Máy sấy vi sóng A&D: Giải bài toán chất lượng và chi phí

Chiếc máy sấy vi sóng của TS. Nguyễn Minh Hệ và cộng sự hứa hẹn đem đến một giải pháp vừa tiết kiệm thời gian và chi phí năng lượng, vừa đảm bảo duy trì được các chất dinh dưỡng cho sản phẩm - một bài toán mà nhiều phương pháp sấy khác chưa giải quyết được.

TS. Nguyễn Minh Hệ bên cạnh chiếc máy sấy vi sóng tuần hoàn khí nóng.

Những chiếc lò vi sóng dùng để rã đông thực phẩm hay hâm nóng thức ăn từ lâu đã trở thành một thiết bị không thể thiếu trong nhiều gia đình Việt. Ngỡ rằng công nghệ vi sóng đã không còn gì xa lạ, song có lẽ ít ai biết rằng, những chiếc máy sấy vi sóng lại không hề phổ biến như vậy trong sản xuất công nghiệp ở Việt Nam, dù cho những thiết bị tương tự đã được áp dụng ở Mỹ từ những năm 1970. Lý do không bất ngờ: thiết bị và công nghệ để sấy, tiết trùng bằng vi sóng ở nước ta từ trước đến nay vẫn phải phụ thuộc nhiều vào nước ngoài, thiết bị nhập đắt tiền làm tăng chi phí sản xuất - theo Báo cáo phân tích xu hướng công nghệ “Hướng ứng dụng công nghệ sấy vi sóng trong bảo quản, chế biến nông sản và thực phẩm” năm 2019 của Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (Sở KH&CN TP.HCM).

Thực tế, sấy - một trong những phương pháp rất quan trọng để chế biến nông sản - là một bài toán cổ xưa và đã có nhiều giải pháp khác nhau được sử dụng ở Việt Nam, từ phơi nắng theo cách truyền thống cho đến sấy tuần hoàn khí nóng, sấy lạnh,... Tuy nhiên, phương pháp phơi nắng phụ thuộc vào thời tiết và không đảm bảo vệ sinh, phương pháp sấy dùng nhiệt độ cao thì lại khiến sản phẩm bị phân hủy dinh dưỡng.

Những năm gần đây, các công nghệ sấy tiên tiến giúp bảo toàn chất lượng nông sản như sấy bơm nhiệt (sấy ở nhiệt độ thấp) hay sấy thăng hoa (sấy ở nhiệt độ âm) đã được nhiều công ty quan tâm. Tuy nhiên, việc sấy bơm nhiệt lại đòi hỏi thời gian sấy kéo dài dẫn đến tiêu tốn nhiều chi phí năng lượng “do khi độ ẩm xuống thấp thì phương pháp này rất khó lấy được nước ra, dù chỉ sấy lá tía tô thôi nhưng phải sấy đến 16-17 tiếng đồng hồ để lá có độ ẩm 10%”, TS. Nguyễn Minh Hệ - nguyên giảng viên cao cấp tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và hiện là Giám đốc điều hành Công ty Tư vấn, Thiết bị và công nghệ cao A&D - cho hay. Ngược lại, phương pháp sấy thăng hoa dù rất hiệu quả cả về khả năng lấy ẩm và giữ chất lượng cho sản phẩm, tuy nhiên “chi phí đầu tư lại rất đắt đỏ và chỉ phù hợp cho những sản phẩm có giá trị kinh tế cao”.

Đó là lý do hơn 10 năm trước, TS.Hệ và các đồng nghiệp quyết định bắt tay vào nghiên cứu chế tạo thiết bị sấy sử dụng công nghệ vi sóng - một giải pháp có thể rút ngắn được thời gian và tăng cường độ sấy cũng như duy trì chất lượng dinh dưỡng cho sản phẩm. “Đây là phương pháp cấp nhiệt trực tiếp, sử dụng năng lượng của sóng viba để cấp nhiệt cho vật liệu sấy cả trên bề mặt và bên trong vật liệu sấy, giúp cho toàn bộ vật liệu nhận được nhiệt để tăng áp suất riêng phần của nước và nhờ đó tăng cường độ thoát ẩm từ vật liệu sấy”, TS. Hệ giải thích. “Nguyên lý này giúp cho việc sấy không có sự mất mát năng lượng khi phát nhiệt ra môi trường do quá trình truyền – dẫn năng lượng. Hiệu suất sử dụng năng lượng vì thế cũng cao hơn hẳn các phương thức và công nghệ phát nhiệt hiện đại khác như công nghệ bức xạ nhiệt theo phương pháp hồng ngoại”.

Đáp ứng nhiều mục tiêu

Song, cái khó nằm ở chỗ: vi sóng có một đặc thù là tác động vào nước rất nhanh và có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt. “Giống như chúng ta dùng lò vi sóng ở nhà để rã đông, nếu để công suất không phù hợp thì mặt bên ngoài của thực phẩm sẽ bị cháy song bên trong thì vẫn đang lạnh toát”, TS. Hệ giải thích, “do đó bài toán cần phải giải quyết là làm sao điều chỉnh được công suất vi sóng riêng phần tùy theo lượng nước bên trong mỗi sản phẩm”.

Đây là một bài toán phức tạp bởi càng sấy thì lượng nước trong vật liệu sẽ ngày càng giảm đi, do đó công suất vi sóng cũng không thể giữ nguyên mà phải thay đổi theo thời gian quá trình sấy. “Nếu đơn vị sản xuất ra máy không chọn được ‘vùng nhiệt độ làm việc’ hợp lý cho thiết bị, hay không có đủ chuyên môn để hướng dẫn doanh nghiệp sử dụng thì vật liệu sau khi sấy ra sẽ khó có thể đạt được yêu cầu, bề mặt sản phẩm có thể bị quá nhiệt và ngăn cản sự truyền ẩm từ tâm ra bên ngoài”, ông phân tích.

Giao diện giám sát điều khiển máy sấy vi sóng chân không A&D.

Khó khăn hơn, tài liệu về những thiết bị sấy vi sóng trên thế giới cũng hầu như không được công bố. “Chúng ta chỉ hiểu nguyên lý thế nào là vi sóng thôi còn để ứng dụng nó, tính toán thiết kế ra sao, làm thế nào để đưa vào thực tiễn cụ thể thì hầu như không có một chỗ nào để tham khảo”, TS. Hệ nhớ lại. Để cho ra đời những chiếc máy sấy vi sóng ở quy mô phòng thí nghiệm, ông và các đồng nghiệp phải tự mua thiết bị về, tự nghiên cứu, suy luận và “trả giá” cho mỗi lần thí nghiệm để tìm ra được ứng dụng phù hợp. Thiết bị đầu tiên của nhóm ra đời với các bộ phận được chế từ đầu phát sóng trong lò vi sóng gia đình và lắp vào buồng sấy để thử nghiệm. Dù phiên bản này còn vô cùng thô sơ song nhờ đó, TS. Hệ và các đồng nghiệp có thể hiểu thêm về đặc tính của vi sóng và tìm kiếm các phương án điều chỉnh.

Thế nhưng muốn tối ưu khả năng sấy, phần vi sóng mới chỉ là một yếu tố. “Vấn đề khác cần giải quyết là kết cấu buồng sấy để đảo trộn và giúp vật liệu được sấy đồng đều”, TS. Hệ cho biết. Sau khi thử nghiệm các kiểu thùng quay khác nhau, nhóm nghiên cứu nhận thấy kiểu thùng quay ngang đem lại hiệu quả đảo trộn hơn hẳn và giúp cắt giảm nhiều thời gian sấy. Nhưng thách thức lớn hơn bắt đầu lộ diện khi họ muốn nhân quy mô của thiết bị lên. “Nếu làm hệ thống vi sóng nhỏ chỉ có một đầu phát sóng thì rất đơn giản, tuy nhiên khi làm thiết bị lớn cần nhiều đầu phát sóng cùng lắp bên trong thì nếu không cẩn thận, đầu phát sóng này sẽ có thể làm cháy đầu phát sóng kia ngay”, TS. Hệ cho biết.

Nhờ có kinh phí từ đề tài thuộc chương trình trọng điểm cấp Nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy sử dụng kết hợp bơm nhiệt và công nghệ vi sóng để sấy một số loại nông sản, thực phẩm và dược liệu” năm 2016, kết hợp với kinh nghiệm nghiên cứu nhiều năm về thiết bị và tự động hóa trong lĩnh vực công nghệ sinh học, công nghệ thực phẩm, nhóm của TS. Hệ đã chế tạo thành công thiết bị với tám đầu phát sóng hoạt động ổn định ngay trong những lần thử đầu tiên.

Đến nay, chiếc máy sấy vi sóng của nhóm TS. Hệ đã được tự động hóa hoàn toàn để sấy các mặt hàng nông sản, thủy hải sản, dược liệu ở mức nhiệt 45°C. Thiết bị sẽ vận hành với buồng sấy có hệ thống thực hiện quay liên tục theo trục đứng khung chứa các khay vật liệu hoặc quay theo trục ngang thùng chứa vật liệu. Máy sấy cũng được tích hợp hệ thống đo lượng, điều khiển tự động hiện đại và sử dụng các bộ điều khiển PLC hãng Rockwell Automation (USA), cảm biển nhiệt, ẩm G7, đồng thời được kết nối máy tính để điều khiển giám sát và xử lý dữ liệu quá trình sấy.

“Người vận hành hoàn toàn có thể lựa chọn chương trình sấy phù hợp với vật liệu và khối lượng vật liệu sấy”, TS. Hệ cho biết. Nghe tưởng như không có gì đặc biệt nhưng chỉ một tính năng như vậy thôi thực tế cũng có thể giúp ích rất nhiều cho các doanh nghiệp chế biến bởi “tôi đã chứng kiến không ít dây chuyền sấy vi sóng được nhập khẩu về nhưng sau một thời gian lại phải đắp chiếu hết vì không tìm ra được chế độ làm việc hợp lý cho sản phẩm, hoặc bị hỏng hóc nhưng không có đội ngũ chuyên gia nước ngoài sang chữa”, TS. Hệ kể lại.

Các kết quả thử nghiệm và phân tích hàm lượng dinh dưỡng cũng giúp nhóm nghiên cứu khẳng định được khả năng duy trì chất lượng, vitamin, dược chất trong sản phẩm sau khi sấy bằng công nghệ vi sóng. “Ưu điểm vượt trội của công nghệ này là nó cho phép sấy khô nguyên củ, không phải thái nhỏ vật liệu, nhờ đó cũng tránh được nguy cơ phá hủy tế bào, mất chất dinh dưỡng”, TS. Hệ nói thêm. Sau đề tài năm 2016, giải pháp của nhóm cũng đã được chuyển giao cho doanh nghiệp là Công ty Cổ phần thương mại Dược, Vật tư Y tế Khải Hà (Thái Bình) để sấy dược liệu cho đến nay cũng như đang thử ứng dụng để sấy lá chè hay gia vị như gừng, hồi, sả, ớt,… cho một số công ty khác. “Tùy từng sản phẩm mà thời gian sấy có thể giảm đi từ 40% đến 80%, chẳng hạn như gừng, trước đây có công ty phải mất đến 24 tiếng để sấy nhưng giờ đây chỉ còn cần 6 tiếng”, TS. Hệ hào hứng chia sẻ.

Điều quan trọng là hiện nay công ty của TS. Hệ đã hoàn toàn làm chủ được công nghệ và có thể “đáp ứng mọi quy mô sản xuất, dù là vài chục kilogram hay là một tấn” - một điều đặc biệt hữu ích trong môi trường sản xuất nông nghiệp đặc thù của Việt Nam vốn hầu hết là các doanh nghiệp sản xuất nhỏ lẻ. Đến nay, công ty của TS. Hệ đã hoàn toàn có thể thiết kế, chế tạo các máy sấy vi sóng kết hợp bơm nhiệt, hoặc chân không tùy vào các ứng dụng cụ thể. Do làm chủ được công nghệ nên dù một số bộ phận, linh kiện của thiết bị như nguồn phát vi sóng phải nhập khẩu từ nước ngoài (do Việt Nam chưa có), song “giá thành của sản phẩm rẻ hơn rất nhiều so với những thiết bị của nước ngoài”, TS. Hệ tự tin nói.

Theo Khoahocphattrien