Hcmute nghiên cứu ứng dụng sấy hồng ngoại trong quá trình bảo quản sản phẩm mít xuất khẩu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SẤY HỒNG NGOẠI TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN SẢN PHẨM MÍT XUẤT KHẨU S K C 0 9 MÃ SỐ: T2015 – 62TĐ S KC 0 7 Tp Hồ Chí Minh, 2015 Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ: KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SẤY HỒNG NGOẠI TRONG QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN SẢN PHẨM MÍT XUẤT KHẨU Mã số: T2015 – 62TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS NGUYỄN TẤN DŨNG TP HCM, Tháng 12 năm 2015 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA ĐỀ TÀI Đơn vị công tác lỉnh vực chuyên môn STT Họ tên Nội dung nghiên cứu giao Nguyễn Tấn Dũng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Chủ nhiệm đề tài khoa CNHH&TP, ĐHSPKT Tp.HCM Hồ Thị Thu Trang Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Tham gia khoa CNHH&TP, ĐHSPKT Tp.HCM ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị Nội dung phối hợp nghiên cứu Trung tâm kỹ thuật mơi Xây dựng mơ hình tốn mơ trường, ĐHSPKT Tp.HCM tả cho đối tượng cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại Viện nghiên cứu Thủy sản II TPHCM Thực nghiệm xác định tiêu sản phẩm mít sấy xạ hồng ngoại Họ tên người đại diện đơn vị Nguyễn Tiến Bách (Cán kỹ thuật) Phạm Duy Hải (Cán kỹ thuật) TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ MỤC LỤC Trang Danh sách người tham gia đề tài Mục lục Danh sách bảng biểu Danh sách hình ảnh Chữ viết tắt ký hiệu Thông tin kết nghiên cứu Imformation on research results Tóm tắt kết nghiên cứu đề tài khoa học công nghệ cấp trường 10 MỞ ĐẦU 11 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ngồi 11 nước Tính cấp thiết đề tài 12 Mục tiêu đề tài 12 Cách tiếp cận 13 Phương pháp nghiên cứu 13 Đối tượng nghiên cứu đề tài 13 Phạm vi nghiên cứu đề tài 13 Nội dung đề tài 13 Ý nghĩa khoa học 14 10 Ý nghĩa thực tiễn 14 11 Bố cục đề tài 14 Chương 1: TỔNG QUAN 15 1.1 Nguyên liệu mít 15 1.2 Bức xạ hồng ngoại số ứng dụng chúng 26 1.3 Công nghệ sấy xạ hồng ngoại 30 1.4 Các biến đổi sản phẩm trình sấy 34 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy hồng ngoại 36 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ 1.6 Quy trình cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại cần nghiên cứu Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, DUNG CỤ - THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 37 39 2.2 Thiết bị nghiên cứu 39 40 2.3 Phương pháp tiếp cận đối tượng nghiên cứu 42 2.4 Phương pháp nghiên cứu 45 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1 Xác định thành phần hóa học cơm mít (sản phẩm mít) trước sấy khơ xạ hồng ngoại 3.2 Xây dựng mô hình tốn mơ tả cho q trình sấy mít xạ hồng ngoại 3.3 Xây dựng giải tốn tối ưu mục tiêu q trình sấy mít xạ hồng ngoại 3.4 Xây dựng giải toán tối ưu đa mục tiêu q trình sấy mít xạ hồng ngoại để xác định chế độ công nghệ 3.5 Mô hàm mục tiêu cần nghiên cứu đồ thị 3D 2D 3.6 Thực nghiệm kiểm chứng lại thơng số cơng nghệ tối ưu q trình sấy mít xạ hồng ngoại 3.7 Xác định thông số công nghệ tối ưu ảnh hưởng đến trình bảo quản sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng xuất 3.8 Qui Trình cơng nghệ sấy sản phẩm mít xạ hồng ngoại 49 50 52 54 57 58 60 61 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 63 Kiến nghị 63 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Thành phần hóa học 100g thịt mít tươi 18 Bảng 1.2 Thành phần vitamin cơm mít tươi 18 Bảng 1.3 Thành phần chất khống có thịt mít tươi 18 Bảng 1.4 Thơng số hóa lý mít 19 Bảng 1.5 Giá trị dinh dưỡng mít (100g thịt mít tươi) 20 Bảng 1.6 Thành phần dinh dưỡng hạt mít 21 Bảng 1.7 So sánh thành phần dinh dưỡng mít với chuối xoài 21 Bảng 1.8 Phân loại loại xạ 26 Bảng 3.1 Thành phần hóa học sản phẩm mít (Phụ lục 1) 49 Bảng 3.2 Các mức yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình sấy 50 xạ hồng ngoại Bảng 3.3 51 Số liệu thực nghiệm y1 (kWh/kg), y2 (%) y3 (%) theo ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2; k = 3, n0 = Bảng 3.4 Nghiệm tối ưu toán tối ưu mục tiêu (3.4) 53 Bảng 3.5 Nghiệm toán tối ưu đa mục tiêu (3.5) 55 Bảng 3.6 Các thông số cơng nghệ q trình sấy xạ hồng ngoại 60 sản phẩm mít dùng bảo quản TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 a) Quả mít; b) Cơm mít (múi mít) 16 Hình 1.2 a) Sản phẩm nước giải khát mít; b) Sản phẩm mứt mít 24 Hình 1.3 a) Sản phẩm kẹo mít; b) Sản phẩm mít sấy 24 Hình 1.4 a) Sản phẩm chip mít; b) Sản phẩm mít đóng hộp 24 Hình 1.5 Thang bước sóng 27 Hình 1.6 Thiết bị sấy xạ hồng ngoại dạng tĩnh 32 Hình 1.7 Thiết bị sấy xạ hồng ngoại dạng băng tải 33 Hình 1.8 Cách bố trí đèn hồng ngoại hệ thống sấy 33 Hình 1.9 Quy trình cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại 38 Hình 2.1 Quy trình xử lý nguyên liệu 39 Hình 2.2 Hệ thống sấy hồng ngoại DSN-P-P-C-01 40 Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại 42 Hình 2.4 Ảnh hưởng yếu tố tác động đến trình sấy hồng ngoại 43 Hình 3.1 Sản phẩm mít (cơm mít) sau tách vỏ, xơ hat 49 Hình 3.2 Quan hệ y1 x1, x3 3D 57 Hình 3.3 Quan hệ y1 x3 2D 57 Hình 3.4 Quan hệ y2 x1, x3 3D 57 Hình 3.5 Quan hệ y2 x1, x3 2D 57 Hình 3.6 Quan hệ y3 x1, x3 3D 58 Hình 3.7 Quan hệ y3 x1, x3 2D 58 Hình 3.8 Quy trình cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại 61 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Tên gọi HSDN Hệ số dẫn nhiệt NDR Nhiệt dung riêng MHT Mơ hình tốn KLR Khối lượng riêng VLA Vật liệu ẩm VLS Vật liệu sấy TN Thực nghiệm Ký hiệu Thuật ngữ Z1 Nhiệt độ môi trường sấy Z2 Thời gian sấy Z3 Cường độ xạ hồng ngoại y1 Chi phí lượng cho kg sản phẩm mít sấy y2 Độ ẩm sản phẩm mít sấy y3 W0 Đơn vị C h Độ tổn thất hàm lượng carbohydrate sản phẩm mít sấy xạ hồng ngoại Độ ẩm mít kW/m2 kWh/kg % % % TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ MS:2015-62TĐ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, Ngày 15 tháng 12 năm 2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng sấy hồng ngoại trình bảo quản sản phẩm mít xuất - Mã số: T2015-62TĐ - Chủ nhiệm: TS NGUYỄN TẤN DŨNG - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: tháng 2/2015 đến 12/2015 Mục tiêu: Tối ưu hóa q trình sấy hồng ngoại sản phẩm mít nhằm tìm kiếm chế độ cơng nghệ thích hợp, để tiến hành q trình sấy tạo sản phẩm có chất lượng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu kéo dài thời gian sử dụng với chi phí lượng giảm tới mức thấp Tính sáng tạo: - Phân tích yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình sấy hồng ngoại - Mơ hình hóa q trình sấy hồng ngoại mơ hình thực nghiệm - Tối ưu hóa q trình sấy hồng ngoại sản phẩm mít - Xác lập chế độ công nghệ ứng dụng bảo quản Kết nghiên cứu: - Xác định chế độ cơng nghệ thích hợp, để tiến hành q trình sấy tạo sản phẩm có chất lượng tốt, độ ẩm đạt yêu cầu kéo dài thời gian sử dụng với chi phí lượng giảm tới mức thấp Sản phẩm: Kết nghiên cứu cơng bố tạp chí khoa học chun ngành quốc tế: Nguyen Tan Dzung, (2015) Optimization the infrared radiation drying process of jackfruit product to determine the optimal technological mode Jokull Journal (Iceland), Vol 65, No 10; Oct 2015, pp 38-50 Indexed In: ISI Thomson Reuters; Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ Cung cấp quy trình cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại ứng dụng bảo quản phục vụ xuất Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) TS NGUYỄN TẤN DŨNG TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ Dễ dàng thấy rằng, tất hàm mục tiêu: chi phí lượng cho kg sản phẩm (y1, kWh/kg; độ ẩm sản phẩm (y2, %); độ tổn thất thành phần carbohydrate sản phẩm (y3, %) mô tả tồn cho q trình sấy mít xạ hồng ngoại Nếu xét riêng lẽ mục tiêu một, rõ ràng đối tượng công nghệ sấy hồng ngoại hình thành tốn mục tiêu Bởi tất mục tiêu tìm giá trị nhỏ nên toán tối ưu mục tiêu phát biểu sau, [3] [4], [7], [8], [9], [10], [11], [20], [21], [22]: Hãy tìm nghiệm tối ưu xjopt = (x1jopt, x2jopt, x3jopt) ∈ Ωx = {-1.414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1.414}, j = ÷ để: ( )  y j = f jmin x1jopt , x 2jopt , x 3jopt = f j ( x1 , x , x )  ∀x ∈ Ω x = {−1, 414 ≤ x1 , x , x ≤ 1, 414} ; j = ÷ y ≤  (3.4) 3.3.2 Giải toán tối ưu mục tiêu (3.4) Bằng phương pháp chia lưới lập trình phần mềm Matlab R2008a, kết tìm nghiệm tối ưu toán tối ưu mục tiêu (3.4) trình bày bảng 3.4, với hàm mục tiêu (3.1), (3.2) (3.3), [21], [22]: Bảng 3.4 Nghiệm tối ưu toán tối ưu mục tiêu (3.4) Giá trị nghiệm tối ưu j Giá trị hàm mục tiêu x1j opt x2j opt x3j opt yjmin -1,414 -1,414 -1,414 1,58 0,304 0,667 1,287 4,60 1,414 -0,494 1,414 7,28 Bảng 3.4 cho thấy rằng, toán tối ưu mục tiêu khơng có nghiệm chung xjopt = (x1jopt, x2jopt, x3jopt) ≠ xkopt = (x1kopt, x2kopt, x3kopt) with j, k = ÷ 3, j ≠ k Như vậy, phương án không tưởng không tồn nghiệm không tưởng không tồn Tuy nhiên, điểm không tưởng xác định từ bảng 3.4 sau: fUT = (f1min, f2min, f3min) = (1,58; 4,60; 7,28) Vì phương án khơng tưởng không tồn nghiệm không tưởng không tồn nên cần phải xây dựng giải toán tối ưu đa mục tiêu, để tìm 53 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ Pareto tối ưu thỏa mãn tất yêu cầu mà cơng nghệ đặt Có nghĩa tìm phương án tối ưu Pareto toán tối ưu đa mục tiêu cho hiệu Pareto tối ưu yPS = (y1PS, y2PS, y3PS) gần điểm không tưởng fUT 3.4 Xây dựng giải toán tối ưu đa mục tiêu q trình sấy mít xạ hồng ngoại để xác định chế độ cơng nghệ 3.4.1 Xây dựng tốn tối ưu đa mục tiêu Có thể thấy rằng, yếu tố cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại gồm: Nhiệt độ môi trường sấy (Z1, 0C); Thời gian sấy (Z2, h); Cường độ xạ riêng (Z3, kW/m2) tác động riêng lẽ lên mục tiêu một: chi phí lượng cho kg sản phẩm (y1, kWh/kg; độ ẩm sản phẩm (y2, %); độ tổn thất thành phần carbohydrate sản phẩm (y3, %) mà chúng tác động đồng thời lúc đến đối tượng công nghệ Như vậy, trường hợp xuất tốn tối ưu đa mục tiêu, tất mục tiêu đề tìm giá trị nhỏ nên toán tối ưu đa mục tiêu phát biểu sau, [3] [4], [7], [8], [9], [10], [11]: Hãy tìm nghiệm tối ưu x = (x1opt, x2opt, x3opt) ∈ Ωx = {-1,414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1,414} để [3] [4], [7], [8], [9], [10], [11]: ( ) opt  y j = f jmin x1opt , x opt = f j ( x1 , x , x ) , x3  ∀x ∈ Ω x = {−1, 414 ≤ x1 , x , x ≤ 1, 414} ; j = ÷  y < 6.0  (3.5) 3.4.2 Giải tốn tối ưu đa mục tiêu Có thể thấy rằng, giải toán tối ưu (3.4) với hàm mục tiêu mô tả (3.1), (3.2) (3.3) không tồn nghiệm không tưởng, phương án không tưởng không tồn nên việc giải toán tối ưu đa mục tiêu (3.5) để tìm nghiệm tối ưu Pareto cho hiệu tối ưu Pareto yPS = (y1PS, y2PS, y3PS) đứng gần điểm không tưởng fUT nhất, [3] [4], [7], [8], [9], [10], [11] Để giải toán tối ưu đa mục tiêu (3.5) trường hợp ta sử dụng phương pháp điểm không tưởng, phương pháp sử dụng chuẩn tổ hợp S(x) khoảng cách tập hiệu Pareto với điểm không tưởng fUT làm hàm mục tiêu để tìm nghiệm tối ưu xác định chế độ công nghệ 54 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ Chuẩn tổ hợp S khoảng cách tập hiệu Pareto với điểm không tưởng fUT thiết lập sau: S(y1, y2, y3) = S(x1, x2, x3) = S(x), [3] [4], [7], [8], [9], [10]:  S(x) = S( x1 , x , x ) = ∑ ( y j − y jmin ) j=1   Ω x = {−1.414 ≤ x1 , x , x ≤ 1.414} ; x = (x1 , x , x ) (3.6) Chọn S(x) làm hàm mục tiêu (3.6), tốn tối ưu đa mục tiêu (3.5) phát biểu lại sau: Hãy tìm nghiệm tối ưu Pareto xS = (x1S, x2S, x3S) ∈ Ωx cho S(x) đạt tới giá trị nhỏ nhất, [3] [4], [7], [8], [9], [10], [11]   2  Smin (x) = S(x S ) = Min {S( x1 , x , x )} = Min  ∑ ( y j − y jmin )    j=1  (3.7)  Ω x = {−1.414 ≤ x1 , x , x ≤ 1.414} ; x = (x1 , x , x ) Bài toán tối ưu mục tiêu cần phải xác định nghiệm tối ưu Pareto xS = (x1S, x2S, x3S) ∈ Ωx cho S( x1S, x2S, x3S) = Min{S(x1, x2, x3)} Bằng phương pháp chia lưới lập trình phần mềm Matlab R2008a giải (3.7) tìm nghiệm tối ưu Pareto trình bày bảng 3.5, [21], [22]: Bảng 3.5 Nghiệm toán tối ưu đa mục tiêu (3.5) Giá trị nghiệm tối ưu Pareto toán tối ưu đa mục tiêu Giá trị nhỏ hàm mục tiêu chuẩn tổ hợp S Giá trị nhỏ hiệu tối ưu Pareto x 1S x 2S x 3S Smin(x) y1PS y2PS y3PS 0,686 0,127 1,396 1,999 3,46 5,13 7,72 Từ bảng 3.5 biến mã hóa (x1S, x2S, x3S) biến đổi qua biến thực biểu thức (2.6), (2.7) tìm nghiệm thực (Z1opt, Z2opt, Z2opt) sau: Nhiệt độ môi trường sấy: Z1opt = 63,430C; Thời gian sấy: Z2opt = 7,13h; Cường độ xạ hồng ngoại: Z3opt = 6,40kW/m2 Thơng qua việc tính tốn từ mơ hình thực nghiệm (3.1), (3.2) (3.3) với 55 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ yếu tố công nghệ xS = (x1S, x2S, x3S) vừa xác định bảng 3.5 tìm hiệu tối ưu Pareto yPS = (y1PS, y2PS, y3PS), xem bảng 3.5 Để chuẩn tổ hợp S(x) đạt tới giá trị nhỏ SMin = 1,999 xác định nhiệt độ môi trường sấy Z1opt = 63,430C; thời gian sấy Z2opt = 7,13h; cường độ xạ hồng ngoại bóng đèn Z3opt = 6,40kW/m2 Tương ứng, chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1PS = 3,46 kWh/kg; độ ẩm sản phẩm mít sau sấy y2PS = 5,13% (< 6,0%); độ tổn thất hàm lượng carbohydrate y3PS = 7,72% So với kết thực nghiệm bảng 3.3, tất giá trị hàm mục tiêu thỏa mãn tất yêu cầu mà công nghệ đặt Độ ẩm sản phẩm 5,13 6,0% với độ ẩm đảm bảo khả bảo quản sản phẩm mít sau sấy, đồng thời kéo dài thời tiêu thụ xuất Chi phí lượng 3,46 kWh/kg đạt tới mức thấp nhất, giá thành sản phẩm mít sau sấy giảm thuận lợi cho việc tiêu thụ sản phẩm Độ tổn thất carbohydrate 7,72% đạt tới mức thấp nhất, 10% Vì vậy, sản phẩm có chất lượng tốt Theo nghiên cứu [16], [17], sản phẩm mít sấy đối lưu chế độ tối ưu, tương ứng có chi phí lượng cho kg sản phẩm 4,17kWh/kg, độ ẩm sản phẩm đạt 6,5%, độ tổn thất carbohydrate 41,27% Kết cho thấy, sấy đối lưu không khí nóng thơng thường, sản phẩm làm có chi phí lượng cao sấy hồng ngoại, có nghĩa giá thành cao hơn, độ ẩm 6,5% chưa thỏa mãn yêu cầu thỏa mãn, độ tổn thất carbohydrate lơn nhiều so với sấy hồng ngoại, chất lượng sản phẩm sau sấy giảm Như vậy, so sánh hai kết vội vàng kết luận rằng, sấy mít phương pháp sấy hồng ngoại tốt nhiều so với sấy phương pháp đối lưu Sản phẩm cho chất lượng tốt hơn, khả bảo quản tốt giá thành thấp Theo nghiên cứu [16], [17], sản phẩm sấy có độ ẩm 6,0% khả bảo quản chúng tốt hơn, thời gian bảo quản dài Vì thực phẩm có độ ẩm 6,0% hoạt độ nước sản phẩm giảm, môi trường khô khan không đủ điều kiện vi sinh vật sinh trưởng phát triển, lên men, thủy phân làm hư hỏng sản 56 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ phẩm Chí vậy, sản phẩm mít sau sấy 6,0% bảo quản tốt, thời gian bảo quản kéo dài đến năm [17] 3.5 Mô hàm mục tiêu cần nghiên cứu đồ thị 3D 2D Mơ mơ hình tốn (3.1), (3.2) (3.3) với x2 =0,127 hay Z2 = 7.13h mô tả chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1 (kWh/kg); độ ẩm sản phẩm mít sau sấy y2 (%); độ tổn thất hàm lượng carbohydrate y3 (%) hệ trục tọa độ 3D 2D (x1 = -2, -1, 0, 1, 2) Kết trình bày hình 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 3.7 [21], [22] Hình 3.2 Quan hệ y1 x1, x3 3D Hình 3.3 Quan hệ y1 x3 2D Hình 3.4 Quan hệ y2 x1, x3 3D Hình 3.5 Quan hệ y2 x3 2D 57 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 Hình 3.6 Quan hệ y3 x1, x3 3D MS:2015-62TĐ Hình 3.7 Quan hệ y3 x3 2D Qua đồ thị 3D 2D cho thấy, biến đổi chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1 (kWh/kg); độ ẩm sản phẩm mít sau sấy y2 (%); độ tổn thất hàm lượng carbohydrate y3 (%) theo nhiệt độ môi trường sấy, thời gian cường độ xạ hồng ngoại theo quy luật phi tuyến phước tạp, tiến hành sấy khơng chế độ tối ưu độ tổn thất hàm lượng carbohydrate lớn, chất lượng sản phẩm sau sấy giảm, khơng cịn giá trị mặt dược phẩm Bên cạnh độ ẩm sản phẩm không đạt yêu cầu mong muốn [21], [22] Theo [16], [17], độ ẩm sản phẩm mít sau sấy xạ hồng ngoại theo yêu cầu bảo quản phải 6,0% Đây độ ẩm giới hạn điều kiện sinh trưởng phát triển vi sinh vật Nếu độ ẩm 6,0% hoạt độ nước sản phẩm mít sấy đủ vi sinh vật sinh trưởng phát triển làm hư sản phẩm trình bảo quản Nếu độ ẩm 6,0% hoạt độ nước sản phẩm mít sấy không đủ điều kiện vi sinh vật sinh trưởng phát triển Như vậy, sản phẩm mít sấy kéo dài thời gian bảo quản 3.6 Thực nghiệm kiểm chứng lại thông số công nghệ tối ưu q trình sấy mít xạ hồng ngoại Tiến hành sấy mít xạ hồng ngoại nghiệm tối ưu toán (3.5), với nhiệt độ môi trường sấy Z1opt = 63,430C; thời gian trình sấy Z2opt = 7,13h; cường độ xạ riêng Z3opt = 6,40kW/m2 Sản phẩm sau đem phân tích xác định chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1Ex = 3,43kWh/kg; độ ẩm sản 58 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ phẩm mít sau sấy y2Ex = 5,12%; độ tổn thất hàm lượng carbohydrate y3Ex = 7,74% Khi giải toán tối ưu đa mục tiêu tìm được: x1opt = x1S = 0,686 (Z1opt = 63,430C); x2opt = x2S = 0,127 (Z2opt = 7,13h); x3opt = x3S = 1,396 (Z3opt = 6,40kW/m2), tương ứng có chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1PS = 3,46 kWh/kg; độ ẩm sản phẩm mít sau sấy y2PS = 5,13%; độ tổn thất hàm lượng carbohydrate y3PS = 7,72% Trong thực nghiệm tiến hành sấy mít xạ hồng ngoại thông số công nghệ tối ưu (Z1opt, Z2opt, Z2opt) xác định được: chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy xạ hồng ngoại y1Ex = f1(x1opt, x2opt, x3opt) = 3,43kWh/kg, độ ẩm sản phẩm mít sau sấy y2Ex = f2(x1opt, x2opt, x3opt) = 5,12%; độ tổn thất hàm lượng carbohydrate y3Ex = f3(x1opt, x2opt, x3opt) = 7,74% Rõ ràng kết cho thấy, thơng số cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại tối ưu ảnh hưởng đến chi phí lượng, độ ẩm độ tổn thất carbohydrate sản phẩm mít sấy hồn tồn phù hợp với thực nghiệm Vì thế, kết triển khai ứng dụng bảo quản mít phục vụ cho tiêu dùng xuất Nguyên nhân tổn thất hàm lượng carbohydrate sấy tác dụng nhiệt độ, tiếp với khơng khí mơi trường sấy suốt trình thời gian sấy xảy biến đổi thành phần carbohydrate Bên cạnh đó, nước bay làm biến đổi cấu trúc, biến đổi tính chất hóa lý, thành phần hóa học sản phẩm mít sấy, cuối tất dẫn đến hàm lượng chúng bị hao hụt sau sấy, [3], [16] Với chi phí lượng, độ ẩm độ tổn thất hàm lượng carbohydrate sản phẩm mít sấy xạ hồng ngoại hồn tồn phù hợp với u cầu cơng nghệ sấy hồng ngoại Như vậy, thơng số cơng nghệ tìm từ việc giải toán tối ưu đa mục tiêu (3.5) hồn tồn triển khai ứng dụng bảo quản mít phương pháp sấy hồng ngoại Đồng thời, mơ hình tốn (3.1), (3.2) (3.3) hồn tồn ứng dụng để mơ tả chi phí lượng cho kg sản phẩm mít, sấy, độ ẩm sản phẩm mít sau sấy, độ tổn thất hàm lượng sản phẩm mít sau sấy [3], [16], [17] Kết luận: Thực nghiệm kiểm chứng cho thấy, thông số công nghệ tối ưu tìm hồn tồn phù hợp với thực tế sản xuất Vì vậy, chúng hồn tồn ứng dụng để bảo quản sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng xuất 59 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 3.7 MS:2015-62TĐ Xác định thông số công nghệ tối ưu ảnh hưởng đến q trình bảo quản sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng xuất Kết xây dựng mơ hình tốn mối quan hệ hàm mục tiêu như: chi phí lượng cho kg sản phẩm mít sau sấy y1 (kWh/kg), độ ẩm sản phẩm mít sau sấy y2 (%), độ tổn thất hàm lượng carbohydrate sản phẩm mít sau sấy y3 (%) với yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến trình sấy xạ hồng ngoại như: nhiệt độ môi trường sấy Z1, (0C); thời gian trình sấy Z2, (h) cường độ xạ riêng xạ hồng ngoại Z3, (kW/m2) Dựa mối quan hệ xây dựng giải toán tối ưu đa mục tiêu trình sấy xạ hồng ngoại Kết quả, xác định thông số công nghệ tối ưu trình sấy xạ hồng ngoại sau (xem bảng 3.4) [3], [16], [17] Bảng 3.6 Các thông số cơng nghệ q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít dùng bảo quản Thơng số cơng nghệ Ký hiệu đơn vị tính Giá trị Z1 (0C) 63,43 Z2 (h) 7,13 Z3 (kW/m2) 6,40 y1, (kWh/kg) 3,46 y2, (%) 5,13 y3 (%) 7,72 Nhiệt độ môi trường sấy xạ hồng ngoại Thời gian trình sấy xạ hồng ngoại Cường độ xạ hồng ngoại tính đơn vị diện tích Chi phí lượng cho kg sản phẩm mít sấy khơ xạ hồng ngoại Độ ẩm sản phẩm mít sau sấy khơ Độ tổn thất hàm lượng carbohydrate sản phẩm mít sau sấy khô xạ hồng ngoại Lưu ý: Các thông số công nghệ tối ưu phù hợp xem xét độ ẩm 6% để đảm bảo khả bảo quản độ tổn thất hàm lượng sản phẩm mít sấy xạ hồng ngoại [3], [16], [17] 60 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ 3.8 Qui Trình cơng nghệ sấy sản phẩm mít xạ hồng ngoại 3.8.1 Sơ đồ qui trình cơng nghệ Mít nguyên liệu Xử lý lần Tách vỏ, xơ mít Xử lý lần Tách hạt, mủ mít Cơm mít, cân khối lượng Xếp vào khn Cho vào buồng sấy Nhiệt độ môi trường sấy, Z1 Thời gian sấy, Z2 Sấy hồng ngoại opt opt = 63,430C = 7,13h Cường độ xạ hồng ngoại, Z3 opt = 6,40kW/m2 Chi phí lượng, y1 = 3,46 kWh/kg Sản phẩm mít sấy hồng ngoại Độ ẩm sản phẩm, y2 = 5,13% Độ tổn thất carbohydrate, y3 7,72% Ghép mí, bảo quản - Bơm khí nitơ ghép mí - Nhiệt độ mơi trường bảo quản 250C Sản phẩm mít sấy Hình 3.8 Quy trình cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại 3.8.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại 3.8.2.1 Mít nguyên liệu Mít nguyên liệu chọn giống mít Thái, giống mít phổ biến, múi mít có màu vàng đỏ sáng, vị dễ chịu, không gắt, có mùi thơm đặc trưng Múi mít có độ giịn, Mít Thái khơng có lớp lụa bọc múi nên nhanh chóng bị phá vỡ liên kết nước trình sấy 61 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ 3.8.2.2 Xử lý lần - Mít nguyên liệu dạng quả, đưa xưởng chế biến, phân loại - Sau tiến hành tách vỏ, xở mít - Thời gian xử lý lần phải nhanh để tranh tượng lên men, thủy phân làm giảm chất lượng mít 3.8.2.3 Xử lý lần - Tiếp theo xử lý lần 2, tách hạt làm mủ - Rửa 3.8.2.4 Cơm mít, cân khối lượng - Sau tách hạt, rửa nhận sản phẩm mít hay gọi cơm mít - Tiến hành cân khơng lượng phần 3.8.2.5 Xếp vào khuôn, xếp vào buồng sấy - Sau cân xong, tiến hành xếp vào khuôn, dàn trải với bề dày nhau, tạo điều kiện cho trình truyền nhiệt tách ẩm dễ dàng Sau tiến hành xếp vào kệ buồng sấy để chuẩn bị cho trình sấy - 3.8.2.6 Sấy hồng ngoại Cài đặt chế độ sấy tối ưu: nhiệt độ môi trường sấy Z1opt = 63,430C; thời gian - trình sấy Z2opt = 7,13h; cường độ xạ riêng Z3opt = 6,40kW/m2 Sau tiến hành sấy - 3.8.2.7 Sản phẩm mít sấy hồng ngoại - Sau sấy xong thu nhận sản phẩm có: có chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1PS = 3,46 kWh/kg; độ ẩm sản phẩm mít sau sấy y2PS = 5,13%; độ tổn thất hàm lượng carbohydrate y3PS = 7,72% 3.8.2.8 Ghép mí bảo quản sản phẩm mít sấy - Sản phẩm mít sau khí sấy vào túi PE bơm khí nitơ ghép mí kín, bảo quản mơi trường có nhiệt độ 250C mát bình thường - Mít sấy hồng ngoại bảo quản thời gian (1 ÷ 2) năm 62 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại ứng dụng bảo quản tiêu dùng xuất số kết luận sau: Phân tích phân tích thành phần hóa học sản phẩm mít (cơm mít), làm sở cho việc đánh giá chất lượng sản phẩm trước sau trình sấy xạ hồng ngoại (xem bảng 3.1) Đã xây dựng mơ hình tốn (3.1), (3.2) (3.3) mơ tả tốt mối quan hệ chi phí lượng, độ ẩm, độ tổn thất hàm lượng carbohydrate sản phẩm mít với yếu tổ ảnh hưởng đến trình sấy xạ hồng ngoại Đã xây dựng tốn tối ưu đa mục tiêu (3.5) mơ tả cho q trình sấy mít xạ hồng ngoại Giải toán tối ưu đa mục tiêu xác định chế độ cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại, xem bảng 3.6 Đã xác định yếu tố công nghệ tối ưu ảnh hưởng đến trình sấy, đồng thời xây dựng quy trình cơng nghệ sấy mít xạ hồng ngoại, xem hình 3.8 thỏa mãn yêu cầu bảo quản Kiến nghị - Nghiên cứu phương pháp sấy xạ hồng ngoại ứng dụng bảo quản mít quan tâm yếu tố ảnh hưởng đến chi phí lượng, độ ẩm độ tổn thất hàm lượng trình sấy khơ Tuy nhiên, mít có thành phần khác quan trọng khơng so với carbohydrate Vì vậy, có thời gian kinh phí cần nghiên cứu tiêu quan trọng khác, để trình bảo quản mít phương pháp sấy hồng ngoại hồn hảo - Vì thời gian nghiên cứu ngắn nên chưa có điều kiện kiểm tra chất lượng sản phẩm thời gian bảo quản Như vậy, cần có thời gian dài từ (1 – 2)năm bảo quản mít sấy hồng ngoại để theo dõi chất lượng chúng có thay đổi khơng? - Với sản phẩm tơi đề nghị nghiên cứu nên ứng dụng công nghệ sấy hồng ngoại để bảo quản chúng Sản phẩm sau sấy dễ dàng sử dụng tiêu thụ xuất Bên cạnh đó, cần nghiên cứu kỹ tuyền nhiệt tách ẩm xảy trình sấy, làm sở tính tốn thiết kế hệ thống sấy xạ hồng ngoại 63 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tấn Dũng, Trần Đức Ba., (2007) Công nghệ lạnh, Tập 1, NXB ĐHQG Tp.HCM, 608 Tr [2] Nguyễn Tấn Dũng, Trần Đức Ba., (2009) Tự động hóa q trình nhiệt lạnh, NXB ĐHQG Tp.HCM, 405 Tr [3] Nguyen Tan Dzung, (2015) Optimization the infrared radiation drying process of jackfruit product to determine the optimal technological mode Jokull Journal (Iceland), Vol 65, No 10; Oct 2015, pp 38-50 [4] Nguyen Tan Dzung et al., (2014) Optimization the freezing process of Royal jelly for using in the freeze drying Wulfenia Journal (Austria), Vol 21, No 1; Jan 2014, P.303-313 [5] Nguyễn Tấn Dũng, (2013) Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại phục vụ cho chế biến thực phẩm, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh [6] Nguyễn Tấn Dũng, Phạm Ngọc Cảnh, Nguyễn Thanh Phương, (2012) Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại suất nhỏ phục vụ cho chế biến thực phẩm, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh [7] Dzung N.T, (2012a) Optimization the Freezing Process of Penaeus Monodon To Determine Technological Mode of Freezing for Using in the Freeze Drying, Canadian Journal on Chemical Engineering & Technology, Vol 3, No 3, April 2012, ISSN: 1923-1652, p.45-53 [8] Dzung N.T et al., (2012b) Optimization The Freeze Drying Process of Penaeus Monodon to Determine The Technological Mode, International Journal of Chemical Engineering and Application, Vol.3, No.3, June 2012, p.187-194 [9] Nguyễn Tấn Dũng (2010), Tối ưu hóa đa mục tiêu ứng dụng xác định chế độ cơng nghệ sấy thăng hoa tơm thẻ, Tạp chí phát triển khoa học công nghệ thủy sản [10] Nguyễn Tấn Dũng (2010), Tối ưu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ưu tổ hợp S, ứng dụng xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa tôm bạc, Tạp chí phát triển khoa học cơng nghệ, ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh 64 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ [11] Nguyễn Tấn Dũng (2010), Tối ưu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ưu tổ hợp S, ứng dụng xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa tôm sú, Tạp chí phát triển khoa học cơng nghệ, ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh [12] David Harvey., (2000) Modern Analytical Chemistry, Depauw University, United States of America [13] Douglas A S, Donald M W, Holler F J., (1994) Analytical Chemistry, Saunders College Publishing, United States of America, p 156-172 [14] D R Heldman, Daryl B Lund, (1992) Handbook of Food Engineering, Marcel Dekker New York – Basel – Hong Kong 1992, 3550 p [15] Figura LO, et al., (2007) Food Physics: Physical properties Measurement and Application, Germany, 554 http:// mechmath.org/books /82246 [16] Gebhart B., (1992) Heat Conduction and Mass Diffusion (1st ed.), McGraw – Hill, New York, p.78-98 st [17] Holman J., (1986) Heat Transfer (1 ed.), McGraw – Hill, New York, p 167- 197 [18] Millman M.J, Liapis A.I, Marchello J.M., (1988) Method for determining specific heat capacity of the solid material, Int J Heat and Mass transfer, 238 p [19] Murray R Spiegel., (1997) Các công thức bảng tốn học cao cấp (người dịch: Ngơ Ánh Tuyết), NXB Giáo dục, 184 Tr [20] Nguyễn Đình Trí, Tạ Văn Đĩnh, Nguyễn Hồ Quỳnh., (2003) Tốn học cao cấp, Tập 1, Tập Tập 3, NXB Giáo Dục, Tập (400 Tr), (416 Tr) (276 Tr) [21] Nguyễn Tiến, Tự học Lập trình Visual Basic 6.0, NXB Thống Kê, 476 Tr, 2002 [22] Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Việt Anh., (2004) Lập trình Matlab, NXB KHKT, Hà Nội, 371 Tr [23] Phạm Văn Bôn., (2004) Quá trình thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG Tp.HCM, 371 Tr [24] Poling, White P R S., (2001) Method for determining specific heat capacity of the solid material, 1st ed McGraw – Hill, New York, 321 p 65 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở trọng điểm – 2015 MS:2015-62TĐ [25] Ramaswamy, H S., and Tung, M A., (1981) Thermophysical properties of apples in relation to freezing J Food Sci., 46, p 724 – 728 [26] Handbook Of Food Engineering [27] Pacific Region, A status Report, Jackfruit Improvement in the Asia [28] USDA National Nutrient Database [29] Stavros Yanniotis, Solving Problems in Food Engineering 66 TS Nguyễn Tấn Dũng Luan van S K L 0 Luan van ... Quả mít; b) Cơm mít (múi mít) 16 Hình 1.2 a) Sản phẩm nước giải khát mít; b) Sản phẩm mứt mít 24 Hình 1.3 a) Sản phẩm kẹo mít; b) Sản phẩm mít sấy 24 Hình 1.4 a) Sản phẩm chip mít; b) Sản phẩm mít. .. đến q trình sấy hồng ngoại - Mơ hình hóa q trình sấy hồng ngoại mơ hình thực nghiệm - Tối ưu hóa q trình sấy hồng ngoại sản phẩm mít - Xác lập chế độ công nghệ ứng dụng bảo quản Kết nghiên cứu: ... hưởng đến q trình sấy hồng ngoại - Mơ hình hóa q trình sấy hồng ngoại - Tối ưu hóa q trình sấy hồng ngoại sản phẩm mít - Xác lập chế độ công nghệ ứng dụng bảo quản Kết đạt (khoa học, ứng dụng, đào