
-6-
5. Các giải pháp cải thiện và nâng cao hiệu quả quá trình sấy nông sản hiện
nay trên thế giới
a) Thực hiện các quá trình tiền xử lý:
Trước khi đưa nguyên liệu vào thực hiện quá trình sấy, một số biện pháp xử lý
hóa học hoặc vật lý được áp dụng để nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như hiệu
quả năng lượng quá trình sấy. Ví dụ, khi sấy một số loại trái cây, giải pháp tách
nước dựa trên chênh lệch áp suất thẩm thấu (osmotic dehydration) được áp dụng.
Theo đó, trái cây sẽ được ngâm trong một dung dịch có áp suất thẩm thấu cao như
dịch đường saccharose, dung dịch CaCl2 bão hòa để tách sơ bộ một lượng ẩm đáng
kể nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong quá trình sấy. Một số giải
pháp để hỗ trợ quá trình này như tiền xử lý nguyên liệu bằng sóng microwave,
trường xung điện, sóng siêu âm, chần…cũng được quan tâm nghiên cứu và ứng
dụng.
Bên cạnh đó, các giải pháp tiền xử lý khác như gia nhiệt trước bằng
microwave; phương pháp lạnh đông nhanh; xử lý nguyên liệu bằng nước nóng, hơi
hoặc SO2; xử lý bằng điện trường có hiệu điện thế cao… cũng được áp dụng để
nâng cao tốc độ bốc hơi ẩm trong quá trình sấy.
b) Cải tiến các hệ thống sấy:
Các giải pháp cải tiến hệ thống sấy có thể được tóm tắt trong bảng sau:
Bảng: Các giải pháp cải tiến hệ thống sấy
đang đƣợc quan tâm thực hiện hiện nay
STT Hệ thống sấy
Giải pháp
1
Sấy khay tĩnh
- Thiết kế hệ thống phân phối khí để đảm bảo đồng
nhất về nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy
- Cải thiện hiệu quả truyền nhiệt
- Tách ẩm tác nhân sấy
2
Sấy tầng sôi
- Cải thiện chất lượng tạo trạng thái tầng sôi bằng
các phương pháp cơ học như khuấy đảo, tạo các dao
động, tạo các xung động…
- Cải thiện hệ thống phân phối tác nhân sấy
- Sử dụng các giải pháp truyền nhiệt trực tiếp
- Kết hợp với các giải pháp như sử dụng bơm nhiệt,
hơi quá nhiệt, tạo chân không
3
Sấy phun
- Cải tiến thiết kế buồng sấy để cực tiểu hóa hiện
-7-
tượng dính vào thành buồng sấy
- Cải tiến cơ cấu phun sương để đảm bảo sự đồng
đều về kích thước hạt
- Sử dụng cơ cấu tạo sương bằng sóng siêu âm
- Bổ sung khí để tránh hiện tượng dính thành
- Sử dụng hơi quá nhiệt
- Ứng dụng CFD để tính toán cải tiến buồng sấy
nhằm nâng cao hiệu quả quá trình sấy
4
Sấy thùng quay - Cải tiến hệ thống nạp tác nhân sấy
- Kiểm soát chặt chẽ độ ẩm cuối của nguyên liệu
- Cải tiến thiết kế hệ thống gia nhiệt
5
6
7
Sấy trống
- Tăng cường hiệu quả truyền nhiệt bằng bức xạ
- Cải thiện hiệu quả sử dụng nhiệt
Sấy chân không - Sử dụng nhiều chế độ gia nhiệt (như microwave)
- Sử dụng gia nhiệt bằng bức xạ (hồng ngoại)
Sấy thăng hoa
- Sử dụng từ trường và điện trường để kiểm soát kích
thước tinh thể trong quá trình lạnh đông
- Giảm chu trình sấy
- Kiểm soát áp suất một cách hiệu quả
-8-
II. XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẤY
NÔNG THỦY SẢN TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ
Ngày 23/9/2009, Chính phủ đã ban hành Nghị quyết 48/NQ-CP về cơ chế,
chính sách giảm tổn thất sau thu hoạch đối với nông sản, thủy sản. Nghị quyết đã
nêu ra nguyên nhân chính của những tổn thất sau thu hoạch là do sản xuất nông
nghiệp chủ yếu vẫn là sản xuất nhỏ, do đó việc tổ chức ứng dụng công nghệ, cơ
giới hóa nhằm giảm tổn thất sau thu hoạch còn nhiều khó khăn, chưa được quan
tâm.
Nghị quyết đưa ra mục tiêu cụ thể cho nhóm sản phẩm nông nghiệp chủ lực
như sau:
Đối với lúa gạo: giảm mức tổn thất từ 11 – 13% xuống 5 – 6% vào năm
2020.
Đối với ngô: giảm mức tổn thất từ 13 – 15% xuống còn 8 – 9% vào năm
2020.
Đối với cà phê: hạn chế tối đa mức độ nhiễm độc tố achrotoxin A, cải
thiện giá bán cà phê nhân khoảng 10%.
Đối với thủy sản, rau quả: giảm mức độ tổn thất (cả về số lượng và chất
lượng) từ 20% xuống dưới 10% vào năm 2020.
13 nhóm giải pháp đã được đưa ra, trong đó có sự quan tâm về việc đầu tư các
công nghệ tiên tiến trong thu hoạch và bảo quản sản phẩm. Một số công nghệ sấy
mới hiện nay đã thể hiện được ưu điểm trong việc bảo quản nông sản sau thu hoạch
như: bảo tồn được các vitamin, các hợp chất hữu cơ có ích của sản phẩm tươi; màu
sắc, kích thước thương phẩm đẹp hơn.
Trong thời gian gần đây, tại Sở khoa học và công nghệ cũng đã nhận được các
đề tài nghiên cứu về ứng dụng công nghệ sấy các sản phẩm nông-thủy sản, cụ thể
như sau:
Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy thăng hoa thế hệ mới để sấy các sản
phẩm cao cấp, cấp nhiệt cho quá trình sấy dạng bơm nhiệt, năng suất 35kg
nước ngưng/24 giờ_ TS. Nguyễn Tấn Dũng _ Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.
HCM, 2016
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống máy sấy chân không cơm sầu
riêng tự động 500kg/mẻ_TS. Nguyễn Trọng Tài, ThS. Lê Thanh Sơn _Phòng
Thí nghiệm trọng điểm điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống – Đại học Bách
khoa Tp.HCM, 2015.
-9-
Nghiên cứu công nghệ và thiết bị sấy nâng cao chất lượng sản phẩm cá
dứa khô_TS. Vương Thành Tiên, PGS.TS. Nguyễn Văn Hùng _Trường Đại
học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh; 2014.
Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ và thiết kế thiết bị "sấy 2 giai
đoạn" cho lúa thường và lúa thơm phổ biến ở Đồng bằng Sông Cửu Long_TS.
Phạm Văn Tấn _ Phân Viện Cơ điện Nông nghiệp & Công nghệ Sau thu
hoạch; 2014.
Nghiên cứu tính toán thiết kế, chế tạo mô hình sấy tầng sôi xung khí để
ứng dụng sấy các loại vật liệu rời có đặc tính kết dính_TS. Bùi Trung Thành
_Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ - Máy công nghiệp
(R&DTECH), Trường Đại học Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, 2013
Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị sấy bơm nhiệt
đa năng các sản phẩm của ong mật_TS. Vũ Kế Hoạch, Lê Anh Đức _ Trường
Cao Đẳng kỹ thuật Cao Thắng; 2013.
Nghiên cứu công nghệ và thiết bị sấy mật ong theo phương pháp cô đặc
chân không_PGS. Nguyễn Hay _ Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh,
2010.
Trên thế giới, vấn đề nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới, hoàn thiện
các thiết bị sấy sản phẩm nông-thủy sản cũng rất được quan tâm, có hơn 11.000
sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ về vấn đề này. Trong đó:
Sáng chế về ứng dụng công nghệ sấy sản phẩm thủy sản chiếm 15%
Sáng chế về ứng dụng công nghệ sấy sản phẩm nông sản chiếm 85%
Ứng dụng
công nghệ
sấy sản phẩm
thủy
sản, 15%
Ứng dụng
công nghệ
sấy sản phẩm
nông
sản, 85%
-10-
1. Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng các công
nghệ sấy sản phẩm nông thủy sản theo thời gian:
Từ thế kỷ 19 đã có sáng chế nộp đơn đăng ký về các phương pháp sấy để tăng
thời gian bảo quản cho sản phẩm nông-thủy sản. Trong giai đoạn này, chủ yếu là
các phương pháp sấy thủ công.
Theo thời gian, với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ sấy ngày
càng được quan tâm và cải tiến để tạo ra các sản phẩm với chất lượng tốt nhất, đảm
bảo giữ được màu sắc và hương vị đặc trưng của từng loại sản phẩm. Lượng sáng
chế nộp đơn đăng ký bảo hộ về vấn đề này tăng dần theo thời gian:
Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế về ứng dụng công
nghệ sấy sản phẩm nông-thủy sản theo thời gian
4862
5000
4500
4000
3500
3000
2079
2500
2000
1500
1000
500
1591
1575
578
400
0
Trƣớc thập Thập niên
niên 70 70
Thập niên
Thập niên
Giai đoạn
2000-2009
Giai đoạn
2010-2015
80
90
Theo đồ thị biểu diễn ở trên, có thể thấy:
- Trước thập niên 70: có 400 sáng chế.
- Thập niên 70: có 578 sáng chế; gấp 1,4 lần so với giai đoạn trước đó.
- Thập niên 80-90: lượng sáng chế tương đương nhau, khoảng hơn 1.500
sáng chế; gấp khoảng 2,7 lần so với thập niên 70.
- Giai đoạn 2000-2009: có 2079 sáng chế, gấp khoảng 1,4 lần lượng sáng
chế giai đoạn trước đó.
- Giai đoạn 2010-2015: có 4862 sáng chế, gấp hơn 2 lần so với lượng sáng
chế trong giai đoạn 2000-2009.
-11-
Nhận xét: Nhìn chung lượng sáng chế có xu hướng tăng dần theo thời gian, có
2 giai đoạn lượng sáng chế tăng mạnh, gấp hơn 2 lần so với giai đoạn trước: giai
đoạn những năm 80 và giai đoạn 2010-2015.
2. Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng các công
nghệ sấy sản phẩm nông thủy sản ở các quốc gia:
Sáng chế về ứng dụng công nghệ sấy nông sản được nộp đơn đăng ký bảo hộ ở
khoảng 51 quốc gia. Sáng chế về ứng dụng công nghệ sấy thủy sản được nộp đơn
đăng ký bảo hộ ở khoảng 26 quốc gia.
Trong đó, Trung Quốc, Nhật, Mỹ, Hàn Quốc, Nga, Anh đang là các quốc gia
nhận nhiều đơn đăng ký bảo hộ sáng chế ở hai lĩnh vực này:
- Ở hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy nông sản: sáng chế tập trung
chủ yếu ở Trung Quốc, lượng sáng chế nộp đơn bảo hộ tại đây bằng 1,7 lần lượng
sáng chế nộp đơn bảo hộ ở Nhật Bản (quốc gia ở vị trí thứ hai).
- Ở hướng nghiên cứu ứng dụng công nghệ sấy thủy sản: lượng sáng chế nộp
đơn bảo hộ ở Nhật Bản và Trung Quốc ngang nhau, không có sự cách biệt nhiều.
5 quốc gia nhận nhiều đơn bảo hộ sáng chế về nghiên
cứu và ứng dụng công nghệ sấy nông sản
3907
4000
3500
3000
2211
2500
2000
1500
592
526
335
1000
500
0
Trung
Nhật
Mỹ
Hàn Quốc
Nga
Quốc
-12-
5 quốc gia nhận nhiều đơn bảo hộ sáng chế về nghiên cứu và
ứng dụng công nghệ sấy thủy sản
800
600
400
200
0
630
613
205
18
27
Nhật
Trung Quốc Hàn Quốc
Anh
Mỹ
Tuy nhiên, xét về số lượng các quốc gia thuộc các châu lục nhận đơn bảo hộ
sáng chế về công nghệ sấy nông thủy sản, ta nhận thấy: Châu Âu có nhiều quốc gia
nhất, tiếp theo là Châu Á, Châu Mỹ,…
- Châu Âu: 30/51 quốc gia nhận đơn bảo hộ công nghệ sấy nông sản và 13/26
quốc gia nhận đơn bảo hộ công nghệ sấy thủy sản
- Châu Á: 13/51 quốc gia nhận đơn bảo hộ công nghệ sấy nông sản và 8/26
quốc gia nhận đơn bảo hộ công nghệ sấy thủy sản
- Châu Mỹ: 6/51 quốc gia nhận đơn bảo hộ công nghệ sấy nông sản và 4/26
quốc gia nhận đơn bảo hộ công nghệ sấy thủy sản
30
30
Ứng dụng công nghệ sấy
trong nông sản
25
Ứng dụng công nghệ sấy
trong thủy sản
20
13
13
15
10
5
8
6
4
1
1 1
0
0
Châu Âu Châu Á Châu Mỹ Châu Phi Châu Úc
-13-
3. Tình hình nộp đơn đăng ký sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng các công
nghệ sấy sản phẩm nông thủy sản theo chỉ số phân loại sáng chế quốc tế IPC:
Với hơn 11.000 sáng chế nộp đơn đăng ký bảo hộ về nghiên cứu và ứng dụng
các công nghệ sấy nông thủy sản, khi tiến hành thống kê chỉ số phân loại sáng chế
quốc tế IPC, nhận thấy sáng chế tập trung nhiều vào các hướng nghiên cứu sau:
Nhóm 1: Hướng nghiên cứu về các phương pháp sấy nông thủy sản. Trong
nhóm này, sáng chế tập trung vào các hướng nghiên cứu cụ thể như:
Hướng nghiên cứu về phương pháp sấy nông thủy sản bằng nhiệt chiếm
4,7% tổng lượng sáng chế
Hướng nghiên cứu về phương pháp sấy nông thủy sản không dùng nhiệt
chiếm 0,9% tổng lượng sáng chế
Hướng nghiên cứu về phương pháp sấy nông thủy sản kết hợp nhiều
phương pháp chiếm 0,3% tổng lượng sáng chế
Hướng nghiên cứu về phương pháp xử lý sơ bộ để giảm nhẹ quá trình sấy
nông thủy sản chiếm 0,2% tổng lượng sáng chế
Hƣớng nghiên cứu về phƣơng pháp sấy nông -
thủy sản theo chỉ số IPC
4,7%
0,9%
0,3%
0,2%
Sấy kết hợp Xử lý sơ bộ để Sấy không
nhiều phƣơng giảm nhẹ quá dùng nhiệt
pháp trình sấy
Sấy bằng
nhiệt
Nhóm 2: Hướng nghiên cứu về thiết bị sấy nông thủy sản. Trong nhóm này,
sáng chế tập trung vào các hướng nghiên cứu cụ thể như:
Hướng nghiên cứu về các thiết bị hỗ trợ trong thiết bị sấy nông thủy sản
như: thiết bị khuấy, cào, buồng chứa, máy cán, … chiếm 11% tổng lượng sáng
chế.
Hướng nghiên cứu về thiết bị điều khiển lưu lượng, thông số không khí
sấy nông thủy sản chiếm 6% tổng lượng sáng chế.
Hướng nghiên cứu về bộ phận đun nóng trong thiết bị sấy nông thủy sản
chiếm 3,2% tổng lượng sáng chế.
-14-
Hƣớng nghiên cứu về thiết bị sấy nông thủy sản
theo chỉ số IPC
11,1%
6,0%
3,2 %
Thiết bị điều
khiển lƣu
Thiết bị đun
Thiết bị hỗ trợ
nóng
lƣợng, thông số
không khí sấy
Nhóm 3: Hướng nghiên cứu về cơ cấu, nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy
nông thủy sản. Trong nhóm này, sáng chế tập trung vào các hướng nghiên cứu cụ
thể như:
Hướng nghiên cứu về thiết bị sấy nông thủy sản có cơ cấu dịch chuyển
tịnh tiến chiếm 17,3% tổng lượng sáng chế
Hướng nghiên cứu về thiết bị sấy nông thủy sản ở trạng thái tĩnh hoặc đảo
trộn từng phần chiếm 4,1% tổng lượng sáng chế
Hướng nghiên cứu về thiết bị sấy nông thủy sản được đảo trộn không bằng
cách tịnh tiến chiếm 1,5% tổng lượng sáng chế
Hướng nghiên cứu về thiết bị sấy nông thủy sản có cơ cấu dịch chuyển
liên tiếp chiếm 1% tổng lượng sáng chế
….
-15-
Hƣớng nghiên cứu cơ cấu, nguyên lý hoạt động thiết bị sấy
nông thủy sản theo chỉ số IPC
17,3%
4,1%
1,5%
1,0%
0,3%
Thiết bị sấy Thiết bị sấy Thiết bị sấy Thiết bị sấy Thiết bị sấy
ở trạng thái đƣợc đảo
đƣợc dịch
đƣợc dịch
hoạt động
dựa trên
nguyên lý
khác
tĩnh hoặc
đảo trộn
trộn không chuyển liên chuyển tịnh
bằng cách
tịnh tiến
tiếp
tiến
từng phần
4. Sáng chế về nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sấy sản phẩm nông thủy
sản đã nộp đơn bảo hộ tại Việt Nam
Theo Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam, một số sáng chế về nghiên cứu và ứng
dụng công nghệ sấy sản phẩm nông thủy sản đã nộp đơn bảo hộ tại Việt Nam, điển
hình như:
Hệ thống sấy khô hạt lương thực
Số đơn: 1-2005-01119
Ngày nộp đơn: 08/08/2005
Người nộp đơn: Peng - Ta Yang _No. 30-1, Tung-Chih Lane, Hsi - Tun Dist.,
Taichung City, Taiwan
Phương pháp chế biến cơm alfa sấy khô bằng quy trình sấy chân không
Số đơn: 1-2005-00230
Ngày nộp đơn: 24/02/2005
Người nộp đơn: Bulro Corp _ 746 Pukchon-Dong, Haman-Myeon, Haman-
Gun, Gyeongsangnamdo 687-820, Republic of Korea
Phương pháp sấy lạnh chuối tươi và sản phẩm chuối sấy
Số đơn: 1-2012-00073
Ngày nộp đơn: 10/01/2012
-16-
Người nộp đơn: Phạm Mạnh Bình (VN) _Số 9, ngách 79/17 phố Triều Khúc,
phường Thanh Xuân Nam, quận Thanh Xuân, thành phố Hà Nội
Thiết bị sấy thăng hoa
Số đơn: 1-2014-04029
Ngày nộp đơn: 03/12/2014
Người nộp đơn :Trường đại học Bách Khoa _Đại học quốc gia thành phố Hồ
Chí Minh_268 Lý Thường Kiệt, phường 14, quận 10, thành phố Hồ Chí Minh
Tháp sấy ngô hạt
Số đơn: 1-2014-03808
Ngày nộp đơn: 17/11/2014
Người nộp đơn : Công ty TNHH Công nghệ và thiết bị Toàn Cầu
km 26+300 thôn Khê Than, xã Phú Nghĩa, huyện Chương Mỹ, thành phố Hà Nội
Hệ thống sấy mật ong
Số đơn: 2-2010-00266
Ngày nộp đơn: 09/12/2010
Người nộp đơn: Trường đại học Nông Lâm Tp.HCM_Khu phố 6, phường
Linh Trung, quận Thủ Đức thành phố Hồ Chí Minh
Máy sấy hút chân không đa năng
Số đơn: 2-2013-00282
Ngày nộp đơn: 18/11/2013
Người nộp đơn: Dương Chí Cường (VN)_47 Nguyễn Văn Trỗi, khóm I, thị
trấn Tiểu Cần, huyện Tiểu Cần, tỉnh Trà Vinh
-17-
III. PHƢƠNG PHÁP SẤY NHIỆT ĐỘ THẤP CÓ HỖ TRỢ BƠM NHIỆT
1. Giới thiệu về phƣơng pháp sấy nhiệt độ thấp có hỗ trợ bơm nhiệt và năng
lƣợng mặt trời:
Phương pháp sấy có hỗ trợ bơm nhiệt là phương pháp sấy mà quá trình sấy
được tích hợp với chu trình lạnh mà trong đó, ẩm có trong tác nhân sấy được ngưng
tụ tại hệ thống bốc hơi của chu trình lạnh. Khi ẩm được tách ra, áp suất hơi nước
riêng phần của quá trình sấy có thể giảm sâu, từ đó, tăng cường tốc độ bay hơi ẩm,
thậm chí ở điều kiện nhiệt độ thấp. Do đó, phương pháp sấy này có thể được ứng
dụng để thực hiện quá trình sấy các nguyên liệu có các thành phần nhạy cảm với
nhiệt độ. Đồng thời, để tận dụng năng lượng thải ra từ chu trình lạnh, tác nhân sấy
(sau khi được hạ nhiệt tách ẩm ở bộ phận bốc hơi) sẽ được đưa đi gia nhiệt trở lại
tại hệ thống ngưng tụ của chu trình lạnh. Như vậy, hệ thống bơm nhiệt sẽ tận dụng
cả ẩm nhiệt và entapi của phần ẩm hóa hơi trong hệ thống sấy bằng cách sử dụng
năng lượng này để gia nhiệt trở lại tác nhân sấy chứ không thải bỏ ra môi trường
như các phương pháp sấy truyền thống.
Phương pháp sấy có hỗ trợ bơm nhiệt có ưu điểm là có thể thực hiện quá trình
sấy trong khoảng nhiệt độ và độ ẩm của tác nhân sấy rộng, có thể thực hiện quá
trình sấy ở nhiệt độ thấp hơn các phương pháp sấy truyền thống (có thể thấp đến
10oC) và có hiệu quả sử dụng năng lượng cao. Đồng thời, hệ thống sấy có hỗ trợ
bơm nhiệt là một hệ thống kín, nên khả năng giữ mùi tốt, giúp hạn chế tổn các
thành phần tạo mùi của nguyên liệu, điều rất khó thực hiện trong các phương pháp
sấy truyền thống khác. Điều này góp phần làm nâng cao chất lượng của sản phẩm
sau khi sấy. Vì vậy, phương pháp sấy có hỗ trợ bơm nhiệt đang rất được quan tâm
đầu tư thiết kế và chế tạo cho các công ty chế biến nông sản và áp dụng cho rất
nhiều sản phẩm như: trái cây, rau củ, hải sản (mực, cá, các loại sò….), gia vị (hành,
ngò…), hạt sen… Ở Việt Nam, phương pháp sấy này bước đầu áp dụng cho việc
sấy các sản phẩm mực sấy và dược liệu.
Tuy nhiên, phương pháp sấy có hỗ trợ của bơm nhiệt cũng tồn tại một số
nhược điểm là chi phí đầu tư cao, quá trình vận hành và bảo trì phức tạp và hiện
vẫn còn sử dụng một số chất tải lạnh không thân thiện với môi trường như R22.
Do giới hạn của nhiệt độ tác nhân lạnh tại bộ phận ngưng tụ của hệ thống bơm
nhiệt (theo chu trình Carnot), nên trong nhiều trường hợp, không thể gia nhiệt tác
nhân sấy bằng lên cao hơn nhiệt độ giới hạn này. Do đó, hệ thống gia nhiệt hỗ trợ
cần được lắp đặt thêm. Một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng năng lượng
mặt trời để gia nhiệt thêm cho tác nhân sấy.
-18-
2. Hệ thống máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt và sự hỗ trợ năng lƣợng mặt
trời đƣợc thiết kế và chế tạo tại trƣờng Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc
Gia TP.HCM:
Hệ thống máy sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt với sự hỗ trợ của năng lượng mặt
trời sau khi được tính toán, thiết kế và chế tạo có cấu hình như sau:
Bảng: Danh mục các thiết bị của hệ thống sấy lạnh
STT
1
Thiết bị
Đặc tính kỹ thuật
Đơn vị Số lƣợng
Máy nén
4,5
66536
90421
2
kW
BTU/h
BTU/h
HP
1
1
1
1
1
1
1
2
2
Giàn bay hơi
3
Giàn ngưng tụ chính
Giàn ngưng tụ phụ
Thiết bị gia nhiệt không khí
Thiết bị gia nhiệt phụ
Thiết bị làm lạnh không khí
Quạt
4
5
66391
12000
66536
150
BTU/h
BTU/h
BTU/hr
W
6
7
9
10
Giàn thu năng lượng mặt
trời
600
L/ngày
1
11
12
13
14
15
Tank chứa nước
Tank chứa nước nóng
Buồng sấy
100
L
L
2
1
1
2
1
300
1742x1240x1760
mm
HP
W
Bơm
0,4
Bơm nước nóng
300
Bảng: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
STT
Thông số
Giá trị
Đơn vị đo
m2
1
11,5
dàn lạnh
m2
2
11,44
dàn nóng
-19-
Thông số đặc trƣng hệ thống bơm nhiệt
STT
Thông số
Giá trị
Đơn vị đo
Công suất nhiệt dàn nóng Qk
12,44
kW
1
2
3
Công suất nhiệt dàn lạnh Q0
12,55
kW
0,01
kg/s
G0
4
0,012
kg/s
k
16,05
3,48
kW
kW
m3/s
-
5
6
7
8
k’
0,004
7,17
h
φ
Hệ thống bơm nhiệt
Thông số
STT
Giá trị
Đơn vị đo
m2
1
1,6
dàn ngưng
m2
2
2
dàn bay hơi
Máy nén
3
m3/s
kW
Thể tích hút lý thuyết
Công suất động cơ
0,006
10,1
3.1
3.2
Thiết bị phụ
STT
1
Thông số
Công suất quạt (2 cái)
Giá trị
Đơn vị đo
0,8
kW
Bơm
2
Bơm cho dàn ngưng tụ
2.1
m3/s
mH2O
0,11.10-3
2,14
- Năng suất bơm
- Cột áp bơm
Bơm cho dàn bay hơi
2.2
m3/s
mH2O
0,25.10-3
0,33
- Năng suất bơm
- Cột áp bơm
-20-
Tải về để xem bản đầy đủ
32 trang
02/04/2022
4780
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Phân tích xu hướng công nghệ - Chuyên đề: Xu hướng ứng dụng công nghệ sấy tiên tiến trong bảo quản và chế biến nông sản, thủy sản", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bao_cao_phan_tich_xu_huong_cong_nghe_chuyen_de_xu_huong_ung.pdf
