Thiết lập hế độ sấy vi sóng tối ưu cho màng gấc bằng phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu trên cơ sở thuật toán vượt khe

21 ộ ứCHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA VÀ PHÁT TRIỂN TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU TRÊN CƠ SỞTHUẬT TOÁN VƯỢT KHE .... 27 2.2 Khái quát về bước chuyển động trong quá trình tối ưu hóa lặp.. Giá tr

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜNG ĐẠ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

NGUYỄ N TU N LINH Ấ

PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU TRÊN CƠ SỞ

THUẬT TOÁN VƯỢT KHE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA H C Ọ

K THU T NHI T Ỹ Ậ Ệ

Hà N ộ i – 201 8

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

THUẬT TOÁN VƯỢT KHE

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA H C Ọ

K THU T NHI T Ỹ Ậ ỆNGƯỜI HƯỚ NG DẪN KHOA HỌC

2 TS NGUYỄN ĐỨC TRUNG

Hà N - ộ i 201 8

LỜI CAM ĐOANTôi tin cam đoan đây là công trình nghiên cứu c a bủ ản thân tôi, được th c ự

hiện dưới sự hướng d n khoa h c cẫ ọ ủa tập th ể hướng d n Tẫ ất cả nh ng tài li u mà ữ ệluận văn có trích ẫn đã đượd c liệt kê đầy đủ và rõ ràng, ngoài ra tác gi không trích ả

d n bẫ ất kỳ tài li u nào khác Các s u và kệ ốliệ ết quả nghiên c u nêu trong lu n án là ứ ậtrung thực và chưa từng được ai khác công bố trong b t kấ ỳ công trình nào

Tác gi ảluận văn

Nguyễn Tu n Linh ấ

LỜI CẢM ƠN

Trước h t, tôi xin trân tr ng cế ọ ảm ơn Trường Đạ ọi h c Bách Khoa Hà N i, ộViện Đào tạo Sau Đạ ọi h c và các Giáo sư, Ti n s c a Việế ỹ ủ n Khoa h c & Công ngh ọ ệNhiệt Lạnh, Vi n Công ngh Sinh h c và Công ngh Th c ph m ệ ệ ọ ệ ự ẩ đã tạo điều ki n ệthuậ ợn l i và góp nhi u ý ki n quý báu giúp tôi hoàn thành luề ế ận văn này

Đặc bi t, tôi xin bày t lòng biệ ỏ ết ơn chân thành tới PGS TSKH Nguyễn Văn

M nh và TS Nguyạ ễn Đức Trung đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ, tin tưởng và t o ạ

mọi điều ki n ệ thuậ ợn l i cho tôi trong su t quá trình thố ực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn nhóm thực hiện đề tàiT2016-PC 033 “Nghiên

-cứu phương pháp sấy màng g c nguyên ch t t màng gấ ấ ừ ấc nhằm gi m thi u s tả ể ự ốn

th t ấ β-Caroten và Licopen ” đã giúp đỡ ạo điề, t u ki n cho tôi tìm hi u ệ ể tài liệu và thực hiện các thí nghi m thệ ực tế

Tôi xin cảm ơn bố ẹ, ngườ m i thân và bạn bè đã ủng h ộ và động viên tôi trong quá trình nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác gi ảluận văn

Nguyễn Tu n Linhấ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ TH vi Ị M Ở ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 T ng quan v cây g c 3 ổ ề ấ 1.1.1 Ngu n gồ ốc và đặc điểm thực vậ ọt h c 3

1.1.2 Thành phần dinh dưỡng trong qu g c 4 ả ấ 1.1.3 Tình hình s n xuả ất và tiêu thụ ấ g c 7

1.2 H p ch t carotenoid 8 ợ ấ 1.2.1 C u t o hóa h c 8 ấ ạ ọ 1.2.2 S t ng h p carotenoids 9 ự ổ ợ 1.2.3 Giá tr sinh hị ọc của hợp chất carotenoids 10

1.2.4 Ảnh hưởng c a y u t ngo i củ ế ố ạ ảnh đến s biự ến đổi carotenoids 13

1.3 K thuỹ ật sấy vi sóng 14

1.3.1 Cơ chế làm nóng c a vi sóng 14 ủ 1.3.2 Đặc điểm c a s y vi sóng 15 ủ ấ 1.3.3 C u t o chung cấ ạ ủa hệ thống s y vi sóng 16 ấ 1.4 Các vấn đề ồ ạ t n t i và n i dung nghiên c u 21 ộ ứ CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA VÀ PHÁT TRIỂN TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU TRÊN CƠ SỞTHUẬT TOÁN VƯỢT KHE 23

2.1 Khái ni m v bài toán tệ ề ối ưu hóa và ý nghĩa của nó 23

2.2 Phương pháp giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu 27

2.2 Khái quát về bước chuyển động trong quá trình tối ưu hóa lặp 31

2.3 Nguyên lý chuyển động vượt khe 37

2.4 Phương pháp xác định bước vượt khe 39

2.3.1 Xác định bước vượt khe dựa theo đạo hàm 39 2.3.2 Xác định bước vượt khe dựa theo giá trị hàm 41 2.5 Sơ đồ nguyên lý thu t toán tậ ối ưu hóa vượt khe 44 2.6 Bước vượt khe và hướng tr c giao tụ ực nón (hướng chi u Affine) 46 ềCHƯƠNG 3: BỐ TRÍ THÍ NGHI M VÀ X LÝ S LIỆ Ử Ố ỆU XÁC ĐỊNH CH Ế ĐỘ

SẤY TỐI ƯU 53 3.1 Thiết bị thí nghi m 53 ệ3.2 Phương pháp bố trí thí nghi m 55 ệ3.2.1 Phương pháp lấy m u và x lý m u 55 ẫ ử ẫ3.2.2 Nghiên c u s biứ ự ến đổi hàm lượng carotenoids c a gủ ấc trong các điều

ki n khác nhau v ệ ềchỉ ố công suấ s t riêng ph n (W/g) trong quá trình s y vi sóngầ ấ 55 3.2.3 Nghiên c u s biứ ự ến đổi hàm lượng carotenoids c a gủ ấc trong các điều

ki n khác nhau v tệ ề ốc độ gió (m/s) trong quá trình sấy vi sóng 57 3.2.4 Xác định hàm lượng lycopene và β-carotene 58 3.3 Kết quả thí nghi m 58 ệ3.4 Chuẩn hóa các hàm mục tiêu 59 3.5 Th ng nh t hóa các mố ấ ục tiêu 68 3.6 Thiết lập hàm mục tiêu tương đương vô điều ki n 69 ệ3.7 Cực tiểu hóa hàm mục tiêu tương đương 70 3.8 Kết luận 73

KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN C U 74 ỨTÀI LIỆU THAM KH O 76 ẢPHỤ Ụ L C I: CODE PASCAL 78

DANH MỤC CÁC BẢNG

B ng 1.1: Thành phả ần dinh dưỡng trong qu g c ả ấ

B ng 1.2: Thành phả ần acid béo trong màng đỏ qu g c ả ấ

B ng 1.3: Mả ột số chuẩn thiết kế ố ng d n sóng ẫ

B ng 3.1: B trí thí nghiả ố ệm trong các điều ki n khác nhau v công suệ ề ất riêng phẩn

B ng 3.2: B trí thí nghiả ố ệm trong các điều ki n khác nhau v tệ ề ốc độ gió

B ng 3.3: Kả ết quả thí nghi m kiệ ểm tra ảnh hưởng của tốc đ gió đến hàm lượộ ng lycopene và β-carotene

B ng 3.4: Kả ết quả thí nghi m kiệ ểm tra ảnh hưởng c a công su t vi sóng riêng ph n ủ ấ ầđến hàm lượng lycopene và β-carotene

B ng 3.5: Kả ết quả thí nghi m kiệ ểm tra ảnh hưởng của tốc đ gió đến hàm lượộ ng lycopene và β carotene đã chuẩ- n hóa

B ng 3.6: Kả ết quả thí nghi m kiệ ểm tra ảnh hưởng c a công su t vi sóng riêng ph n ủ ấ ầđến hàm lượng lycopene và β carotene đã chuẩ- n hóa

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊHình 1.1: C u t o m t s h p chấ ạ ộ ố ợ ất carotenoids (Kopczynski, 2005)

Hình 1.2: Sự trao đ i ch t và sinh tổổ ấ ng h p carotenoids (Shan Lu & Li Li, 2008) ợHình 1.3: Quá trình chuyển hóa beta-carotene thành vitamin A

Hình 2.2 Nguyên tắc chuyển động vượt khe

Hình 2.3 Sự ế bi n thiên hàm m c tiêu dụ ọc theo hướng chuyển động

Hình 2.4 Lưu đồ thuật toán xác định bước vượt khe dựa theo đạo hàm theo hướng Hình 2.5 Dấu hiệu vượt khe dựa theo giá tr hàm tị ại ba điểm liên ti p ế

Hình 2.6 Xác định bước vượt khe d a theo giá tr hàm ự ị

Hình 2.7 Sơ đồ thu t toán tậ ối ưu hóa vượt khe

Hình 2.8 Sự hình thành hướng chi u Afine ế

Hình 2.9 Quá trình cực tiểu hoá theo thu t toán VAF ậ

Hình 3.1.Thiết bị ấ s y vi sóng v n hành t máy tính ậ ừ

Hình 3.2 Thiết bị ấ s y và h ống điềệth u khi n ể

Hình 3.3 Màng gấc trên khay s y ấ

Hình 3.4: Mô hình hóa kết quả thí nghiệm ảnh hưởng v n tậ ốc gió đến hàm lượng lycopene

Hình 3.5 Các h s ệ ố phương trình dạng bậc 2 trơn từng khúc c a hàm ủ H11

Hình 3.6: Mô hình hóa kết quả thí nghiệm ảnh hưởng v n tậ ốc gió đến

hàm lượng β carotene

-Hình 3.11 Các h s ệ ố phương trình dạng bậc 3 trơn từng khúc c a hàm ủ H22

MỞ ĐẦU

Carotenoids được biết đến là m t ch t có giá tr l n v y h c, các h p ch t ộ ấ ị ớ ề ọ ợ ấcarotenoids như β-carotene, lycopene, lutein và zeaxanthin có kh ả năng kháng sựphát tri n t ể ế bào ung thư da, ung thư phổi, điều tr b nh tim m ch và bị ệ ạ ệnh đục thủy tinh th (Braun & Cohen, 2007) Trong nhóm carotenoids, lycopene có tác d ng h ể ụ ỗtrợ làm giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư tuyến ti n li t (Karppi et al., 2009), còn ề ệlutein giúp làm giảm nguy cơ mắc b nh ệ ung thư nội m c t cung, bu ng tr ng ạ ử ồ ứ(Braun & Cohen, 2007) Trong t nhiên, carotenoids có m t trong nhi u lo i thự ặ ề ạ ực

vật như đu đủ, car t, cà chua, g c và nhi u lo i qu ố ấ ề ạ ả khác, đây là nguồn cung cấp carotenoids quan trọng cho cơ thể con người Song, giá tr ị dinh dưỡng v ềcarotenoids của các lo i th c vạ ự ật này khác nhau và được quyết định b i thành ph n, ở ầhàm lượng các h p chợ ất trong nhóm carotenoids Đối v i các s n ph m ch bi n ớ ả ẩ ế ếgiàu carotenoids t ừ thực v t, s biậ ự ến đổi carotenoids x y ra b i s ả ở ự tác động c a ủnhiệt độ cao, ánh sáng và m t s ộ ố điều kiện khác, do đó trong các kỹ thuật ch biế ến,

việc đảm b o h n ch tả ạ ế ối đa sự ến đổ bi i thành phần và hàm lượng carotenoids đóng vai trò quyế ịt đ nh chất lượng dinh dưỡng c a s n phủ ả ẩm

T i Vi t Nam, g c là m t lo i trái cây rạ ệ ấ ộ ạ ất giàu carotenoit, hàm lượng β-carotenoit trong qu g c cao nh t so v i các loả ấ ấ ớ ại trái cây khác (Vuong, 2000), hàm lượng lycopene g p 76 l n so vấ ầ ới cà chua (Ishida et al., 2004), đồng th i trong màng hờ ạt

g c còn ch a mấ ứ ột lượng l n vitamin E (Vuong et al., 2006) B i v y, gớ ở ậ ấc đã được khai thác làm nguyên li u ch bi n nhi u s n phệ ế ế ề ả ẩm giàu carotenoids như: dầu gấc,

b t g c, viên nang m m d u gộ ấ ề ầ ấc… Nhiều k ỹthuật, công ngh ệchế biến đã được áp

dụng như kỹ thu t s y phun, sậ ấ ấy đối lưu trong chế ế bi n các s n ph m t g c Viả ẩ ừ ấ ệc

s dử ụng phương pháp sấy b ng nhiằ ệt độ làm giảm hàm lượng các h p chợ ất carotenoids trong gấc (Yardfon et al., 2014) Khi s y g c bấ ấ ằng phương pháp sấy đông khô cho chất lượng t t nhố ất, hàm lượng carotenoids b s t gi m ít nh t so v i ị ụ ả ấ ớcác phương pháp sấy khác (T.H.Tran et al., 2007), nhưng phương pháp này không

thể áp d ng trong quy mô công nghi p vì chi phí rụ ệ ất lớn

Gần đây, kỹ thu t s y vi sóng - m t k ậ ấ ộ ỹ thuật áp d ng hi u ng nhi t chuy n hóa ụ ệ ứ ệ ểnăng lượng b c x ứ ạ điệ ừn t trong m t vùng không gian hộ ẹp đượ ức ng d ng trong qua ụtrình s y gấ ấc Phương pháp này cho phép thoát ẩm trên m t n n nhiộ ề ệt độ thấp và

thời gian s y nhanh Vi c áp d ng nhiấ ệ ụ ệt độ ấth p trong quá trình s y có th h n ch ấ ể ạ ế

s ự tác động c a nhiủ ệt độ đế n s biự ến đổi thành phần và hàm lượng carotenoids Các nghiên cứu ứng d ng sụ ấy vi sóng trong nước đáng chú ý là của Nguyễn Đức Trung

và c ng s ộ ự bước đầu cho th y kh ấ ả năng làm tăng tốc độ thoát m c a s n phẩ ủ ả ẩm màng g c so v i sấ ớ ấy đối lưu và sấy đông khô Tuy hàm lượng lycopene và β- carotene sau s y th c hi n trên thi t b s y vi sóng cho k t qu tấ ự ệ ế ị ấ ế ả ốt hơn sấy đối lưu, nhưng những k t qu thí nghi m cho th y vi c s d ng công su t vi sóng riêng ph n ế ả ệ ấ ệ ử ụ ấ ầ

l n ho c kéo dài th i gian s y làm giớ ặ ờ ấ ảm hàm lượng nhóm lycopene Hơn nữa, cho

đến nay, các k t qu nghiên c u v tế ả ứ ề ối ưu hóa đa mục tiêu có ràng bu c cho quá ộtrình sấy vi sóng được công b ố trong nước là r t ít Vì vấ ậy, để nâng cao hi u qu ệ ảquá trình s y màng g c trong thi t b s y vi sóng, góp ph n nâng cao chấ ấ ế ị ấ ầ ất lượng và giá tr s n ph m màng g c sau thu ho ch, r t c n nh ng nghiên c u toàn di n và k ị ả ẩ ấ ạ ấ ầ ữ ứ ệ ỹlưỡng v ch s y màng g c trong thi t b này ề ế độ ấ ấ ế ị

V i nhớ ững phân tích trên đây, mục tiêu nghiên c u cứ ủa đề tài đặt ra là xây d ng ựphương pháp và giải quy t bài toàn thi t l p ch s y vi sóng tế ế ậ ế độ ấ ối ưu cho màng g c ấ

nh m cằ ực đại hóa hàm lượng lycopene và β-carotene thu được trên s n ph m sau ả ẩ

s y N i dung nghiên c u dấ ộ ứ ựa trên cơ sở phát tri n áp d ng lý thuy t tể ụ ế ối ưu hóa đa

m c tiêu có ràng bu c b ng thuụ ộ ằ ật toán vượt khe K t qu nghiên c u nhế ả ứ ằm làm cơ

s cho vi c thiở ệ ết lập ch s y vi sóng cho s n ph n màng g c và phát tri n cho các ế độ ấ ả ẩ ấ ể

lo i sạ ản ph m nông s n khác ẩ ả

CHƯƠNG TỔNG QUAN11.1 Tổng quan về cây gấc

1.1.1 Ngu ồ n gốc và đặ c đi ể m th ự c vậ ọ t h c

G c tên khoa hấ ọc Momordica cochinchinesis là ộ m t lo i cây khu vạ ở ực Đông Nam Á, được tìm th y trên kh p các vùng t mi n Nam Trung Qu c n ấ ắ ừ ề ố đếĐông Bắc Úc bao gồm Thái Lan, Lào, Myanmar, Campuchia và Vi t Nam Qu ệ ả

của nó được s d ng trong ử ụ ẩm th c l n trong y hự ẫ ọc (https://vi.wikipedia.org/wiki/Gấc) G c có th ấ ể trồng b ng h t hay dâm cành vào ằ ạtháng 2-3, tr ng mồ ột năm thu hoạch nhiều năm, mùa thu hoạch qu g c vào ả ấtháng 8-9 đến tháng 1-2 năm sau

G c là loài cây thân th o dây leo thuấ ả ộc chi mướp đắng Đây là loài cây đơn tính khác gốc, cây cái và cây đực riêng bi t Cây g c leo kh e, chi u dài có ệ ấ ỏ ềthể ọc đế m n 15m, thân có ti t di n góc (https://vi.wikipedia.org/wiki/G c) G c ế ệ ấ ấ

mỗi năm khô héo một lần nhưng vào mùa xuân năm sau, từ ố g c m c ra thân mọ ới,

m i g c có nhi u dây, m i dây có nhiỗ ố ề ỗ ều đốt, mỗi đốt có lá Lá g c m c so le, ấ ọchia thùy khía sâu, đường kính phi n lá 12-ế 20cm, dưới đáy lá hình tim, trên mặt

có màu xanh l c s m Gụ ẫ ấc có hoa cái và hoa đực riêng biệt, hoa thường n vào ởtháng 4-5, cánh hoa có màu vàng nh t Qu ạ ả non thường ra vào tháng 6, hình bầu

d c dài 15-ụ 20cm, đít nhọn, bên ngoài có nhi u gai nhề ỏ, khi chín có màu đỏ cam Trong qu có nhi u h t x p thành hàng d c, quanh hả ề ạ ế ọ ạt có màng màu đỏ máu Hạt

r t cấ ứng, màu nâu đen, quanh mép có răng cưa tù và rộng, chi u dài kho ng 25-ề ả35mm, r ng 19-31mm, d y 10mm, bên trong h t có nhân ch a nhi u dộ ầ ạ ứ ề ầu ( Đỗ

Tất Lợi, 2004)

Khối lượng qu gả ấc không đồng đều, thay đổi tùy thu c vào giộ ống, điều kiện ngo i c nh và ch ạ ả ế độ chăm sóc Trong điều kiện chăm sóc tốt, m i g c dây ỗ ố

g c có th cho 100 quấ ể ả/năm, trung bình từ -50 qu30 ả/năm, trọng lượng m i qu ỗ ả

có th ể thay đổ ừ vài trăm gam đếi t n 1,2-1,5kg, th m chí lên t i 2-ậ ớ 3kg (Đỗ ất T

L i, 2004) Dợ ựa vào đặc điểm hình thái, màu s c gắ ấc được chia thành các giống khác nhau:

- G c n p: qu to trấ ế ả ọng lượng qu trung bình t ả ừ1,5-2kg, nhi u h t, gai to, ề ạ

ít gai, khi chín chuyển sang màu đỏ cam B ổ quả ra bên trong cùi có màu vàng tươi, màng bao bọc hạt có màu đỏ tươi rấ ật đ m và dày th ớ

- G c t : qu ấ ẻ ả nhỏ trung bình kho ng 1kg, v ả ỏ dày tương đối ít h t, gai ạnhọn, nhi u gai, qu chín b ra bên trong cùi có màu vàng nh t, màng bao quanh ề ả ổ ạ

hạt thường có màu đỏ nhạt

- G c lai: qu tròn to, chấ ả ất lượng t t, trố ọng lượng trung bình đạt 2-3kg, quả ít gai, có màu xanh đen, khi chín có màu đỏ, màng bao quanh hạt có màu đỏthẫm, cho năng suất cao

Gấc là một loại cây ưa sáng ngày ngắn, cây sinh trưởng tốt trong điều kiện chiếu sáng mạnh nhưng quả phát tri n tể ốt trong điều ki n chi u sáng gi m Giai ệ ế ảđoạn qu ả đang lớn n u g p ánh sáng chi u tr c ti p qu r t d b rám, th i ho c ế ặ ế ự ế ả ấ ễ ị ố ặ

s m r ng Vì v y, tr ng gớ ụ ậ ồ ấc nên làm giàn đểnâng cao chất lượng và ph m chẩ ất

c a qu Nhiủ ả ệt độ trung bình cho trái g c phát tri n t -ấ ể ừ 25 270C, h t g c có th ạ ấ ể

n y mả ầm ở nhiệt độ 13 15 - 0C nhưng tốt nh t 25ấ ở 0C G c có kh ấ ả năng chịu hạn

tốt hơn chịu úng Giai đoạn t khi m i trừ ớ ồng đến trước khi ra hoa yêu cầu độ ẩm

của đất đạt 65-70%, giai đoạn ra hoa cần độ ẩm đạt 75%, khi tr ng nên làm ồ

vồng, ụ hay trồng ở nơi có khả năng tiêu thoát nước tốt

(http://www.haiduongdost.gov.vn/nongnghiep/?menu=news&catid=1&itemid=187& )

1.1.2 Thành ph ần dinh dưỡ ng trong qu g c ả ấ

Quả ấ g c là m t lo i trái cây b dư ng v i nhiộ ạ ổ ỡ ớ ều dưỡng ch t, vitamin c n ấ ầthiết cho cơ thể, đặc biệt giàu β-caroten và lycopen, mang l i l i ích s c kh e ạ ợ ứ ỏcho người s d ng Theo s li u công b b i Viử ụ ố ệ ố ở ện dinh dưỡng (2007), trong 100g qu g c (phả ấ ần ăn được) chứa: 77g nước; 10,5g glucid; 2,1g protein; 7,9g lipid; 1,8g chất xơ Ngoài ra còn chứa calci, s t, k m, các vitamin B1, PP, C, E, ắ ẽ

và các h p ch t carotenoids ợ ấ (Vuon et alg , 2002) Thành phần dinh dưỡng trong

qu gả ấc thể ệ ở ả hi n B ng 1.1

B ng 1.1: Thành phả ần dinh dưỡng trong qu g c ả ấDinh dưỡng Giá trị trên 100g phần ăn được

phần dinh dưỡng c a qu ủ ả

Hàm lượng β-carotene trong g c cao nh t so v i các lo i trái cây khác ấ ấ ớ ạ(Vuong, 2000), đây là nguồn viatamin A thiên nhiên vô cùng quý giá giúp phòng

ngừa và điều tr m t s b nh v m t, phòng chị ộ ố ệ ề ắ ống ung thư phổi và điều tr b nh tim ị ệ

m ch (Braun & Cohen, 2007) Lycopene trong g c g p 76 l n trong cà chua (Ishida ạ ấ ấ ầ

et al., 2004), có tác d ng ch ng oxy hóa, ch ng lão hóa t bào, làm giụ ố ố ế ảm nguy cơ

mắc ung thư tuyến ti n liề ệt (Braun & Cohen, 2007)

Trong qu gả ấc thì màng đỏ bao quanh h t g c có chạ ấ ứa lượng acid béo cao hơn các bộ ph n khác (22% khậ ối lượng màng h t), bao gạ ồm hàm lượng cao các acid

không no (34,08% acid oleic; 31,43% acid linoleic) và hàm lượng thấp hơn các acid béo no, trong đó acid palmitic chi m kho ng 22,04% Thành ph n acid béo trong ế ả ầmàng đỏ bao quanh h t th hi n B ng 1.2 ạ ể ệ ở ả

B ng 1.2: Thành phả ần acid béo trong màng đỏ qu g c ả ấTên acid Khối lượng (mg/100g) T ng s acid béo (%) ổ ố

gấc có chưa acid béo linolenic một lo i acid béo r t t t cho s c kh e, chi m 2,14 % ạ ấ ố ứ ỏ ế

t ng s acid béo cổ ố ủa gấc

Trong các b ph n c a qu g c thì ph n h t t ộ ậ ủ ả ấ ầ ạ ừ lâu đã được s d ng trong ử ụđông y giúp điều tr m t s bị ộ ố ệnh như quai bị, m n nhụ ọt, trĩ, ph n ụ ữ sưng vú…( https://vi.wikipedia.org/wiki/G c) Thành ph n c a h t gấ ầ ủ ạ ồm có: 6% nước; 55,3% chất béo; 16,6% chất đạm; 1,8% tannin; 2,8% xenluloza; 2,9% chất vô cơ; 2,9%

đường; 11,7% ch t khoáng Ngoài ra còn có mấ ột lượng nh các men photphatoza, ỏinvectaza và peroxydaza Theo tiến sĩ Đỗ ấ T t L i (2004), trong h t g c không có ợ ạ ấalkaloid, chứa 47% (so v i nhân h t) dớ ạ ầu béo đặc ở nhiệt độ thư ng khi m i ép có ờ ớmàu xanh l c nhụ ạt nhưng khi tác dụng nhiệt hay để lâu do tác động c a oxy và ánh ủsáng s s m màu D u có tính ch t n a khô, n u tr n v i d u khô có th dùng trong ẽ ẫ ầ ấ ử ế ộ ớ ầ ể

cầu trong nước cũng như xuất kh u ẩ Ở miền B c, có kho ng 18 t nh thành tr ng gắ ả ỉ ồ ấc

v i di n tích canh tác nhi u và t p trung t nh Hớ ệ ề ậ ở ỉ ải Dương khoảng 500 hecta, t nh ỉThái Bình trên 100 hecta, Hưng Yên 200 hecta, Bắc Giang kho ng 120hecta, các ả

t nh còn lỉ ại như Tuyên Quang, Điện Biên, Nam Định, Hà Nội… vớ ổi t ng di n tích ệkho ng 150 hecta ả Ởmiền Nam, hi n nay do d ệ ự án đầu tư phát triển vùng tr ng gồ ấc

c a công ty c ph n Nông nghiủ ổ ầ ệp Phương Đông nên diện tích tr ng gồ ấc tăng lên đáng kể như Tây Ninh khoảng 170 hecta, Long An 30 hecta, Daknong là 67 hecta… (http://www.slideshare.net/CtyThaoNguyenXanh/d-n-xy-dng-vng-nguyn- -liu trng-gc-xut-khu-48126369 )

Gấc được dùng trong c m th c l n y h c Trong m th c, phả ẩ ự ẫ ọ ẩ ự ần màng đỏbao quanh h t gạ ấc thường được dùng để ấ n u xôi t o nên sạ ắc đỏ ấ ắ r t b t m t b i v y, ắ ở ậxôi gấc thường được dùng trong các d p khao vị ọng, đình đám trong các dịp l tễ ết hay cướ ỏi h i Lá g c non thái ch ấ ỉ còn được dung như một lo i gia v không th thi u ạ ị ể ếtrong món c niủ ễng xào rươi, một món ăn đặc biệt ở miền B c Trong y h c, màng ắ ọ

đỏ ủ c a hạt được dùng để ỗ ợ điề h tr u tr b nh khô mị ệ ắt, giúp tăng cường th l c, là ị ựngu n b sung vitamin A dồ ổ ồi dào dưới d ng carotenoid H t g c là m t v ạ ạ ấ ộ ị thuốc trong Đông y có tên goi là “mộc ti t tế ử” giúp điều tr ị các trường hợp sang thương,

m n nhụ ọt, trĩ, sưng vú ở ph nụ ữ…( https://vi.wikipedia.org/wiki/Gấc) Ngoài ra, r ễ

g c sao vàng, tán nh dùng ch a tr tê thấ ỏ ữ ị ấp, sưng chân (Đỗ ấ T t L i, 2004) Chính ợ

b i g c có nhi u công dở ấ ề ụng như vậy cho nên trong những năm trở ại đây đã có lnhi u s n ph m t gề ả ẩ ừ ấc được thương mại hóa như dầu g c, viên nang m m d u g c, ấ ề ầ ấnước ép hoa qu , b t g c…đ có th ả ộ ấ ể ể đáp ứng nhu c u ngày mầ ột tăng của th trư ng ị ờ

V i nhi u ng d ng trong ch bi n s n ph m th c phớ ề ứ ụ ế ế ả ẩ ự ẩm cũng như dược

ph m cho nên nhu c u v nguyên li u gẩ ầ ề ệ ấc để ả s n xuất cũng từ đó mà tăng lên Thịtrường trong nước tiêu th kho ng trên 1 tri u tụ ả ệ ấn/năm để ả s n xu t các s n ph m ấ ả ẩnhư nước ép, th c ph m chự ẩ ức năng, gia vị thay th phế ẩm màu…Bên cạnh đó thịtrường xu t khấ ẩu cũng ngày càng trở nên l n m nh vớ ạ ới đa dạng các mặt hàng như

g c qu , b t g c, gấ ả ộ ấ ấc tươi đông lạnh, d u gầ ấc Các nước tiêu th nhi u g c cụ ề ấ ủa nước

ta điển hình như Nhật B n trên 4 tri u tả ệ ấn/năm, Thái lan khoảng 1 tri u tệ ấn/năm, các nước Châu Âu trên 2 tri u tệ ấn/năm, Hoa Kì từ 500-1000 tấn/năm và Ấn Độ là 300-500 tấn/năm (http://www.slideshare.net/CtyThaoNguyenXanh/d-n-xy-dng-vng-nguyn- -trng-gc-xut-khu-48126369 liu )

1.2 Hợp chất carotenoid

1.2.1 C ấ u tạ o hóa h c ọ

Carotenoids là một nhóm đa dạng các sắc tố ừ vàng đến đỏ đượ t c tìm th y trong rấ ất nhi u các loề ại hoa, trái cây và rau Chúng không chỉ được tổng h p trong các sinh ợ

vật quang hợp, vi khu n lam mà còn t ng h p b i m t s vi khu n không quang ẩ ổ ợ ở ộ ố ẩ

h p và n m (Shan Lu & Li Li, 2008) Carotenoids tan trong dung môi hợ ấ ữu cơ, không hòa tan trong nước C u t o c a carotenoids là chu i hydrocacbon g m các ấ ạ ủ ỗ ồđơn vị isoprene, các carotenoids có chu i hydrocacỗ bon chưa bão hòa, nối π tiếp cách có thể khép vòng ở đầu, đôi khi có sự đố ứ i x ng trong phân t D a vào đử ự ặc điểm c u trúc phân t carotenoids chia làm hai nhóm Nhóm th nh t, trong công ấ ử ứ ấthức phân tử có chưa oxy được gọi là xanthophylls như lutein, zeaxanthin và nhi u ề

d n xuẫ ất chứa nhóm hydroxyl, aldehyde và keton Nhóm th hai, c u t o phân t ứ ấ ạ ử

ch có cacbon và hydro không chỉ ứa oxy như lycopene, β carotene, α- -carotene được goi là carotene (https://en.wikipedia.org/wiki/Carotenoid)

Hình 1.2: C u t o m t s h p ch t carotenoids (Kopczynski, 2005) ấ ạ ộ ố ợ ấ

1.2.2 S t ự ổ ng hợ p carotenoids

Carotenoids trong th c vự ật được sinh t ng h p bổ ợ ắ ầt đ u với sự ổ t ng h p isopentenyl ợdiphosphate (IPP) và dimethylallyl diphosphate (DMAPP) thông qua 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate (MEP) con đường s d ng glyceraldehydes-3-phosphate ử ụ(GAP) và pyruvate là chất ban đầu IPP và DMAPP được s dử ụng để hình thành các trung tâm trung gian diphosphate geranylgeranyl (GGDP) Sự ổ t ng h p phytoene ợ

b ng viằ ệc ngưng thụ hai phân t GGDP b i hai phân t phytonene synthase (PSY) ử ở ử

là bước đầu tiên cho s hình thành các h p ch t carotenoids Các PSY xúc tác t o ự ợ ấ ạ

s n phả ẩm phytoene, hai đồng phân cis-trans isomerase c a Z-ISO và xúc tác chuy n ủ ểhóa poly-cis-phytoene thành d ng trans-lycopene T ạ ừ lycopene có hai hướng, dưới xúc tác bởi lycopene ε cyclase (LCYE) và lycopene β- -cyclase (LCYB) tạo ra α-caroten hoặc n u ỉế ch có s xúc tác cự ủa lycopene β-cyclase (LCYB) s tẽ ạo ra β-carotene Do đó, LCYE đóng một vai trò quan tr ng trong viọ ệc xác định t l -ỷ ệ βcarotene/α-caroten a-Carotene T GGDP, reductase geranylgeranyl (GGR) xúc tác ừ

gi m GGDP vào phytol tr thành chu i bên cả ở ỗ ủa chlorophyll, phylloquinone và tocopherols GGDP cũng là chất nền cho ent-copalyl diphosphate synthase (CPS) cùng với ent-kaurene synthase (KS) cho s ự trao đổi chất và sinh t ng h p ổ ợ

gibberellins (Hình 1.2) Một nhánh trao đổi chất quan trọng t n t i cùng v i con ồ ạ ớđường t ng h p carotenoids là s sinh t ng h p c a thiamine và pyridoxal t 1-ổ ợ ự ổ ợ ủ ừdeoxy-D-xylulose 5-phosphate (DXP) ( Shan Lu & Li Li, 2008) S ự trao đổi chất và sinh tổng hợp carotenoids được thể ệ ở hi n Hình 1.2

Hình 1.2: Sự trao đổ i ch t và sinh tổấ ng h p carotenoids (Shan Lu & Li Li, 2008) ợ

1.2.3 Giá tr sinh h c c ị ọ ủ a hợ p ch t carotenoids ấ

Carotenoids là ch t ch ng oxy hóa m nh m giúp b o v ấ ố ạ ẽ ả ệchống lại “stress oxy hóa”

b ng cách d p tằ ậ ắt các oxy đơn gốc tự do, c ch s peroxide ch t béo (Semba ứ ế ự ấ et al., 2007) Nhi u nghiên cề ứu đã chỉra rằng các h p chợ ất β-carotene, lycopene, lutein và zeaxathin có khả năng chống l i m t loạạ ộ t các bệnh như ung thư, bệnh tim m ch, ạthoái hóa điểm vàng và đục th y tinh th ủ ể

β-carotene có nhiều tác dụng tốt cho sức khỏe, lợi ích đầu tiên ph i kả ể đến đó là khả năng chuyển hóa thành vitamin A trong cơ thể Quá trình chuyển hóa β-carotene thành vitamin

A (Hình 1.3) là một quá trình phức tạp và diễn ra ở thành ruột non, β-carotene không chuyển hóa hết mà chỉ khoảng 70-80% chúng chuyển hóa thành vitamin A (Nguyễn Minh Thủy, 2005) Vitamin A được biết đến với vai trò giúp sáng mắt, điều trị một số bệnh như bệnh khô mắt, quáng gà, trẻ em chậm lớn, dễ mắ ệc b nh truyền nhiễm đường

hô hấp, bệnh ng cá, da tóc móng khô giòn, làm chóng lành vtrứ ết thường vết bỏng

(https://vi.wikipedia.org/wiki/Vitamin_A), ngăn chặn và làm chậm biến chứng tiền ung thư biểu bì (Nguyễn Minh Thủy, 2005) Chính vì vậy, việc tiêu thụ các thực phẩm giàu β-carotene giúp t ng hổ ợp dồi dào lượng vitamin A tự nhiên tốt cho cơ thể

Hình 1.3: Quá trình chuyển hóa beta-carotene thành vitamin A

(Nguy n Minh Th y, 2005) ễ ủ

β-carotene có kh ả năng ngăn ngừ ựa s phát tri n c a m t s bể ủ ộ ố ệnh ung thư như ung thư da, ung thư miệng, ung thư vú và đặc biệt là ung thư phổi (Braun & Cohen, 2007) Theo m t nghiên c u cộ ứ ủa Krinsky & Johnson (2005) đã kết luậ ằn r ng có một

mối tương quan giữa lượng β-carotene trong huyết thanh máu và khả năng phòng

chống ung thư Các nghiên cứu phòng chống ung thư đã cho thấy việc giảm kh ả

năng ung thư, đặc biệt là ung thư dạ dày khi có s b sung β-carotene, vitamin E và ự ổ

selen (Krinsky & Johnson, 2005)

Trong số các h p ch t carotenoids, lycopene có kh ợ ấ ả năng chống oxy hóa cao nh t, ấgiúp b o v t bào lipid, protein, DNA t s ả ệ ế ừ ự tác động c a oxy hóa Các nghiên c u ủ ứ

dịch tễ ọ h c, nuôi c y mô các dòng t ấ ế bào ung thư ở người, động v t và th nghiậ ử ệm lâm sàng trên người đã chứng minh lycopene có tác d ng h tr phòng ch ng ung ụ ỗ ợ ốthư (Karppi et al., 2009) M t nghiên c u d ch t h c c a Braun & Cohen (2007) ộ ứ ị ễ ọ ủcho thấy m t chế độ ăn có bổộ sung lycopene giúp gi m nguy có mả ắc ung thư tuyến

tiền liệt, thử nghiệm lâm sàng cũng cho thấy những người bị ung thư tuyến ti n liề ệt khi s dử ụng nước sốt cà chua giàu lycopene giúp gi m mả ột lượng đáng kể kháng nguyên tuy n ti n liế ề ệt cấp (PSA) Lycopene còn có tác d ng ụ ức chế ự s phát tri n ể

c a mủ ột số ệ h ung thư khác như ung thư vú, phổi, cổ ử b n t cung, bu ng tr ng và ồ ứtuy n t y (Rao & Rao, 2007) Bên cế ụ ạnh đó, lycopene còn giúp phòng chống b nh ệtim m ch, làm gi m cholesterol lipoprotein t ng thạ ả ỷtrọ ấp, ngăn ngừa nguy cơ nhồi máu cơ tim (Rao & Rao, 2007)

Cùng với β-carotene, lycopene thì hai h p ch t carotenoid khác là lutein và ợ ấ

zeaxanthin cũng được các nhà nghiên c u quan tâm vì nh ng l i ích s c khỏe mà ứ ữ ợ ứ

nó đem lại Lutein và zeaxanthin giúp giảm nguy cơ mắc bệnh đục th y tinh th , ủ ểthoái hóa điểm vàng, viêm võng m c (Braun & Cohen, 2007) Theo nghiên c u c a ạ ứ ủFerrari (2007), những người tiêu thụ nhi u thề ực phẩm có chứa lutein và zeaxanthin giúp giảm 22% nguy cơ mắc bệnh đục thủy tinh th Nghiên c u d ch t h c cho ể ứ ị ễ ọ

thấy có s giự ảm nguy cơ bị thoái hóa đ ểi m vàng mở ắt khi sử ụ d ng nhi u các loề ại rau, trái cây chứa lutein và zeaxanthin (Roberts et al., 2009) Lutein và zeaxanthin còn có tác dụng l c ánh sáng màu xanh trên mô võng mọ ạc có tác dụng gi m sai lả ệch màu trong bước sóng ánh sáng nhìn th y (Krinsky & Johnson, 2005) Không ch ỉcó ấtác dụng t t cho m t, lutein còn có tác d ng làm giố ắ ụ ảm nguy cơ mắc các b nh ung ệthư như nội m c t cung, c t cung, bu ng trạ ử ổ ử ồ ứng và ung thư thanh quản (Braun & Cohen, 2007)

1 .2.4 Ả nh hư ở ng củ ếu tố ngoại cảnh đến sự biế a y n đ ổ i carotenoids

Các h p chợ ất carotenoids rất dễ ị ổ b t n th t trong quá trình ch bi n và t n tr ấ ế ế ồ ữthực

phẩm, nguyên nhân là do enzyme lipoxygenase thúc đẩy quá trình oxy hóa

carotenoid, tạo thành các peroxide làm s m màu thẫ ực phẩm M t nguyên nhân nộ ữa

dẫn đến s ự oxy hóa carotenoids là tác động của nhiệ ột đ và ánh sáng, bởi các nối đôi trong phân tử carotenoids r t nh y c m v i hai y u t này (Nguy n Minh Th y, ấ ạ ả ớ ế ố ễ ủ2005) S oxy hóa làm m t màu carotenoids là mự ấ ột vấn đề quan trọng được chú ý nhi u trong ch bi n cáề ế ế c loại thực phẩm chứa nhi u h p ch t này Thề ợ ấ ời gian chế

bi n nhi t càng dài, nhiế ệ ệ ột đ càng cao làm cho s t n th t carotenoids càng nhi u ự ổ ấ ề

S ự tác động c a y u t ủ ế ố như acid, nhiệ ửt x lý, ánh sáng dẫn đến s ng phân hóa t ự đồ ừ

d ng trans-carotenoid thành d ng c -carotenoid (Hình 2.4) diạ ạ is ễn ra nhanh hơn từ đó làm tổn th t lư ng carotenoids trong th c phẩm ấ ợ ự

Trans-carotenoids Oxy hóa Đồng phân hóa

Epoxy carotenoids oxy hóa Cis-carotenoids

Apocarotenoids

H p ch t có khợ ấ ối lượng phân t ửthấp

Hình 1.4: Sự ến đổ bi i củ a h p ch t carotenoids ợ ấ(Nguy n Th Lý và Tr n Th H ng Vân, 2005) ễ ị ầ ị ồ

lại theo hướng của điện trường Dưới tầ ốn s cao của điện trường, điều này x y ra ảhàng tri u l n m i giây và gây ra ma sát nệ ầ ỗ ội bộ ủa các phân tử ẫn đế ự c d n s nóng lên

của vật liệu

Cơ chế làm nóng của vi sóng cũng có thể do s di chuyự ển dao động c a các ion ủtrong thực phẩm tạo ra nhi t dưệ ới sự ệ hi n di n c a m t điệ ủ ộ ện trường dao động với

t n s cao Có nhi u y u t ầ ố ề ế ố ảnh hưởng đến cơ chế làm nóng c a vi sóng và phân ủ

phối nhiệ ủa nó nhưng quan trọt c ng nh t trong s ấ ố đó là các tính chất điện môi và độsâu thâm nh p c a vi sóng ậ ủ

1.3.2 Đặc điể m c a s y vi sóng ủ ấ

Công nghệ ấ s y vi sóng là m t công ngh tiên ti n d a trên hiộ ệ ế ự ệ ứu ng nhi t củệ a

chuyển hóa năng lượng bức xạ điệ ừn t trong một vùng không gian hẹp Hiệu năng

s y (t s cấ ỷ ố ủa lượng m thoát ra theo mẩ ỗi đơn vị năng lượng năng lượng) cao do quá trình phát nhi t di n ra ch yệ ễ ủ ếu đối với nước nên thời gian s y nhanh do ấ ẩm được đẩ ừy t sâu bên trong v t liậ ệu ra ngoài Hơn nữa, công ngh s y này cho phép ệ ấthoát ẩm trên một nền nhi t đ ấệ ộth p vì th ch t dinh dư ng trong v t li u sế ấ ỡ ậ ệ ấy được

gi lữ ại cao hơn

Bức xạ điệ ừn t hình thành b i ngu n phát vi sóng Tở ồ ốc đ tăng nhiệ ộộ t đ của vật liệu điện môi b gia nhi t b i vi sóng cao hơn nhi u l n so v i các phương pháp truy n ị ệ ở ề ầ ớ ềnhiệt thông thường (d n nhiẫ ệt, bức xạ, đối lưu) Công suất nhiệt hình thành tức thời trên kh i v t liố ậ ệu ch y u do s quay tròn c a các phân t lư ng c c gây ra b i s ủ ế ự ủ ử ỡ ự ở ựthay đổi liên t c theo th i gian c a trưụ ờ ủ ờng điệ ừ ớ ần t v i t n s c a vi sóng trong ố ủ

kho ng t ả ừ 300MHz đến 300GHz Nhiệt năng được hình thành và lan tỏa ngay trong lòng v t liậ ệu khi n cho vế ật liệu được làm nóng một cách nhanh chóng ở ả tâm cũng c như toàn ộb kh i v t li u Vố ậ ệ ới các phương pháp truyền nhiệt thông thường, trường nhiệ ột đ được hình thành có quán tính l n, quá trình truy n nhi t trong th i gian dài ớ ề ệ ờkéo theo s ựthất thoát nhiệt năng lớn cũng như hạn ch ế năng suất của thết bị Riêng

với phương pháp truy n nhiề ệt bằng vi sóng cho tốc đ tăng nhiệt độộ nhanh, vì vậy

mà nhiều nước trên thế ới đã áp dụ gi ng công ngh này vào các quá trình liên quan ệ

như sấy, rang, nung… Các lĩnh vự ảc s n xu t ng d ng vi sóng nhi u có th k n ấ ứ ụ ề ể ể đếcác nhà máy dược phẩm, nhà máy ch bi n th c phẩế ế ự m ch t lư ng cao, nhà máy s n ấ ợ ả

xuất gốm x ứ

Không giống như các thiết bị ấy đối lưu thông thườ s ng- nhi t đ tác nhân s y thoát ệ ộ ấ

ra khỏi buồng s y thấ ấp hơn nhiệt độ tác nhân s y khi vào bu ng s y, chi u truy n ấ ồ ấ ề ềnhiệt (từ tác nhân sấy ra đến vật liệu) và truy n m (t về ẩ ừ ật liệu ra tác nhân s y) là ấngược nhau Đố ới v i thi t b s y vi sóng, hiế ị ấ ện tượng diễn ra hoàn toàn ngượ ạ ức l i t c

là chiều truy n nhi t và truy n m cùng chi u nhau (cùng t về ệ ề ẩ ề ừ ật liệu ra đến tác nhân

s y) Bấ ức xạ điệ ừ được tru ền t y n d n không c n dây dẫ ầ ẫn điện, môi trường truyền

d n có th là mẫ ể ột số phi kim, không khí ho c chân không Kh ặ ả năng truyền lan với

tốc đ ánh sáng trong môi trườộ ng không khí cùng v i kh ớ ả năng đâm xuyên vào sâu bên trong vật liệu cũng như việc hình thành bức xạ đồ ng thời trên toàn bộ kh i vố ật

liệu c a vi sóng là nhủ ững đặc điểm n i bổ ật được tận d ng trong thi t b s y vi sóng ụ ế ị ấĐiều này giúp tác nhân sấy đi vào buồng s y là không khí có nhi t đ thư ng, h p ấ ệ ộ ờ ấ

thụ ẩ m và l y nhi t t vấ ệ ừ ật liệu khi n cho tác nhân sế ấy đi ra có nhiệ ộ cao hơn tác t đnhân sấy đi vào

Ngoài sự khác biệt trên, phương pháp sấy vi sóng còn có t c đ số ộ ấy cao hơn các phương pháp sấy đối lưu thông thường khác, d a vào tính tương tác c a lư ng m ự ủ ợ ẩ

ch a trong vứ ậ ệt li u với năng lượng bức xạ điệ ừ ủn t c a vi sóng nên ẩm t tâm v t ừ ậliệu ra kh i b m t v t li u thoát ra kh i bu ng s y nh s ỏ ề ặ ậ ệ ỏ ồ ấ ờ ựlôi cuốn của tác nhân

s y Tuy nhiên, trong quá trình s y, vấ ấ ật liệu có th b ể ị cháy do lượng nước trong vật

liệu liên t c gi m mà công suụ ả ất vi sóng dư sẽ làm nóng các vật liệu phi kim còn lại như lồng sấy, đĩa sấy và v t li u c n s y, làm cho v t li u b phát nhi t quá ngư ng ậ ệ ầ ấ ậ ệ ị ệ ỡgây ra hiện tượng cháy vật liệu Vì v y, trong quá trình s y, công suậ ấ ất phát của ngu n phát liên tồ ục được điều ch nh giỉ ảm xuống để tránh hiện tượng này

1.3.3 C ấ u tạ o chung c ủ a hệ thống sấ y vi sóng

H ệthống s y vi sóng có c u t o khác bi t so vấ ấ ạ ệ ới các hệ thống gia nhiệt vi sóng thông thường khác ch có đư ng d n tác nhân sở ỗ ờ ẫ ấy đi vào và đi ra Tác nhân sấy

có nhiệm v lôi cuụ ốn hơi ẩm thoát ra t v y liừ ậ ệu đi vào khoang sấy C u t o chung ấ ạ

của hệ thống sấy vi sóng được thể ệ ở hi n Hình 1.6

Hình 1.6: C u t o chung c a h ấ ạ ủ ệthố ng s y vi sóng ấ

1.3.3.1 Ngu n phát vi sóng ồ

Đầu phát vi sóng là nguồn năng lượng hình thành dao động sóng điệ ừ vi sóng Đển t

có thể đạ t công su t cao và t n s yêu c u làm nóng thấ ầ ố ầ ực phẩm của vi sóng h u hầ ết ngu n phát vi sóng s d ng là ồ ử ụ ống chân không Các đầu phát vi sóng bức xạ điệ ừn t đượ ử ụng như: Magnetrons, Klystrons, Gyrotrons, ốc s d ng phát sóng Trong các

lo i nguạ ồn phát vi sóng trên thì đèn Magnetrons (Hình 1.7) hay được dùng nh ất

Tác nhân sấy đi vào

Tác nhân sấy đi ra

Đầu phát

vi sóng

Ống dẫn sóng

Khoang sấy bức xạ vi sóng

Bộ điều hợp tải

và làm mát

Bức xạ vi sóng

Hình 1.7: Ngu n phát vi sóng dồ ạng đèn Magnetrons(http://vietnamese.alibaba.com/g/microwave-power-magnetron.html)

Trong m t magnetron mộ ột nam châm bên ngoài được sử ụng để ạ d t o ra một từtrường với điện trường và t ờng đượ ứừtrư c ng dụng để ạ t o ra m t l c vòng tròn trên ộ ựelectron khi nó được gia tốc đến cực dương Lực này làm cho electron di chuy n ểtheo hướng xo n ắ ốc, và điều này t o ra mạ ột đám mây xoáy của các điệ ửn t Khi các electron đi qua các khoang cộng hưởng, các khoang thi t lế ập dao động trong đám mây điệ ửn t , và t n s c a dao đ ng ph thu c vào kích thư c cầ ố ủ ộ ụ ộ ớ ủa các khoang.Năng lượng điệ ừ đượn t c k t h p t m t trong các khoang cế ợ ừ ộ ộng hưởng để các đường dây truy n t i thông qua mề ả ột đường cáp đồng tr c hoụ ặc ống d n sóng ẫ

Hình 1.8: Hình nh v ả ề đèn magnetron

Hình 1.9: C u tấ ạo bên trong đèn magnetron

Có hai phương pháp thường đượ ử ụng để ểc s d ki m soát sản lượng điện trung bình

của ống magnetron.Công suấ ầt đ u ra c a magnetron có th ủ ể được kiểm soát thông qua việc điều ch nh thỉ ời gian hoạt động hoặc điều chỉnh dòng điện âm cực hoặc cường độ ừ t trư ng ờ

1.3.3.2 ng d n sóng và b Ố ẫ ộ điều h p t i ợ ả

Bức xạ điệ ừ đượn t c truy n d n trong khoang bề ẫ ức xạ điệ ừ chứa vậ ệ ần t t li u c n gia nhi t thông qua ng d n sóng và b ệ ố ẫ ộ điều h p tợ ải Ống d n sóng ph ẫ ổbiến có c u t o ấ ạ

d ng hình h p ch nh t vạ ộ ữ ậ ới hai đầu h , mở ộ ầt đ u kết nối ớ ầv i đ u phát vi sóng một

đầu k t n i v i khoang b c x ế ố ớ ứ ạ vi sóng để tránh rò r vi sóng Trong nhiỉ ều trường

h p khác nhau, c u t o cợ ấ ạ ủa ống d n sóng có th ẫ ể khác đi dể phù hợp nhưng bản chất không thay đổi

Hình 1.10: C u trúc ng d n sóng ấ ố ẫ

Một trong những thông s quan tr ng cố ọ ủa ống dẫn sóng là các kích thước của hình

chữ nh t (chiậ ề ộu r ng và chi u cao) t i các m t cề ạ ặ ắt ngang củ ốa ng dãn sóng t u ừ đầphát vi sóng t i khoang bớ ức xạ sóng Thông s này t l thu n vố ỷ ệ ậ ới bước sóng của ngu n phát và t l nghồ ỷ ệ ịch với ầ ốt n s kích thích của nguồn phát vì th ế nó được đưa ngay vào mã thiết kế Việc chọn phù h p thông s này s t o ra ph m chợ ố ẽ ạ ẩ ất tốt cho chum bức xạ điệ ừn t vi sóng v i dớ ải tần h p, t p trung vào giá tr t n s cẹ ậ ị ầ ố ộng hưởng giúp nâng cao hi u su t s dệ ấ ử ụng năng lượng

trí này Đây là một trong những lưu ý quan trọng trong thi t k và ch t o h th ng ế ế ế ạ ệ ố

s y vi sóng b i sóng dò không ch ấ ở ỉ ảnh hưởng tới các thiế ị điệ ử, đo lường, điềt b n t u khi n mà còn ể ảnh hưởng tới sức khỏe con người Giải pháp để ngăn chặn việc vi sóng bị rò r là s dỉ ử ụng các lưới kim loại có kích thước m t lư i nhỏắ ớ (nh ỏ hơn 10% bước sóng) lắp đặ ạt t i các v trí d n và thoát khí ị ẫ

1.4 Các ấ ề v n đ ồn tại và nộ t i dung nghiên c u ứ

Như đã trình bày ở trên, , g c là m t lo i trái cây r t giàu carotenoit, hàm lưấ ộ ạ ấ ợng βcarotenoit trong quả ấ g c cao nhất so v i các lo i trái cây khác (Vuong, 2000), hàm ớ ạlượng lycopene g p 76 l n so v i cà chua (Ishida ấ ầ ớ et al.,2004), đồng th i trong ờmàng hạt gấc còn chứa một lượng l n vitamin E (Vuong ớ et al., 2006) Bởi vậy, gấc

-đã được khai thác làm nguyên li u ch bi n nhi u s n phệ ế ế ề ả ẩm giàu carotenoids như:

d u gầ ấc, bộ ất g c, viên nang m m d u gề ầ ấc… Nhiều k thu t, công ngh ỹ ậ ệchế ến đã biđược áp dụng như kỹ thu t s y phun, sậ ấ ấy đối lưu trong ch bi n các s n ph m t ế ế ả ẩ ừ

gấc Việc sử ụng phương pháp sấ d y b ng nhiằ ệ ột đ làm giảm hàm lượng các h p ợ

chất carotenoids trong gấc (Yardfon et al., 2014) Khi s y gấ ấc bằng phương pháp

sấy đông khô cho chất lượng tốt nhất, hàm lượng carotenoids b sị ụt giả ít nhấm t so

với các phương pháp sấy khác (T.H.Tran et al., 2007), nhưng phương pháp này

không th áp d ng trong quy mô công nghi p vì chi phí rể ụ ệ ất lớn

Gần đây, kỹthuật sấy vi sóng - một kỹ thu t áp d ng hi u ng nhi t chuy n hóa ậ ụ ệ ứ ệ ểnăng lượng b c x ứ ạ điệ ừn t trong m t vùng không gian hộ ẹp đượ ức ng d ng trong qua ụtrình sấy gấc Phương pháp này cho phép thoát ẩm trên một nền nhi t đ ấp và ệ ộth

thời gian s y nhanh Vi c áp dụấ ệ ng nhi t đ ấệ ộth p trong quá trình s y có th h n ch ấ ể ạ ế

s ự tác động c a nhiủ ệ ột đ đế n s biự ến đổi thành phần và hàm lượng carotenoids Các nghiên c u ng d ng sứ ứ ụ ấy vi sóng trong nước đáng chú ý là của Nguyễn Đức Trung

và c ng s ộ ự bước đầu cho thấy kh ả năng làm tăng tốc độ thoát ẩm của sản phẩm màng g c so vấ ới sấy đối lưu và sấy đông khô Tuy hàm lượng lycopene và β-

carotene sau s y th c hi n trên thiấ ự ệ ết bị ấ s y vi sóng cho k t qu tế ả ốt hơn sấy đối lưu,

nhưng những k t qu thí nghi m cho th y vi c s d ng công su t vi sóng riêng ph n ế ả ệ ấ ệ ử ụ ấ ầ

l n ho c kéo dài th i gian s y làm giớ ặ ờ ấ ảm hàm lượng nhóm lycopene Hơn nữa, cho

đến nay, các k t qu nghiên c u v tế ả ứ ề ối ưu hóa đa mục tiêu có ràng bu c cho quá ộtrình sấy vi sóng được công b ố trong nước là rất ít Vì vậy, để nâng cao hi u qu ệ ảquá trình s y màng g c trong thi t b s y vi sóng, góp ph n nâng cao chấ ấ ế ị ấ ầ ất lượng và giá tr s n ph m màng gị ả ẩ ấc sau thu hoạch, rất cần nh ng nghiên c u toàn di n và k ữ ứ ệ ỹlưỡng v ch s y màng g c trong thi t b này ề ế độ ấ ấ ế ị

Đề tài “Thi t l p ch s y vi sóng tế ậ ế độ ấ ối ưu cho màng gấc bằng phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu trên cơ sở thuật toán vượt khe” nhằm xác định tr s tị ố ối ưu của các thông số ch ế độ cơ bản trên thiết bị ấ s y vi sóng là công su t riêng ph n và t c đ gió ấ ầ ố ộtác động đến quá trình s y màng g c đ m bảo hàm lượng lycopene và β-carotene ấ ấ ể đả

của sản phẩm sau sấy đạt mức tốt nhấ ứt, ng d ng cho thiụ ết kế và v n hành thi t b ậ ế ị

s y vi sóng ấ

CHƯƠNG : LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA VÀ PHÁT TRIỂN TỐI ƯU HÓA 2

ĐA MỤC TIÊU TRÊN CƠ SỞ THUẬT TOÁN VƯỢT KHE

2.1 Khái ni m v bài toán tệ ề ối ưu hóa và ý nghĩa của nó

Như chúng ta đã biết thì trong m i quá trình l p d án, thi t k hay v n hành và ọ ậ ự ế ế ậđiều khi n m t h thể ộ ệ ống, chúng ta thường muốn tìm ra phương án tối ưu nhất T i ố

ưu nhấ ở đây đượt c hiểu theo nghĩa là giá thành, chi phí, nguyên vậ ệt li u b ra là ỏ

thấp nh t, hi u qu ấ ệ ả thu được là cao nhất, tiết ki m th i gian nh t, ch lượệ ờ ấ ất ng s n ả

phẩm đạt cao nh t Khi chuy n v ấ ể ề dưới dạng mô hình toán h c thì các bài toán nêu ọtrên đều tr thành bài toán tìm c c tr (ho c c c ti u ho c c c đ i) c a m t hàm ở ự ị ặ ự ể ặ ự ạ ủ ộHàm có th ể được nêu dưới dạng tường minh hoặc dạng hộp đen tuỳ theo t ng ừ

trường h p c th , tuy nhiên bao gi ợ ụ ể ờ cũng hình thành một quan h hàm gi a các y u ệ ữ ế

t u vào và y u t u ra ố đầ ế ố đầ

Ngành khoa học nghiên c u bài toán tìm c c tr , c th ứ ự ị ụ ể thường là c c tiự ểu, được gọi

là Tối ưu hoá hay Quy hoạch toán học Bài toán tìm c c đự ại cũng sẽ đư c quy v ợ ềbài toán tìm cực tiểu, f(x)→max có thể ến đổi tương đương thành bi − f(x)→min

Hình 2.1: Cực đạ ủi c a của f(x) cũng chính là cực tiể u c a f(x) ủ –

Thông thường, các bi n s u vào c a hàm s thư ng b gi i h n b i nhế ố đầ ủ ố ờ ị ớ ạ ở ững điều

ki n k ệ ỹthuật cụ thể, ví d ụ như nhiệ ột đ c a quá trình b ủ ị giới hạn, kích thước của thi t bế ị ị ớ b gi i hạn, đây chính là hình hộp kh ng ch các kho ng bi n Ngoài vi c ố ế ả ế ệcác biến b gi i hị ớ ạn, bài toán tối ưu thường có các yêu c u kèm theo, ví d ầ ụ như thời gian của dự án, c a quá trình ph i nh ủ ả ỏ hơn 1 thời gian yêu cầu nào đó, số ốn đầ v u

tư cung cấp cho d án là c ự ố định …Do đó một bài toán tối ưu hoá vô điều kiện được phát biểu như sau:

trong đó, x={x1,x2, ,x n} – véctơ tối ưu hoá; f(x ) hàm t– ối ưu hóa hay thường gọi

là hàm m c tiêu; ụ E n – không gian Ơclit n chiều

N u t n t i bế ồ ạ ất cứ điều kiện nào đối với mi n bi n thiên cề ế ủa các biế ố thì ta có bài n s toán tối ưu hoá có ràng buộc

Bài toán tối ưu hoá có điều ki n (ràng buệ ộc) được phát biểu như sau:

g i(x)0, =1, ,

q j

h j(x)=0, =1, ,

trong đó, hàm m c tiêu; – ụ g i(x) hàm ràng bu– ộc.bấ ẳt đ ng thức; h j(x) hàm –ràng buộ ẳc đ ng th c ứ

N u ràng buế ộc ban đầu có d ng ạ g i(x)0 thì có thể ến đổ bi i thành −g i(x)0

N u t n t i nhi u m c tiêu muế ồ ạ ề ụ ốn đạt tối ưu, thì hệ thức (2.1) hay (2.2) viết lại là:

Điều này th hiể ện được vai trò quan tr ng c a ngành Tọ ủ ối ưu hóa đố ới v i khoa h c, ọ

k ỹthuậ nói riêng và đời sốt ng xã h i nói chung ộ

V ề ý nghĩa của bài toán tối ưu hoá, chúng ta có thểthấy, tối ưu hoá là một trong

nh ng vữ ấn đề có tính kinh điển c a toán h c, có ủ ọ ảnh hưởng sâu r ng tộ ới các lĩnh

vực khoa học – công ngh và kinh t - xã h i Việ ế ộ ệc xác định được phương án tối ưu khi thiết lập d ựán, thiết kế ận hành, điề, v u khi n mể ột hệ thống công ngh ệ cũng như các quá trình khác trong đờ ối s ng kinh t - xã h i s ế ộ ẽ giúp chúng ta có phương án

h p lý nhợ ất, tốt nh t, ch khi d a trên lấ ỉ ự ời giả ối ưu thì chi t úng ta m i có kh ớ ả năng

l p k ho ch h p lý, tiậ ế ạ ợ ết kiệm chi phí, tài nguyên, ngu n l c mà l i cho hi u qu ồ ự ạ ệ ảcao nhất, tránh gây lãng phí ngu n lồ ực và thời gian trong m i công viọ ệc

Những bài toán tối ưu hóa trong lĩnh vực nhiệt có thể ể như sau: k

- Giải hệ phương trình hay bất phương trình bằng phương pháp tối ưu hoá;

- Xác định quy lu t bi n thiên c a mậ ế ủ ột chuỗ ố liệi s u thực nghiệm;

- X p x tấ ỉ ối ưu mộ ại lượt đ ng v t lý nhiậ ệt bởi m t hàm toán hộ ọc;

- Nhận dạng và mô hình hoá đối tượng điều khi n; ể

- Tối ưu hoá chất lượng quá trình điều khi n; ể

- Tối ưu hóa chế độ cháy của lò hơi;

- Phân ph i ph t i tố ụ ả ối ưu giữa các tổ máy nhiệt điện trong nhà máy điện;

- Phân ph i ph t i tố ụ ả ối ưu giữa các máy l nh trong h ạ ệthống lạnh và điều hòa không khí;

- …

Trong các lĩnh vực đời sống sinh hoạt và xã hội cũng như trong công nghệ hay thực tế sản xuất, người ta thường nhắm đến nhiều mục đích, nhiều tiêu chí cần đạt Mỗi tiêu chí mong muốn đạt càng cao càng tốt Nhưng thành quả đạt được các mục đích mong muốn thì phụ thuộc vào hành động và điều kiện hoàn cảnh nhất định Như vậy, tùy mức độ thể hiện mờ hay tỏ nhưng luôn luôn có sự hiện diện của bài toán tối ưu đa mục tiêu

Về hình thức, bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu viết dưới dạng:

n

E k

với điều ki n: ệ

I i

h i( x ) = 0 , = 1 , , (2.4)

J j

g j(x)0, =1, , (2.5)

trong đó,

)(

f –chỉ tiêu tối ưu thứ k; K – ố ụ s m c tiêu mong muốn đạt tối ưu;

)(

2.2 Phương pháp giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu

Lý thuy t tế ối ưu hóa đa mục tiêu là một lĩnh vực toán học được phát tri n t ể ừkhá lâu v i nhi u k t qu phong phú, ví d xem trong [ớ ề ế ả ụ ЛавреитьевО.И.-1986, Kalyanmoy Deb-2001, B.M.Trí-2005] Tuy nhiên, v i mớ ục đích thực ti n áp d ng ễ ụcho nh ng bài toán c ữ ụ thể trong lĩnh vực nhi t, chúng ta ch t p trung vào nh ng ệ ỉ ậ ữphương pháp giải phù h p và d áp d ng nh t ợ ễ ụ ấ Phương pháp luậ chung là đưa các n

m c tiêu v m t m c tiêu th ng nh t trên d a trên m t nguyên t c th a hi p nhụ ề ộ ụ ố ấ ự ộ ắ ỏ ệ ất định Sau đó, đưa bài toán tối ưu hóa có ràng buộc v m t hàm mề ộ ục tiêu vô điều

kiện tương đương để tìm l i gi i l i gi i th a hi p Quá trình gi i bài toán tờ ả ờ ả ỏ ệ ả ối ưu hóa đa mục tiêu bao gồm4 bước chính sau:

1-Chu n hoá các hàm mẩ ục tiêu, nhằm đưa chúng về ạ d ng phi th nguyên ứ2-Thống nh t hóa các mấ ục tiêu trên cơ sở m t nguyên t c thộ ắ ỏa hiệp nhấ ịt đ nh 3- Thiế ật l p hàm mục tiêu vô điều ki n, ệ tương đương ớ v i bài toán m t mộ ục tiêu

4-C c ti u hóa hàm mự ể ục tiêu tương đương ằ b ng thu t toán tậ ối ưu hóa vô điều

ki n ệ

Điểm c c ti u c a hàm mự ể ủ ục tiêu tương đương chính là l i gi i c a bài toán t i ờ ả ủ ố

ưu hóa đa mục tiêu ban đầu

Bước 1.Chu n hoá các hàm m c tiêuẩ ụ :

Bước này th c hi n vi c biự ệ ệ ến đổi tương đương các hàm mục tiêu c a bài toán ủban đầu v d ng phi th nguyên và bi n thiên trong vùng nhề ạ ứ ế ất định, ví d trong ụkho ng [0;1] Biả ến đổi tương đương ở đây nhằm đưa các mục tiêu v m t sân ề ộ chơi bình đẳng nhưng không làm thay đổ ời l i gi i c a bài toán đa mả ủ ục tiêu ban đầu Tính chất và điểm tối ưu của hàm m c tiêu s ụ ẽ không thay đổi nếu ta dùng phép

biến đổi tuyến tính như sau:

min max

min)()(

k k

k k

f f

trong đó f kmin , f kmax – cận dưới và cận trên của chỉ tiêu tối ưu thứ k

T ừ đó nhận được các ch ỉ tiêu tương đương không có thứ nguyên:

n

E K

H H

H



→

xxx

x), ( ), , ( ) min

1 (2.7)

Bước 2.Thống nh t hóa các m c tiêu ấ ụ

Trong các bài toán tối ưu hóa thự ế, người đặt hàng thường đòi hỏi đi đế ời c t n l

gi i cu i cùng và c ả ố ụ thể đo đếm được M t khác, trong bài toán t ng th c a h ặ ổ ể ủ ệthống l n thì m i bài toán tớ ỗ ối ưu hóa đa mục tiêu cũng chỉ là m t bài toán con nên ộ

cần đơn giản hóa và rút ng n th i gian tìm l i gi ắ ờ ờ ải

Do v y, cách ti p c n hi u qu nhậ ế ậ ệ ả ất thường áp d ng trong th c t (theo ụ ự ếParetto) là th ng nh t hóa các mố ấ ục tiêu, đưa về ạ d ng bài toán m t m c tiêu Ph ộ ụ ổ

bi n ba cách th ng nhế ố ất hóa các mục tiêu, như sau:

1) Xây d ng m c tiêu th ng nh ự ụ ố ất bằng t ngcác hàm m c tiêu có ng s : ổ ụ trọ ố



=

= K

k k k com H f

1

) ( )

( x  x , (2.8)

trong đó: 1,2, ,K –các trọng s ố

2) Xác định mục tiêu thống nh theo qui t c min-max: ất ắ

với điều ki n: ệ

I i

h i( x ) = 0 , = 1 , , (2.12)

J j

g j(x)0, =1, , (2.13)

, , 1 , 0 )

quả tính toán vào thực tế Đó là công việc mất nhiều tời gian và đòi hỏi sự kiên nhẫn và thận trọng

Bước 3.Thiế ật l phàm m c tiêu tương đương vô đi u ki n ụ ề ệ

Bài toán (2.11)-(2.14) có d ng m t bài toán tạ ộ ối ưu hóa phi tuyến t ng quát ổ

T n t i nhi u cách gi i khác nhau trong lý thuy t qui ho ch phi tuy n Trong s ồ ạ ề ả ế ạ ế ố đó,

có th s dể ử ụng phương pháp nhân tửLagrange hoặc phương pháp qui về bài toán vô điều kiện tương đương bằng các hàm phạt Tuy nhiên, phương pháp sau có hiệu qu ả

và áp dụng đơn giản hơn đối với lĩnh vực k ỹthuật và công ngh nhi t nên ta chệ ệ ọn

và s trình b y chi tiẽ ầ ết theo phương pháp này

Hàm mục tiêu tương đương vô điều kiện được thành lập, như sau:

n

E K

k

k H J

j

j g I

i

i h com P f

+

+

(

1 1

1

, (2.15)

trong đó: f com(x) - hàm m c tiêu th ng nh t hóa nhụ ố ấ ận được trên cơ sở ộ m t nguyên

lý thỏa hiệp nh t đ nh gi a các m c tiêu; ấ ị ữ ụ P h s ph – ệ ố ạt

Các hàm ph t trong (2.15) xây dạ ựng như sau:

Bước 4.Cực tiể u hóa hàm mục tiêu tương đương

L i gi i c a bài toán (2.11)-(2.14ờ ả ủ ) xác định b ng cách c c ti u hóa hàm mằ ự ể ục tiêu tương đương (2.15) Đặc điểm c a hàm m c tiêu này là có tính khe r t rõ r t ủ ụ ấ ệHơn nữa, trong nhiều trường h p ợ đó là hàm không khả vi liên t c và th m chí ch ụ ậ ỉlàm hàm tính được, tức không cho dướ ại d ng bi u th c gi i tích hi n ể ứ ả ệ

V i t t c ớ ấ ả những đặc điểm ph c tứ ạp như trên, công cụ ệ hi u qu nh t hi n nay ả ấ ệ

để ả gi i bài toán tối ưu hóa vô điều ki n (2.15) là s d ng thuệ ử ụ ật toán Vượt khe hướng chiếu Affine [M nh-1992-99] ạ

2.2 Khái quát v ề bước chuyển động trong quá trình tối ưu hóa lặp

Chúng ta đã xét khái quát các thuật toán kinh điển gi i bài toán tả ối ưu vô điều

ki n Nguyên lý chung c a các thu t toán này là th c hiệ ủ ậ ự ện liên tiếp các bướ ặp, c lđưa quĩ đạo tìm ki m ti n dế ế ần đến nghi m tệ ối ưu Mỗi bước l p th c hi n theo ặ ự ệphương trình:

,

2 , 1 , 0 ,

1

1 = + + =

k k

x  , (2.16)