Nghiên cứu phương pháp lựa chọn rượu mùi dùng pha chế coctail nền rượu Tequila :Báo cáo tổng kết đề tài Khoa học cấp trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng trường điện từ trong cấp đông

thực phẩm nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm

Mã số đề tài: 171.1081

Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Tâm Thanh

Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2019

2

LỜI CẢM ƠN

Để đạt được những kết quả lý thuyết lẫn thực nghiệm, trong quá trình thực hiện

đề tài, chủ nhiệm đề tài và các thành viên thực hiện đã nhận được sự hỗ trợ tích cực từ

phía Nhà trường, Khoa, các đồng nghiệp và các em sinh viên. Cảm ơn sự hỗ trợ về mặt

kinh phí của Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, sự hỗ trợ về cơ sở

vật chất của khoa công nghệ Nhiệt Lạnh, cảm ơn sự giúp đỡ về mặt lý thuyết và thực

tiễn của các Thầy, Cô đồng nghiệp và sự hỗ trợ các em sinh viên.

3

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng trường điện từ trong cấp đông thực phẩm

nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm

1.2. Mã số: 171.1081

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề

tài

1

ThS. NCS. Nguyễn Thị Tâm

Thanh Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Chủ nhiệm đề tài

2 ThS. NCS. Phạm Quang Phú Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Thành viên chính

3 ThS. Trần Việt Hùng Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Thành viên chính

4 ThS. Nguyễn Trung Kiên Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Thành viên chính

5 ThS. Lê Đình Nhật Hoài Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Thành viên chính

6 ThS. Đoàn Thị Hồng Hải Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Thành viên chính

7 ThS. Nguyễn Duy Khanh Khoa Công nghệ Điện Tử Thành viên chính

8 TS. Phạm Trần Bích Thuận Khoa Công nghệ Điện Tử Thành viên chính

9 ThS. NCS. Nguyễn Văn Điền Khoa Công nghệ Điện Tử Thành viên chính

10 TS. Phạm Thị Hồng Phượng Khoa Công nghệ Hóa Học Thành viên chính

1.4. Đơn vị chủ trì:

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 07 năm 2017 đến tháng 12 năm 2018

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 09 năm 2019

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 07 năm 2019 đến tháng 10 năm 2019

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): không

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 100 triệu đồng.

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Ngày nay ngành công nghiệp chế biến thực phẩm ở Việt Nam đã và đang trên đà

phát triển mạnh. Các sản phẩm chế biến tiêu thụ trong nước và xuất khẩu ngày một đa

dạng với các yêu cầu đòi hỏi ngày càng cao về tiêu chí an toàn, chất lượng và giá trị, tuy

nhiên đóng góp chủ lực vào nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là thị trường xuất khẩu vẫn

là các sản phẩm thủy sản.

Trong ngành công nghệ chế biến thực phẩm, trong thực tế thường làm lạnh đông

thực phẩm ở các môi trường làm lạnh sau:

− Môi trường không khí: dùng không khí lạnh trao đổi nhiệt đối lưu với thực phẩm cần

làm lạnh.

− Môi trường lỏng: dùng chất tải lạnh lỏng trung gian để trao đổi nhiệt với thực phẩm,

thông thường môi trường lỏng là nước, các dung môi hữu cơ không có tính độc hại

với thực phẩm cần làm lạnh.

4

Tất cả các dạng cấp đông trên đều có có chung nhược điểm:

− Quá trình truyền nhiệt diễn ra từ lớp bên ngoài vào bên trong (mặc dù tốc độ làm lạnh

khác nhau), kết quả trong quá trình truyền nhiệt trường nhiệt độ trong thực phẩm

không đều (nhiệt độ bên ngoài thấp hơn bên trong) dẫn đến phân áp suất hơi nước

bên ngoài nhỏ hơn bên trong và nước bên trong thực phẩm có xu hướng chuyển động

ra bên ngoài.

− Do quá trình chuyển động của nước, làm cho nước trong thực phẩm được phân bố

lại, quá trình kết đông nước tạo ra những mảng băng lớn, làm rách màng tế bào. Khi

rã đông, nước tập trung lớp ngoài thực phẩm sẽ chảy thoát ra ngoài làm cho thực

phẩm bị mất nước, các mô cơ không còn căng cứng như ban đầu mà mềm nhão.

Như vậy, để đảm bảo chất lượng thực phẩm cần thiết phải làm lạnh sao cho quá

trình kết đông diễn ra trong toàn bộ thể tích thực phẩm, khi đó sẽ hạn chế quá trình dịch

chuyển nước và các tinh thể đá tạo nên trong thực phẩm sẽ mịn hơn, không làm rách

màng tế bào.

Ngoài những công nghệ cấp đông được trình bày ở trên với những áp dụng về

máy móc và kỹ thuật tân tiến hơn so với trong nước, công nghệ cấp đông trên thế giới

đã và đang cải thiện không ngừng để nâng cao chất lượng cũng như cải thiện môi trường

làm việc tốt hơn. Một số hướng công nghệ cấp đông tiên tiến hiện nay như cấp đông áp

suất cao, cấp đông được hỗ trợ siêu âm, cấp đông được hỗ trợ điện trường, cấp đông

được hỗ trợ từ trường, cấp đông được hỗ trợ vi sóng,...

Quá trình đông lạnh của các mẫu thực phẩm bị ảnh hưởng bởi thành phần chủ

đạo của chúng là nước. Chất lượng cuối cùng của sản phẩm đông lạnh phụ thuộc vào

quá trình chuyển đổi pha hoặc quá trình kết tinh của sự thay đổi nước thành đá. Kích

thước của các tinh thể đá là rất quan trọng đối với chất lượng cuối cùng của thực phẩm

đông lạnh vì nó có thể gây tác động không thể phục hồi cấu trúc tế bào do đó làm suy

giảm cấu trúc và màu sắc của sản phẩm. Vì lý do này, nhiều công nghệ mới nổi đã được

phát triển để kiểm soát quá trình kết tinh và cải thiện tốc độ hình thành và phát triển tinh

thể đá. Hầu hết các công nghệ này tận dụng lợi thế từ các tính chất vật lý và các đặc

trưng của phân tử nước. Trong môi trường điện trường hoặc từ trường sẽ làm rối loạn

sự yên tĩnh của phân tử nước. Nhiễu loạn điện và từ là những yếu tố có thể sắp xếp lại

các mạng liên kết hydro tồn tại trong nước.

Các điểm nổi bật liên quan đến lĩnh vực đông lạnh dưới ảnh hưởng của các trường

điện và từ dần được công bố. Phần lớn các nghiên đã công bố tập trung chủ yếu vào các

tính chất nước trong môi trường điện trường hoặc từ trường trong quá trình cấp đông.

Cấp đông dưới các điều kiện này là quá trình làm lạnh tiên tiến có thể kiểm soát được

mầm tinh thể đá và ảnh hưởng đến cấu trúc hình thành của các tinh thể. Nước là một

thành phần thực phẩm chính và nó ảnh hưởng lớn đến chất lượng thực phẩm. Do đó, các

kỹ thuật này là các công cụ đầy hứa hẹn cải thiện việc bảo quản thực phẩm thông qua

đông lạnh. Các ứng dụng gần đây của các điện trường tĩnh và các trường dao động tần

số vô tuyến trên thực phẩm cho thấy sự thiệt hại đến vi cấu trúc do các tinh thể băng đá

đã được giảm đáng kể.

Ở Việt Nam, hiện chưa có nghiên cứu nào về ứng dụng trường điện từ trong cấp

đông thực phẩm được công bố, cho nên hướng đề tài nghiên cứu là hướng mới, tiếp cận

với kỹ thuật cấp đông mới và có một số ý nghĩa khoa học như sau:

5

− Chế tạo được mô hình nghiên cứu về cấp đông có sự hỗ trợ của trường điện từ

phục vụ cho việc học tập và nghiên cứu khoa học của giảng viên, sinh viên ngành

công nghệ Nhiệt Lạnh, điện tử và thực phẩm.

− Phát triển một công nghệ cấp đông giúp sản phẩm đạt chất lượng cao, có khả

năng cạnh tranh với các sản phẩm cấp đông trên thị trường quốc tế.

− Nghiên cứu và tối ưu hóa được các yếu tố công nghệ của quá trình cấp đông có

sự hỗ trợ của trường điện từ nhằm tạo ra các chế độ cấp đông phù hợp với quá

trình công nghệ.

2. Mục tiêu

a. Mục tiêu tổng quát

Góp phần phát triển dạng tủ cấp đông trường điện từ có thời gian cấp đông thấp

hơn và chất lượng sản phẩm cao hơn so với tủ đông gió, tủ đông tiếp xúc và tủ đông

IQF khác để phục vụ các nghiên cứu trong công nghệ chế biến thực phẩm ứng dụng

trong thực tiễn.

b. Mục tiêu cụ thể

− Nghiên cứu ảnh hưởng trường điện từ đến quá trình cấp đông thực phẩm (cụ thể

là cá da trơn fillet) và ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến quá trình cấp

đông trường điện từ.

− Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình tủ cấp đông có sự hỗ trợ của trường điện

từ, năng suất 2kg/mẻ.

− Xây dựng và tối ưu hóa các thông số công nghệ đối với cá da trơn fillet để có

được sản phẩm cấp đông đạt chất lượng cao, độ hao hụt khối lượng sau cấp đông

thấp.

3. Phương pháp nghiên cứu

− Phương pháp kế thừa: kế thừa kiến thức lý thuyết và các công trình đã công bố

trong các tài liệu kỹ thuật, sách, tạp chí chuyên ngành trên thế giới và trong nước.

− Phương pháp chuyên gia: Sử dụng kiến thức thực tế cũng như lý thuyết của các

chuyên gia trong lĩnh vực cấp đông thực phẩm; các tác giả đã có các công trình

công bố về kỹ thuật và thiết bị cấp đông thực phẩm.

− Phương pháp giải tích: tính toán theo các công thức lý thuyết để thiết kế thiết bị

cấp đông có hỗ trợ trường điện từ phù hợp với quy mô thí nghiệm.

− Phương pháp mô hình vật lý: chế tạo mô hình vật lý để tiến hành khảo nghiệm,

đánh giá.

4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu

Đề tài đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng từ trường trong cấp đông sản phẩm cá

tra fillet. Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết đã tiến hành thiết kế và chế tạo mô hình vật lý

có các thông số kỹ thuật như sau:

− Năng suất cấp đông cá tra fillet: 2 kg/mẻ.

− Nhiệt độ cấp đông: -40C

− Nhiệt độ tâm sản phẩm: -18C

− Thời gian cấp đông: <45 phút

− Kích thước mô hình: 800x800x1200 (mm)

6

Để đánh giá ảnh hưởng của từ trường dao động đến thời gian cấp đông, các thí

nghiệm đã được thực hiện ở các mức nhiệt độ môi trường cấp đông khác nhau: -40C, -

35C và -30C cùng ở vận tốc không khí 5m/s. Kết quả thực nghiệm cho thấy việc ứng

dụng từ trường dao động đã phần nào làm giảm được thời gian cấp đông thực phẩm, cụ

thể thời gian cấp đông đã giảm được từ 2,8% đến 14,17% ở nhiệt độ cấp đông -30C, từ

2,41% đến 21,73% ở nhiệt độ cấp đông -35C và từ 11,11% đến 25,07% ở nhiệt độ cấp

đông -40C.

Để đánh giá ảnh hưởng của từ trường tĩnh đến thời gian cấp đông, các thí nghiệm

đã được thực hiện ở các mức nhiệt độ môi trường cấp đông khác nhau: -40C, -35C và

-30C cùng với vận tốc không khí 5m/s. Kết quả thực nghiệm cho thấy việc ứng dụng

từ trường tĩnh với mật độ từ thông lớn hơn 400 Gauss (0,04T) giúp giảm đáng kể thời

gian cấp đông cá tra fillet, cụ thể thời gian cấp đông đã giảm được từ 34,7% đến 38% ở

nhiệt độ cấp đông -30C, từ 34,9% đến 50,7% ở nhiệt độ cấp đông -35C và từ 49,5%

đến 56,7% ở nhiệt độ cấp đông -40C.

Tiến hành cấp đông cá tra fillet trên mô hình với năng suất 2kg/mẻ ở cùng nhiệt

độ và vận tốc không khí theo 03 phương pháp khác nhau: không có từ trường, có hỗ trợ

bởi từ trường dao động và có hỗ trợ bởi từ trường tĩnh. Khi cấp đông có hỗ trợ từ trường

tĩnh, thời gian cấp đông ngắn nhất nên chi phí điện năng cho 1kg sản phẩm cũng thấp

nhất. Suất tiêu hao năng lượng giữa cấp đông không có hỗ trợ từ trường và có hỗ trợ bởi

từ trường dao động không chênh lệch quá lớn (khoảng 7%, 9,5% và 15% tương ứng ở

nhiệt độ -30C, -35C và -40C) trong khi so với cấp đông có hỗ trợ từ trường tĩnh là

khoảng 36%, 43,7 và 50% tương ứng ở nhiệt độ -30C, -35C và -40C. Điều này cho

thấy từ trường tĩnh giúp giảm chi phí năng lượng đáng kể cho quá trình cấp đông cá tra

fillet.

Để đánh giá chất lượng sản phẩm sau khi cấp đông, các mẫu cá tra fillet sau khi

cấp đông bằng 03 phương pháp (không từ trường, có hỗ trợ từ trường dao động, có hỗ

trợ từ trường tĩnh) được rã đông tự nhiên, cùng với mẫu cá tra fillet không cấp đông

được kiểm nghiệm cơ lý tại Viện công nghệ Sinh học và Thực phẩm, trường Đại học

Công nghiệp Tp.HCM. Kết quả phân tích bằng phương pháp cắt và nén cho thấy độ

cứng, độ đàn hồi, độ dẻo và độ dính bề mặt của cá tra fillet khi không cấp đông là lớn

nhất. Sản phẩm cá được rã đông sau khi cấp đông không có từ trường có độ cứng thấp

nhất, khi được cấp đông có từ trường tĩnh, sản phẩm giữ được tính chất cơ lý tốt nhất.

5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận

Kết quả thực nghiệm bước đầu cho thấy từ trường có ảnh hưởng đến thời gian

cấp đông, cụ thể là giúp giảm thời gian cấp đông và chi phí điện năng khi ở cùng điều

kiện nhiệt độ và vận tốc không khí. Đồng thời kết quả phân tích cơ lý trên 04 mẫu cá

cũng cho thấy sản phẩm được cấp đông có từ trường giữa được độ cứng, độ đàn hồi và

độ dẻo tốt hơn so với mẫu cá được cấp đông không có hỗ trợ từ trường. Điều này cũng

cho thấy hướng đi đúng trong nghiên cứu đưa trường điện từ vào hỗ trợ cho cấp đông

cá tra fillet nhằm giảm thời gian cấp đông, giảm chi phí năng lượng và nâng cao chất

lượng sản phẩm.

Do mật độ từ thông của từ trường tĩnh cao hơn nên thời gian cấp đông giảm đáng

kể so với cấp đông thông thường. Đối với từ trường dao động, vẫn chưa chế tạo được

bộ thu-phát có mật độ từ thông cao hơn nên kết quả thực nghiệm vẫn chưa đánh giá

được toàn diện.

7

Với kết quả nghiên cứu bước đầu, cần tiến hành thêm nhiều nghiên cứu thực

nghiệm hơn nữa ở các điều kiện khác nhau, đồng thời đưa thêm ảnh hưởng của điện

trường, vi sóng hay siêu âm vào hỗ trợ trong quá trình cấp đông mới có thể chứng minh

rõ rệt được ảnh hưởng của trường điện từ trong cấp đông thực phẩm.

6. Tóm tắt kết quả

The research has applied the magnetic fields in frozen Catfish fillet products.

From the results of theoretical research, the physical model has been designed and

manufactured with the following specifications:

− Frozen Catfish fillet capacity: 2 kg / batch.

− Air freezing temperature: -40C

− Product center temperature: -18C

− Freezing time: <45 minutes

− Freezer size: 800x800x1200 (mm)

To assess the effect of oscillating magnetic field on freezing time, experiments

were performed at different air freezing temperatures: -40C, -35C and -30C with air

velocity of 5 m/s. Experimental results show that the application of the oscillating

magnetic field has reduced the freezing time of food, in particular, the freezing time has

decreased from 2.8% to 14.17% at freezing temperatures -30C, from 2.41% to 21.73%

at -35C freezing temperature and from 11.11% to 25.07% at -40C freezing

temperature.

To assess the effect of a static magnetic field on freezing time, experiments were

performed at different freezing ambient temperatures-40C, -35C and -30C with air

velocity of 5 m/s. Experimental results show that the application of a static magnetic

field with a magnetic flux density greater than 400 Gauss (0.04T) significantly reduces

the freezing time of Catfish fillets, specifically the freezing time has been reduced from

34, 7% to 38% at freezing temperature -30C, from 34.9% to 50.7% at freezing

temperature -35C and from 49.5% to 56.7% at freezing temperature -40 C C.

The fish fillets had been frozen on the batch freezer with a capacity of 2kg at the

same temperature and air velocity by 03 different methods: Air blast freezing (ABF)

without magnetic field, ABF supported by oscillating magnetic field (OMF) and

supported by static magnetic field (SMF). When freezing is supported by the static

magnetic field, the freezing time is the shortest so the electricity cost for 1kg of product

is also the lowest. The energy consumption rate between freezing and freezing is not

supported by the magnetic field and the fluctuating magnetic field does not differ too

much (about 7%, 9.5% and 15% respectively at -30C, -35C and -40C) while

compared to freezing, static magnetic field support is about 36%, 43.7 and 50%,

respectively at -30C, -35C and -40C. This shows that the static magnetic field helps

to significantly reduce energy costs for freezing fillet processing.

To assess the quality of the product after freezing, catfish fillet samples after

freezing by 03 methods (ABF, OMF, SMF) are thawed naturally, with fresh catfish fillet

samples which have been mechanically tested at the Institute of Biotechnology and

Food, Ho Chi Minh City University of Industry. The results of analysis by shear and

8

compression methods show that the hardness, springiness, gumminess and adhesiveness

of Catfish fillets when not frozen are the largest. Fish products that are thawed after

freezing do not have a magnetic field with the lowest hardness, when frozen with static

magnetic fields, the product retains the good physical and mechanical properties.

III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo

3.1. Kết quả nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3)

TT Tên sản

phẩm

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu

kinh tế - kỹ thuật

Đăng ký Đạt được

1 Mô hình tủ

cấp đông hỗ

trợ trường

điện từ

− Năng suất cấp đông cá tra

fillet: 2kg/mẻ.

− Nhiệt độ cấp đông: -40C

− Nhiệt độ tâm sản phẩm: -

18C

− Thời gian cấp đông: <45

phút

− Suất tiêu hao điện năng:

1000-1200 Wh/kg SP

− Kích thước mô hình:

800x800x1200 (mm)

− Năng suất cấp đông cá tra

fillet: 2-5 kg/mẻ.

− Nhiệt độ cấp đông: -40C

− Nhiệt độ tâm sản phẩm: -

18C

− Thời gian cấp đông: <40

phút

− Suất tiêu hao điện năng:

<1000 Wh/kg SP

− Kích thước mô hình:

800x800x1200 (mm)

2 Bộ bản vẽ

thiết kế chế

tạo và quy

trình vận

hành, bảo trì,

sửa chữa các

thiết bị mô

hình tủ cấp

đông hỗ trợ

trường điện

từ.

- Bản vẽ tổng thể bố trí mô

hình, thiết bị.

- Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

- Bộ tài liệu quy trình vận hành,

bảo trì, sửa chữa các thiết bị

mô hình.

- 01 Bản vẽ tổng thể bố trí mô

hình, thiết bị.

- 07 Bản vẽ chi tiết các thiết bị

chính của mô hình.

- 01 Bộ tài liệu quy trình vận

hành, bảo trì, sửa chữa các thiết

bị mô hình.

3 Bài báo về

thực nghiệm

đánh giá các

yếu tố ảnh

hưởng đến

quá trình cấp

đông có hỗ

trợ trường

điện từ.

Kết quả nghiên cứu thực

nghiệm đánh giá các yếu tố

ảnh hưởng đến quá trình cấp

đông có hỗ trợ trường điện từ.

Kết quả phân tích vi mô cấu

trúc tinh thể băng trong sản

phẩm cấp đông.

Đăng trên tạp chí

ISI/SCOPUS

A study on the texture quality

of Vietnamese catfish

(Pangasius Hypophthalmus)

fillets after different freezing

processes, 2019 3rd

International Conference on

Sustainable Development and

Green Technology (SDGT

2019), IOP Conference Series:

Earth and Environmental

Science (EES) (ISSN: 1755-

1315), SCOPUS index

9

4 Bài báo về

nghiên cứu

tính toán thiết

bị thí nghiệm

để chế tạo mô

hình cấp

đông trường

điện từ hoặc

cơ sở lý

thuyết và ứng

dụng trường

điện từ cấp

đông thực

phẩm.

-Tính toán, thiết kế buồng cấp

đông gió theo năng suất đăng

kí. Tính toán, lựa chọn các

thiết bị trong hệ thống cấp

đông.

-Tính toán, thiết kế, chế tạo

thiết bị tạo trường điện từ phù

hợp với quy mô thí nghiệm.

-Chế tạo mô hình tủ cấp đông

ứng dụng trường điện từ đảm

bảo tính hợp lý và khoa học.

-Đăng trên tạp chí đại học

công nghiệp Tp. Hồ Chí

Minh

Nghiên cứu ảnh hưởng từ

trường tĩnh đến thời gian cấp

đông đối với fillet cá tra

(Pangasius) Việt Nam, Tạp chí

Khoa học và Công nghệ, Đại

học công nghiệp Tp. Hồ Chí

Minh

3.2. Kết quả đào tạo

TT Họ và tên

Thời gian

thực hiện đề tài

Tên đề tài

Tên chuyên đề nếu là NCS

Tên luận văn nếu là Cao học

Đã bảo vệ

Nghiên cứu sinh

Học viên cao học

Sinh viên Đại học

IV. Tình hình sử dụng kinh phí

T

T

Nội dung chi

Kinh phí

được duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí

thực hiện

(triệu đồng)

Ghi

chú

A Chi phí trực tiếp

1 Thuê khoán chuyên môn 28,846 28,846

2 Nguyên, nhiên vật liệu, cây con.. 34,450 98,450

3 Thiết bị, dụng cụ 36,704 122,000

4 Công tác phí

5 Dịch vụ thuê ngoài

6 Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu giữa kỳ

7 In ấn, Văn phòng phẩm

8 Chi phí khác

B Chi phí gián tiếp

1 Quản lý phí

2 Chi phí điện, nước

Tổng số 100,000 249,296

Phần

chênh

lệch do

cá

nhân tự

chi trả

10

V. Kiến nghị

- Cần tiến hành thêm các thực nghiệm để đánh giá thêm ảnh hưởng của các mức

từ trường khác nhau đến chất lượng cấp đông thực phẩm. Thực nghiệm đánh giá

ảnh hưởng của điện trường khó triển khai do cường độ điện trường quá lớn, gây

nguy hiểm cho người thí nghiệm.

- Tiếp tục nghiên cứu xây dựng các chế độ cấp đông tối ưu cho các sản phẩm khác

như cá ngừ, cá thu, thịt bò,....

- Phát triển mô hình theo dạng cấp đông liên tục để đạt năng suất cao hơn. Cải tiến

hệ thống diều khiển và áp dụng thêm các phương pháp khác góp phần tiết kiệm

năng lượng hơn nữa.

- Về cấp quản lý, xem xét kết hợp với Viện công nghệ sinh học-thực phẩm để áp

dụng rộng rãi các kết quả của đề tài và phát triển trên nhiều dạng sản phẩm khác

nhau.

VI. Phụ lục sản phẩm

1. Bản vẽ thiết kế

2. Hướng dẫn vận hành, bảo trì, bảo dưỡng

3. Bài báo khoa học

Tp. HCM, ngày 18 tháng 12 năm 2019

Chủ nhiệm đề tài

ThS. Nguyễn Thị

Tâm Thanh

Phòng QLKH&HTQT KHOA CN NHIỆT LẠNH

TS. Đường Công Truyền

35

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CẤP ĐÔNG

THỰC PHẨM

2.1. Tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm

Tính chất nhiệt vật lí của thực phẩm là những thông số quan trọng đối với kỹ thuật

bảo quản lạnh đông, yếu tố này có mặt trong quá trình biến đổi trạng thái thông qua

những quan hệ về trao đổi nhiệt và ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt trong khi cấp

đông.

Các thông số chính của quá trình cấp đông bao gồm: khối lượng riêng ρ(kg/m3

),

nhiệt dung riêng C(kJ/kg.K), hệ số dẫn nhiệt λ(W/m.K), hệ số khuếch tán a=λ/C.ρ (m2

/s),

enthalpy H(kJ/kg). Việc tìm hiểu và xây dựng mô hình xác định các tính chất nhiệt vật

lý không ngoài mục đích là đưa ra quy trình công nghệ chế biến và bảo quản đông lạnh

hợp lí, hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng, giá trị dinh dưỡng của thực phẩm[4].

Nhiều nhà nghiên cứu về vấn đề trên đã thiết lập các mô hình toán dựa vào khối

lượng và thông số nhiệt vật lý khác có trong thực phẩm như thành phần hóa học, khối

lượng riêng và nhiệt độ. Kết quả cho thấy hệ số dẫn nhiệt chịu ảnh hưởng của cả thành

phần hóa học, khối lượng riêng và nhiệt độ trong khi đó nhiệt dung riêng chỉ bị chi phối

bởi thành phần hóa học và nhiệt độ. Một vài mô hình xây dựng hệ số dẫn nhiệt, nhiệt

dung riêng của các thành phần chính là các hàm tuyến tính theo nhiệt độ từ -400C÷1500C.

Tuy nhiên thực chất mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng với nhiệt độ là

không tuyến tính. Do đó việc xác định yếu tố đó một cách chính xác thì tương đối phức

tạp và chưa đáp ứng yêu cầu. Chỉ có xác định thành phần khối lượng riêng của thực

phẩm đã có rất nhiều nghiên cứu nên công thức xác định có tính chính xác cao[15].

Một vấn đề đặt ra là thông thường các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm được

tính toán dễ dàng khi nhiệt độ của chúng trên điểm kết tinh. Tại điểm kết tinh nước bắt

đầu đóng băng, quá trình biến đổi trạng thái của nước diễn ra, nhiệt độ càng xuống thấp

lượng tinh thể đá tạo thành càng nhiều. Tính chất giữa tinh thể đá và nước là rất khác

nhau vì vậy mà các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm lại thay đổi rất lớn, các thông

số nhiệt vật lý như nhiệt dung riêng và hệ số dẫn nhiệt lại dao động nhiều xung quanh

điểm kết tinh vì vậy xem xét quá trình biến đổi và xác định giá trị các thông số nhiệt vật

lý trên và dưới điểm kết tinh cũng thật sự không dễ dàng.

Trong công nghệ cấp đông, thông số quan trọng cần xác định để thiết kế quá trình

và thiết bị trong làm lạnh và cấp đông là thời gian và phụ tải nhiệt. Việc xác định kích

thước của thiết bị làm lạnh, cấp đông chính xác khi ta biết được năng suất và thời gian

ổn định của sản phẩm. Cho nên việc xác định chính xác các thông số nhiệt vật lý của

sản phẩm trong quá trình thật sự rất cần thiết.

2.2. Mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý sử dụng trong mô phỏng quá trình cấp

đông thực phẩm

2.2.1. Cơ sở lý thuyết

❖ Thành phần băng, nước kết đông và nước không kết đông

36

Sự thay đổi pha của nước, giữa nước và băng trong thực phẩm đã ảnh hưởng đến

sự thay đổi tính chất của một số loại thực phẩm trong quá trình kết đông và rã đông.

Tổng thành phần của nước trong thực phẩm đông lạnh gồm có ba phần: Nước có thể kết

đông, nước không thể kết đông và nước đã kết đông được thể hiện như sau:

w fw uw i 0

x x x x = + +

(2.1)

Trong đó :

w0

x

: Thành phần của nước tại điểm đóng băng trong thực phẩm

fw x

: Thành phần nước có thể kết đông

uw x

: Thành phần nước không thể kết đông

i

x

:Thành phần băng

Mặc khác tổng lượng nước trong một nguyên liệu thực phẩm bằng tổng hai thành

phần nước có thể kết đông và nước không thể kết đông:

w fw uw x x x = +

(2.2)

Phương pháp xác định các thành phần khác nhau của nước trong thực phẩm là điều

kiện cần thiết để có thể ước tính được các tính chất nhiệt của thực phẩm. Nước không

kết đông là thành phần không kết đông có trong nguyên liệu thực phẩm khi cấp đông

thực phẩm ở môi trường -400C. Kí hiệu của thành phần nước không kết đông là xuw

thường được đo và biểu hiện dưới dạng tỷ lệ kg nước không kết đông trên tổng kg chất

rắn khô, B[15]:

0 0 . (1 ) uw s w x B x B x = = −

(2.3)

Giá trị B cho các loại thực phẩm khác nhau được cho trong bảng 2.1.

Bảng 2.1 Phạm vi giá trị của B để tính toán thành phần nước không kết đông [15]

Nguyên liệu thực phẩm B

Thịt, cá 0,14 – 0,32

Sucrose 0,30

Glocose 0,15 – 0,20

Trứng 0,11

Bánh mỳ 0,11 – 0,14

Rau 0,18 – 0,25

Riedel đã cung cấp những cơ sở dữ liệu cho thấy sự biến đổi nhanh chóng của

thành phần nước không kết đông trong quá trình cấp đông của thực phẩm ở trong một

phạm vi khá rộng. Biểu đồ dưới đây sẽ cho thấy sự thay đổi thành phần của băng ứng

với nhiệt độ của một loại thực phẩm trong quá trình kết đông[4].

37

Hình 2.1 Thành phần băng (xi) ứng với nhiệt độ trong quá trình kết đông

❖ Điểm kết đông

Điểm kết đông ban đầu là điểm trạng thái quan trọng không những cho việc tính

toán tính chất nhiệt vật lý mà còn cho việc xác định điều kiện bảo quản thích hợp của

thực phẩm đông lạnh. Trong môi trường nước thường luôn luôn có những phân tử chất

rắn với kích thước nhỏ, ở nhiệt độ gần 0C những phân tử chất rắn này sẽ ngừng chuyển

động, lực kết hợp giữa chúng với các phân tử nước xung quanh lớn hơn lực kết hợp giữa

các phân tử nước với nhau. Vì vậy, các phân tử nước liên kết với các phân tử chất rắn ở

0C để tạo thành những mầm tinh thể. Trong cấu trúc thực phẩm, nước chịu nhiều tác

động ở các chất tan, chất không tan, ở những vị trí khác nhau trạng thái của chúng khác

nhau, vì vậy nhiệt độ điểm kết tinh của nước trong thực phẩm khác nhau sẽ khác nhau.

Hình 2.2 Quá trình hình thành điểm kết đông

Trong khi làm lạnh đông có hiện tượng quá lạnh, tức là hạ nhiệt độ đến dưới 0C

mà vẫn chưa có hiện tượng đóng băng. Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh, tỏa ra

ẩn nhiệt đóng băng làm tăng nhiệt độ thực phẩm. Bởi vì, tốc độ thải nhiệt không kịp với

tốc độ sinh nhiệt do tạo ra mầm tinh thể đá. Ở điểm này, chủ yếu nước tự do cấu trúc bị

tách ra và kết tinh. Nhiệt độ thực phẩm tăng lên đến một mức cao nhất và dừng ở đó một

lúc để hoàn thành quá trình đóng băng nước (nước tự do – cấu trúc) đây là điểm kết

đông, sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ. Quá trình này mô tả ở hình 2.2, ở mỗi loại thực

38

phẩm khác nhau thì có điểm quá lạnh và điểm kết đông khác nhau. Những giá trị tiêu

biểu của nhiệt độ kết đông ban đầu cho cá, thịt, trái cây và rau quả trong vùng từ -2,0

đến -0,5C. Với những thực phẩm có độ ẩm cao ( >55% nước, chất ẩm) là -1,0C [4].

Sự chậm đóng băng là do sự chậm tạo thành tâm kết đông, mà sự chậm tạo thành

tâm kết đông lại phụ thuộc vào nồng độ phân tử của các dịch bào. Một số nhà nghiên

cứu ở Anh công bố thêm vào năm 1961 về các nguyên nhân khác cũng có ảnh hưởng

đến sự đóng băng tinh thể là do nhiệt độ môi trường làm lạnh đông và hệ thống ống mao

dẫn của sản phẩm.

Mỗi phân tử gam liên kết với một lượng nước nhất định. Muốn tách được lượng

nước này ra cần giảm nhiệt độ một lượng

0  =t C 1,84

. Đó là độ hạ băng điểm t trong

định luật Raoult:

 =t n 1,84

(2.4)

Trong đó:

n - Nồng độ phân tử gam, n = m/M

m - Khối lượng chất hòa tan, g

M - Phân tử lượng của chất hòa tan

Như vậy, độ hạ băng điểm cho nước kết tinh phụ thuộc vào nồng độ phân tử chất tan

của dịch bào, mối tương quan giữa nhiệt độ điểm kết đông và nồng độ chất tan trong

thực phẩm được thể hiện qua hình 2.3 [16].

Hình 2.3 Quan hệ giữa nhiệt độ điểm kết đông của thực phẩm với nồng độ chất tan

❖ Mối quan hệ giữa hàm lượng nước và điểm kết đông của thực phẩm

Sự chuyển pha nước – nước đá trong khi làm lạnh đông thực phẩm có ảnh hưởng

cơ bản đến giá trị tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm, cho nên điều đặt ra là cần phải

xác định hàm lượng đá chính xác.

Ở dưới điểm đông ban đầu thành phần khối lượng nước mà được kết tinh lại là

một hàm của nhiệt độ. Thông thường thì thực phẩm chứa đựng nước, chất rắn hoà tan

và không hòa tan. Trong quá trình đông lạnh khi một phần nước kết tinh, nồng độ chất

39

rắn không hòa tan trong dung dịch còn lại trở nên đậm đặc hơn do đó làm chậm hạ nhiệt

độ kết đông.

Dựa trên định luật Raoult, Chen (1985) đã đưa ra biểu thức để xác định thành phần

khối lượng của băng trong thực phẩm[15]:

( )

2

s o f

i

s v f

x Rt t t

x

M L t t

−

=

(2.5)

Trong đó:

xs - Thành phần khối lượng của các chất rắn trong khối thực phẩm

Ms - Khối lượng phân tử của chất rắn có thể hòa tan hòa tan được trong khối

thực phẩm

R - Hằng số khí lý tưởng, 8,314 [kJ/kmol. K]

t0 - Điểm đông ban đầu của nước, t0 = 0C

Lv - Nhiệt ẩn đông đặc của nước ở 0C, 333,6 [kJ/kg]

tf - Điểm kết đông ban đầu của thực phẩm [0C]

t - Nhiệt độ của thực phẩm [0C]

- Mối liên hệ giữa khối lượng phân tử của chất rắn hòa tan trong thực phẩm được xác

định như sau[15]:

( )

2

s o

s

wo b o f

x Rt M

x x l t

=

− −

(2.6)

Trong đó:

xwo - Thành phần khối lượng của nước nguyên thủy có trong khối thực phẩm.

xb - Thành phần khối lượng giới hạn của nước trong khối thực phẩm:

0,4. b p x x =

xp - Thành phần khối lượng của protein có trong khối thực phẩm

Thay công thức (2.6) vào công thức (2.5) ta được công thức xác định thành phần khối

lượng của nước đá trong khối thực phẩm (Miles 1974):

( ) 1 f

i wo b

t

x x x

t

 

= − −    

(2.7)

2.2.2. Lý thuyết xác định thông số nhiệt vật lý của quá trình cấp đông

a. Nhiệt dung riêng

❖ Nhiệt dung riêng và phương pháp đo

Nhiệt dung riêng của thực phẩm được định nghĩa là lượng nhiệt cần thiết của một

kg thực phẩm trao đổi với môi trường xung quanh để nhiệt độ của nó biến đổi là một

độ. Đơn vị của nhiệt dung riêng là (kJ/kg.K). Việc xác định nhiệt dung riêng từng thành

phần của hỗn hợp là điều kiện đủ để ước tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp.

Nhiệt dung riêng thường được đo bằng phương pháp đo nhiệt lượng. Tuy nhiên

những phương pháp này chỉ ứng dụng tốt trong việc xác định nhiệt dung riêng của thực

phẩm khi có sự chuyển đổi pha xảy ra ở một nhiệt độ nhất định và sự thay đổi pha trong