Luận văn thạc sĩ xây dựng mô hình dự Đoán thời gian cấp Đông hoặc làm lạnh một số loại thực phẩm

Chỉnh vi điều này cho đến nay chưa có một nghiên cửu có thông sân rộng về công nghệ lạnh đông thực phẩm với các tiều chí kiếm soát các thông số chính của quá trình: trường nhiệt độ thời

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO _

TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCTH KHOA IIÃ NỘI

NGUYEN THI THUY DUNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN THOIGLAN CAP BONG HOAC LAM LANH MOT

1.1.1 Khải niệm về đông lạnh thực phẩm

L.1.2 Các biển đổi của thực phẩm trong quá Irinh làm lạnh đồng

1.1.3 Các phương pháp lạnh đồng

.1.4 Vai trò của lanh đông trong bảo quân thực phẩm 8

1.2 HIỆN TRANG CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH CẬP DÔNG THỰC PHẨM Ð

L2.1 Công nghệ làm lạnh câp đông thực phẩm trên th 9 L2.2 Công nghệ làm lạnh cấp đông thực phẩm ở Việt Nam 10

1.3 TÔNG QUAN VE NGHIÊN CỨU QUA TRINH LAM LẠNH VÀ KET DONG THUC

PIIAM TREN THE GIGI VA VIET NAM 14

1.3.1 Tình hình nghiên cửu quá trình làm lạnh cập đông thực phẩm trên thé gidi 15

1.4 MỤC TIỂU CA LUẬN ÁN c0 H202 more 2U

1.4.1 Mục liễu - - - 29

CHUGNG II KAY DUNG MG HINH TOAN HOC CHO TINH CHAT NHIỆT VẶT LÝ CỦA

THUC PHAM TRONG QUA TRINH KET BONG

2.1 SU THAY DOL TINH CHAT NHIET VAT LY CUA THUC PHAM TRONG QUA TRINH

CHƯỚNG II PHƯƠNG PIÁP MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẢ

3.1 PHUONG PHAP PHAN ĐOẠN THỜI GIAN - 42

3.1.1 Cơ sớ toán học của phương pháp ¬ kh seve

3-2 PHƯƠNG PHÁP SÀI PIN HỮU HIẠN GIẢI BÀI TOÁN DẪN NIHIỆT KHI CẮP ĐỒNG

3.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với sai phản hữu hạn giải hệ phương trình din

nhiệt trong quá trình lạnh đông thực phẩm

GHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CAY, MO HINH NHIET VAT LY SO VOT C,

4.1 MÔ HÌNH THỰC NGHIÊM

4.3 UNG DUNG MO HINH NHIET VAT LY DE DANH GIA ANH HUONG CUA CAC

4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ buồng cấp đông 78

DANH MUC BANG

Bang 1.1: So sánh số lượng I BCD diéu tra nam 2002 và năm 2006-2007 theo cae mién11

Bang, 1.2 Sé luong, ste cinta etia kho lanh va kho mat trong các đoanh nghiệp CBTSDL

Tiảng 2.1: Các công thức tính nhiệt dung riêng trong thực phẩm kết đồng, - 37

Bảng 2.3: Các công thức tink bé sé dan nbiét trong thue phẩm kết đông - 40

Bảng 5.3: Thời gian đông lạnh ứng với các nhiệt độ môi trường khác nhau 71 Bảng 5.4: Thời gian đồng lạnh ứng với vận tốc giỏ khác nhau - 72

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hinh 1.1: Các phân tố dược chia trên bắp thịt bỏ àị ceneeessseersosreee 2

Hinh 3.1; Mé hinh bai toa dẫn nhiệt khi làm lạnh dông thực phẩm ào 48

Ilinh 3.3 Thuật toán xác định trường nhiệt độ 'Ïì, neo 65

Hình 4.1 Sơ để nguyên lý hệ thông lạnh 2 cấp dùng thi nghiệm - 67

Hình 4.2 Mô hình thiết bị cắp dòng ding dé thi nghiGm esses sao

Tĩinh 4.3 a) Thiết bị điều khiên nhiệt độ và tốc độ gió, b} Thiết bị đo nhiệt độ đa kênh G8

Hình 4.4: Miếng thịt bỏ bình chữ nhật trước và san khi kết đồng 69

Hinh 4.5: Su thay déi cia nhiệt dộ tại tam khi cấp đông thịt bỏ kích thước 5x15x1%(em),

Hình 4.6: Sự thay đổi cửa nhiệt độ tại bề mặt khi cấp đông thịt bỏ kích thước

79

5x15x15(em), vận tốc gió 1,5 m/3, nhiệt độ mới trường -25độC

Tinh 4.7: Sự thay đổi của nhiệt độ tại tâm khi cấp đông thịt lợn kích thước 8x10x25(cm),

vận tốc giỏ 2 m⁄s, nhiệt độ môi trường -30 dộC

Linh 4.8: Sy thay déi của nhiệt độ tại bề mặt khi cắp đồng thịt lợn kích thước

8x1 0x2S(cm), vận tốc gió 2 m⁄s, nhiệt độ môi trường -30 độc Hì

Đề thị 5.3: Đề thị quan hệ giữa nhiệt độ môi trường và thời gian lám lạnh đỏng, 74

Dé thi 5.4: Dé thi quan hệ giữa nhiệt đệ môi trường và hệ số toả nhiệt đổi lun 76

CHƯƠNG1 TONG QUAN VE K¥ THUAT LANH THUC PHAM

1.1 KỸ THUẬT ĐÔNG LẠNH THỰC PHÁM

1.1.1 Khải niệm về đồng lạnh thực phẩm

Làm lạnh, đông lạnh là quá trình hạ nhiệt đô của sản phảm xuống một giá trị nhiệt

độ thấp hơn 209C ( tù 20%C đến 30C là khoảng nhiệt độ có nhiều gính vật sống hoạt động, mạnh nhất) Đôi với thực phẩm, tùy loại thực phẩm được báo quản dai hay ngắn ngày, phu thuộc vào tính chất của loại thực phẩm đó mà người ta làm lạnh hay làm đông lạnh

Làm lạnh: là thuật ngữ để gọi lạnh thường, là quá trình hạ nhiệt độ của sản phẩm nhưng chưa tới diễm kết dỡng,

Đông lạnh: là quá bìmh lạ nhiệt độ của sản phẩm, đưa nhiệt độ của sản phẩm xuống thấp hơn điểm đông đặc nhưng vẫn cao hơn -100°C, nếu thấp hơn -100°C thì được goi là lạnh đông sâu Đêng lạnh chú yếu được sử đụng đề bảo quân các loại sản phẩm có nguồn gốc tử dóng vat

1.1.2 Các biến đổi cứa thực phẩm trong quả trình làm lạnh dông

Quá trình lâm lạnh và bảo quản lạnh, nhiệt độ thập chỉ só tác đụng ức chế, kim

hãm sự biến dỗi sinh hoá, lý hoá Các biển đổi vẻ bình dạng, máu sắc của thực phim vẫn điễn ra, nhung quan trọng hơn cả là sự khỏ hao thực phẩm Trong buởng bảo quản đông hoặc lạnh luôu luôn xảy ra sự địch chuyển âm từ sẵn phẩm đến dan bay hoi (dan lạnh) Lo sự chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa không khi và sắn phẩm, âm bừ bể mặt sản pham bay hơi vào không khí rồi đến bam vaa dan lạnh làm cho bề mặt sản phẩm luôn

khô ráo, rau quả mau bị héo Bị mắt nước, bê rnặt thịt, cố thể trổ nên tối săm, một phẩm do

mao quan bị teo không phan quang, một phẩn do bể mặt thịt bị oxi hoá Đây chính la nguyên nhân chính gây ra sự bao tốn khối lượng khí bảo quản lạnh

Sự biển đối sinh hoá bị kim hãm ở nhiệt độ thấp nhưng không hoàn toàn bị triệt tiểu Trong thực phẩm vẫn có những biển đổi sinh hoá tuy không đáng kế Với các loại rau quả, biểu dỗi về sinh hóa chú yêu là do có sự hồ hấp khi báo quản Đỏ là quá trình trao đổi chất của tế bảo cơ thể sống: hấp thụ oxy, thải khí cacbonic, hơi nước và nhiệt Đôi với sân phẩm từ động vật, biển đổi sinh hoá sau khi chết làm nhiệt đô sắn phẩm ting lên khá nhiều Nhiệt toá ra trong giai đoạn này nhiễu hơn cả khi động vật còn sống, Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy răng đổi với các loại sản phẩm nảy cản làm lạnh sàng sớm cảng kịp thời kim bấm dược những biến đổi sinh hỏa trong thực phảm

Nói chung, động vật sau khi chết và đem làm lạnh đều trải qua ba giai dean biến đối sinh hoá là

Giai đoạn tê cóng khi chết

Giai đoạn chín tới (chín hoá học)

Giai đoạn phân huỷ sâu sắc (thối rita)

Giai đoạn tê cóng là quá trình biển đổi sinh hoá — cơ lý trong tế bảo động vật chết, khác hẳn với sự tế công khi cơ thẻ sống gặp lạnh Giai đoạn này tuỳ thuộc vào nhiều yếu

tổ khác nhau như: loài động vật, tuổi, giống nòi, diểu kiện sống, nhiệt độ bảo quản ở cá

có thể chỉ vải phút, ở bỏ và lợn có khi lên đến hàng giờ Trong quả trình tế cóng độ chắc

học có độ tiêu hoá cao, ngon hơn hơn thịt tươi, khi chế biển thịt cho nhiều hương vị thơm ngon hơn Thít được bảo quản lạnh sau khoảng 2 ngày có hương vị thơm ngon hơn, sau 5

ngày hương vị rất tốt, sau 10 đến 14 ngày hương vị cảng để nhận rô hơn Vị ngọt của thịt

chủ yếu nhờ lượng axit ghưamie và cá muối của nó Iạo rm trong thịt

Giai đoạn phân huỷ sâu sắc: xây ra sau quá trình chín tới đo các men ở chính trong, thủ súc vật Nếu thịt để ở nhiệt độ thân nhiệt của cơn vật thì tốc độ phản ứng xây ra mãnh

liệt va con vat bat đầu thỏi rữa [1]

1.1.3 Các phương pháp lạnh đông

1 Phương pháp lạnh đông chậm

Trong phương pháp lạnh đông chậm, thiệt độ của môi trường làm lạnh là tương,

đối cao (lớn hơn -25°C), vận tốc chuyển động của không khí nhỏ Thời gian lâm lạnh đông tương đối dài, số tỉnh thế nước đá hình thánh ít nhưng có kích thước lớn do vậy có

thể làm rách màng tế bảo cho nên sẵn phẩm có hiện tượng chảy địch khi rõ đông, Điển

này làm cho chất lượng thực phẩm gidm gia wi dinh dudng Vi vay, ngảy nay phương,

Môi trường lạnh thường là không khí hoặc

khoảng -35°C dén -40°C, van tốc gió đạt từ 3 đến 5m/⁄s Sản phẩm được làm lạnh đồng

é bao khi

lật tổng Nhiệt độ muỗi trường đạt

nhanh lên số tình thể đá tạo ra nhiều với kích thước bé

ân không lồn phá hủ

rã dông, Phương pháp này có thể bảo toàn dược 95% chất lượng của sắn phẩm tươi khi đông lạnh Phương pháp này thường được áp dụng trong sản xuất công nghiệp

3 Phuong pháp làm lạnh đông cực nhanh

Ngày nay, khoa học kĩ thuật cho phép tạo ra những mỗi trường có nhiệt độ âm rất sâu Đây chính là cơ sở cho phương pháp lạnh đông cực nhanh Sân phẩm được bao gói

và nhúng trục tiếp vào môi trưởng lóng ( CÓ; léng, N; lóng ) Thời gian làm lạnh đồng

chỉ từ 5 đến 10 phút tủy loại sân phẩm Sân phẩm loại này hấu như không thay đối chất lượng số với sẵn phẩm tươi Phương pháp này được sử dụng để bão quận cả cơ quan cia

cơ thế người phục vụ cho nghành phẫu thuật ghép tạng,

1.1.4 Vai trò của kạnh đông trong bảo quản thực phẩm

Đông lạnh trong báo quản thực phẩm cỏ một vai trỏ to lớn vả ưu thể nỗi trội, dược

sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành kỳ thuật rất khác nhau: trong công nghiệp chế biến

và bảo quan thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công rghiệp dầu mỏ, công nghiệp rượu, bia, sinh học, kỹ thuật sẩy nhiệt độ thắp, y học, thể thao, trong đời sống con người Cụ thể

là:

* Đông lạnh thục phẩm là một biện pháp tương đổi an toàn đề dự trữ thực phẩm lần đại Có nhiều nguyên nhân gây hư hại thực phẩm, trong đỏ cỏ ba nguyên nhân chink

là:

Do tac dung của men trong, chỉnh thực phẩm

Do vi sinh vat tir bén ngodi

1Òo các độc tổ tiết ra tử các loài vi sinh vật, nấm mốc hoặc từ thục phẩm

Trong ba nguyên nhân trên thỉ nguyên nhân do vi sinh vật xâm nhập lả lớn hơn cả

Không những thê, chứng côn có thế xâm nhập vao co thé va tan công hệ thống tiêu hóa, gây ra ảnh hưởng đến sức khoẻ cho con người Bão quản lạnh sẽ ức chế sự hoạt động của các vị sinh vật và cáo phần ứng hóa sinh diễn ra trong thực phẩm láo quản thực phẩm ở nhiệt độ thấp không vd nghia la Hu didt vi khuan ma chi gép phan lam giảm tắc độ lăng

trutng etia ching

* Thực phẩm tươi sống được báo quán lạnh sẽ có chất lượng cao nhất sơ với các phương pháp bảo quản khác như muối, sây, chế biên đồ hệp Dễng thời phương pháp này giúp bão tốn Lỗi đa các thuộc lính tự nhiền, giữ gìn được hương vị, màn sắc, các vì lượng

và dinh dưỡng trong thực phẩm

* Việc báo quản thực phẩm bằng dồng lạnh được thực hiện rất nhanh chóng và phủ hợp với tính chất mùa vụ của nhiều loại thưc phâm nông sản Phương pháp này có thế áp đụng cho hầu hết các loại thực phẩm, nông sản: thủy hải sân, thít, cá rau, củ, quả, lạnh

đồng sữa vá các sản phẩm từ sữa

1.1.5 Ý nghĩa của việc nghiên cứu lạnh đông

Đông lạnh thực phẩm là một khâu og ban va rit quan trong trong day chuyên chế

biển thực phẩm Việc nghiên cứu quá trình đông lạnh thục phẩm sẽ giúp ta kiêm soát được các thông số chỉnh của quá trình cấp đông: trường nhiệt dỏ, thời gian cấp đông, lốc

độ cấp đông và tái lạnh của đối tượng nghiền cứa

Biét được trường nhiệt dỗ và tốc độ cấp đông ta sẽ giải quyết dược bài toán dâm tảo chất lượng, giảm thiên hao hụt trong quá trình chế biến

Biết được phụ tâi lạnh ta sẽ thiết kế đuợc hệ thống lạnh tương thích phục vụ cho

bài toán tiết kiệm năng lượng, tối tru hóa trong quả trình sản xuất

hư vậy chúng ta sẽ nâng cao được hiệu quả kinh tế khi giải quyết dược hai bài

toán này

1.2 LIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ LÀM LẠNH CÁP ĐỒNG THỰC PHẢM

1.2.1 Công nghệ làm lạnh cấp dông thực phẩm trên thể giởi

Trên thể giới tại các nước có nên kimh tế phát tiểu, hệ thống bão quản lạnh, lạnh đông thực phẩm được hết sức chủ trọng phát triển Nó chính là thước đo mức phát triển

của ngành nông nghiệp và khả năng đâm bảo an ninh lương thực của các nước

Nước có ông nghiệp lạnh đông phát triển nhật châu Âu là Anh Theo tổng kết của hãng đồng lạnh thực phẩm lớn nhất thế giới “ Beo-zo-ai” thi cỏ những năm nhữ 1979 ở thị trường Anh không có bản rau quả tươi vì toàn bộ rau quả đêu được đưa vào chẻ biến đông lạnh Hiện nay, ở Anh cô hơn 320 hãng đồng lạnh thực phẩm bão đâm cung cấp cho

hơn 80.000 cửa hàng chuyên nghiệp, trong đó có 1.050 cửa làng thuộc loại đặc biệt, cao

m sẵn đông lạnh chiếm tới hơn 50%

cap va kiểu mẫu Lương thực thực pham chế

Pháp cũng là một trong những nước cỏ ngành công nghiệp lạnh đông thực phẩm phải triển, có đến hơn 300 mặt hàng thực phẩm đồng hạnh và cứ trumg binh mai năm tăng thêm khoảng 30 sản phẩm mới đông lạnh về khoai tây, thịt, cả, về các hỗn hợp rau, về thịt

gia cảm và cáo loại thực phẩm đặc săn, thức ăn chín Trong vòng 5 năm, sản lượng thực

8

phẩm đông lạnh phục vụ thị trường tăng 2 lần đạt 4150.000 tân/năm và chiêm 7% đến 15% lượng thực phẩm bán cho người đân Pháp

6 Malia, sin luong thực phẩm dông lạnh ngày càng tăng rõ rội, năm 1964 dại

12.000 tấn (0,25 kg/người), năm 1974 đạt 80.000 tân (1,3 kg/người) và cuối năm 1985 đạt 280.000 tân ( 5kg/người), mà chủ yếu là tăng nhiều làn sản lượng hương thục phẩm chế biển sẵn và thức än chin đồng lạnh

Ở Nhật, thục phẩm đồng lạnh tăng từ 5.500 lần năm 1960, 245.000 tắn năm 1972

và hơn 1.000.000 tần năm 1980 Hiện nay, Nhật có 422 xi nghiệp lạnh thục phẩm, trong

đó hơn một nửa có sản xuất thức ăn chín đông lạnh

Nói chỉng rât nhiều nước đã và đăng phát triển mạnh công nghệ thực phẩm động, lạnh, đặc biệt là món šn chế biển sẵn, thức šn chin đông lạnh chiếm trung bình tới gân 50% va có xu hướng phát triển bơn để đây mạnh xuất khẩu và giám nhẹ việc chấn bị, nâu

nudng trong cde bita fin gia dinh|6]

1.2.2 Công nghệ làm lạnh cân đông thực phẩm ở Việt Nam

Trong những năm gắn đây ngành công nghiệp đêng lạnh thưc phẩm Việt Nam phát

ủa V

triển mạnh mẽ Theo sô liệu điều tra năm 2006, 2007 nghiên cứu hãi sân Hải

Phóng, cả nước có khoảng 500 cơ sở chế biển thủy sẵn dông, lạnh ctia gan 400 doanh nghiệp Tổng số các thiết bị cấp đông tiếp xúc, cấp đông gió và hằm đồng đang được các

cơ sở sử dụng là 1.318 thiết bi, tong do miễn Bắc có 90 thiết bị, chiếm 6,89%, miền Trung

có 272 thiết bị, chiêm 20,6%; miễn Nam có 956 thiết bị chiếm 72,6 % (Băng 1.1) So với điều tra năm 2002, tông số thiết bị cập đông của cả nước tăng 1,6 lẳn (năm 2002 cá 836 thiết bị cấp dòng, năm 2007 có 1318 thiết bị cấp dòng) Nhưng, số lượng TBCĐ tại miễn Bắc, miễn Trung tầng không đáng kể, con miễn Nam tăng gấp 1,75 lần

Bảng 1.1: So sảnh sd lnong TRACP diéu ta ném 2002 và nd 2006-2007 theo các miễn

11

Số lượng, sức chúa và sự phân bố các kho lạnh, kho mat được thẻ hiện ở bảng 1 2

Theo kết quả điều tra năm 2006-2007, gác donnh nghiệp sử dụng khoảng 1094 kho lạnh

và kho mát với sức chửa tổng cộng 158.742,7 tân (chưa kế các kho lạnh của các doanh: nghiệp thuộc loại hình sản xuất khác, trong đó cỏ cả kho lạnh thương mại )

Qua bảng số liệu ta thấy số lượng kho lạnh kho mát tập chưng chủ yếu ở miễn

Nam với 720 kho, chiếm 65,8% , sức chứa là 127.184,7 tân Miễn Bắc có 99 kho, chiếm

9%, sức chứa là 9.032 tản, Miễn Trung có 275 kho, chiếm 25%, sức chứa là 22.526 tắn

'Vệ sự phát triển của các kho lạnh qua các thời kì, theo số liệu ngiên cứu trong tổng

số 878 kho lạnh được điều tra trong cã nước thì giai đoạn trước năm 1995 cỏ 169 kho lạnh được đầu tư, chiểm 19,2%; giai đoạn 1996-1999 có 123 kho chiếm 14% Giai doan 2000-2002 só 279 kho chiêm 35% và giai đoạn gân đây nhất 14 2003-2007 có 279 kho

x

chiếm 31,8% Không chỉ số lượng mà ông suất kho lạnh cũng tăng lên đáng kế So với

số liệu diễu tra năm 2002 trong cä nước chí cð 19 kho lạnh trên 500 tắn, nhưng đến năm 2006-2007 thị số hương kho lạnh trên 500 tân thuộc các doanh nghiép CBTSDL da ting

lên là 50 kho (chưa kể các kho lanh của các doanh nghiệp thuộc loại hình sân xuất khác, trong đó có cá kho lạnh thương mại ) [20]

Cùng với sự phát triển của thiết bị làm lạnh cấp đông giá trị kim ngạch xuất khẩu thực phẩm đông lạnh của Việt Mam cững cẻ những bước tiên đáng kế

Xuất khẩu thủy sân đông lạnh của Việt Nam từ chỗ không có tên trong các nước xuất khảu thủy sẵn, đến nay Việt Nam đã đứng vào hàng 10 nước có giả trị kim ngạch lớn nhất thế giới Lù năm 1986 đến nay kim ngạch xuất khẩu thủy sản Việt Nam không ngừng lăng lên qua gác năm Năm 1986 giả trị kim ngạch xuất khẩu mới dat 102 triệu USD, năm 1992 là 307,7 triệu LISD, nhưng LÔ năm sau giả trị nảy đã tăng gap 6,57 lần

12

Thịt lợn đông lạnh được đánh giá là một mặt hàng xuất khấn đây triển vọng của Việt Nam Từ các răm 2001-2002, rước ta xuất khẩu khoảng 10-15 ngàn tân thịt km đông lạnh sang các thị trường truyền thông như Nga, Hồng Kông, Trang Quốc, Malaysia Giá xuấi khẩn thịt lợn vào thai diém dé lA kha kha quan, binh quan 1624 USD/tén

Tiên cạnh đó nhóm mặt hàng rau, củ, quả củng đang được nhiều địa phương chú

trọng dầu tư phát triển Điển hình có thể kể đến như An Giang, Đả Lạt, Tiền Giang Kim ngạch xuất khẩu rau quá từ năm 2004 đến nay tăng trưởng khả đều, bình quân khoảng

20% năm, từ 179 triệu LSD năm 2004 lên 439 triệu USD năm 2009 Hiện nay, sản phẩm

rau quả đã có mặt tại SỐ quốc gia và vùng lãnh thể trên thể giới, chủ yêu là Nhật Ban, Ha

Lan, CIILB Nea, Dúc, Pháp, Anh, Australia, Canada, [lan Quốc, Singapore, Thái Lan

Theo số liệu thống kê, kim ngạch xuất khẩu rau quả của Việt Nam trong tháng 1/2010 đạt

40 triệu USD, tăng 27,8% so với cùng kỳ năm ngoài, dự kiến kim ngạch xuất khẩu ngành

rau, qua sé dat 600 triéu USD vao nam 2010

Tuy nhiên những bước phát triển đó vẫn chưa nói hết tiêm năng của ngành công, nghiệp thực phẩm đông lạnh Việt Nam Theo nhiều số liêu khảo sát, kể cả số liệu của Liên Liợp Quốc tiềm năng xuất khẩu thủy sản của Việt Nam 14 10-15 tỷ USD, hiện nay

mới đạt 4.3 tỷ USD (2009) tức là khoảng 40% Tiêm năng xuất khâu rau quả là 4 tỷ USD tương đương với 10 triệu tắu, hiện nay ta mới dự kiến xuất khẩu 600 triệu USD (2010) tức là ong chỉ đạt 15%,

Nguyên nhân của tỉnh trạng trên là đo công nghệ chế biển mà cụ thể là công nghệ

chế biến lạnh của Việt Nam vần còn kém phải triển Ở nước ta chưa Lồn tại khải miệm

chuỗi lạnh, dây chính lá lý do giảm chất lượng của thực phẩm

Trong khâu vận chuyên, chúng ta thiếu hin các phương tiện vận tải và các thiết bị

làm lạnh sơ bộ Trong khi đó, Việt Nam có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, khoảng cách từ nơi

thu hoạch đến nhà máy sản xuất, chế biểu tương, đối xa Sản phẩm nông sản phải ri 6 -

48 giờ mới vẻ đến nơi tiểu thụ

Trong khâu chế biển, các đây chuyên công nghệ làm lạnh cấp đông thực phẩm của

của họ Các quy trình lâm lạnh cấp dòng cho từng loại sẵn phẩm của Việt Nam đều đã cũ

và đựa trên quy trình nước ngoài Các xí nghiệp xuất khẩu thủy săn ở phía Bắc sử dựng quy trình của Liên Xö cũ, còn xi nghiệp xuất khâu thủy sản ở phía Nam sử dụng quy trình của Úc, Mỹ và Châu Âu Tuy nhiên vi thành phần hỏa lý và dinh dưỡng của thực phẩm

Việt Nam có nhiêu điểm khác biệt các nước nói trên cho nên với cách áp dụng quy trình

Jam lạnh cấp đông của nước ngoài váo sản xuất trong nước sẽ dân dến chất lượng sắn phẩm không phải lúc nào cũng tất và đạt yêu cầu Dộ hao hụt trong khối lượng sản phẩm sau chế biển và tiên phí năng lượng (suất tiêu hao răng lượng lrên một đem vị sân phẩm) của Việt Nam lớn hơn rất nhiều so với các nước trong khu vực như Thái Lan, Ấn Đỏ

Điều mày được lý giãi bởi các nghiên cửu vẻ lạnh thực phảm chí mới ở nức độ

manh mún, nghiên cứu và mô phỏng, quá trình riêng lẽ, roi rạc không có sự liên kết với

những người nghiên cứu về công nghệ chế biến và những người nghiên cứu vẻ sinh học

và công nghệ thực phẩm Chỉnh vi điều này cho đến nay chưa có một nghiên cửu có

thông sân rộng về công nghệ lạnh đông thực phẩm với các tiều chí kiếm soát các thông số

chính của quá trình: trường nhiệt độ thời gian làm lạnh, tóc độ làm lạnh, mật dộ dong

nhiệt tiền tới mục tiêu tối tu hỏa quy trình làm lạnh cấp đồng thực phẩm theo hướng đăm

‘bao chất lượng sẵn phẩm và tiết kiệm răng lượng,

Đề lài này sẽ tập trung nghiên củu lựa chọn phương pháp xây đựng mô hình làm lanh cap dòng thực phẩm theo các tiêu chỉ như dã trình bảy ở trên

1.3 TONG QUAN VE NGHIEN CUU QUA TRINH LAM LANH VA KET BONG TOUC PILAM TREN THE GIGI VA VIET NAM

Bai toén lam lanh cap đông thực phẩm không đơn giản 1ä bài toán đốt nóng hay

làm nguội một vật Trong quá trình cấp đồng còn có sự chuyển pha Như vậy ở mức độ

các mồ hình này tập trung vào việc tính toán thời gian cấp đảng, một số là trường nhiệt độ

và hiểm khi đưa ra được phụ lãi lạnh thay đối theo thời gian

1.3.1 Tình hình nghiên cứu quả trinh làm lạnh cấp đông thực phẩm trên thế giới

Trong trường hợp tổng quát thực phẩm làm lạnh đền là những vật không đẳng giải, không đẳng hướng, có hình đạng không xác định Phân bố nhiệt độ lại thời điểm ban đầu và nhiệt dỗ môi trường xung, quanh tương ứng là hảm của tọa độ và thời gian Hệ số tổa nhiệt ơ phụ thuộc vào vị trí bể mặt, nhiệt độ bể mặt, vận tốc gió và nhiệt độ môi trường xung quanh Thông số nhiệt vật lý và raậi độ nguồn nhiệt bên trong là hàm phụ: thuộc nhiệt độ (bài toán phi tuyến loại 3) Có rất nhiều phương pháp nghiên cứu ly thuyết khác nhau đã được áp dụng đề nghiên cứu quá trình làm lạnh cấp đông như: phương pháp giải tích, phương pháp số kết hợp thực nghiệm Tuy nhiên bản chất các phương pháp này đều có chung ban chất là giải phương trình ví phân dẫn nhiệt với điều kiện ban đâu

(bai toán Buler) kết hợp với điều kiện biên

Stefan (1889) đã nêu nên phương trình vị phân dẫn nhiệt mô tâ quá trình làm lạnh

cấp đông thực phẩm viết cho phần tổ cỏ toạ độ vector r, thời điểm Ð như sau

ore) =A(TÌNiv(giadT(Œ,s))! qŒ,t) ay

C(T AT)

Trong dỏ: C(T) - nhiệt dụng riêng của dối tượng phụ thuộc vào nhiệt dộ

p(1) - khối lượng riêng của dồi tượng phụ thuộc váo nhiệt độ

A{T) - bệ số dẫn nhiệt của đối lượng phụ thuộc vào nhiệt độ

a(f,t) - nguồn nhiệt trong tại phân tổ toa độ vector T, thời diễm + Trong quá trình lạnh đông thực phẩn luôn xây ra quá linh chuyển pha từ lông sang rắn của nước trong thực phẩm, do đỏ nhiệt ản lóa ra trong quá trình đóng băng chinh

là nguồn nhiệt trong q(T,x)

1 Phương pháp giải ích-công thức Planl:

‘Nam 1913, Plank R [] 44 48 nphi 4p dung mé hinh va phuong php gidi bai toan

làm lạnh đơng ban phẳng trên cơ sở phương pháp giải tích với một số điều kiên đơn giản hố, như vật trước khi lâm lạnh đồng thì dã dược làm lạnh dễn nhiệt dộ kết tình, sự tạo thành nước đá trong sản phẩm khơng cĩ sự quá lạnh và kết tỉnh ư điều kiện đẳng nhiệt như nước đơn chải tình khiết, đặc tỉnh nhiệt của các phan ti da két tinh va chua két tinh khơng phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt dụng phần đã kết trnh bằng khơng, hệ số truyền nhiệt

đổi lưu ở bề mặt của tâm là bắng nhau vả khơng đổi theo thời gian Khi đĩ thời gian làm lạnh đơng Lừ hơi phía bản phẳng đày 8=2R theo Phank được xác định rửnr sau

với: “1” và “2” tương ứng chỉ lép san pham da dong bing va chua dong bang

4 - nhiệt tcä ra từ sẵn phẩm do nước kết tĩnh [J&g]

4 - hệ số đẫn nhiệt của lớp sản phẩm da két tinh [W/mK]

:„ - nhiệt độ kết tỉnh của sản phẩm ( nhiệt độ nghiệm Janh ) [°C]

1„- nhiệt độ mơi trường lạnh [°C]

Trên thực tế quá tình đơng lạnh thực phẩm như đã mỏ tâ ở trên xây ra khá phức tap khơng giống như các giả thiết đơn giản hĩa cla Plank Vi vay ứng dụng cơng thúc (1.3) để tính tốn thời gian cấp đơng thực phám cho sai số rât lớn Mặc du vay hiện nay

cơng thức của Plank vẫn duợc thừa nhận là quan trọng, đặc trưng và dơn giản Nĩ dược Viện lạnh quốo tê IR đề nghị sử đụng cho các tính tộn sơ bộ cho quá trình cập đơng,

ễ bỏ khuyết cho cơng thức của Plank, các tác giả nghiên cứu tiếp theo đề xuất các đụng biển thể khác nhau của thức (1.2) Cho tới nay các biến thế của cơng thức này lên tới gan một trăm Lưới dây là một số dạng tiêu biểu []

Siijov GB dễ nghị thay nhiệt tạo an déng đặc của nước (4) bằng lỏng lượng nhiệt thốt di khi giảm nhiệt dộ của sản phẩm dâu (¿;) đến nhiệt độ cuối (ý, ) và cơng thức

tỉnh thời gian làm lạnh đồng sẽ cĩ dạng

q3)

Tuy nhiên điểm yêu của công thức (1.3) là làm sao xác định được iq và i„ Dễ xác định được 2 dại lượng này cần phải có trường nhiệt độ của vật thể thay đổi theo thời gian Mã nếu đã xác định được phân bố trên thi xác định thời gian cấp đông không khó

Veinik A.1 cái tiến công thúc Plank bằng phương pháp của như sau.Iử điều kiện của Plank, ta có phương trình vi phân cân bằng nhiệt ở bê mặt bản phẳng,

Nếu cho rằng nhiệt độ trong vũng đã đóng băng phân bố theo quy hiật parabol với

hệ số mũ lá m theo kiểu Veinik:

Trong trường hợp #, =1, ta thu được công thức Plank:

'Từ công thức (1.7), chiểu dày của lớp đã đóng băng được tỉnh gần đúng,

17

é- Bvt, nghia là ta thu được gân đúng Lame — Clapeiron khi giậi bai toan Stefan

Năm 1936, Rewtov giải bài toán làm lạnh đông bản phẳng với nhiệt độ ban đầu 1„ =const, trang trường hợp thoát nhiệt đối xứng, Bài toán dược chia làm 2 giai đoạn

Giải doạn 1: Rewtov giải bài toán làm lạnh đồng bản phẳng với nhiệt độ ban dâu

†„ — const, và đã chấp nhận lời giải của Plank Thu được z,

Giai ẩogn 2: Rewtev giải bài toán lam lạnh bản phẳng đã kết đồng hoàn toàn

Đổ giải bái toàn này Rewtov cho rằng các dường phân bó nhiệt dộ trong, bản phẳng,

có đạng như hai cạnh của rnột tam giác cân, do đó có thế khai triển chúng thành chuối số Fourier với một số vô hạn Sinsoide Nhờ chuấi số ây hội rụ rất nhanh, nên Rewtov han chế chuỗi bằng cách chỉ lấy số hạng đầu tiên của nó và tứ đó xác định thời gian quả lạnh

của bản phẳng có chiều đây 314:

mm a het,

Voi m Ja mệt hệ số chỉ phu thuéc vao Bi

4, 1 nhiệt độ tâm cuối của bán phẳng,

Cộng thời gian z, và thời gian z, vả kế đến ảnh hướng của nhiệt đô ban đầu của thực nghiệm lớn hơn nhiệt độ kết tĩh ¡„„>7„, bằng cách đủng hệ số thựo nghiệm

(L1 0,0053/,,), Rewtov thu duge công thức tỉnh thời gian lắm lạnh đông bán thịt phẳng,

aber sau

10)

Chumak 1G dimg didn kién bién truyén nhiét loại 3 vào bài toán Stelan (mà lời

giải cho điều kiện biến laại Ï do Tame-Clapeiron di tim duve), bing each bd sung vào

chiêu đày từ hai phía một lớp vô hình đày s= ^^ Như vậy lời giải gân đúng của bài toán

a thu duge 1a:

đụ — tim)

14 Pella = tas)

2rWop

Và thời gian lâm lạnh đồng bản phẳng sẽ là:

v—IapR(R „1Ì, GaR( R,1 aay

ta te (22, ot 2 (2A a!

ét: Số hạng đầu tiên của công thức trên trùng với công thức Plank Do đó có

thể xem giải gần đúng thứ 2 này là sự hiệu chính cho céug thuc Plank

Heins R.G và Jushkov PP da giai bai todn mày với giá thiết rằng nữuệt độ trong lớp

di dong băng phản bó theo đường thẳng, còn trong lớp chưa dong bing theo dường, Parabol bậc 2 và đùng phương pháp biến đối tích phản điều kiện biên kiếu Leibenzen L.S

để tính thời gian đạt được chiều đây lớp băng ¿ như sau:

Can, đ€) 4pC.(u—t (A is) (&)

Từ công thức này †a có thế rút ra công thức Plank bang cách bỏ qua các sổ hạng cd

gid trí nh và bậc co

Năm 1977, Cleland và Barle || dựa trên tiêu chuẩn Phuk (Pk) và tiêu chuẩn SIofan

(Ste) đã đưa ra công thúc tỉnh thời gian lam lạnh đồng bản phẳng khi nhiệt độ tâm cuối

4; là hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm đã kết đông hoàn toan [W/mK]

Ah, là sự biến thiên entanpi của thực phẩm từ nhiệt độ ban dau đến nhiệt độ yêu câu ở tâm là -10°C, | J/kg |

Chung ta cỏ thể thấy trong công thức trên nhiệt ẩn déng dic được thay thé bằng, tiết thiên Tíntanpy thể tích của thực phẩm A4¿, Tuy nhiên công thức này không chính xác

khi nhiệt độ tâm khác 10°C Năm 1984, Cleland và l¿arle đã để xuất một hệ số bổ chỉnh

cho phương trinh trên để áp dụng cho trường hợp nhiệt độ tâm cuỗi cùng khác —10°C:

Hiệu nhiệt độ này được tỉnh như sau:

20

Cleland và liarle đã bổ sung vào phương trinh và hoàn thiện tính toán cho các

trường hợp nhiệt dộ tâm khác —18*C

VOL Lp = 18°C rap

Nam 1986, Pham Q.T | | dã dựa trên phương trình của Cleland và Barle dễ dưa ra

phương trình tính thời gian làm lạnh đồng bản phẳng:

1, là Ấn nhiệt đông đặc thế tích của thực phẩm, k7 /m”

tự — L8+ 0,26, —0/105, là nhiệt độ điểm đông đặc thập, "Œ

21

~ Tổn tại hiệu cnlanpi trung bình không thé tinh chính xác được nếu không xác

định được trường nhiệt độ

- Khéng phan ánh được sự chuyên pha của mước thành bằng,

- Dại lượng nhiệt ân đồng đặc vả sự biến đổi của tính chất nhiệt vật lý được thể

liên dưới các tiêu chân đồng dang Ste, Bi, Pk Tuy rhuên lại không chỉ rõ các dại lượng nảy xác dịnh như thé nao khi tính chất nhiệt vật lý của thục phẩm phụ thuậc vào nhiệt độ và tọa độ tại mỗi thời điểm của quá trình cấp đồng

- Tiăn chất của công thức PÏlank xây dựng trên giả thuyết coi bài toán làm lạnh cấp

đồng là bài loán có mặt phẳng chuyển pha, một bên là phản chưa đóng băng, một bên là phần đã dong băng, Trong khi thực tế ở thực phẩm không tổn tại mặt phẳng phân cách giữa phần chuyển pha và phân không chuyến pha De đó lời giả dua ra là chưa thuyết phục

Do đẻ hiện nay dễ phục vụ cho việc nghiên cửu quá trình cấp dông thực phẩm thông qua

mô phống cần thiết phái sử dựng các phương pháp số

2 Phương pháp số

Diém han ché của phương pháp lý thuyết là lời giải của bài toán dẫn nhiệt phi tuyến loại 3 quá phức tạp, các nhả nghiên cứu thường sử đng các giả thiết don giản hóa bài toán Điều này làm cho mô bình của bài toán dẫn nhiệt khi cấp đông có nhiều diễm không phù hợp với thực tiễn Đẻ khắc phục được nhược điểm đó, từ những năm 80 của

thể kỷ 20, một số nhả nghiên cứu đã để xuất sử dụng các phương pháp số để giải trực tiếp phương trình vi phân dân nhiệt Ưu diem của hướng, nghiên cứu nảy là xét đến sự biến đối

của tính chất nhiệt vật lý theo nhiệt độ Củng với việc nâng cao khả năng tính toán của

máy tính, các phần mềm mô phỏng hiện nay dã có thể giải được bài toán dẫn nhiệt khi cấp, đồng 2 chiêu, 3 chiéu voi điêu kiện biên thay đối

22

Tình 1.1: Các phân tổ được chia trên bắp thị bê Năm 1984, Cleland D.J, Cleland A.C, Barle R.1.-Byme 8 di dua ra lai gidi bài

toan din nhiét cdp déng 1 chiều cho các vật thể 1 chiéu dya trén phương pháp phần tứ

hữu hạn Dộ chính xác của lời giải này được kiểm chứng thong qua cáo sở liệu thục nghiệm và có sự tương đỏng với lời giải dựa trên phương pháp sai phân hữu hạn Năm

1987, chỉnh các tác giả này đã đưa ra lời giải cho bài toán cắp đồng nhiều chiếu, các vật thể được xem xét là các vật thể có hình dang bat ky Tuy nhiên, đo sự hạn chế vê kha trắng tinh loan của máy tỉnh, các tác giả trên đã sử dụng một số giả thiết don giảm hóa din

đến kết quả oỏ nhiều sai lệch Năm 1988, Salvadori V.O, Mascheroni đã sử dụng phương

pháp sai phân di đoán thời gian cấp đông va ri dong cho 3 dang tim phẳng, Ống trụ và cầu Độ sai lệch trung bình của kết quã đạt dược so với thục nghiệm là khoảng 6,5% Năm 1991, Irene Lind da sir dung phuong pháp phân tử biên 1 chiêu để giải bài toán cấp đông có xét đến ảnh hưởng của quá trình bay hơi trên bê ruặt thực phẩm

Những năm gần dây, phương pháp số dã dược áp dung rat rộng rãi trong lĩnh vực

xử lý bài toán nhiệt thực phẩm Các phương pháp số và kết quả đạt được tính tử năm 1995 đến năm 2003 được trinh bày trong băng 1.3

23

Bảng 1.3: Một số công trình nghiên củu xử lý nhiệt thực phẩm dựa trên

phương pháp sai phân hiểu hạn

‘Thorvaldsson vi | Swedish Inst for Ý 4oip x | Dank ini

Tnestad (1999) Food and Bio

‘Wang, vi Chea (1990} | Hong Koug U of Ỷ voip x | Tên

Sci and Tech

Farkas (1996) North Carol State Ỷ Ỷ ID Ca chua

Uo & UL of Calilomia, Davis, USA

Pan (2000) Archer Daniels 4 4oip Nhân bánh

& U of California

Akterian (1995, 1997) | Higher Inst of t 1p Nấm

Food & Flavour Industiies, Bulgaria

Pormyesa,

24

Tasna va Fleming | North Carolina 4 2D Dua chuột

001) State U., USA

Coulter (1995) - và |U of New Soulh ý 1D Thị tưới Davey vi Phạm (1997) | Wales , Anstralia

‘Evans (1996) VU of Bristol, UR, 4 1D Mỡ

Châu và Gafiney (1990) | U af Plodda, t 1n Cả dua

Usa Gowda (1997) rulian Inst, of Se ý zp Ran ding Bồi

De Livira (1995) Ciudad U., Spain 4 3D Thục phẩm

đồng lạnh

Chuntranuluck (1998) | Kazeisert Ty 4 iD Nhiều loại

Voi việc công bồ hàng loạt các công trình nghiên cứu sử đựng các phương pháp số

đã cho thấy dây là một hướng nghiền cứu tiểm năng, có khả năng giải quyết được nhiều

van đề trong đó có bài toán dẫn nhiệt trong cân đông thực phẩm

25

1.3.2 Tỉnh hình nghiên cứu quá trình làm lạnh cấp đông thực phẩm ở Việt Nam

liiện nay ở nước ta đang có một số nhà khoa học nghiên cứu bài toán dẫn nhiệt trong dông lạnh thực phẩm Các nghiên cứu này được liên hành theo những phương pháp khác nhau với nhiều cách tiếp cận vấn để Trong phản nảy ta sẽ đi tìm hiểu một số

phương pháp nghiên cứu của các tác giả trong nước

Tác giả Nguyễn Bồn dựa trên phương pháp ba giai đoạn, trong mỗi giai đoạn thời

gian cấp đồng, lâm lạnh được xác định bằng phương pháp tựa giải tích, để linh thời giam

lam lạnh đông bản phẳng,

nh 1.2: Quy trành làm lạnh đông theo ba giai đoạn

Giai đoạn thứ nhất ứng với thời gian +¡ là giai đoạn lảm lạnh khối thực phẩm từ

nhiệt độ ban đầu tạ đến nhiệt độ dong bing tg O0°C Các giả tiết đơn giản hóa bai Loan được chấp nhận ở đảy là :

Tại mỗi thời điểm + cơi nhiệt độ t trong vật âm lá phản bổ đều, bằng nhiệt độ trung,

bình trong thể tích V Giả thiết này cảng đúng khi độ ẩm o tăng và A cũng tăng theo op

Các thông số đã cho không thay đối theo thời gian khảo sát

Giai đoạn thứ hai ứng với thời gian 1; là giai đoạn chuyến pha ở nhiệt độ tạ, tác giả giả thiết rằng sự phân bố nhiệt độ trong phần dã dong bang có đạng tuyến tính Giai đoạn

26

hai nay kết thie khi chiếu dày đóng băng tiến đến tâm của sản phẩm, tức là lúc nhiệt độ

tâm đạt nhiệt độ nghiệm Tạrh: lạ

Giai doạn thứ bạ ứng với thời gián œ; là giai doạm quả lạnh sân phẩm sau kết đông, giai đoạn nảy tác giá sử dụng, nghiệm của bải toán lảm nguội tâm phẳng với nhiệt độ ban đâu bằng nhiệt độ nghiệm lạnh Sự phụ thuộc của nhiệt độ vào thời gian theo phương, pháp phân doan thời gian dược biểu diễn trên hình 1.1 Các công thức tính toán cụ thé được cho trong băng 1.4 Theo tác giả thì các công trúc đưa ra cho kết quả có thể áp dung tỉnh toán thởi gian kết đông cho các sản pham dang khối bằng máy cấp đông đối hưu hay tiếp xúc với các thông số Lùy chợn

Bang 14 Théi gian lam lạnh đông bản phẳng

Tác giả Phạm Văn Dôn đã dụa trên giả thuyết cỏ một tuyển nhiệt độ lan truyền từ

'°bể mặt vào tâm sản phẩm với tốc độ hữu hạn Nhu vậy quá trình truyền nhiệt được cơi là

có ba giai đoạn:

Giai doan 1: Lá giai doạn nhiệt dộ tại tâm chưa thay đổi tức lả tuyển nhiệt dộ chưa

đi chuyến vào đến tâm sản phẩm

Giai đoạn 2: Là giai đoạn nhiệt độ tại tâm đã có sự thay đối tức là tuyển nhiệt độ

đã di chuyển vào đến tâm sản phẩm

Giai đoạn 3: Là giai đoạn tiếp tạc hạ nhiệt độ của vật thế đã lạnh đồng đến nhiệt độ

tâm cuối theo tiêu chuẩn công nghệ

Giá Hiết này là hợp lý do hệ số đẫn nhiệt độ của thực phẩm khá bé Bên cạnh dé

tac giá đưa ra và sử dụng khái niệm * Trung binh hea dao ham trưởng nhiệt độ”

——=

Trong đó:

1o — thời gian không thứ nguyên;

0 — nhiệt độ không thử nguyên;

£ chiều dây không thứ nguyễn;

@, a3 _ hệ số din nhiệt độ của sắn phẩm chưa và đã đồng lạnh,

2L chiều dày của bán phẳng,

Nhận xét: Ta có thể thấy rằng lời giải của các phương pháp tính toàn thời gian đồng lạnh thực phẩm đền đựa trên đêu chấp nhận các giả thuyết đơn giản hóa mê hình bải toán:

- Coi trường nhiệt độ là một chiều

- Bd qua ảnh hướng của nguồn nhiệt bên trong

- Tuyển tính hóa phương trình phí tuyển trong trong từng giai đoạn

- Cáo tính thông số nhiệt vật lý của thực phẩm trong tùng giai đoạn được coi là không, thay đối và được tính theo nhiệt độ trung bình đầu giải đoạn

- Do đó, các mô hình toán hoe nay chưa thực sự mô tả được đúng chính xác bản chất của quá trình đân nhiệt bên trong thực phẩm

Đổ giải quyết triệt để hơn những vẫn dễ trên, các tác gia Chumark.1G, Onhishenke

đã để xuất phương pháp giải trực tiếp phương trình vi phán đẫn nhiệt viết cho quá trình Jam lạnh cấp déng thực phẩm đựa trên phương pháp số Một số nhà nghiên cứu trong, nước dựa trên y tưởng này đã xây dựng và phát triển các mô hình toán học vá sử dụng các phương pháp sở khác nhau để giải quyết bài toán cắp đồng như Nguyễn Xuân Tiên [6], Nguyễn Việt Dũng [7], Irong khuôn khỏ dễ tái này sẽ trình bảy việc ứng dụng phương, pháp số, để giải quyết mô hình bài toán làm lạnh cấp đông thực phẩm từ đó đua ra được những phân tích, đánh giá và so sánh với các kết cuả thực nghiệm

1.4 MỤC TIỂU CỦA LUẬN ÁN

1.4.2 Dỗi trợng nghiên cứu

Đổ tải di sâu nghiên cứu 3 loại sản phẩm chính là thịt bỏ vả thịt lợn với diều kiện

thực tế ở Việt Nam

29

1.4.3 Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Phương pháp nghiền cứu: lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

Trên cơ sở các tỉnh chất nhiệt vật lý của thịt lợn đã được công bỏ, đẻ tải tập trung, phát triển nhân mềm mô phỏng quá trình làm lạnh cấp đồng thực phẩm, mở rộng cho thịt

lon c61n6 cilia Viet Nam

So sánh kết quả tính loan các thông số cấp đồng cho thịt bỏ và tút lợn với số liệu

thí nghiệm và kết quả tính bằng các phương pháp khác

vậy, tỉnh chất nhiệt vật lý của thịt bị phân tán trên một đải tương đổi rộng Hơn nữa, quá

trình kết đông của thành phần nước bên trong thực phẩm điển ra trên một dãi nhiệt độ rất rộng Theo các nghiên cửu mới nhật thì đến -196,15° thực phẩm vẫn chưa kết đồng hoan toàn Do vậy, tính chất nhiệt vật lý của thục phẩm trong quá trình làm lạnh đông có

sự thay đỗi tương dối lớn phụ thuộc vào nhiệt dò

Nhiệt độ kết đông thực phẩm luôn thấp hon diém đông của nước (0,15°C) do thánh phan chất tan trong thành phần âm của thực phẩm Ở điểm đồng thực phảm, lượng mước trong thực phẩm kết tĩnh làm cho dụng dịch chứa chất tan còn lạt đậm đặc hơn Kết quả là nhiệt độ đông của thực phẩm bị đây xuống tháp Trong khi đỏ thành phan nước và thành phân băng phụ thuộc vào nhiệt độ, mà thông số nhiệt vật lý của nước và băng rất khác nhau nên thông số nhiệt vật lý của Hiực phẩm thay đổi rất đáng kế theo nhiệt độ

Vì nước là thành phân nổi trội trong hấu hết thực phẩm nên nỏ có ảnh hưởng quyết định đến thông số nhiệt vật lý của thực phẩm Thục phẩm không kết đồng hoàn toản ở một điểm ma trong một đải nhiệt độ Thực tế là thực phẩm chứa lượng dường cao hoặc đưới đạng liên kết xio đậm đặc thi không thế kết đông hoàn toàn ngay cA ở nhiệt độ kết đông Thực phẩm hoàn toàn thông thường, Kết quả là không có sự khác biệt nhiều ở ác điểm kết déng thực phẩm hoàn toàn mà chủ yêu là khác nhau ở các điểm đồng ban dau của thục phẩm (tại đó nước bắt đầu kết đồng)

31

Điểm đông ban đầu của thực phẩm đóng vai trò quan trọng trong xac dinh diéu kién

Đảo quân cũng như tỉnh toán thông số rưệt vật thực phẩm Trong quả trình bao quan rau quả, nhiệt dộ thương mại phải cao hơn nhiệt độ diễm kết déng ban dau dé tranh pha huy khi kết đông Thêm vào đó, sự thay đổi mạnh mẽ của thêng sẽ nhiệt vật ly trong quá trình kết đông nên ta phải biết dược diém déng ban dâu của thực phẩm nhằm xác định thông số nhiệt vật lý của thực phẩm

ỡi vậy, để nghiên cứu quả trình làm lạnh đông thực phẩm, chúng ta cẳn xem xét cụ thể sự thay đối của tính chất nhiệt vật lý trong quá trình kết đông,

2.1 SU’ THAY BOT TINH CHAT NHIET VAT LY CUA THUC PHAM TRONG

QUA TRINH KET BONG

2.1.1 Thanh phan nuée déng bang

Như trên đã trình bày, thanh phan nước có ảnh hướng quyết định đến thông số nhiệt vật lý do nó là thành phản biến dỗi pha trong thực phẩm Để dự doan théng số nhiệt vật lý của thục phẩm kết đồng cân phải xác định thanh phân băng trong thực phẩm Dưới điểm đông của thực phẩm, thành phần băng là một hàm của nhiệt độ

Nói chúng thực phẩm chửa nước, chất khé hoa tan va chat khô không hoả lan Trong quả trình dòng băng, vi một lượng nước tình thể hoá nên chất khô hoà tan trong,

lượng nước còn lại trở nên đặc lại, kết quả là làm giảm nhiệt độ đông đặc Dịch không tan xày dược cho là tuân theo phương trình điểm đông của dịnh luật Raouli Dựa trên định

luật này, Chen (1985) đưa ra mô hình dy đoán thánh phân băng trong thực phẩm như

sau[]:

_ W.RT20, =9

MLtạt

Trong do: W, —thanh phan cht khé trong thue pham

M, — nguyén tf khGi ofa chal khé tan

R 8,314- hang 86 kh ly tudng, kek

32

T,=273,2 - nhiét d6 dang cia nude, K

L,=333,6 - nhiét 4n déng dic ciia nude, ki/kg

tụ - đồng ban đâu của thực phẩm, "C

t- nhiệt độ của thục phẩm, °C

Mô hinh đưa ra xuất hiện cả thành phân hăng số khí lý tưởng vả nguyên tử khối của chải khô hòa tan Việc đưa ra sự phụ thuộc thanh phan bang vào yêu tổ này là bat hop cho di thực phẩm có thành phân chất khí hỏa tan Trong khi đó, nguyên tử khối của chất khô tan được tính nhit sau:

x.RT?

~@W„„—W(}Lut„

Trong đỏ: W„ — thành phần của nước ban dain

Ww¿— thành phần nước liên kết trong thực phẩm (thành phần nước liên kết với chất khỏ và không kết đông)

'Theo Sehwartzberg (1976), nước hiến kết được tính như sauƒ]:

W, =0,4W, (2.3)

Trong do: W,, — thanh phan protein trong thực phẩm

Có thể thấy rằng, mô hình của Chen có tỉnh đến cả lượng nước không dòng bing

được do liên kết với protein trong phân tứ Song nếu tính như công thức (2.3) chỉ là công, thức thục nghiệm mà chỉ đúng cho phân loại thực phẩm nhất định trong nghiên cửa của Chen

Thay (2.2) vio (2.1) la duoc thanih phin bing don gin hur sau

W0, —W|l -*#| e3

33

Công thức của Chen đưa ra (2.4) đưa ra từ một mô hình không đựa trên cơ sở lý

thuyết nhiệt và việc lính Loam thanh phân nuớc liên kết không kết đông trong thực phẩm: chỉ mang tính ước lượng Bởi vậy, mô hình gặp phải những sai số nhất định

Do phương trình (2.4) đảnh giá quá thấp thánh phẩn băng ở nhiệt độ gần điểm đông của thục phẩm và đánh giá quá cao thành phân băng ở nhiệt độ thấp Tchigeov

(1979) dựa ra môi quan hệ như sau| |:

,„ — 1I05W,,

In(t„ —t+])

Dựa theo các kết quả thục nghiệm và lý thuyết hệ nhiệt động cân bằng nhiều cả

có biển pha, Latushev [] đã đưa ra công thức

W,, - thanh phan khối lượng của nước bạn đầu trong thục phẩm

T,—77K_ nhiệt dộ má nước trong thực phẩm được quy ước đông hoàn toàn

7— T„,— À — nhiệt độ hiệu chữnh

Tụ, - nhiệt độ điểm đỏng của thực phẩm

oA - ]a cáo hệ số thực nghiệm phụ thuộc từng loại thực phẩm

Công thức (26) là công thúc được Trumack 1G va Onhishenko VP phat triển và ứng

dụng để xây đựng các tính chất nhiệt vật lý khác của thực phẩm

34

2.1.2 Khối lượng riêng của thực phẩm kết đồng

Khối lượng riêng ø thay đổi khá rộng wong quả trình kết đồng và phụ thuộc vào thành phần tính chất của tùng loại thực phẩm nhưng mức độ thay đổi nhỏ hơn Khi nghiên cứu về lạnh đồng thịt bò và thịt lợn, Phikin đã để nghỉ áp đụng trị số không đối

p-1070 kg/mẺ trong tắt các cáo tính toán kỹ thuật J Tuy nhiên, trong khuôn khể luận án này, để tăng độ chính xác của lời giải, ta áp đụng công thức tính khôi lượng riêng ở đạng,

Trong dỏ: W.- thành phần khỏi lượng thành phần thử ¡ trong khỏi thực phẩm

p¡~ khối lượng riêng của thành phân thứ ¡ trong khối thực phẩm, kgánÈ

Sử dụng các công thức khối lượng riêng phụ thuộc nhiệt dộ của từng thành phân sẵn có []

ôi với đãi nhiệt dộ trên điểm băng, tức là chưa xuất hiện nước ở thẻ rắn, khối

lượng riêng của thực phẩm được xác định theo công thức

Ww

"¬x

Đổi vải đãi nhiệt độ dưới điểm băng, tức là một phần nước ở thể lông đã hỏa rắn, khối lượng riêng của thực phẩm được xác định theo công thức:

2.1.3 Nhiệt dung riêng của thực phẩm kết đông

Công thức chung và đơn giản nhật đế tính nhiệt đung riêng của thực phẩm trong,

quả trình kết đông khi biết cáo thành phần thực phẩm dược xảy dựng tr định luật bảo toản năng lượng

Trong đố: œ,,x, lấn lượt là nhiệt dụng riêng và thành phần khối lượng của các thành phần thực phẩm

Đổi với thực phâm chưa kết đông, Chen để nghị sử đựng công thức thực nghiệm

san niều số liệu về thành phần câu tạo của thục phẩm không được biết chính xáo

Trong do x; là thành phan khói lượng của thể rắn trong khối thực phẩm

ôi với thực phẩm đã biết chính xác hàm lượng các thánh phần ta có thể áp dựng,

các công thức trong bảng 2.1 để tính toán

Theo các nghiêu cửu mới về đông lạnh thực phẩm, nhiệt dụng riêng của thực phẩm: xác định qua các thí nghiệm không phải là nhiệt đụng riệng thuần nhật má là nhiệt dung,

riêng hiệu dụng có tỉnh đến ảnh hướng của thánh phản nhiệt chuyên pha Nhiệt dưng riêng

hiệu dụng được định nghĩa theo công thúc:

C,10)-CŒ) Wee Lane (2.13)

36

Bằng 3.1: Củáe công thức tỉnh nhiệt đụng riêng trong thực phẩm kết đồng

6 | Latushev €,-OpKy Cy 1G y Rye (Ke) 1 Xa Ki

Đôi với thực phẩm có nhiệt độ trên điểm đóng băng, lúc mày chưa xuấi hiện hiện lượng

chuyển pha nên nhiệt dưng riêng hiệu dụng không có thành phản ân nhiệt chuyển pha:

Phương trình nhiệt dung riêng hiệu dụng của vật sẽ thu gọn lại như sau:

37

CAT) - W,,.C,.(T)- WET) - WC, (+0 -WIC(T) G13)

Cac thành phan protein, mỡ, tro cỏ nhiệt đụng riêng phụ thuộc nhiệt độ dưới dạng,

R6-125411,02: B7 16201 1,73, B81 12359.99, B9 32309,86

228

228

- nhiệt độ không thử nguyên

Nếu nhiệt độ của nước năm dưới 228 E thì được tính theo công thúc:

C(T)=-—548,1+3,163T

Đổi với thực phẩm dưới điểm bằng, lúc nảy, rước trong thực phẩm bắt đầu dong

tăng và lượng băng hình thành bên trong thực phẩm là hàm của nhiệt độ Đông thời, nhiệt

dung riêng có xuất hiện thành nhân của nhiệt chuyển pha của nước:

tho C,(T)— C(T)-W,, Lữ

-W.0,(T)- W,, 0 a} C, (1) + W,.0.C, (TW, LT) * (2.15)

d

Trong đó: @ - thanh phan nude dong bang duce tính theo công thúc 1 1

TT) - nhiệt ân đông đặc phụ thuậc nhiệt độ được tính như sau:

C„(T) - nhiệt dưng riêng của thành phần nước

Trong ||, các tác giả đã khảo sắt sự hội tụ của các công thức trên đối với thịt bò và

đứa ra kết luận các công thức (2.13), (2.14), (2.15) có độ sai lệch nhỏ nhật khi so sánh với các giá trị thực nghiệm Vì vậy, các công thức này sẽ được sử đựng trong các tính toán

của luận văn

2.1.4 Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm kết đông

So với khối lượng riêng và nhiệt dưng riêng, việc xác định hệ số dẫn nhiệt của thực

phẩm kết đồng phúc tạp hơn rất nhiều vì những lý do sau:

Hề số dân nhiệt của các thành phan thực phảm thay đôi mạnh theo nhiệt độ đặc biệt là khi có sự chuyển pha Diéu này được giải thích là do hệ số

nhiệt của nước đá

lớn hơn nước rất nhiều (Hệ số dẫn nhiệt của nước lỏng và nước đá lân lượt là 0.59 và 2,2