Trong ngành thực phẩm, dược phẩm, thực phẩm chức năng, dược liệu và vật liệu sinh học, nhiệt độ không đơn thuần là một thông số vận hành.
Nhiệt độ chính là một phần của công nghệ sản xuất.
Cùng một nguyên liệu, cùng một thiết bị và cùng một nhiệt độ cuối, nhưng nếu tốc độ gia nhiệt, các giai đoạn tăng nhiệt và thời gian giữ nhiệt khác nhau, sản phẩm sau quá trình xử lý nhiệt hoàn toàn có thể có những đặc tính khác nhau.
Đây chính là lý do các phòng R&D – Research & Development, phòng kiểm nghiệm và các doanh nghiệp phát triển sản phẩm giá trị cao ngày càng quan tâm đến khả năng kiểm soát “hồ sơ nhiệt” – Temperature Profile, thay vì chỉ quan tâm đến câu hỏi:
“Máy sấy đạt được nhiệt độ tối đa bao nhiêu?”
Một hệ thống sấy tốt không chỉ cần đạt nhiệt độ.
Quan trọng hơn là:
Nhiệt độ phải tăng như thế nào, giữ trong bao lâu và chuyển từ giai đoạn này sang giai đoạn khác ra sao.
Đây cũng là một trong những ưu điểm đáng chú ý của các dòng máy sấy France Etuves sử dụng bộ điều khiển C3030, cho phép xây dựng chương trình gia nhiệt theo nhiều bước trong một chu trình.
1. Tại sao cần hạn chế hiện tượng “sốc nhiệt” trong quá trình chế biến?
Trong thực phẩm và dược phẩm, nhiều nguyên liệu có cấu trúc rất nhạy cảm với nhiệt.
Đó có thể là:
- Dược liệu;
- Thảo mộc;
- Nấm;
- Rau củ quả;
- Trái cây;
- Hạt;
- Nguyên liệu thực phẩm chức năng;
- Các sản phẩm sinh học;
- Nguyên liệu chứa hoạt chất;
- Các sản phẩm cần nghiên cứu độ ổn định nhiệt.
Nếu đưa nguyên liệu từ nhiệt độ môi trường vào một thiết bị đang ở nhiệt độ cao hoặc tăng nhiệt quá nhanh, sự chênh lệch nhiệt độ lớn trong khoảng thời gian ngắn có thể tạo nên stress nhiệt đối với vật liệu.
Tùy từng sản phẩm, quá trình này có thể liên quan đến nhiều hiện tượng khác nhau như biến đổi cấu trúc, co rút, nứt bề mặt, biến đổi màu sắc, mùi vị hoặc ảnh hưởng đến một số thành phần nhạy nhiệt.
Đặc biệt đối với vật liệu có độ ẩm cao, quá trình truyền nhiệt và truyền khối không diễn ra đồng thời với cùng một tốc độ.
Bề mặt sản phẩm có thể nóng và mất nước nhanh trong khi phần bên trong vẫn còn chứa lượng ẩm đáng kể.
Vì vậy, trong nghiên cứu công nghệ sấy, câu hỏi quan trọng không chỉ là:
- “Sấy ở bao nhiêu độ C?”
- mà còn phải trả lời:
- “Đưa sản phẩm đến nhiệt độ đó bằng cách nào?”
2. Một quy trình sấy tốt là một “đường cong nhiệt”, không phải một con số
Giả sử một sản phẩm cần được xử lý ở nhiệt độ 80°C.
Có hai phương án.
Phương án thứ nhất
Cho máy tăng nhiệt nhanh nhất có thể từ nhiệt độ môi trường lên 80°C, sau đó duy trì nhiệt độ.
Phương án thứ hai
Xây dựng một chương trình chẳng hạn:
- Giai đoạn 1: tăng nhiệt từ nhiệt độ môi trường lên 40°C với tốc độ được kiểm soát.
- Giai đoạn 2: giữ ở 40°C trong một khoảng thời gian xác định.
- Giai đoạn 3: tiếp tục tăng lên 60°C với tốc độ phù hợp.
- Giai đoạn 4: tiếp tục xử lý ở nhiệt độ mục tiêu theo thời gian nghiên cứu.
Hai phương pháp đều có thể đạt tới 80°C.
Nhưng lịch sử nhiệt mà sản phẩm trải qua hoàn toàn khác nhau.
Đối với R&D, sự khác biệt này rất quan trọng.
Nó cho phép kỹ sư công nghệ nghiên cứu mối quan hệ giữa:
Nhiệt độ – thời gian – tốc độ gia nhiệt – độ ẩm – cấu trúc – chất lượng sản phẩm.
Đó chính là nền tảng để xây dựng một công thức công nghệ có khả năng lặp lại.
3. Bộ điều khiển C3030 – điểm khác biệt quan trọng đối với công việc R&D
Một trong những ưu điểm của các dòng máy sấy France Etuves được trang bị bộ điều khiển C3030 là khả năng thiết lập chương trình gia nhiệt theo nhiều bước.
Người sử dụng có thể xây dựng một chu trình gồm 04 bước gia nhiệt, trong đó có thể thiết lập các thông số như:
Tốc độ gia nhiệt – Ramp
Thay vì để nhiệt độ tăng không kiểm soát theo công suất tối đa của hệ thống, người nghiên cứu có thể chủ động xác định tốc độ tăng nhiệt phù hợp với sản phẩm.
Giá trị nhiệt độ cài đặt – Setpoint
Mỗi bước có thể hướng đến một mức nhiệt độ khác nhau.
Nhờ đó có thể xây dựng một đường cong nhiệt phù hợp với đặc tính của từng nguyên liệu.
Thời gian giữ nhiệt – Soak/Hold Time
Sau khi đạt nhiệt độ mong muốn, hệ thống có thể duy trì nhiệt độ trong khoảng thời gian được thiết lập trước khi chuyển sang bước tiếp theo.
Ba yếu tố này khi kết hợp với nhau tạo ra một công cụ rất hữu ích:
TEMPERATURE PROFILE – HỒ SƠ NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH
Và trong nghiên cứu phát triển sản phẩm, hồ sơ nhiệt đôi khi quan trọng không kém nhiệt độ cuối cùng.
4. Ví dụ: nghiên cứu một quy trình sấy dược liệu
Hãy hình dung một phòng R&D đang nghiên cứu quy trình sấy một loại dược liệu.
Mục tiêu không đơn giản là “làm cho nguyên liệu khô”.
Nhóm nghiên cứu có thể phải đồng thời xem xét:
- Độ ẩm cuối;
- Màu sắc;
- Mùi;
- Hình dạng;
- Độ co rút;
- Khả năng bảo quản;
- Thành phần hoặc hoạt chất cần quan tâm;
- Thời gian xử lý;
- Năng lượng tiêu thụ;
- Khả năng lặp lại của quy trình.
Một chương trình thử nghiệm có thể được xây dựng theo nguyên tắc:
Tăng nhiệt từ nhiệt độ ban đầu lên mức thấp với tốc độ được kiểm soát để vật liệu thích nghi với môi trường nhiệt.
Duy trì ở mức nhiệt phù hợp để bắt đầu quá trình loại ẩm mà không làm bề mặt mất nước quá nhanh.
Tăng lên mức nhiệt độ cao hơn nhằm thúc đẩy quá trình truyền nhiệt và truyền khối.
Điều chỉnh nhiệt độ và thời gian để đưa sản phẩm đến trạng thái cuối mong muốn.
Điều cần nhấn mạnh là các giá trị nhiệt độ và thời gian cụ thể không nên áp dụng chung cho mọi sản phẩm.
Chúng phải được xác lập thông qua nghiên cứu, thử nghiệm và đánh giá chất lượng.
Và đó chính là lúc một thiết bị có khả năng lập trình đường cong nhiệt thể hiện giá trị.
5. Giá trị lớn nhất đối với R&D: biến kinh nghiệm thành dữ liệu
Trong nhiều cơ sở sản xuất, quy trình sấy vẫn phụ thuộc khá nhiều vào kinh nghiệm của người vận hành.
Ví dụ:
“Chạy nhiệt thấp trước.”
“Khoảng một tiếng thì tăng nhiệt.”
“Thấy sản phẩm tương đối khô thì tăng thêm.”
Cách vận hành này có thể tạo ra sản phẩm tốt, nhưng có một nhược điểm rất lớn:
Khó tiêu chuẩn hóa.
Khi người vận hành thay đổi, kết quả có thể thay đổi.
Khi nguyên liệu thay đổi, chất lượng có thể thay đổi.
Khi chuyển từ phòng thí nghiệm sang sản xuất, quy trình càng khó tái lập.
Một hệ thống điều khiển lập trình như C3030 giúp thay đổi cách tiếp cận này.
Thay vì nói:
“Tăng nhiệt từ từ.”
Kỹ sư có thể xác định:
Tăng từ nhiệt độ A đến nhiệt độ B theo tốc độ xác định.
Thay vì nói:
“Giữ nhiệt một lúc.”
Có thể chuyển thành:
Giữ tại nhiệt độ B trong khoảng thời gian xác định.
Như vậy, kinh nghiệm được chuyển thành thông số công nghệ.
Đây chính là bước rất quan trọng để doanh nghiệp tiến từ sản xuất dựa trên kinh nghiệm sang sản xuất dựa trên quy trình và dữ liệu.
6. Rất phù hợp cho nghiên cứu công thức sản phẩm mới
Đối với phòng R&D, một sản phẩm mới hiếm khi thành công ngay trong lần thử nghiệm đầu tiên.
Kỹ sư có thể phải tiến hành hàng loạt thử nghiệm:
- Recipe 01: gia nhiệt chậm – thời gian dài.
- Recipe 02: gia nhiệt nhanh hơn – thời gian ngắn hơn.
- Recipe 03: tăng nhiệt theo nhiều giai đoạn.
- Recipe 04: thay đổi nhiệt độ ở giai đoạn cuối.
Sau mỗi thử nghiệm, mẫu được đánh giá theo các tiêu chí thích hợp.
Đối với thực phẩm có thể là:
- Độ ẩm;
- aw – hoạt độ nước;
- Màu sắc;
- Cấu trúc;
- Độ giòn;
- Mùi;
- Cảm quan;
- Khả năng hoàn nguyên.
Đối với dược liệu và thực phẩm chức năng có thể cần đánh giá thêm những chỉ tiêu chuyên biệt phù hợp với hoạt chất và tiêu chuẩn của sản phẩm.
Từ kết quả thử nghiệm, phòng R&D lựa chọn chương trình nhiệt tối ưu.
Như vậy, máy sấy không còn đơn thuần là thiết bị làm khô.
Nó trở thành một phần của hệ thống phát triển công nghệ sản phẩm.
7. Kiểm soát tốc độ gia nhiệt giúp nghiên cứu sâu hơn về chất lượng
Một sản phẩm có thể đạt cùng nhiệt độ cuối nhưng chất lượng khác nhau nếu tốc độ tăng nhiệt khác nhau.
Đây là điều rất đáng quan tâm trong nghiên cứu.
Ví dụ, kỹ sư có thể thiết kế các thí nghiệm:
Mẫu A: tăng 1°C/phút;
Mẫu B: tăng 2°C/phút;
Mẫu C: tăng 5°C/phút.
Sau đó đánh giá sự khác biệt của sản phẩm.
Từ đây có thể xác định tốc độ gia nhiệt phù hợp nhất.
Khả năng kiểm soát Ramp Rate vì vậy mang lại một biến số nghiên cứu quan trọng.
Đặc biệt đối với những nguyên liệu nhạy cảm, khả năng kiểm soát quá trình chuyển tiếp giữa các mức nhiệt có thể mang ý nghĩa lớn hơn rất nhiều so với việc đơn thuần sở hữu một thiết bị có công suất gia nhiệt cao.
8. Độ đồng đều nhiệt độ trong buồng sấy cũng quan trọng không kém
Một chương trình điều khiển tốt chỉ thực sự có giá trị khi môi trường nhiệt trong buồng sấy được kiểm soát phù hợp.
Hãy hình dung phòng R&D đặt 20 mẫu vào máy.
Nếu các vị trí khác nhau trong buồng có sự chênh lệch nhiệt lớn, mẫu ở phía trên, phía dưới, phía trước và phía sau có thể trải qua những điều kiện khác nhau.
Khi đó, kết quả nghiên cứu rất khó so sánh.
Do đó, khi lựa chọn máy sấy phục vụ nghiên cứu, doanh nghiệp không nên chỉ nhìn vào:
Nhiệt độ tối đa.
Mà cần xem xét đồng thời:
Khả năng điều khiển + lưu thông khí + độ ổn định + độ đồng đều nhiệt độ + khả năng lập trình chu trình.
Đây là những yếu tố quan trọng đối với các ứng dụng cần độ tin cậy và khả năng tái lập cao.
9. Từ phòng R&D đến sản xuất – giá trị của một “Recipe”
Giá trị lớn của nghiên cứu không nằm ở việc tạo ra một mẫu tốt duy nhất.
Giá trị thực sự nằm ở khả năng trả lời:
“Làm thế nào để sản xuất lại sản phẩm này với chất lượng tương đương?”
Một Recipe có thể được mô tả bằng:
Nguyên liệu + điều kiện ban đầu + tốc độ gia nhiệt + nhiệt độ từng giai đoạn + thời gian giữ nhiệt + điều kiện kết thúc.
Khi các yếu tố này được xác định rõ, doanh nghiệp bắt đầu sở hữu một công thức công nghệ.
Đó có thể trở thành tài sản kỹ thuật rất giá trị.
Bởi đối thủ có thể mua được nguyên liệu tương tự.
Có thể mua được máy móc.
Nhưng chưa chắc họ có được đường cong nhiệt tối ưu và bí quyết công nghệ mà doanh nghiệp đã mất hàng tháng hoặc hàng năm để nghiên cứu.
10. Một chiếc máy sấy có thể góp phần tạo ra sản phẩm giá trị cao
Nếu chỉ nhìn máy sấy như một thiết bị “thổi khí nóng”, chúng ta sẽ có xu hướng lựa chọn dựa chủ yếu vào:
Kích thước;
Công suất;
Nhiệt độ tối đa;
Giá mua.
Nhưng đối với R&D, cách nhìn nên khác.
Máy sấy cần được xem như một thiết bị tạo và kiểm soát môi trường nhiệt.
Khả năng tạo ra một đường cong nhiệt chính xác cho phép các nhà nghiên cứu thử nghiệm nhiều hướng công nghệ khác nhau.
Từ cùng một loại nguyên liệu ban đầu, doanh nghiệp có thể nghiên cứu:
- Sản phẩm sấy khô;
- Dược liệu;
- Bột nguyên liệu;
- Trà thảo mộc;
- Nguyên liệu chiết xuất;
- Thực phẩm chức năng;
- Sản phẩm có cấu trúc đặc biệt;
- Các sản phẩm giá trị gia tăng khác.
Do đó, giá trị của thiết bị không nên chỉ được đánh giá bằng số kilogram nguyên liệu có thể sấy mỗi ngày.
Đối với R&D, giá trị còn nằm ở:
“Thiết bị giúp chúng ta phát triển được bao nhiêu công thức và sản phẩm mới?”
11. France Etuves phù hợp với những đơn vị nào?
Các dòng máy sấy France Etuves có khả năng lập trình đặc biệt đáng quan tâm đối với:
Phòng nghiên cứu và phát triển sản phẩm – R&D
Nơi cần thực hiện nhiều thử nghiệm với những hồ sơ nhiệt khác nhau.
Doanh nghiệp thực phẩm
Nghiên cứu các sản phẩm sấy, nguyên liệu, phụ gia và quy trình xử lý nhiệt.
Doanh nghiệp dược phẩm và dược liệu
Nơi quá trình gia nhiệt cần được kiểm soát phù hợp với đặc tính nguyên liệu và yêu cầu nghiên cứu.
Doanh nghiệp thực phẩm chức năng
Đặc biệt khi phát triển các sản phẩm từ thảo dược, nấm, thực vật và nguyên liệu tự nhiên.
Trường đại học và viện nghiên cứu
Phục vụ nghiên cứu truyền nhiệt, truyền khối, động học sấy và phát triển sản phẩm.
Phòng kiểm nghiệm và QC
Trong các ứng dụng cần môi trường nhiệt ổn định và có khả năng lặp lại.
12. Đừng chỉ hỏi: “Máy đạt bao nhiêu độ?”
Khi lựa chọn máy sấy cho phòng nghiên cứu, chúng tôi cho rằng doanh nghiệp nên đặt thêm những câu hỏi quan trọng:
Máy có kiểm soát được tốc độ tăng nhiệt không?
Có thể chia một chu trình thành nhiều giai đoạn không?
Có cài đặt nhiệt độ riêng cho từng giai đoạn không?
Có kiểm soát được thời gian giữ nhiệt không?
Độ ổn định và đồng đều nhiệt độ như thế nào?
Có thể tái lập cùng một chương trình cho những lần thử nghiệm tiếp theo không?
Bởi một thiết bị có thể đạt 200°C chưa chắc đã phù hợp cho nghiên cứu bằng một hệ thống cho phép người dùng kiểm soát chính xác cách đi từ 30°C đến 200°C.
Đó là hai khái niệm hoàn toàn khác nhau.
13. C3030 – từ “điều khiển nhiệt độ” đến “điều khiển quá trình”
Đây có lẽ là cách đơn giản nhất để nói về giá trị của bộ điều khiển C3030.
Một bộ điều khiển thông thường trả lời câu hỏi:
“Bạn muốn nhiệt độ bao nhiêu?”
Một hệ thống điều khiển theo chương trình giúp trả lời một câu hỏi sâu hơn:
“Bạn muốn sản phẩm trải qua quá trình nhiệt như thế nào?”
Với khả năng thiết lập 04 bước trong một chu trình, kết hợp:
Ramp Rate + Setpoint + Hold Time
người nghiên cứu có thể xây dựng một Temperature Profile phù hợp với mục tiêu thử nghiệm.
Đây là công cụ rất hữu ích để phát triển và tối ưu hóa quy trình công nghệ.
14. Đầu tư cho máy sấy R&D chính là đầu tư cho “bí quyết công nghệ”
Trong thị trường cạnh tranh ngày nay, giá trị của một doanh nghiệp thực phẩm, dược phẩm hay thực phẩm chức năng ngày càng phụ thuộc vào khả năng tạo ra sản phẩm khác biệt.
Máy móc có thể mua.
Nguyên liệu có thể mua.
Bao bì có thể đặt sản xuất.
Nhưng công thức và quy trình công nghệ là thứ doanh nghiệp phải tự nghiên cứu và tích lũy.
Một chương trình nhiệt tối ưu có thể là kết quả của hàng chục, thậm chí hàng trăm lần thử nghiệm.
Và khi đã xác lập được chương trình phù hợp, doanh nghiệp có thể biến nó thành một phần của know-how – bí quyết công nghệ của riêng mình.
Vì vậy, đầu tư một máy sấy có khả năng kiểm soát tốt quá trình nhiệt không đơn giản là đầu tư thêm một thiết bị phòng thí nghiệm.
Đó là đầu tư vào năng lực R&D của doanh nghiệp.
FRANCE ETUVES – KIỂM SOÁT NHIỆT ĐỘ ĐỂ KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG
Đối với những sản phẩm thông thường, chúng ta có thể chỉ cần biết:
“Sấy ở nhiệt độ bao nhiêu?”
Nhưng khi bước vào nghiên cứu những sản phẩm có giá trị cao, câu hỏi phải sâu hơn:
Tăng nhiệt với tốc độ bao nhiêu?
Ở mỗi giai đoạn cần đạt nhiệt độ nào?
Giữ nhiệt trong bao lâu?
Khi nào chuyển sang giai đoạn tiếp theo?
Đường cong nhiệt nào tạo ra chất lượng sản phẩm tốt nhất?
Đó chính là tư duy của Process Development – phát triển quy trình công nghệ.
Với khả năng lập trình 04 bước gia nhiệt trong một chu trình, kiểm soát tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ cài đặt và thời gian giữ nhiệt, bộ điều khiển C3030 trên các dòng máy sấy France Etuves mang đến cho phòng R&D một công cụ mạnh để xây dựng, thử nghiệm và tối ưu hóa hồ sơ nhiệt.
Từ đó, doanh nghiệp không chỉ đơn thuần sấy một sản phẩm.
Doanh nghiệp có thể từng bước:
Nghiên cứu công thức → tối ưu quy trình → chuẩn hóa thông số → đánh giá chất lượng → tái lập kết quả → xây dựng bí quyết công nghệ → phát triển sản phẩm giá trị cao.
FRANCE ETUVES
Không chỉ kiểm soát nhiệt độ – mà còn giúp kiểm soát cả quá trình.
Một thiết bị tốt giúp chúng ta tạo ra nhiệt.
Một thiết bị R&D tốt giúp chúng ta biến nhiệt độ, thời gian và dữ liệu thành công nghệ.
Công ty Phúc An – Giải pháp thiết bị nhiệt cho nghiên cứu, kiểm nghiệm và sản xuất.
Lưu ý kỹ thuật: Các mức nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt và thời gian được nêu trong bài mang tính minh họa nguyên lý. Với thực phẩm, dược phẩm và thực phẩm chức năng, quy trình thực tế cần được thẩm định theo đặc tính nguyên liệu, mục tiêu chất lượng, phương pháp phân tích và các tiêu chuẩn/quy định áp dụng cho từng sản phẩm.