Tính toán quá trình truyền nhiệt khi nướng cá saba

Bài này trình bày cách tính toán quá trình truyền nhiệt khi nướng cá sapa bọc giấy bạc trên mâm thép.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ ĐỒ UỐNG CÁC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT BÀI TIỂU LUẬN NƯỚNG CÁ SAPA BỌC GIẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2013 MỤC LỤC BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP LỜI NÓI ĐẦU ………………………………………………………………… 4 I.MỞ ĐẦU ………………………………………………………………… … 5 I.1 Ý nghĩa của quá trình nướng ……………………………………………. 5 I.1.1 Bản chất …………………………………………………………… 5 I.1.2 Ý nghĩa ……………………………………………………………. 5 I.1.3 Phạm vi thực hiện …………………………………………………. 6 I.2 Nguyên liệu cá Sapa ………………………………………………………. 6 1.2.1 Tên gọi – Phân loại khoa học ……………………………………. 6 I.2.2 Đặc điểm hình thái ……………………………………………… 8 I.2.3 Phân bố - Điều kiện sinh trưởng – Đánh bắt …………………… 8 I.2.4 Thành phần dinh dưỡng ………………………………………… 10 I.2.5 Sự biến đổi của cá sau khi đánh bắt và trong quá trình nướng… 11 I.2.5.1 Các biến đổi của cá sau khi đánh bắt …………………… 11 1.2.5.2 Các biến đổi của cá trong quá trình nướng …………… 29 I.3 Quy trình công nghệ nướng …………………………………………… 32 I.3.1 Các phương pháp nướng ………………………………………… 32 1.3.1.1 Lò nướng trực tiếp……………………………………… 32 1.3.1.2 Lò nướng gián tiếp …………………………………… 33 1.3.1.3 Lò nướng theo mẻ ……………………………………… 34 1.3.1.4 Lò nướng liên tục - gián đoạn ………………………… 35 I.3.2 Thao tác, điều kiện, trang thiết bị ……………………………… 39 I.4 Tiêu chuẩn của sản phẩm ………………………………………………. 40 II. MÔ HÌNH TOÁN ……………………………………………………… 42 II.1 Mô hình tính toán ……………………………………………………… 42 II.2 Lời giải cho bài toán …………………………………………………… 43 II.2.1. Xác định các thông số liên quan …………………………… 43 II.2.2 Xác định nhiệt tải riêng………………………………………… 44 II.2.3 Tính toán……………………………………………………… 45 2 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP II.3 Kết luận………………………………………………………………… 48 II.4 Nhận xét………………………………………………………………… 48 II.5 Đánh giá mô hình………………………………………………………. 49 II.5.1Ưu điểm…………………………………………………………. 49 II.5.2 Nhược điểm…………………………………………………… 49 Tài liệu tham khảo LỜI NÓI ĐẦU Cá sapa là một loài thuộc họ cá thu chứa hàm lượng chất dinh dưỡng cao và cho được loại thịt thơm ngon, loài cá này rất được nhiều nơi trên thế giới ưa chuộng, cá sapa hay còn gọi là cá thu Nhật thường được chế biến với nhiều cách khác nhau trong đó có nướng, một phương pháp phổ biến có từ rất lâu đời và vẫn được sử dụng cho tới ngày nay. 3 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Quá trình nướng dùng không khí nóng để nấu chín thực phẩm, làm gia tăng chất lượng và cảm quan của sản phẩm cùng với mục tiêu bảo quản thực phẩm, khi nướng ở nhiệt độ cao làm nước trong nguyên liệu giảm đi đáng kể và vi sinh vật bi tiêu diệt, gia tăng thêm thời hạn sử dụng của sản phẩm. Bài tiểu luận này nói về tổng quan nguyên liệu cá sapa, các phương pháp, thiết bị nướng và xây dựng thiết kế, tính toán dựa trên mô hình toán học để xác định nhiệt độ, thời gian và các yếu tố phụ khác liên quan đến quá trình nướng cá bằng mâm thép, từ đó dựa trên những nhận định từ số liệu thực tế đưa ra được kết luận và nhận xét để có thế biết được điều kiện, chế độ nướng ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng sản phẩm và mô hình nào là hiệu quả. I. MỞ ĐẦU I.1 Ý nghĩa của quá trình nướng I.1.1 Bản chất Nướng là quá trình sử lý nhiệt, mà nhiệt lượng truyền vào sản phẩm chủ yếu bằng bức xạ. Đó là một trong những quá trình công nghệ phức tạp, trong đó xảy ra những biến đổi hóa học, lý học, hóa lý (biến đổi hệ keo) làm cho sản phẩm đạt tới chất lượng yêu cầu. Theo quan điểm nhiệt lý thì nướng là quá trình ẩm - nhiệt được đặc trưng bằng sự truyền nhiệt và ẩm trong hệ mao - xốp – keo của vật liệu dưới ảnh hưởng của nhiệt 4 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP độ cao. I.1.2 Ý nghĩa Trong công nghiệp sản xuất thực phẩm, quá trình nướng được thực hiện với những mục đích sau:  Mục đích chuẩn bị Trong công nghiệp sản xuất đồ hộp, rau quả, người ta thường nướng nguyên liệu để làm sạch vỏ. Ví dụ nướng để tách vỏ ớt ngọt trước khi đóng hộp. Tuy nhiên phương pháp này thường ít dùng vì tốn năng lượng.  Mục đích chế biến Đây là mục đích chủ yếu của quá trình. Trước hết do tác dụng của nhiệt độ cao, sản phẩm trở nên chín, thích hợp cho mục đích sử dụng, đồng thời dẫn đến những biến đổi lí hóa và hệ keo làm cho sản phẩm có cấu trúc và mùi vị cũng như màu sắc đặc trưng.  Mục đích bảo quản Nhiệt độ nướng thường trên 200 o C, với nhiệt độ cao như vậy các hệ enzym phân hủy sẽ mất hoạt tính, ngăn chặn được sự tạo thành một số thành phần hóa học có thể gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm,hay có thể bảo vệ được những thành phần thuộc đối chất của enzym. Tuy nhiên những phần tiếp xúc với nhiệt độ quá cao, một số thành phần hóa học sẽ mất đi, như đường bị caramen hóa, vitamin bị phân hủy, nhưng thay vào đó là lớp vỏ cứng có tác dụng che chở phần mềm của sản phẩm. Cũng do nhiệt độ cao nên trong thời gian rất ngắn các loại vi sinh vật có trong sản phẩm bị tiêu diệt nhanh chóng. Mặt khác sau khi nướng sản phẩm sẽ khô hơn tạo môi trường bất lợi cho sự phát triển của vi sinh vật. Trong công nghiệp mục đích bảo quản của quá trình nướng là thứ yếu. Nhưng trong phạm vi gia đình thường áp dụng để kéo dài thời gian bảo quản. Ví dụ: nướng cá, nướng thịt… I.1.3 Phạm vi thực hiện - Chế biến lương thực. - Chế biến thịt cá và rau quả. 5 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP I.2 Nguyên liệu cá Sapa 1.2.1 Tên gọi – Phân loại khoa học Cá saba hay sapa (danh pháp hai phần: Scomber japonicus, đồng nghĩa: Pneumatophorus japonicus, Pneumatophorus japonicus japonicus, Scomber japonicus japonicus), còn biết đến như là cá thu Thái Bình Dương, cá thu Nhật Bản, cá thu lam hoặc cá thu bống, đôi khi còn gọi là "cá thu đầu cứng" hay "cá thu mắt bò", là một loài cá thu có quan hệ họ hàng gần với cá thu Đại Tây Dương (Scomber scombrus) trong họ Cá thu ngừ (Scombridae). Hình 1.1 Cá Sapa Bảng 1.1 Phân loại khoa học cá sapa Phân loại khoa học Giới (regnum) Animalia Ngành (phylum) Chordata (không phân hạng) Craniata Phân ngành (subphylum) Vertebrata Phân thứ ngành (infraphylum) Gnathostomata Liên lớp (superclass) Osteichthyes Lớp (class) Actinopterygii Phân lớp (subclass) Neopterygii Phân thứ lớp (infraclass) Teleostei Liên bộ (superordo) Acanthopterygii Bộ (ordo) Perciformes 6 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Phân bộ (subordo) Scombroidei Họ (familia) Scombridae Phân họ (subfamilia) Scombrinae Chi (genus) Scomber Loài (species) S. japonicus Danh pháp hai phần Scomber japonicus HOUTTUYN, 1782 I.2.2 Đặc điểm hình thái Cá sapa là loài cá nhỏ hơn cá thu Đại Tây Dương, với chiều dài trung bình trong khoảng 20–35 cm (8-14 inch). Chiều dài lớn nhất là 64 cm, trọng lượng lớn nhất là 2,9 kg và tuổi thọ tối đa là 18 năm. Hình 1.2 Hình giải phẫu học cá sapa Về mặt giải phẫu, cá sapa có bong bóng tương đối phát triển gắn với thực quản, mà các loài cá thu trong chi Scomber không có. Nhưng điều đó không có nghĩa là cần phải mổ nó ra để nhận dạng do có khác biệt đặc trưng về màu sắc giữa chúng, với cá thu Đại Tây Dương có hông màu trắng bạc phía dưới đường giữa, trong khi phần dưới của hông cá sa ba có vằn với các đốm nhỏ tối màu, và nó có mắt to hơn cá thu Đại Tây Dương. Các khác biệt ít rõ ràng hơn là các vây lưng mọc gần nhau hơn ở cá sapa và nó chỉ có 9 hay 10 gai trong vây lưng thứ nhất thay vì từ 11 trở lên, thường thấy ở cá thu 7 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Đại Tây Dương. Mặt cắt thân hình elip. Nói chung loài cá này hay di chuyển theo các hải lưu ấm nhưng nói chung chịu đựng nước lạnh tốt hơn cá thu lam. Khi mùa thu tới chúng di chuyển gần về vùng nhiệt đới nhưng khi mùa xuân tới thì chúng lại di chuyển về gần vùng có khí hậu ôn đới. Khoảng cách di chuyển mỗi ngày có thể trên 10 km. I.2.3 Phân bố - Điều kiện sinh trưởng – Đánh bắt *Phân bố Cá sapa phổ biến ở Ấn Độ-Thái Bình Dương, thường được tìm thấy ở Tây Bắc, Đông Nam và Đông Bắc Thái Bình Dương. Ở phía đông Thái Bình Dương có thể tìm thấy bất cứ nơi nào từ miền trung Mexico đến Đông Nam Alaska. Cá sapa thường được tìm thấy trong phạm vi 20 dặm ngoài khơi bờ biển trong vùng biển giữa 10-21 độ C. Cá sapa non thích sống xung quanh bãi biển cát hoặc thảm tảo bẹ, trong khi cá lớn được tìm thấy trong vùng nước sâu 300m. Hình 1.3 Sự phân bố của cá sapa trên thế giới Nguồn: FAO aquatic species distribution map of Scomber japonicus *Điều kiện sinh trướng Thức ăn của cá sapa chủ yếu loài chân khớp, luân trùng và đôi khi ấu trùng nhỏ. Cá sapa có thể tiêu thụ lượng ấu trùng lên đến 87% trọng lượng cơ thể của chúng một ngày. Cá sapa non ăn chủ yếu động vật phù du. Thức ăn của cá sapa trưởng thành là các loài tép nhỏ. Cá sapa sinh sản ở nhiệt độ 15-20 ° C. Cá sapa đẻ trung bình khoảng 100.000 đến 400.000 trứng trong mùa sinh sản từ tháng Ba đến tháng Mười, nhưng sinh sản chủ yếu xảy ra từ tháng Tư đến tháng Tám. 8 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Hình 1.4 Các loại thức ăn của cá sapa trong tự nhiên *Đánh bắt Hình 1.5 Sản lượng đánh bắt cá sapa (tấn) từ năm 1950 đến năm 2009 Nguốn: www.wikipedia.com I.2.4 Thành phần dinh dưỡng Cá sapa có thịt nạc và màu trắng, trong thịt và mỡ cá sapa rất giàu axít docosahexaenoic (DHA) và axít eicosapentaenoic (EPA). Mùa cá nhiều mỡ là từ mùa thu tới mùa đông còn ít mỡ là từ mùa hè tới mùa thu. Tại Nhật Bản, nó được sử dụng ở dạng nướng, ăn với sushi hoặc có thể ăn gỏi, nhưng cần thận trọng do cá có thể nhiễm giun kí sinh của chi Anisakis. Ngoài ra, trong công nghiệp thực phẩm, người ta còn chế biến nó thành dạng cá hộp, cá hun khói, cá ướp đá hay cá muối. Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng cá sapa 9 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Nutrition Facts Serving Size 1/3 cup (56 g) Per Serving % Daily Value* Calories 120 120 Calories from Fat 72 72 Total Fat 8.0g 12% 12 Saturated Fat 2.0g 10% 10 Polyunsaturated Fat 0.0g 0 Monounsaturated Fat 0.0g 0 Cholesterol 40mg 13% 13 Sodium 250mg 10% 10 Carbohydrates 0.0g 0% 0 Dietary Fiber 0.0g 0% 0 Sugars 0.0g 0 Protein 12.0g 12 Calcium 10% · Iron 6% *Based on a 2000 calorie diet Nguồn: Calories in Chicken of the Sea - Chub Mackerel, Canned, Solids Drained | Nutrition and Health Facts http://caloriecount.about.com/calories-chicken-sea-chub- mackerel-i319341#ixzz2cTrlWbWF I.2.5 Sự biến đổi của cá sau khi đánh bắt và trong quá trình nướng I.2.5.1 Các biến đổi của cá sau khi đánh bắt Cá từ khi đánh được đến khi chết, trong cơ thể của nó bắt đầu có hàng loạt sự thay đổi về vật lý và hóa học. Sự biến đổi của cá sau khi chết được mô tả theo sơ đồ: Các biến đổi cảm quan Biến đổi về cảm quan là những biến đổi được nhận biết nhờ các giác quan như biểu hiện bên ngoài, mùi, kết cấu và vị. Những biến đổi ở cá tươi nguyên liệu Trong quá trình bảo quản, những biến đổi đầu tiên của cá về cảm quan liên quan đến biểu hiện bên ngoài và kết cấu. Vị đặc trưng của các loài cá thường thể hiện rõ ở vài ngày đầu của quá trình bảo quản bằng nước đá. 10 [...]... phẩm 1.2.5.2 Các biến đổi của cá trong quá trình nướng 1 Biến đổi về vật lí Sự thay đổi nhiệt độ, do nhiệt độ nướng cao và ít thay đổi trong suốt quá trình nhiệt độ quá trình nướng tăng dần Tốc độ tăng nhiệt của từng lớp giảm dần theo chiều dày của vật liệu lớp ngoài tăng nhanh ,trung tâm của vật liệu tăng chậm Như vậy trong quá trình tăng nhiệt Trong vật liệu sẽ tạo thành trường nhiệt độ Khi nướng thực... formaldehyde nhanh nhất khi ở nhiệt độ lạnh đông cao (lạnh đông chậm) Ngoài ra, nếu cá bị tác động cơ học quá mức trong các khâu từ khi đánh bắt đến khi làm lạnh đông và nếu nhiệt độ trong quá trình bảo quản lạnh động bị dao động thì lượng formaldehyde hình thành sẽ tăng Bảng 1.4 Tóm tắt những biến đổi trong quá trình tự phân giải của cá ướp lạnh 21 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN... nhất, cá trở nên cứng pH giảm đến một mức độ nào đó lại tăng lên gần trung tính, cá lúc này trở nên mềm Hình 1.6 Sơ đồ sự biến đổi pH của cá sau khi chết A Thời gian khi đánh bắt B Thời gian khi chết, bắt đầu tê cứng C Cá có pH thấp nhất D Cá cứng nhất E Cá bắt đầu mềm F: Cá bắt đầu ươn hỏng 17 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP G: Cá ươn hỏng Sự phân hủy ATP Sau khi chết,... thịt cá giảm sau khi cá chết có ảnh hưởng đến tính chất vật lý của cơ thịt cá Khi pH giảm, điện tích bề mặt của protein sợi cơ giảm đi, làm cho các protein đó bị biến tính cục bộ và làm giảm khả năng giữ nước của chúng Mô cơ trong giai đoạn tê cứng sẽ mất nước khi luộc và đặc biệt không thích hợp cho quá trình chế biến 16 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP có xử lý nhiệt, ... trưng của cá có thể là sự ươn hỏng và phân hủy (thối rữa) Bảng 1.3 Đánh giá độ tươi: Qui chế của Hội đồng (EEC) No 103/76 OJ No.L20 (28-01-1976) (EEC,1976) Bảng 1.3 Bảng đánh giá chất lượng cá 13 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP 14 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP 15 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Các biến đổi... canxi" (CAF) - đối với quá trình tự phân giải cơ thịt cá được tìm thấy trong thịt, các loài cá có vây và giáp xác.Các enzym calpain tham gia vào quá trình làm gãy và tiêu hũy protein trong sợi cơ c Các enzym collagenase Enzym collagenase giúp làm mềm tế bào mô liên kết Các enzym này gây ra các “vết nứt” hoặc bẻ gãy các myotome khi bảo quản cá bằng đá trong một thời gian dài hoặc khi bảo quản chỉ trong... aldehyde, este, các sunfit không phải H2STMA, Các loài Pseudomonas H2SNH3, các acid: acetic, butyric và propionic Vibrionaceae 27 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Các vi khuẩn gây hỏng hiếu khí Bảng 1.7 Cơ chất và các hợp chất gây biến mùi do vi khuẩn sinh ra trong quá trình ươn hỏng của cá Cơ chất TMAOCysteineMethionineCarbohydrat và lactatInosine, IMPCác acid amin (glycine,... gradient nhiệt độ giảm đi Ở thời kì sau, nhiệt độ lớp ngoài tăng do quá trình bốc hơi kết thúc trong khi nhiệt độ trung tâm tiến đến không đổi, điều đó dẫn đến sự tăng vọt của gradient nhiệt độ 30 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Biến đổi về khối lượng: Khối lượng của sản phẩm giảm đi đáng kể, nguyên nhân là do mất nước Biến đổi về thể tích và khối lượng riêng: trong quá trình. .. với các acid amin Mức độ biến đổi của các thành phần hóa học phụ thuộc vào sự tiếp xúc với nguồn nhiệt Lớp ngòai cũng tiếp xúc với nguồn nhiệt mạnh nên thành phần của nó biến đổi mạnh hơn 4 Biến đổi sinh học Nguyên nhân cơ bản là sự tăng nhiệt độ khi nướng Vì cá có nhiều loại enzym Tốc độ tăng nhiệt trong vật liệu sẽ ảnh hưởng đến họat động của các enzym 5 Biến đổi vi sinh 32 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG... họat động của các enzym 5 Biến đổi vi sinh 32 BÀI TẬP TRUYỀN NHIỆT NƯỚNG CÁ SAPA BỌC G IẤY BẠC TRÊN MÂM THÉP Quá trình nướng nhiệt độ cao vi sinh vật bị tiêu diệt gần như hoàn toàn trong suốt quá trình nướng, do vậy sản phẩm được bảo quản lâu hơn 6 Biến đổi cảm quan Quá trình nướng xúc tiến sự biến đổi tính chất sinh lí hóa của các thành phần tham gia cấu trúc sản phẩm, làm cho sản phẩm chín, sử dụng . 12 Calcium 10% · Iron 6% *Based on a 2000 calorie diet Nguồn: Calories in Chicken of the Sea - Chub Mackerel, Canned, Solids Drained | Nutrition and Health Facts http://caloriecount.about.com/calories-chicken-sea-chub- mackerel-i319341#ixzz2cTrlWbWF I.2.5. quan trọng nhất là men cathepsin, trong cá chúng hoạt động rất thấp. a. Các enzym cathepsin Cathepsin là enzym thủy phân nằm trong lysosome. Enzym quan trọng nhất là cathepsin D tham gia vào. quá cao, một số thành phần hóa học sẽ mất đi, như đường bị caramen hóa, vitamin bị phân hủy, nhưng thay vào đó là lớp vỏ cứng có tác dụng che chở phần mềm của sản phẩm. Cũng do nhiệt độ cao nên