Nghiên cứu công nghệ sấy hồng sản phẩm chuối

MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN Nguyên liệu 1.1 Giới thiệu chung chuối 1.1.1 Đặc điểm sinh học 1.1.2 Các giống chuối trồng phổ biến nước ta 1.1.3 Tình hình trọt sản xuất chuối giới nước ta 1.1.4 Các sản phẩm chuối có thị trường 1.2 Thành phần hóa học chuối 1.3 Giá trị dinh dưỡng 1.4 Chuối sấy 1.4.1 TVCN chuối sấy Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn ban hành 1.5 Cơ sở lý thuyết sấy 11 1.5.1 Định nghĩa trình sấy 11 1.5.2 Động học trình sấy 11 1.5.3 Tĩnh học trình sấy 15 1.6 Các phương pháp sấy 20 1.6.1 Sấy tự nhiên 20 1.6.2 Sấy thiết bị nhân tạo 21 1.7 Cơ sở khoa học phương pháp sấy hồng ngoại 28 1.7.1 Bản chất xạ nhiệt 28 1.8 Ưu – nhược điểm phương pháp sấy hồng ngoại 32 1.9 Các yếu tố ảnh hướng đến trình sấy hồng ngoại 33 1.9.1 Thiết bị sấy hồng ngoại 33 1.10 Công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối 39 1.11 Kết luận tổng quan 40 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 2.1 Nguyên liệu 41 2.1.1 Nguyên liệu nghiên cứu 41 2.2 Dụng cụ thiết bị 42 2.2.1 Dụng cụ nghiên cứu 42 2.2.2 Thiết bị nghiên cứu 42 ii 2.3 Phương pháp tiếp cận hệ thống 46 2.3.1 Phân tích đối tượng công nghệ 47 2.4 Phương pháp nghiên cứu 47 2.4.1 Bố trí thí nhiệm 49 2.4.2 Xác định yếu tố mục tiêu đầu 53 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Xác định thành phần chuối nguyên liệu 55 3.2 Xác định yếu tố ảnh hưởng 55 3.2.1 Xác định vận tốc tác nhân sấy ảnh hưởng đến độ ẩm sản phẩm 55 3.2.2 Xác định nhiệt độ môi trường sấy ảnh hưởng đến hàm lượng ẩm 56 3.2.3 Xác định nhiệt độ ảnh hưởng đến tổn thất hàm lượng vitamin C 56 3.3 Xây dựng mơ hình tốn mơ tả cho q trình sấy hồng ngoại chuối 57 3.3 Tiến hành thực nghiệm theo yếu tố ảnh hưởng ma trận phương án trực giao cấp 58 3.3.1 Xây dựng mô hình tốn mơ tả mối quan hệ độ ẩm với yếu tố ảnh hưởng 59 3.3.2 Xây dựng mơ hình tốn mơ tả mối quan hệ chi phí lượng với yếu tố ảnh hưởng 64 3.3.3 Xây dựng mơ hình tốn mơ tả mối quan hệ tổn thất hàm lượng viatmin C với yếu tố ảnh hưởng 69 3.4 Xây dựng giải toán tối ưu mục tiêu 74 3.5 Xây dựng giải toán tối ưu đa mục tiêu 75 3.6 Thực nghiệm kiểm chứng 77 3.7 Định mức nguyên liệu giá thành sản phẩm 78 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 4.1 Kết luận yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới trình sấy 79 4.1.1 Nguyên liệu 79 4.1.2 Mật độ nguyên liệu 79 4.1.3 Thời gian sấy 79 4.1.4 Nhiệt độ sấy 79 4.1.5 Vận tốc tác nhân sấy 80 4.2 Kết luận 80 4.3 Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Chuối sứ Hình 1.2 Chuối sấy Hình 1.3 Nước ép chuối Hình 1.4 Kẹo chuối Hình 1.5 Rượu chuối Hình 1.6 Kem chuối Hình 1.7 Chuối sấy khô Hình 1.8 Chuối sấy dẻo Hình 1.9 Đồ thị biểu diễn chất trình sấy 13 Hình 1.10 Đường cong nhiệt độ vật liệu sấy 14 Hình 1.11 Đường cong sấy đường cong tốc độ sấy 14 Hình 1.12 Mơ tả trình sấy lý thuyết 17 Hình 1.13 Sơ đồ sấy thực tế có bổ sung nhiệt phịng sấy 17 Hình 1.14 Quá trình sấy thực tế có bổ sung nhiệt 18 Hình 1.15 Quá trình sấy có gia nhiệt chừng 19 Hình 1.16 Quá trình sấy có gia nhiệt chừng 19 Hình 1.17 Sơ đồ sấy có khơng khí hồn lưu 20 Hình 1.18 Thiết bị sấy lượng mặt trời 21 Hình 1.19.Thang sóng điện từ 22 Hình 1.20.Giảng đồ trạng thái nước 23 Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy thăng hoa 23 Hình 1.22 Hệ thống sấy chân không 25 Hình 1.23 Sơ đồ nguyên lý sấy bơm nhiệt 25 Hình 1.24 Sơ đồ sấy đối lưu 26 Hình 1.25 Sơ đồ thiết bị sấy tang trống trục kép 28 Hình 1.26 Hấp thụ, phản xạ truyền qua môi trường hữu hạn 30 Hình 1.27 Mối quan hệ suất phát xạ vật đen bước sóng 31 Hình 1.28 : Một số dạng đèn hồng ngoại 35 Hình 1.29 Quạt ly tâm 36 Hình 1.30 Sơ đồ tổng quát hệ thống tự động điều khiển tự động 36 Hình 1.31 Nguyên tắc hoạt động điều khiển 38 iv Hình 2.1.Chuối sứ 41 Hình 2.2 Mối quan hệ độ chín màu sắc vỏ chuối 42 Hình 2.3 Thiết bị sấy hồng ngoại 42 Hình 2.4 Buồng sấy hồng ngoại 43 Hình 2.5 Màn hình cài đặt 44 Hình 2.6 Màn hình điều khiển 45 Hình 2.7 Sơ đồ nghiên cứu 46 Hình 2.8 Các đối tượng công nghệ 47 Hình 3.1: Chuối sấy hồng ngoại 78 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần hóa học 100g thịt chuối Bảng 1.2 Phân loại tia hồng ngoại theo DIN 5031 29 Bảng 2.1 Mối quan hệ độ chín màu sắc vỏ chuối 41 Bảng 3.1 Thành phần củ chuối nguyên liệu 55 Bảng 3.2 Ảnh hưởng vận tốc tác nhân sấy ảnh hưởng đến độ ẩm sản phẩm 55 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường đến độ ẩm 56 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian sấy đến hàm lượng vitamin C bị tổn thất 56 Bảng 3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm 57 Bảng 3.6.Giá trị hàm mục tiêu 58 Bảng 3.7.Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định độ ẩm 59 Bảng 3.8.Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định độ ẩm 60 Bảng 3.9.Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định độ ẩm 61 Bảng 3.10 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định độ ẩm 62 Bảng 3.11 Hệ số bj & bjk phương trình xác định độ ẩm, 63 Bảng 3.12 Xác định phương sai hệ số bj tj phương pháp xác định độ ẩm 63 Bảng 3.13 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định chi phí lượng 64 Bảng 3.14 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định chi phí lượng 65 Bảng 3.15 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định chi phí lượng 66 Bảng 3.16 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định chi phí lượng 67 Bảng 3.17 Hệ số bj & bjk phương trình xác định chi phí lượng 68 Bảng 3.18 Xác định phương sai hệ số bj tj phương pháp xác định chi phí lượng 68 Bảng 3.19 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C 69 Bảng 3.20 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C 70 Bảng 3.21.Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C 71 vi Bảng 3.22.Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C 72 Bảng 3.23 Hệ số bj & bjk phương trình xác định tổn thất hàm lượng vitamin C 73 Bảng 3.24 Xác định phương sai hệ số bj tj phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C 73 Bảng 3.25 : Các giá trị tối ưu toán công nghệ 74 Biểu đồ 3.1 Ảnh hưởng vận tốc sấy sản phẩm 55 Biểu đồ 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ ẩm sản phẩm 56 Biểu đồ 3.3.Ảnh hưởng thời gian sấy đến hàm lượng vitamin C bị tổn thất 57 vii DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu  P φ t W 𝜔1 𝜔2 𝜌 G1 G2 Gk 𝛿 Sk Fn g m c 𝑉n𝑔 𝑙 Φ Q q λ l Ý nghĩa Thứ nguyên Thời gian sấy Áp suất Độ ẩm tương đối Nhiệt độ Lượng ẩm bay trình sấy Độ ẩm vật liệu sấy trước sấy Độ ẩm vật liệu sấy sau sấy Khối lượng riêng Lượng vật liệu ẩm trước vào máy sấy Lượng vật liệu ẩm trước máy sấy Lượng vật liệu khô tuyệt đối Bề dày Diện tích đáy khay sấy Diện tích mặt bên ngồi buồng sấy Khối lượng Nhiệt dung riêng Thể tích nguyên liệu tối đa buồng sấy Độ rỗng nguyên liệu chứa khay Nhiệt lượng Lượng nhiệt bốc kg ẩm Hệ số dẫn nhiệt Lượng khơng khí khơ cần thiết để bay kg ẩm Entalpy Lượng chứa ẩm Lượng không khí khơ tiêu tốn làm bốc ẩm Cơng suất nhiệt Hiệu suất h1, h2 d L N η viii h bar % oC kg % % kg/m3 kg/h kg/h kg/h mm m2 m kg kJ/(kg.K) m3 % kJ kJ W/m.độ kgkkk/kg ẩm kJ/kgkkk kg ẩm/kgkkk kg W - LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM nói chung Khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm nói riêng Trong q trình học tập suốt năm trường, truyền dạy nhiều kiến thức, kiến thức tảng đại cương, kiến thức nghề nghiệp mà kỹ chuyên môn kỹ sống Đây kho tàng kiến thức vô quý báu, giúp chúng tơi tiếp cận nhanh chóng để ứng dụng vào công việc sống tương lai sau Chúng gửi lời cảm ơn trân trọng đền thầy, PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng – Giảng viên Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm, Khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Thầy ln hỗ trợ dạy chúng tơi tận tình từ thời điểm hình thành ý tưởng đến hồn thành khóa luận tốt nghiệp Bên cạnh hỗ trợ chun mơn, thầy cịn hướng dẫn, định hướng cho công việc sau Chúng thật biết ơn điều chúng tơi ghi nhớ tất lời dạy bảo thầy Chúng xin cảm ơn ThS Đỗ Thùy Khánh Linh hướng dẫn, định hướng cho suốt q trình làm đề tài, giúp đỡ chúng tơi hồn thành khóa luận Chúng tơi muốn gửi lời cảm ơn đến q thầy phụ trách xưởng thực tập, phịng thí nghiệm tạo điều kiện tốt để chúng tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Quý thầy cô hỗ trợ, giúp đỡ nhiều dụng cụ, máy móc, thiết bị q trình nghiên cứu Cuối cùng, chúng tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè quan tâm, giúp đỡ, kề vai sát cánh tạo điều kiện tốt để chúng tơi hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Chúng tơi vận dụng tốt kiến thức kỹ học để phục vụ cho mục tiêu nghề nghiệp tương lai Một lần chân thành cảm ơn tất cả, chúc người nhiều sức khỏe thành công Trong q trình thực đề tài, khó tránh khỏi sai sót nên chúng tơi mong nhận góp ý q thầy cơ, ý kiến kinh nghiệm quý báu giúp hồn thiện thêm phần kiến thức mình, chuẩn bị hành trang bước vào mơi trường làm việc Xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 Sinh viên thực ix LỜI CAM ĐOAN Chúng tơi xin cam đoan tồn nội dung trình bày khóa luận tốt nghiệp chúng tơi thực Chúng tơi xin cam đoan nội dung tham khảo khóa luận tốt nghiệp trích dẫn xác đầy đủ theo qui định Ngày 25 tháng 01 năm 2021 Ký tên x TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN CƯỜNG MSSV: 16116006 Ngành: Công nghệ thực phẩm Tên đồ án: Nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối Nhiệm vụ đồ án: - Tổng quan trình sấy hồng ngoại ngun liệu sấy - Phân tích yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến trình sấy hồng ngoại sản phẩm - Xác định mục tiêu sản phẩm sau sấy xây dựng giải tốn tối ưu q trình sấy - Xác lập chế độ cơng nghệ quy trình cơng nghệ q trình sấy hồng ngoại sản phẩm - Đánh giá tiêu chất lượng sản phẩm sau sấy, xác định giá thành sản phẩm kết luận Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/09/2020 Ngày hoàn thành đồ án: 25/01/2021 Họ tên người hướng dẫn: Phó GS.TS NGUYỄN TẤN DŨNG Th.S ĐỖ THÙY KHÁNH LINH Phần hướng dẫn: Tồn khóa luận Nội dung yêu cầu đồ án môn học thông qua Trưởng Bộ môn Công nghệ thực phẩm TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2021 Trưởng Ngành (Ký ghi rõ họ tên) Người hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) xi Phương sai dư: Sdu = ∑N j=1(yj − ŷj )² f1 = 1,209 11 = 0,109 (3.12) Xác định tiêu chuẩn Fisher: F= S2du S2th = 0,109 0,021 = 5,19 (3.13) Tra Bảng F1-p(f1, f2) = F0,95(10,3) = 8,79 > F = 5,19 Như vậy, phương trình hồi quy thực nghiệm (3.11) tương thích với số liệu thực nghiệm, Vì thế, phương trình dùng mơ tả tính tốn chi phí lượng sản phẩm chuối sấy hồng ngoại 3.3.3 Xây dựng mơ hình tốn mơ tả mối quan hệ tổn thất hàm lượng viatmin C với yếu tố ảnh hưởng Từ bảng giá trị hàm mục tiêu, mã hóa biến thực (Z1, Z2, Z3) thành biến ảo (x1, x2, x3) cách sử dụng phẩn mềm EXCEL, kết trình bày bảng ma trận Bảng 3.19 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C N0 2k 2k n0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 x0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x1 -1 -1 -1 -1 1,414 -1,414 0 0 0 0 x2 1 -1 -1 1 -1 -1 0 1,414 -1,414 0 0 0 x3 1 1 -1 -1 -1 -1 0 0 1,414 -1,414 0 0 x1x2 -1 -1 1 -1 -1 0 0 0 0 0 69 x1x3 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 x2x3 1 -1 -1 -1 -1 1 0 0 0 0 0 x1² - 2/3 0,334 0,334 0,334 0,334 0,334 0,334 0,334 0,334 1,333 1,333 -0,667 -0,667 -0,667 -0,667 -0,667 -0,667 -0,667 -0,667 x2² - 2/3 0,334 0,334 0,334 0,334 0,334 0,334 0,334 0,334 -0,667 -0,667 1,333 1,333 -0,667 -0,667 -0,667 -0,667 -0,667 -0,667 Bảng 3.20 Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C N0 x2² - 2/3 y (x0)² (x1)² (x2)² (x3)² (x1x2)² (x1x3)² (x2x3)² 0,334 91,02 1 1 1 0,334 90,67 1 1 1 0,334 90,32 1 1 1 0,334 89,4 1 1 1 0,334 89,49 1 1 1 0,334 89,68 1 1 1 0,334 88,55 1 1 1 0,334 88,64 1 1 1 -0,667 90,16 0 0 10 -0,667 89,38 0 0 11 1,333 90,07 0 0 12 1,333 88,83 0 0 13 -0,667 90,66 0 0 14 -0,667 89,05 0 0 15 -0,667 89,47 0 0 0 16 -0,667 89,39 0 0 0 17 -0,667 89,22 0 0 0 18 -0,667 89,16 0 0 0 18 12 12 12 8 Σ 70 Bảng 3.21.Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C N0 (x1² - 2/3)² (x2² - 2/3)² (x3² - 2/3)² x0y x1y x2y x3y (x1x2)y 0,11 0,11 0,11 91,02 91,02 91,02 91,02 91,02 0,11 0,11 0,11 90,67 -90,67 90,67 90,67 -90,67 0,11 0,11 0,11 90,32 90,32 -90,32 90,32 -90,32 0,11 0,11 0,11 89,4 -89,4 -89,4 89,4 89,4 0,11 0,11 0,11 89,49 89,49 89,49 -89,49 89,49 0,11 0,11 0,11 89,68 -89,68 89,68 -89,68 -89,68 0,11 0,11 0,11 88,55 88,55 -88,55 -88,55 -88,55 0,11 0,11 0,11 88,64 -88,64 -88,64 -88,64 88,64 1,78 0,44 0,44 90,16 127,49 0 10 1,78 0,44 0,44 89,38 -126,39 0 11 0,44 1,78 0,44 90,07 127,36 0 12 0,44 1,78 0,44 88,83 -125,61 0 13 0,44 0,44 1,78 90,66 0 128,2 14 0,44 0,44 1,78 89,05 0 -125,92 15 0,44 0,44 0,44 89,47 0 0 16 0,44 0,44 0,44 89,39 0 0 17 0,44 0,44 0,44 89,22 0 0 18 0,44 0,44 0,44 89,16 0 0 Σ 7,96 7,96 7,96 1613,16 2,09 5,7 7,33 -0,67 71 Bảng 3.22.Xử lý số liệu thực nghiệm Excel phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C N0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Σ (x1x3)y (x2x3)y (x1² - 2/3)y (x2² - 2/3)y (x3² - 2/3)y ŷ (ŷ - y)² 91,02 91,02 30,34 30,34 30,34 91,136 0,014 -90,67 90,67 30,23 30,23 30,23 91,191 0,272 90,32 -90,32 30,11 30,11 30,11 90,257 0,004 -89,4 -89,4 29,8 29,8 29,8 90,257 0,735 -89,49 -89,49 29,83 29,83 29,83 89,619 0,017 89,68 -89,68 29,9 29,9 29,9 89,619 0,004 -88,55 88,55 29,52 29,52 29,52 88,685 0,019 88,64 88,64 29,55 29,55 29,55 88,685 0,003 0 120,16 -60,11 -60,11 89,373 0,62 0 119,12 -59,59 -59,59 89,373 0,001 0 -60,05 120,04 -60,05 90,034 0,002 0 -59,22 118,39 -59,22 88,713 0,014 0 -60,44 -60,44 120,83 91,614 0,911 0 -59,37 -59,37 118,68 89,391 0,117 0 -59,65 -59,65 -59,65 89,373 0,01 0 -59,6 -59,6 -59,6 89,373 0,001 0 -59,48 -59,48 -59,48 89,373 0,024 0 -59,44 -59,44 -59,44 89,373 0,046 1,55 -0,01 1,31 0,03 1,65 72 2,814 Các hệ số b0, b1, b2, b3, b12, b13, b23, b11, b22, b33 xác định theo công thức (2.9), tổng kết bảng sau: Bảng 3.23 Hệ số bj & bjk phương trình xác định tổn thất hàm lượng vitamin C b0 b1 b2 b3 b12 89,62 0,175 0,467 0,611 b13 b23 b11 -0,084 0,194 -0,002 0,164 b22 b33 0,004 0,207 Do tiến hành thí nghiệm mức tâm (n0 = 4) bảng a, b, c d, phương sai tái xác định sau: n ȳij = y ∑j=1 іj n0 9,16+9,23+9,38+9,43 = n Sth = (y −ȳ )² ∑j=1 j ij = n0 −1 0,063 = 9,3 (3.14) = 0,021 (3.15) Phương sai hệ số b xác định theo công thức (2.10), kết trình bày bảng đây: Bảng 3.24 Xác định phương sai hệ số bj tj phương pháp xác định tổn thất hàm lượng vitamin C Sb0 Sb1 Sb2 Sb3 Sb12 Sb13 Sb23 Sb11 Sb22 Sb33 0,035 0,042 0,042 0,042 0,052 0,052 0,052 0,052 0,052 0,052 t0 t1 t2 t3 t12 t13 t23 t11 t22 t33 2560,572 4,167 11,12 14,548 1,616 3,731 0,039 3,154 0,077 3,981 Trong đó: tj = |bj | Sbj với f2 = n0 – = – = p = 0,05 tra Bảng Student tìm tp(f2) = f0,05(3) = 3,183 Như vậy, tj > tp(f2) = 3,182 nên tất hệ số b0, b1, b2, b3, b13, b33 tìm Bảng 3.24 có nghĩa, Cịn b12, b23, b11, b22 khơng có nghĩa tj < tp(f2) = 3,182 Phương trình hồi quy mơ tả độ tổn thất hàm lượng vitamin C sản phẩm chuối sấy hồng ngoại có dạng: y = ŷ = 89,62 + 0,175x1 + 0,467x2 + 0,611x3 – 0,194x1x3 + 0.207 (x32 – 3) (3.16) Để kiểm định tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm ta tính phương sai dư thể Bảng 3.24 Với f1 = N – l = 18 – = 12 73 Phương sai dư: Sdu = ∑N j=1(yj − ŷj )² f1 = 2,142 12 = 0,178 (3.17) Xác định tiêu chuẩn Fisher: F= S2du S2th 0,178 = 0,021 = 8,47 (3.18) Tra Bảng F1-p(f1, f2) = F0,95(10,3) = 8,79 > F = 8,47 Như vậy, phương trình hồi quy thực nghiệm (3.16) tương thích với số liệu thực nghiệm, Vì thế, phương trình dùng mơ tả tính tốn hàm tổn thất hàm lượng vitamin C sản phẩm chuối sấy hồng ngoại 3.4 Xây dựng giải toán tối ưu mục tiêu Đối với công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm có ba hàm mục tiêu cần quan tâm đến y1 (độ ẩm), y2 (chi phí lượng), y3 (hàm lượng vitamin C bị tổn thất) Ba hàm mục tiêu chịu tác động ba yếu tố công nghệ x1 (nhiệt độ sấy), x2 (vận tốc tác nhân sấy) x3 (thời gian sấy) Bài toán tối ưu mục tiêu hình thành xét riêng mục tiêu, toán tối ưu phát biểu sau: Hãy xác định xjopt = (x1opt , x2opt , x3opt) ∈ Ωx = {−1.414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1.41} Để {yjmin = fj(xj opt) = m(x1, x2, x3 )với j = ÷ 3} Mục 3.1 xây dựng phương trình tối ưu tương ứng với hàm mục tiêu cụ thể sau: y1 = 20,643 + 0.829x1 + 0,588 (x12 – 3) y2 = 6,038 – 0,149x1 - 0,416x2 – 0,531x3 – 0,163x1x3 – 0,166 (x12 – 3) 0,198 (x32 – 3) y3 = 89,62 + 0,175x1 + 0,467x2 + 0,611x3 – 0,194x1x3 + 0.207 (x32 – 3) Áp dụng phần mềm xử lý số liệu SOLVER phần mềm EXCEL 2013 theo phương pháp trình bày mục 2.4, thu kết trình bày bảng sau: Bảng 3.25 : Các giá trị tối ưu tốn cơng nghệ x1 x2 x3 ymix ymax 0,705 0,573 0,999 19,96 / -1,414 -1.414 -1,414 3,29 / 1,414 1,414 -1,414 87,5 74  Đối với hàm ẩm y1 = 20,643 + 0.829x1 + 0,588 (x12 – 3) Sau giải phần mềm Solver ta tìm y1min = 19,96; x1opt = 0,705; x2opt = 0,573; x3opt = 0,999 điều kiện -1,414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1,414  Đối với hàm chi phí lượng y2 = 6,038 – 0,149x1 - 0,416x2 – 0,531x3 – 0,163x1x3 – 0,166 (x12 – 3) 0,198 (x32 – 3) Sau giải phần mềm Solver ta tìm y1min = 3,29; x1opt = -1,414; x2opt = 1,414; x3opt = 1,414 điều kiện -1,414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1,414  Đối với hàm vitamin C bị tổn thất y3 = 89,62 + 0,175x1 + 0,467x2 + 0,611x3 – 0,194x1x3 + 0.207 (x32 – ) Sau giải phần mềm Solver ta tìm y1max = 10,01; x1opt = 1,414; x2opt = -1,414; x3opt = -1,414 điều kiện -1,414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1,414 3.5 Xây dựng giải toán tối ưu đa mục tiêu Theo kết Bảng 3.25, tốn tối ưu hóa mục tiêu khơng có nghiệm chung, khơng tồn nghiệm khơng tưởng Do chế độ cơng nghệ xác định toán tối ưu đa mục tiêu opt opt opt opt Hãy xác định xj = (x1 , x2 , x3 ) ∈ Ωx = {−1.414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1.41} opt Để {yjmin = fj(xj ) = m(x1, x2, x3) với j = ÷ 3} Nghĩa là: y1min = f1(xopt) = minf1(x1, x2, x3) y2min = f2(xopt) = minf2(x1, x2, x3) y3min = f3(xopt) = minf3(x1, x2, x3) Ta có hàm mục tiêu sau:  y1 = 20,643 + 0.829x1 + 0,588 (x12 – 3)  y2 = 6,038 – 0,149x1 - 0,416x2 – 0,531x3 – 0,163x1x3 – 0,166 (x12 – 3) - 0,198 2 (x32 – 3)  y3 = 89,62 + 0,175x1 + 0,467x2 + 0,611x3 – 0,194x1x3 + 0.207 (x32 – 3) 75 Về mặt lý thuyết cần tìm giá trị x1, x2, x3 để thỏa mãn tất hàm mục tiêu đạt giá trị y1min, y2min, y3min Tuy nhiên thực tế, điểm cần tìm để thỏa mãn điều kiện không tồn gọi điểm không tưởng Do tìm điểm tối ưu thỏa mãn hàm mục tiêu cho khoảng cách từ điểm tối ưu fUT đến điểm không tưởng ngắn Từ hàm mục tiêu thành phần, đưa hàm mục tiêu tổ hợp Một chuẩn tối ưu tổ hợp S định nghĩa theo biểu thức sau m S(X) = √∑m j=1 Sj (x) = √∑j=1(yj (x) − yjmin ) (3.19) Trong đó: yj(x) phương trình hồi quy thực nghiệm với mục tiêu khác yjmin giá trị nhỏ phương trình hồi quy S(X) khoảng cách từ điểm y(x) hay f(Z) đến điểm không tưởng yUT hay fUT Thay phương trình hổi quy thực nghiệm giá trị nhỏ phương trình vào (3.19) ta hàm S(X) S(X) = [( 20,643 + 0,829x1 + 0,588 (x12 – 3) – 19,56 ) + (1/( 6,038 – 0,149x1 - 0,416x2 – 2 0,531x3 – 0,163x1x3 – 0,166 (x12 – 3) - 0,198 (x32 – 3)) – 4,82) + ( 89,62 + 0,175x1 + 0,467x2 + 0,611x3 – 0,194x1x3 + 0,207 (x32 – 3) -10,1 ]1/2 (3.20) Về mặt lý thuyết cần tìm giá trị (x1, x2, x3) để thỏa mãn tất hàm mục tiêu, hàm mục tiêu đạt giá trị thực tế điểm cầm tìm fUT = (ȳ1min,ȳ2min, ȳ3min) không tồn gọi điểm không tưởng Do tìm điểm tối ưu thỏa mãn hàm mục tiêu cho khoảng cách từ điểm tốiưu fUT đến điểm không tưởng ngắn Áp dụng phần mềm xử lý số liệu SOLVER phần mền EXCEL 2016 ta tính giá trị nhỏ S(X) với điều kiện (-1.414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1.41) là: opt opt opt Smin= 0,399 với x1 = -0,87, x2 = -1,414, x3 opt opt opt Từ giá trị x1 , x2 , x3 = -1,414 ta tìm giá trị tối ưu ban đầu Z trước mã hóa tương thích là: Z1 = 69,35⁰C; Z2 = 3,586m/s; Z3 = 10,586 opt opt opt Thay giá trị x1 , x2 , x3 vào phương trình hồi quy thực nghiệm tương 76 ứng với hàm mục tiêu ta có giá trị mục tiêu tương ứng phương trình sau y1 = 19,96%; y2 = 3,29kWh.kg ; y3 = 87,5mg/kg Sau trình tiến hành thí nghiệm tính tốn tối ưu hàm đa mục tiêu thu kết sau: Với chế độ công nghệ tối ưu: Nhiệt độ sấy 69,35⁰C, vận tốc tác nhân sấy 3,586 [m/s] thời gian sấy 10,586 [h] thì: Độ ẩm, hàm lượng Vitamin C tổn thất chi phí lượngcủa sản phẩm chuối sấy hồng ngoại sau sấy thu kết tối ưu 19,96%, 3,586 kWh.kg 87,5mg/kg Chính thế, kết tính tốn từ số liệu thực nghiệm nghiên cứu phù hợp để xây dựng quy trình cơng nghệ sấy hồng ngoại chuối Các thơng số cơng nghệ thích hợp trình là: Nhiệt độ sấy 69,35[⁰C], Vận tốc tác nhân sấy 3,586 [m/s] thời gian sấy 10,586[h] 3.6 Thực nghiệm kiểm chứng Sau tìm nghiệm tối ưu từ thực nghiệm cho ba hàm mục tiêu độ ẩm, hàm lượng vitamin C bị tổn thất so với nguyên liệu tươi ban đầu, nhóm chúng tơi tiến hành thí nghiệm điều kiện công nghệ tương ứng để kiểm chứng Theo kết tối ưu, thí nghiệm kiểm chứng với thông số kỹ thuật sau: Nhiệt độ sấy: 69,35 ⁰C Vận tốc tác nhân sấy: 3,586 m/s Thời gian sấy: 10,586 h Tiến hành sấy máy sấy hồng ngoại xưởng CNTP trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Sau có mẫu kiểm chứng, tiến hành xác định độ ẩm, hàm lượng Vitamin C tổn thất , chi phi lượng có sản phẩm để so sánh với kết thí nghiệm, kết thu thể bảng: Lần Lần Lần Trung bình Độ ẩm, % 19,60 19,53 19,54 19,56±0,03 Chi phí lượng, kWh.kg 3,87 3,77 3,80 3,82±0,05 Nhận xét: Từ kết thực nghiệm điều kiện tối ưu chúng tơi thu sản phẩm có độ ẩm tối ưu 19,60% , chi phí lượng 3,86kWh.kg Kết cho thấy khơng thể tìm điều kiện cơng nghệ mà cho sản phẩm có độ ẩm xác 19,96% chi phí lượng 3,29kWh.kg 77 Tuy nhiên, giá trị tìm gần thỏa mãn giá trị Do kết luận độ tin cậy phương pháp tối ưu cao điều kiện sấy tốt để sấy hồng ngoại chuối dẻo là: Nhiệt độ sấy 69,35⁰C, vận tốc tác nhân sấy 3,586 m/s thời gian sấy 10,586 Hầu hết tiêu dinh dưỡng phân tích bột thành phẩn cao so với nguyên liệu hàm lượng nước giảm đáng kể từ 82,65% Tuy nhiên, hàm lượng vitamin C bị tổn thất gần 70% so với nguyên liệu chuối tươi ban đầu Hình 3.1: Chuối sấy hồng ngoại 3.7 Định mức nguyên liệu giá thành sản phẩm Đối với nguyên liệu, qua trình khảo sát thực nghiệm nhận thấy - Trung bình chuối lấy hết bỏ đầu chuối vỏ chuối - Hiệu suất thu hồi sản phẩm chuối 20% Do để thu hồi 1kg sản phẩm chuối sấy hồng ngoại cần 5kg chuối tươi Một kg chuối nguyên liệu giá 15.000 VND, tiền nguyên liệu chuối để thu 1kg chuối sấy thành phẩm 15 000 x = 75 000 VND - Tiền chi phí điện trình sản xuất là: 1.71 x 3,29 x 1659 = 300 VND - Tiền nhân công khấu hao máy móc thiết bị là: 200 000 VND - Suy ra, giá thành gốc cho 1kg chuối sấy hồng ngoại là: 75 000 + 300 + 200 000 = 284 300 VND Như vây, với giá 284 300 VND cho kg chuối sấy hồng ngoại tương đối rẻ thị trường Việt Nam So với giá thị trường khoảng 40 000 VND cho 100gr chuối sấy, công nghệ sấy hồng ngoại đáp ứng tương đối nhu cầu giá thành chất lượng cho người tiêu dùng 78 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới q trình sấy Để có sản phầm sấy đảm bảo chất lượng hoàn hảo cần nghiên cứu loại sản phẩm cụ thể để sử dụng công nghệ sấy thông số cài đặt phù hợp Trong q trình sấy, có nhiều yếu tố ảnh hưởng quy trình sấy chất lượng sản phẩm sau sấy như: Thiết bị, độ ẩm nguyên liệu, nhiệt độ môi trường, nhiệt độ sấy, thời gian sấy, trình xử lý nguyên liệu trước sấy… 4.1.1 Nguyên liệu Đây yếu tố cốt lõi quan trọng để định thơng số cơng nghệ q trình sấy Vì nguyên liệu khác mang tính chất, đặc điểm khác Để chất lượng sản phẩm đạt tiêu chuẩn cần nghiên cứu loại nguyên liệu cụ thể để sử dụng công nghệ sấy thông số sấy phù hợp Nguyên liệu chia làm nhiều loại khác rau củ, trái cây, loại lương thực dạng hạt,… Dựa vào mà tìm chế độ sấy, phương pháp sấy, thời gian nhiệt độ phù hợp với loại sản phẩm thực phẩm Ngoài ra, trình xử lý nguyên liệu trước sấy ảnh hưởng trực tiếp tới sản phẩm sau sấy Nhiều loại thực phẩm cần sấy mà giữ màu sắc đẹp, đảm bảo tiêu cảm quan, có nhiều thực phẩm cần có trình xử lý trước sấy 4.1.2 Mật độ nguyên liệu Trong q trình sấy, cơng đoạn xếp vật liệu sấy đóng vai trị quan trọng Chất lượng sản phẩm sấy bị ảnh hưởng bề mặt 70 ngun liệu khơ phía chưa đạt 4.1.3 Thời gian sấy Thời gian sấy yếu tố cần ý trình sấy Thời gian sấy lâu sản phẩm khơ, thời gian sấy ngắn sản phẩm khơng đạt u cầu độ ẩm, màu sắc, hình dạng,… Do vậy, cần phải cài đặt thời gian sấy cho phù hợp với loại sản phẩm để tránh trường hợp sản phẩm bị sấy khô chưa đủ thời gian 4.1.4 Nhiệt độ sấy Trong trình sấy, tăng nhiệt độ, trình chuyển pha diễn nhanh nên thoát ẩm nhanh Nhiệt độ sấy cao, Nhiệt độ cao tăng tốc độ truyền nhiệt, khuếch tán ẩm bốc bề mặt nguyên liệu, tốc độ làm khô sản phẩm nhanh, trình sấy đạt hiệu cao Tuy nhiên, nhiệt độ cao làm cháy bề mặt 79 sản phẩm, ngồi cịn làm thay đổi màu sắc, cấu trúc hàm lượng chất dinh dưỡng sản phẩm Theo nghiên cứu Chong cộng (2008) thời gian sấy tỷ lệ nghịch với nhiệt độ sấy, sấy nhiệt độ cao thời gian thoát ẩm nhanh Ở nhiệt độ thấp, thời gian sấy kéo dài, hiệu sấy giảm tốc độ bốc ẩm chậm Tuy nhiên, có loại thực phẩm tiêu biểu như: dược liệu,… cần phải sấy khô nhiệt độ thấp, không hoạt tính sinh học 4.1.5 Vận tốc tác nhân sấy Tốc độ gió nhỏ kéo dài thời gian làm khơ, đồng thời mặt ngồi sản phẩm giữ trạng thái ẩm, làm cho sản phẩm dễ bị biến chất Cho nên yêu cầu tốc độ gió vừa phải đủ lớn loại nguyên liệu, đặc biệt giai đoạn đầu, lúc ẩm nguyên liệu cao, thời gian gia nhiệt dễ khiến vi sinh vật phát triển, gây hư hỏng sản phẩm Tuy nhiên, tốc độ gió lớn khó giữ trạng thái ổn định nhiệt độ, nữa, dùng vận tốc cao không rút ngắn đáng kể thời gian sấy Sau thực xong đề tài “Nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối” vấn đề giải Chúng nghiên cứu thành công chế độ sấy tối ưu cho sản phẩm “chuối sấy dẻo hồng ngoại” đồng thời tìm hiểu yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình sấy Giải tốn tối ưu hóa q trình công nghệ sấy hồng ngoại chuối giúp xác định khoảng nhiệt độ môi trường sấy, vận tốc tác nhân sấy thời gian sấy tối ưu để sản phẩm đạt chất lượng cao giá trị cảm quan, độ ẩm đạt yêu cầu, đồng thời chi phí lượng Nhiệt độ mơi trường sấy tối ưu 69,35[⁰C], vận tốc tác nhân sấy tối ưu 3,586 [m/s] thời gian sấy tối ưu 10,586 [giờ] 4.2 Kết luận Chuối sau sấy hồng ngoại giữ hương vị chất dinh dưỡng tối ưu Thời gian bảo quản lâu, điều kiện bảo quản bao bì tráng bạc kín, chống ẩm chống ánh sáng tốt Sự biến đổi nhiều màu sản phẩm, màu bị sậm, tối, không vàng ban đầu trình oxy hóa diễn Khi sản phẩm đặt bao bì kín, bao bì có lớp tráng bạc tránh ánh sáng trực tiếp trình biến đổi màu sản phẩm diễn chậm Do hạn chế thời gian kinh phí nên đề tài tiến hành nghiên cứu tối đa hóa hàm mục tiêu độ ẩm, chi phí lượng hàm lượng vitamin C bị tổn thất, đồng thời chưa tiến hành phân tích tiêu vi sinh chưa khảo sát xác thời gian bảo quản sản phẩm chuối sấy hồng ngoại 80 4.3 Kiến nghị Để phát triển đề tài, có số kiến nghị sau hồn thành q trình nghiên cứu: - Tiếp tục hồn thiện sản phẩm chuối sấy hồng ngoại ngon hơn, phù hợp với nhiều người tiêu dùng - Tiếp tục nghiên cứu điều kiện thiết bị kỹ thuật công đoạn công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối quy mơ phịng thí nghiệm - Khảo sát tồn thành phần hóa học chuối sau sấy - Khảo sát giá trị cảm quan, mức độ yêu thích người tiêu dùng sản phẩm chuối sấy hồng ngoại 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Thế Lộc cộng s Giáo trình lương thực, tập 1, NXB Nông nghiệp 1997 [2] B A Anhwange Chemical Composition of Musa sapientum (Banana) peels, Journal of Food Technology 2008 [3] K P Sampath Kumar, Debjit Bhowmik, S Duraivel, M Umadevi (2012) Tranditional and Medicinal Uses of Banana, tập 1, vấn đề 3, Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry [4] Trần Văn Phú Kỹ thuật sấy NXB Giáo dục 2008 [5] Nguyễn Tấn Dũng, Trần Đức Ba (đồng chủ biên) Q trình thiết bị CNHH&TP, Cơng nghệ lạnh tập 1, NXB ĐHQG TPHCM 2007 [6] Nguyễn Tấn Dũng Quá trình thiết bị CNHH&TP tập 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt, phần 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt thực phẩm, NXB Đại học Quốc gia TPHCM.2015 [7] Nguyễn Tấn Dũng cộng Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống sấy thăng hoa suất nhỏ có giai đoạn cấp đông buồng sấy thăng hoa, Tạp chí Khoa học giáo dục kỹ thuật, số 10 2008 [8] Nguyễn Tấn Dũng Quá trình thiết bị CNHH&TP, Kỹ thuật Công nghệ sấy thăng hoa, NXB Đại học Quốc gia TPHCM.2016 [9] Nguyễn Tấn Dũng cộng Mơ hình hóa tối ưu hóa CNHH&TP, NXB Đại học Quốc gia TPHCM 2017 [10] Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng Tự động hóa trình nhiệt - lạnh CNHH&TP NXB ĐHQG TP.HCM 2009 [11] Frank P.Bleier , Fan handbook selection application and design, Frank P.Bleier,P.E, 1997 [12] Khoa Công nghệ tự động,, Lý thuyết tự động điều khiển, Trường Đại học Điện Lực, Hà Nội 2009 [13] Nguyễn Xuân Hàn Dương Thị Vân Đoan Cây Chuối NXB Nông nghiệp 1978 [14] Nguyễn Văn Luật Chuối đu đủ, Nhà xuất Nông Nghiệp 2008 [15] Nguyễn Tấn Dũng Kĩ thuật công nghệ sấy thăng hoa Tái lần [16] Brockmann, M.C Intermediate Moisture Foods In W.B van Arsdel, M.J Copley, A.I Morgan (Eds.) Food Dehydration The AVI Publishing Co., Westport 193 pages.1973 [17] William Herschel The Scientific paper of Sir William Herschel, tập 1, Cambridge University Press, United Kingdom 2013 ... thời gian sấy, giảm tối thiểu chi phí lượng Vì vậy, với u cầu trên, thực đề tài ? ?Nghiên cứu công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối? ?? Phạm vi đối tượng nghiên cứu Sản phẩm chuối sấy hồng ngoại,... dẻo Hình 1.8 Chuối sấy dẻo Chuối sấy cịn sấy theo nhiều cơng nghệ sấy khác nhau, công nghệ sấy cho thông số công nghệ khác nhau, thời gian sấy khác đặc trưng sản phẩm khác + Chuối sấy tự nhiên... Đề tài nghiên cứu làm sở lý thuyết khoa học nghiên cứu xây dựng chế độ công nghệ sấy hồng ngoại sản phẩm chuối sấy dẻo Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài giúp xây dựng quy trình cơng nghệ