Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải tt

Nội dung nghiên cứu - Xây dựng mô hình dự đoán tính toán tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng của quả vải Lục Ngạn dựa vào thành phần chính của quả vải, trên cơ sở giả thiết coi quả vải là

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Quả vải (Litchi chinensis Sonn) là loại quả có giá trị thương phẩm cao, màu sắc đẹp và giàu hàm lượng dinh dưỡng [13] Vì vậy quả vải được xác định là một trong 11 loại quả chủ lực của Việt Nam dùng để xuất khẩu và nội tiêu Theo Tổng cục thống kê [129], năm 2016 sản lượng quả vải trong cả nước đạt 312.556,3 tấn, trong đó dẫn đầu là Bắc Giang với sản lượng khoảng 142.000 tấn, tiếp đến là Hải Dương khoảng 25.000 tấn, Quảng Ninh khoảng 8.000 tấn …[12] Đến nay huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang trở thành nơi trồng quả vải lớn nhất nước với tổng diện tích đạt khoảng 30.000 ha, sản lượng hàng năm dao động từ 100.000 ÷ 190.000 tấn và tổng doanh thu đạt trên 5.000

tỷ đồng

Tuy nhiên, với đặc tính hô hấp thường biến [39][25], ưa bảo quản lạnh, khả năng mất nước khá cao (độ hao hụt của quả vải ở nhiệt độ thường trong 24 h sau thu hoạch có thể lên đến 3 ÷ 5% khối lượng), dẫn tới nhanh héo và nâu hóa vỏ, nên quả vải là loại quả rất khó bảo quản [39] Không những thế, quả vải còn có tính thời vụ rõ rệt, với mỗi mùa thu hoạch chỉ tối đa khoảng 45 ngày, nên tạo áp lực lưu thông rất lớn Chính vì vậy quả vải của Việt Nam chủ yếu mới được dùng nội tiêu trong nước, chỉ khoảng 10 ÷ 15% sản lượng tương đương 20.000 ÷ 30.000 tấn quả được xuất thô sang Trung Quốc Tuy nhiên lượng xuất khẩu này luôn bị ép giá và không chủ động được về thị trường, do chúng ta chưa có công nghệ bảo quản dài ngày loại sản phẩm này Không những thế việc

“được mùa mất giá” luôn là một điệp khúc với những người sản xuất vải cho thị trường trong nước

Do đó, sản xuất quả vải ở Việt Nam trong 10 năm gần đây tuy đã có bước phát triển vượt bậc nhưng lại thiếu tính bền vững

Xuất phát từ thực tế nêu trên nghiên cứu sinh (NCS) đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải’’ với mục đích là đề xuất cơ sở lý luận cho quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh ở quy mô tập trung cho loại quả hô hấp thường biến có vỏ dày, hạt lớn ưa bảo quản lạnh là quả vải

2 Giới thiệu luận án

2.1 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chung là xây dựng cơ sở khoa học cho việc phát triển công nghệ chế biến, bảo quản lạnh quả vải

2.2 Đối tượng & phạm vi nghiên cứu

Đối tượng được lựa chọn để nghiên cứu là quả vải huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang, Việt Nam có độ chín 3 Quả vải có khối lượng trung bình 15 ÷ 25 g, đường kính 25 ÷ 35 mm, chiều cao

26 ÷ 40 mm và hàm lượng nước trong cùi quả chiếm 80 ÷ 84% Quả vải được nghiên cứu trong phạm vi liên quan tới tính chất nhiệt vật lý, quá trình truyền nhiệt và tỏa ẩm, quá trình hô hấp xảy ra khi làm lạnh sơ bộ và bảo quản lạnh sau thu hoạch

2.3 Nội dung nghiên cứu

- Xây dựng mô hình dự đoán (tính toán) tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng của quả vải Lục Ngạn dựa vào thành phần chính của quả vải, trên cơ sở giả thiết coi quả vải là hệ nhiệt động cân bằng đa thành phần; Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ và làm lạnh chính của quả vải, trên cơ sở giải hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng dẫn nhiệt không ổn định sử dụng các thông

số nhiệt vật lý hiệu dụng kết hợp với điều kiện biên loại 3 đối xứng, cho hệ nhiệt động cân bằng không đồng chất nhưng đẳng hướng; Tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng mô hình trên quả vải của

3 mùa vụ trong 3 năm liên tiếp Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trong quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải bằng phương pháp gián tiếp; Trên cơ sở các nghiên cứu đó xác định được thời gian làm lạnh, nhu cầu cấp lạnh cần thiết cho một đơn vị khối lượng quả Từ đó xác định nhu cầu lạnh (đá cây) cho một đơn vị khối lượng vải bảo quản; Nghiên cứu thực nghiệm xác định mô hình cường độ

hô hấp và nhiệt hô hấp của quả vải phụ thuộc nhiệt độ thông qua mô hình nhiệt động của tốc độ phản ứng Arrhenius Thí nghiệm được thực hiện cho quả vải trong 3 mùa vụ của 3 năm liên tiếp; Phát triển mô hình xác định độ hao hụt khối lượng của quả vải (độ hao hụt tự nhiên) trong quá trình bảo quản trên cơ sở sử dụng giả thiết quả vải trong kho bảo quản và không khí trong kho là một hệ nhiệt động tựa cân bằng, đẳng áp, dựa trên cách tiếp cận của Jadan xây dựng tia quá trình  cho không khí tuần hoàn trong kho lạnh bảo quản quả vải; Xây dựng mô hình thí nghiệm kho lạnh bảo

quản quả vải với các thông số kỹ thuật thích hợp để bảo quản quả vải từ 30 ngày trở lên và để kiểm chứng mô hình hao hụt khối lượng cũng như dùng để nghiên cứu phát triển các mẫu kho bảo quản lạnh cũng như đánh giá về chất lượng quả vải sau bảo quản; Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã đạt được đề xuất các mẫu kho lạnh với các thông số công nghệ thích hợp dùng cho bảo quản quả vải

2.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình mô phỏng quá trình kết hợp với nghiên cứu bằng thực nghiệm để giải quyết các bài toán đặt ra; Vận dụng các kiến thức và hiểu biết thực tế để giải quyết các vấn đề đặt ra trong luận án Trong đó kiến thức được vận dụng bao gồm các kiến thức về: nhiệt động, truyền nhiệt, nhiệt động hóa học, xử lý nhiệt ẩm không khí trong kho bảo quản, quá trình sinh lý xảy ra trong quá trình bảo quản quả vải và kiến thức về toán ứng dụng

2.5 Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu đạt được

Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã làm rõ bản chất của quá trình truyền nhiệt và tỏa ẩm đối với quả vải Từ đó mô phỏng quá trình làm lạnh, hao hụt tự nhiên của quả vải để xác định các đặc tính kỹ thuật và công nghệ Sử dụng các phần mềm tính toán phục vụ cho công nghệ chế biến và bảo quản quả vải nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế

2.6 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài nghiên cứu đạt được

- Từ mô hình tính toán thông số nhiệt vật lý và làm lạnh sơ bộ có thể xác định được nhu cầu

đá cần cho quá trình làm lạnh sơ bộ, nhu cầu lạnh cho quá trình bảo quản Trên cơ sở đó, có thể đề xuất xây dựng các nhà máy sản xuất đá phục vụ cho vùng nguyên liệu khoảng 140.000 tấn/năm; Xây dựng các thông số cường độ hô hấp và nhiệt tỏa hô hấp của quả vải tươi phụ thuộc vào nhiệt

độ Đây là thông số rất cần thiết dùng cho công nghệ chế biến và bảo quản vải tươi; Đề xuất các yêu cầu về các thông số công nghệ cần thiết để thiết kế kho lạnh dùng cho bảo quản vải

2.7 Các đóng góp mới của luận án

1 Xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh của quả vải trên cơ sở hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định, đối với đối tượng không đồng chất nhưng đẳng hướng với điều kiện biên loại 3 viết cho hệ tọa độ cầu, trên cơ sở phát triển phương pháp tính toán tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng gồm có nhiệt dung riêng đẳng áp (Cp), hệ số dẫn nhiệt (), enthalpy riêng phần (i), khối lượng riêng () của quả vải, trên cơ sở coi quả vải như hệ nhiệt động cân bằng, đa thành phần, không có chuyển pha Trong đó các thành phần hệ là các lớp quả

2 Mô hình cường độ hô hấp đã được xây dựng dựa trên mô hình Arrhenius của tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, dựa trên cơ sở xử lý hàng trăm số liệu của hơn 20 thí nghiệm được tiến hành liên tiếp cho quả vải của 3 mùa vụ 3 năm liên tiếp 2014 ÷ 2016 ở 5 nhiệt độ khác nhau

3 Luận án đã phát triển thành công mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên cho quả vải trong quá trình bảo quản dựa trên nguyên lý hệ nhiệt động cân bằng, đẳng áp

4 Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã xác định được các thông số công nghệ cần thiết cho chuỗi lạnh bảo quản quả vải từ khâu làm lạnh sơ bộ, vận chuyển, tái lạnh và bảo quản lạnh

5 Đề xuất yêu cầu kho lạnh phù hợp để kéo dài thời gian bảo quản và tăng chất lượng quả vải sau bảo quản Xây dựng mẫu thiết bị thí nghiệm để nghiên cứu thực nghiệm quá trình bảo quản

2.8 Bố cục của luận án

Luận án được trình bày trong 5 chương với các nội dung: Chương 1 trình bày nghiên cứu tổng quan; Chương 2 trình bày nội dung và phương pháp nghiên cứu; Chương 3 mô phỏng các quá trình làm lạnh; Chương 4 xây dựng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên và phát triển công nghệ lạnh cho quả vải; Chương 5 trình bày kết luận và kiến nghị

1.1 Sản xuất quả vải của Việt Nam

1.1.1 Thực trạng sản xuất và chế biến rau quả

Ngành xuất khẩu hoa quả của nước ta còn rất khiêm tốn so với tiềm năng sản xuất Phần lớn rau quả Việt Nam, trong đó có quả vải được xuất khẩu thô, không qua chế biến vào thị trường Trung Quốc nên giá trị gia tăng không cao và rất phụ thuộc vào mùa vụ

Một trong những vấn đề tồn tại chính là công nghệ chế biến và bảo quản rau quả của nước ta

chưa phát triển nên lượng hao hụt khối lượng sau thu hoạch của rau quả Việt Nam rất lớn từ 25 ÷ 30% [18] đồng thời chất lượng bảo quản sau thu hoạch cũng không cao, thời gian bảo quản ngắn Với những lý do trên, để nâng cao chất lượng chế biến và kéo dài thời gian bảo quản, giảm mức độ hư hỏng sau thu hoạch của rau quả nói chung và quả vải nói riêng xuống dưới 10% như Nghị Quyết 48/NQ-CP của Chính phủ, ban hành ngày 23/09/2009 đã yêu cầu, rất cần thiết phát triển công nghệ chế biến sau thu hoạch [8] Trong đó một trong những khâu quyết định là phát triển công nghệ lạnh chế biến và bảo quản rau quả

1.1.2 Tình hình sản xuất quả vải của Việt Nam

Để phát triển bền vững quả vải không thể tách rời việc nâng cao chất lượng khâu chế biến và bảo quản lạnh quả vải Đây là vấn đề đang tồn tại của sản xuất quả vải Việt Nam

1.2 Qui trình chế biến và các phương pháp bảo quản quả vải

1.2.1 Qui trình chế biến quả vải và những tồn tại

Nếu như công đoạn 1, 2 đã được nhiều các tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu, thì đối với công đoạn 3, 4, 5 cả trong và ngoài nước đều có rất ít nghiên cứu và một số nghiên cứu đó chủ yếu

là thực nghiệm, thiếu tính hệ thống Một trong những lý do chính là do quả vải được sản xuất chủ yếu ở các nước đang phát triển với sản lượng không cao, công nghệ chế biến còn lạc hậu Hơn nữa quả vải mới được thị trường rau quả thế giới chú ý trong vòng khoảng 10 năm trở lại đây Do đó gần đây các nước mới bắt đầu tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ chế biến bảo quản quả vải

Hình 1.1 Qui trình chế biến quả vải sau thu hoạch

1.2.2 Các phương pháp bảo quản quả vải

1.2.2.1 Phương pháp bảo quản hóa học

a Bảo quản bằng SO2

Đây là phương pháp rẻ tiền dễ thực hiện Tuy nhiên có một hạn chế rất lớn là gây tồn dư hóa chất trên trái cây gây ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng Do đó hiện nay phương pháp này không còn được sử dụng nữa

b Bảo quản quả vải bằng chitosan và các axit hữu cơ

So với phương pháp cổ điển nêu trên phương pháp mới này sử dụng các hợp chất hữu cơ, không gây ảnh hưởng tới sức khỏe của con người Tuy nhiên phương pháp này vẫn có hạn chế là các sản phẩm sau bảo quản thường vẫn còn lưu lại mùi hóa chất, lượng hóa chất tồn dư nên khó đáp

ứng được yêu cầu của thị trường khó tính khi xuất khẩu như Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu

Quả vải thu hái và phân loại

Xử lý vi sinh vật

Làm lạnh

sơ bộ

Vận chuyển

Làm lạnh bảo quản

Công nghệ thu hoạch

Công nghệ lạnh

1.2.2.2 Phương pháp bảo quản vật lý

a Công nghệ bảo quản quả vải trong môi trường khí kiểm soát (CA)

Bản chất của phương pháp CA (Control Atmosphere) là quả vải được bảo quản trong một kho lạnh kín gần như tuyệt đối [16][28][58][69][71][80][112][119] Trong đó nồng độ O2 và CO2 được duy trì theo một tỉ lệ nhất định bằng một hệ thống thiết bị điều khiển nồng độ khí Ưu điểm của phương pháp này là có thể tạo ra điều kiện bảo quản khá tối ưu để nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản Tuy nhiên nhược điểm chính là: (1) công nghệ này rất đắt tiền do phải có thêm

hệ thống điều khiển nồng độ khí cũng như vỏ kho cần kín gần tuyệt đối, (2) quả sau khi đưa ra khỏi kho để đi tiêu thụ tiếp xúc với không khí thường sẽ bị sốc dẫn tới hô hấp mãnh liệt và bị thối hỏng chỉ trong 2 ÷ 3 ngày Điều này gây ra khó khăn trong việc tiêu thụ sản phẩm Chính vì vậy hiện nay phương pháp CA không được ứng dụng rộng rãi trong thương mại

b Công nghệ bảo quản quả vải trong môi trường khí điều biến (MAP)

Bảo quản MAP (Modified Atmosphere Packaging) [18][45][58][71][80][89] là kỹ thuật được

sử dụng để kéo dài thời gian sử dụng cho rau quả đã qua sơ chế, thông qua giảm cường độ hô hấp bằng cách duy trì môi trường khí điều biến (giảm nồng độ O2, tăng nồng độ CO2) bên trong bao gói bằng chất thấm được Khí điều biến “Modified Atmosphere” là một thuật ngữ miêu tả quá trình trao đổi và duy trì thành phần hỗn hợp khí trong bao gói bởi một sự tác động phức tạp tương hỗ lẫn nhau giữa cường độ hô hấp của chính hoa quả và sự thấm khí qua màng bao gói

c Bảo quản quả vải ở nhiệt độ thấp

Bảo quản quả vải lân cận điểm băng: Shen Jiang và các cộng sự (2011) [75] nghiên cứu bảo quản lạnh quả vải gần điểm băng theo qui trình sau:

Bảo quản quả vải trong môi trường điện từ trường yếu: Bản chất của phương pháp bảo quản này là do trong quá trình hô hấp của quả vải sau thu hoạch sẽ giải phóng ra các ion H+, các ion này

sẽ kết hợp với O2 tạo ra nước Do đó nếu đưa quả vải vào trong trường điện từ sẽ có tác dụng hạn chế sự linh động của các ion này dẫn tới hạn chế phản ứng hô hấp Bên cạnh đó việc đưa quả vải vào trong trường điện từ yếu còn có tác dụng hạn chế sự xuất hiện của các vi sinh vật và làm đồng đều sự phân bố của hơi nước trong không gian bảo quản Do đó phương pháp này cho chất lượng bảo quản rất cao Tuy nhiên hiện nay phương pháp này mới đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển do đó giá thành đầu tư rất đắt không thích hợp lắm với việc bảo quản quảvải là loại quả có giá trị gia tăng không lớn trong điều kiện Việt Nam

1.2.2.3 Kết luận

(i) phương pháp hóa học: dùng hóa chất để bảo quản, phương pháp này dễ thực hiện và chi phí thấp Tuy nhiên không đảm bảo về an toàn thực phẩm nên hiện nay được sử dụng hết sức hạn chế và dần sẽ phải loại bỏ; (ii) phương pháp vật lý: sử dụng các tác động vật lý như nhiệt độ, nồng

độ khí, chiếu xạ, bảo quản trong trường điện từ để khống chế hô hấp và xử lý vi sinh vật Các phương pháp này hiện nay đang ngày càng phát triển và chiếm vị trí chủ đạo

Trong tất cả phương pháp bảo quản không có phương pháp nào tách rời các khâu chế biến và bảo quản lạnh Trong điều kiện Việt Nam với thời vụ thu hoạch ngắn và dồn dập việc nghiên cứu bảo quản lạnh quả vải ở quy mô công nghiệp có ý nghĩa rất lớn

1.3 Các nghiên cứu về quá trình làm lạnh quả vải

1.3.1 Quá trình làm lạnh sơ bộ

Brosnan (2001) [42] đã khẳng định làm lạnh sơ bộ là quan trọng nhất trong các khâu xử lý sau thu hoạch Hơn nữa, quả vải là quả hô hấp thường biến [25][39] nên sau khi thu hoạch quả vải không thể chín thêm được nữa Tuy nhiên rất đáng tiếc ở Việt Nam quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải chưa được quan tâm nghiên cứu, chưa đưa thành một khâu riêng trong chuỗi chế biến bảo quản

1.3.1.1 Làm lạnh sơ bộ bằng nước đá

Hiện nay đối với quy mô lớn, phương pháp làm lạnh sơ bộ chủ yếu sử dụng nước đá Do đây

là phương pháp rẻ tiền, cho hiệu suất làm lạnh cao do hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa nước và quả lớn Việc nghiên cứu quá trình làm lạnh sơ bộ sẽ cho phép xác định năng suất lạnh cần thiết hay suất tiêu hao của đá trong quá trình làm lạnh sơ bộ

1.3.1.2 Làm lạnh sơ bộ bằng không khí đối lưu

Bên cạnh việc nghiên cứu quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá, một số tác giả còn nghiên cứu quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu Lý do chính là sau khi làm lạnh sơ bộ bằng nước, quả bị thấm ướt nên cần làm bay hơi hết nước rồi mới đưa vào bảo quản Quá trình này làm tăng thêm độ phức tạp của công nghệ làm lạnh quả vải

Do đặc thù của Việt Nam là toàn bộ các nhà máy chế biến rau quả đều ở xa vùng sản xuất Vì thế, phương pháp làm lạnh sơ bộ bằng gió là khó thực hiện và chi phí rất cao Không những thế phương pháp này còn cho chất lượng quả vải khi đưa vào bảo quản kém hơn nhiều so với sử dụng nước lạnh do thời gian làm lạnh kéo dài từ 4 ÷ 10 h Vì vậy, phương pháp làm lạnh sơ bộ bằng nước

đá có tính khả thi ở Việt Nam và trên thực tế đang được bà con nông dân áp dụng một cách tự phát dựa theo kinh nghiệm, thiếu cơ sở khoa học để vận tải quả vải xuất sang Trung Quốc và chuyển vào thị trường phía Nam

1.3.1.3 Kết luận

(i) Quá trình làm lạnh sơ bộ của quả vải là rất cần thiết, để giảm tổn thất về chất lượng và hao hụt về khối lượng Tuy nhiên ở Việt Nam quá trình này chưa được quan tâm nghiên cứu, do đó làm ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng quả vải sau thu hoạch; (ii) Kết quả nghiên cứu của các tác giả khác nhau cho thấy làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiều ưu điểm hơn làm lạnh bằng không khí Trong quy mô công nghiệp thường áp dụng phương pháp này; (iii) Có một số nghiên cứu của các tác giả nước ngoài về các phương pháp làm lạnh sơ bộ quả vải Tuy nhiên đây mới chỉ là nghiên cứu mang tính thực nghiệm Chủ yếu đánh giá về hiệu quả của quá trình làm lạnh sơ bộ, chứ chưa

đi sâu vào bản chất năng lượng của quá trình Có một vài nghiên cứu đã xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ dưới dạng hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định, tuy nhiên lại không nghiên cứu tính chất nhiệt vật lý của quả vải nên mô hình còn có nhiều hạn chế; (iv)

Do đó đối với quả vải của Việt Nam, rất cần thiết có những nghiên cứu sâu hơn về quá trình làm lạnh sơ bộ của quả vải, nhằm xác định thời gian làm lạnh sơ bộ, năng suất lạnh cần thiết trên đơn vị khối lượng sản phẩm

1.3.2 Quá trình làm lạnh và bảo quản

Nghiên cứu sinh chọn các thông số công nghệ để bảo quản quả vải trong luận án này là nhiệt độ: 2 ÷ 5oC, độ ẩm: 90 ÷ 95%

1.3.3 Mô phỏng quá trình làm lạnh

t(x, )C(t) (t)   =    (t) t(x,τ) +q(x, )

1.4 Các nghiên cứu về tính chất nhiệt vật lý

Để giải hệ phương trình dạng (1.2) cần thiết phải biết được các thông số nhiệt dung riêng, hệ

số dẫn nhiệt, khối lượng riêng (Cp, , ), đây chính là các thông số nhiệt vật lý của quả vải

1.4.1 Xác định tính chất nhiệt vật lý bằng thực nghiệm

1.4.1.1 Đo nhiệt dung riêng đẳng áp

a Phương pháp hỗn hợp: Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản Tuy nhiên nhược điểm, thời gian đo lâu độ chính xác của phương pháp này bị giới hạn, do khi tính toán bỏ qua quá trình hô hấp tỏa nhiệt của vải vào môi trường Do đó không thể xác định NDR của quả vải bằng phương pháp này

b Phương pháp so sánh nhiệt lượng: Nhược điểm của phương pháp này là chỉ xác định được NDR của chất lỏng do đó không thể áp dụng trong khuôn khổ nghiên cứu này cho quả vải

c Phương pháp đoạn nhiệt: Phương pháp do Moline và cộng sự đề xuất (1961): đây là

phương pháp đơn giản và xác định nhanh NDR của thực phẩm Nhược điểm của phương pháp này: Cần phải có mẫu chuẩn, đồng thời mẫu đưa vào đo phải đủ nhỏ Do đó áp dụng cho quả vải là không thể

Phương pháp buồng đoạn nhiệt do Mohsenin (1980) đề xuất: Đối với phương pháp này cần phải có mẫu chuẩn và yêu cầu tương tự như các phương pháp ở trên về độ nhạy của thiết bị đo và tự ghi nhiệt độ cũng như tạo do đó rất khó áp dụng ở Việt Nam Hơn nữa với quả vải có hô hấp chúng

ta cần phải tách riêng nhiệt hô hấp ra, đây là vấn đề rất khó có thể thực hiện được

d Phương pháp xác định NDR bằng (DSC): Phương pháp DSC thường sử dụng mẫu chuẩn là Sapphire và indi, để tránh hiện tượng thoát hơi nước từ thực phẩm, mẫu cần đo được đặt trong không gian kín

DSC là phương pháp rất hiện đại có thể kết hợp với phương pháp quét ảnh nhiệt để xác định đường cong nhiệt độ Tuy nhiên vấn đề chính là mẫu đo phải đủ nhỏ để có thể coi là hệ nhiệt động cân bằng để xây dựng đường cong thay đổi nhiệt độ Nhưng đối với quả vải việc làm như vậy sẽ làm thay đổi kết cấu của quả dẫn tới phép đo không còn chính xác Bên cạnh đó nếu có thể có cách nào đó đưa nguyên cả quả vải vào DSC thì do quá trình hô hấp sẽ làm cho công thức (1.9) không nghiệm đúng Do đó phương pháp DSC không thể dùng để đo NDR của quả vải cũng như các loại quả có hạt khác

Kết luận: Trong các phương pháp thí nghiệm trình bày ở trên để xác định NDR của thực

phẩm, không có phương pháp nào thích hợp để đo quả vải nên việc đo bằng thực nghiệm NDR của quả vải là điều không thể Chưa kể đến điều kiện thiết bị thí nghiệm của Việt Nam chúng ta không

có bom nhiệt lượng kế và DSC thích hợp để xác định NDR của thực phẩm nói chung và quả vải nói riêng Vì thế trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án này chúng ta sẽ xác định NDR theo cách tiếp cận tính toán theo NDR của các thành phần của quả vải, kiểm chứng tính hợp lý của mô hình gián tiếp qua sự phù hợp của trường nhiệt độ đo được của ở tâm quả trong quá trình làm lạnh

từ cây vào để nuôi quả, sau khi thu hái sẽ trở thành các ống rỗng chứa khí sẽ cho một kết quả khác hẳn sai lệch có khi lên tới vài lần, do  khí nhỏ hơn nhiều  của nước và chất khô Ngoài ra quả vải

có hàm lượng ẩm là trên 80% và thời gian thí nghiệm kéo dài hàng chục giờ dẫn tới ảnh hưởng của nhiệt tỏa hô hấp là không thể bỏ qua Do đó phương pháp này không sử dụng để xác định hệ số dẫn nhiệt của quả vải trong khuôn khổ luận án này

b Phương pháp không ổn định: Tuy nhiên điểm yếu của các phương pháp này khi dùng để đo quả vải là: (i) Phải bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt tỏa hô hấp; (ii) Do cấu tạo của quả vải chia thành các lớp có cấu tạo rất khác nhau nên để sử dụng phương pháp này bắt buộc phải đo riêng hệ số dẫn nhiệt của vỏ quả, cùi quả và hạt quả Muốn đo hệ số dẫn nhiệt của vỏ quả chỉ có cách xay nhuyễn

vỏ quả ra và nén chặt lại để đo Tuy nhiên độ chính xác rất thấp do có không khí lẫn vào mẫu đo

Cùi quả vải rất mỏng chỉ dày 10 ÷ 20 mm chứa hàm lượng nước trên 80% nên gần như bất khả thi

để đưa nguồn nhiệt và đầu đo để thí nghiệm với sai số chấp nhận được Giữa vỏ quả vải và cùi còn lớp màng và lớp không khí mỏng không thể xác định được bằng thực nghiệm do đó việc đo riêng rẽ

3 lớp so với điều kiện thực của quả là khác xa

(iii) Phương pháp đo trên vẫn dựa trên giả thiết Cp đã đo được chính xác Đối với quả vải đây lại là vấn đề không thực hiện được

1.4.2 Dự đoán tính chất nhiệt vật lý bằng tính toán

1.4.2.1 Dự đoán nhiệt dung riêng hiệu dụng

Vậy nhiệt dung riêng thành phần của từng lớp có kể đến hàm lượng nước được phát triển trên

cơ sở mô hình của Siebel Nhiệt dung riêng hiệu dụng của quả vải được xây dựng kế thừa dựa trên

mô hình của Choi và Okos (1986) [51]

1.4.2.2 Enthalpy của quả vải

Trong điều kiện nghiên cứu của luận án này rất khó có thể tiến hành thực nghiệm để xác định

hệ số trao đổi nhiệt đối lưu  của quả vải với vỏ ngoài rất xù xì, nên trong luận án sẽ áp dụng phương pháp luận của Mariangela Amendola để gián tiếp xác định  và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng

1.5 Các nghiên cứu xác định độ hao hụt tự nhiên

1.5.1 Độ hao hụt tự nhiên

- Trong tế bào, nước ở dạng dung dịch liên kết Nhờ quá trình hô hấp nước liên kết chuyển thành nước tự do và dịch chuyển từ trong lòng quả ra bề mặt theo định luật Fick; Nước tại bề mặt quả nhận một lượng nhiệt bằng chính nhiệt ẩn hóa hơi của nước để chuyển pha từ nước thành hơi tại nhiệt độ ở bề mặt vào môi trường bảo quản; Khuếch tán hơi từ lớp bề mặt vào môi trường bảo quản theo định luật Dalton

1.5.2 Xác định độ hao hụt bằng định luật Dalton

đã ở dạng hơi Điểm hạn chế khi áp dụng công thức (1.26) như trên chúng ta đã đề cập là rất khó xác định ke là rất khó vì nó phụ thuộc vào hình dáng sản phẩm cũng như tính chất vật lý và diện tích dính ướt, tức là phần diện tích có tham gia vào quá trình làm bay hơi nước

Bryan R Becker và Brian A Fricke (1996)

1.5.3 Xác định độ hao hụt do mất nước theo giả thiết quá trình đẳng áp - đẳng enthalpy

1.6 Xác định cường độ hô hấp và nhiệt tỏa do hô hấp của quả vải

Cho tới thời điểm hiện tại các công trình nghiên cứu xác định cường độ hô hấp của quả vải chủ yếu là ở nước ngoài và cũng không thật rõ ràng với đối tượng là quả vải của họ, có thành phần khác hẳn thành phần quả vải Lục Ngạn Nghiên cứu của tác giả Cao Văn Hùng chưa đủ độ chính xác và thuyết phục để có thể sử dụng cho quả vải của Việt Nam

Như vậy cần có một nghiên cứu đầy đủ hơn, sử dụng phương pháp hiện đại về cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ của quả vải Lục Ngạn trong khoảng 3 ÷ 4 mùa vụ Ngoài ra cũng cần xây dựng một qui trình nghiên cứu cường độ hô hấp phù hợp với quả vải và nghiên cứu cường độ

hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ với dải nhiệt độ rộng hơn có tối thiểu 5 điểm nhiệt độ và thiết bị đảm bảo nhiệt độ có độ dao động ± 0,5°C ÷ ± 1,0°C

1.7 Kết luận chương 1

1.7.1 Tổng kết các nghiên cứu tổng quan

Để phát triển công nghệ lạnh bảo quản quả vải, một nhiệm vụ cấp thiết hiện nay rất cần phải tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống và giải quyết các vấn đề còn tồn tại nêu trên Đó là nội dung và mục tiêu nghiên cứu của luận án này

1.7.2 Đề xuất hướng nghiên cứu

Qua nghiên cứu tổng quan, từ những phân tích đánh giá đã trình bày, để thấy rằng: phát triển công nghệ lạnh bảo quản quả vải, một nhiệm vụ cấp thiết hiện nay rất cần phải tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống và giải quyết các vấn đề còn tồn tại nêu trên Từ đó nghiên cứu sinh đã đề xuất mục tiêu nghiên cứu của mình vào xây dựng cơ sở khoa học cho việc phát triển công nghệ chế biến, bảo quản lạnh quả vải Việt Nam với đề tài cụ thể “Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải’’ như đã giới thiệu trong phần mở đầu

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nội dung và phương pháp nghiên cứu kết quả chính dự kiến được diễn giải tóm tắt trên Hình 2.1

2.2 Những nội dung và phương pháp nghiên cứu chính

2.2.1 Nội dung nghiên cứu

2.2.2 Phương pháp nghiên cứu

Hình 2.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.3 Cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình làm lạnh

Quả vải là loại quả hô hấp thường biến và có cường độ hô hấp nhỏ Do thời gian làm lạnh ngắn nhỏ hơn 24 h và nhiệt tỏa hô hấp nhỏ hơn nhiều so với nhiệt tỏa ra từ quả nên có thể bỏ qua nguồn nhiệt trong và (2.1) được viết lại như sau:

Mô phỏng các quá trình làm lạnh theo hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định đối xứng với điều kiện biên loại

Kết quả dự kiến Đóng góp khoa học

Mô hình tính chất nhiệt vật

lý

Mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ

Mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên

Đề xuất tiêu chí cho kho lạnh bảo quản quả vải

Xác định suất tiêu hao đá

2.5 Nghiên cứu thực nghiệm

2.5.1 Quy trình thu hái và phân loại quả vải

Thu hái: Quả vải được hái ở độ chín 3 là khi màu vỏ quả chuyển từ vàng sáng chuyển hồng Thu hái khi thời tiết khô ráo vào thời điểm sáng sớm trong ngày Thu hái được tiến hành nhẹ nhàng, cẩn thận không được để quả rơi chạm đất và tránh các tổn thương cơ học Hái xong được tập kết về nơi râm mát

Phân loại: Chọn quả vải loại 1, loại bỏ các quả vải có khuyết tật nhẹ ở vỏ Quả vải phải đồng đều, cùng giống, chất lượng, kích thước, màu sắc Loại bỏ quả có tổn thương cơ học: loại bỏ quả dập nát, xây xước Loại bỏ quả hình dáng không bình thường, quả có sâu đầu cuống, quả thối hỏng Chọn các quả có cùng một độ chín 3, chọn quả đồng đều nhau về mầu sắc, kích thước Làm sạch các tạp chất cơ học bám trên bề mặt quả vải, cắt cuống Quy trình thu hái và phân loại này là qui trình chung sử dụng cho tất cả các thí nghiệm được thực hiện Bước này được thực hiện đầu tiên sau

đó mới tới các bước tiếp theo của quy trình thí nghiệm trình bày trong các thí nghiệm dưới đây

2.5.2 Xác định đường kính tương đương

Hình 2.2 Kích thước quả vải

2.5.3 Nghiên cứu thực nghiệm các quá trình làm lạnh

2.5.3.1 Thí nghiệm làm lạnh sơ bộ bằng nước đá

Thí nghiệm xác định thời gian làm lạnh sơ bộ, sự thay đổi trường nhiệt độ của quả khi quả được làm lạnh trong môi trường nước đá từ nhiệt độ ban đầu sau thu hoạch tới nhiệt độ bảo quản Thí nghiệm này được lặp đi lặp lại 03 lần Kết quả thí nghiệm này dùng để kiểm chứng và hiệu

chỉnh mô hình làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước lạnh trước khi vận tải

2.5.3.2 Thí nghiệm về quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu

Mục đích thí nghiệm: xác định thời gian làm lạnh, sự thay đổi trường nhiệt độ của quả khi quả được làm lạnh trong môi trường không khí từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ bảo quản Thí nghiệm này được lặp đi lặp lại 03 lần Kết quả thí nghiệm này dùng để kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình làm lạnh quả trước khi bảo quả bằng không khí

Thiết bị thí nghiệm

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo

Bảng 2.3 Ký hiệu và tên gọi các thiết bị trong sơ đồ nguyên lý cấu tạo

4 Luồng không khí đẳng nhiệt 13 Thiết bị cấp gió tươi

9 Cửa hút

Thử nghiệm thiết bị thí nghiệm

Hình 2.8 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo

quản không tải Hình 2.9 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản t bq khi làm lạnh và bảo quản

2.5.3.3 Thí nghiệm xác định lượng nước bám trên vỏ quả

Thí nghiệm dùng để xác đinh lượng nước bám trên quả vải sau quá trình làm lạnh bằng nước Thí nghiệm nhằm xác định thời gian và nhu cầu về năng suất lạnh cho quá trình làm khô quả Kết quả này được sử dụng trong chương 4 Các kết quả xác định lượng nước bám trên vỏ quả cho từng năm được thể hiện trong phụ lục

2.5.3.4 Thí nghiệm xác định thành phần nước của các lớp quả vải

Sử dụng phương pháp sấy làm bay hơi hết hơi nước trong mẫu Cân trọng lượng mẫu trước và sau khi sấy khô, từ đó tính ra phần trăm nước có trong thực phẩm

Cường độ hô hấp của quả vải theo thời gian được sử dụng để xử lý số liệu xây dựng cường độ

hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ ở chương 4 mục 4.1.1

2.5.4.2 Xác định chỉ tiêu chất lượng quả vải

Chỉ tiêu chất lượng quả vải được Bộ môn chế biến Nông sản thuộc Viện Cơ Điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch tiến hành phân tích, xác định với các chỉ tiêu cụ thể: Lấy mẫu quả tươi theo phương pháp TCVN 5102-90 (ISO 874-1980); Xác định đường tổng số theo phương pháp Lain-ay mol; Xác định axit malic theo phương pháp trung hòa; Xác định vitamin C theo phương pháp Ierkuzt; Sử dụng máy đo REF-103 để xác định hàm lượng chất khô hòa tan

Kết quả xác định chất lượng của quả vải theo thời gian bảo quản được sử dụng để kiểm chứng nội dung nghiên cứu ở chương 4

2.5.4.3 Xác định độ hao hụt tự nhiên

Thí nghiệm xác định độ hao hụt tự nhiên trong kho lạnh bảo quản bằng phương pháp sử dụng cân phân tích xác định khối lượng quả ban đầu và khối lượng quả sau các khoảng thời gian bảo quản khác nhau Sau đó lấy khối lượng xác định được tại thời điểm bảo quản trừ đi khối lượng ban đầu sẽ xác định được độ hao hụt tự nhiên của quả vải Thí nghiệm này được lặp đi lặp lại 03 lần Kết quả thí nghiệm này dùng để kiểm chứng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả vải

trong chương 4

2.6 Phương pháp đánh giá sai số thí nghiệm

Xác định độ tin cậy trung bình của các giá trị đo lường bằng cách sử dụng tất cả độ lệch tạo thành một hợp số dương và sau đó tính trung bình các số này Cuối cùng lấy căn bậc hai của kết quả trung bình đó sẽ thu được một giá trị giống như giá trị x của chính nó Giá trị này gọi là độ lệch chuẩn của dãy giá trị: x1, x2,…, xN và được ký hiệu là x được biểu diễn dưới dạng John R Taylor (1997) [119]:

- Xây dựng thiết bị thí nghiệm có độ dao động nhiệt độ  0,5oC   1,0oC, độ đồng đều nhiệt

độ  0,5oC   1,0oC phù hợp để tiến hành các thí nghiệm làm lạnh bảo quản quả vải, đo cường độ

hô hấp, nghiên cứu độ hao hụt tự nhiên;

- Xác định được thông số vật lý là đường kính tương đương sử dụng trong mô hình mô phỏng các quá trình làm lạnh;

- Đã tiến hành nghiên cứu các quá trình làm lạnh sơ bộ, làm lạnh và bảo quản với số liệu trong 04 năm liên tục;

- Nghiên cứu đo cường độ hô hấp với 5 điểm nhiệt độ có qui trình phù hợp và được tiến hành trong 3 năm liên tiếp

Chương 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH

3.1 Phát triển mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý