nghiên cứu thực nghiệm cấp đông cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm

[1] Vì vậy, để đảm bảo chất lượng sản phẩm cần phải nghiên cứu phương pháp giảm thời gian cấp đông sản phẩm, trong đó việc sử dụng sóng siêu âm hỗ trợ trong cấp đông thực phẩm đã được ch

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN THẾ BẢO

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 Chủ tịch: TS Trần Văn Hưng

2 Thư ký: TS Võ Kiến Quốc

3 Phản biện 1: TS Hà Anh Tùng

4 Phản biện 2: PGS TS Lê Minh Nhựt

5 Ủy viên: TS Lê Quang Huy

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN TRỌNG TÍN MSHV: 2070042

Ngày, tháng, năm sinh: 07/05/1997 Nơi sinh: TP HCM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT Mã số: 8520115

I TÊN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu thực nghiệm cấp đông cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm (Experimental research on ultrasound-assisted freezing of striped catfish)

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Nghiên cứu tổng quan về vật liệu cấp đông, sóng siêu âm

- Nghiên cứu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về cấp đông có hỗ trợ sóng siêu âm

- Tính toán, thiết kế và chế tạo thiết bị cấp đông có hỗ trợ sóng siêu âm

- Thực nghiệm cấp đông có hỗ trợ sóng siêu âm với vật liệu là cá tra phi lê

- Kết luận và đề xuất

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/12/2023

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN THẾ BẢO

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn

Thế Bảo, giảng viên hướng dẫn đề tài, đã luôn động viên và tạo động lực để tôi có

thể hoàn thành luận văn

Ngoài ra, tôi xin gửi lời cám ơn đến các Thầy, Cô trong Bộ môn Công Nghệ Nhiệt

Lạnh trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã luôn hỗ trợ, truyền đạt

những kiến thức vô cùng quý giá để tôi có thể tích lũy đầy đủ kiến thức cần thiết để

có thể hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp của tôi tại Khoa

Công Nghệ Nhiệt Lạnh, trường cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng đã luôn bên cạnh và hỗ

trợ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2023

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Trọng Tín

iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm cấp đông cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm” được

thực hiện tại bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh, khoa Kỹ thuật Cơ Khí – trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP HCM, từ 02/2023 đến 12/2023

Mục tiêu của đề tài là tập trung vào nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của sóng siêu

âm đến quá trình cấp đông cá tra phi lê

Luận văn đã đạt được các kết quả như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về cá tra, sóng siêu âm, cơ chế hỗ trợ của sóng siêu âm trong quá trình cấp đông

- Tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm với năng suất 1kg/mẻ

- Thực nghiệm ảnh hưởng của công suất phát sóng 0, 75, 100, 125, 150 và 175W ở tần số 20kHz đến thời gian cấp đông, tỷ lệ tách nước vật liệu

- Thực nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ phát sóng siêu âm gián đoạn đến thời gian cấp đông, điện năng tiêu thụ

- Xác định ảnh hưởng của sóng siêu âm đến chất lượng dinh dưỡng, biến đổi màu sắc của vật liệu sau cấp, rã đông

- Phương trình hàm hồi quy xác định thời gian cấp đông và hàm lượng protein vật liệu sau cấp, rã đông:

Hàm thời gian cấp đông (phút):

t = 279,333 – 4,38667P – 70,8333A + 0,0232P2+ 0,05PA + 87,5A2

- Chế độ cấp đông phù hợp để thời gian cấp đông là ngắn nhất và hàm lượng protein

là cao nhất:

tmin = 59,8276 (phút)

Hàm lượng proteinmax= 14,4621 (g/100g cá)

(Ứng với các thông số đầu vào: P = 97,5 W và A = 0,407)

v

ABSTRACT

Title: "Experimental research on ultrasound-assisted freezing of striped catfish”

was conducted at the Department of Heat and Refrigeration Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology Vietnam National University Ho Chi Minh City, from February 2023 to December 2023 The goal of the thesis is to focus on experimental research on the effects of ultrasound

on the freezing process of striped catfish fillets

The thesis has achieved the following results:

- General research on striped catfish, ultrasound, support mechanism of ultrasound waves on the freezing process

- Calculate, design, and manufacture an experimental model with a yield of 1kg/batch

- Experiment on the effects of ultrasound power of 0, 75, 100, 125, 150 and 175W at 20kHz frequency on freezing time and water holding capacity

- Experimental effects of intermittent ultrasound rate on freezing time, power consumption

- Determine the effects of ultrasound on nutritional quality and color changes of materials after freezing and thawing

- Regression equation to determine freezing time and protein content of material after freezing and thawing:

Regression equation of freezing time (mins):

t = 279,333 – 4,38667P – 70,8333A + 0,0232P2+ 0,05PA + 87,5A2

With:

75 ≤ P ≤ 125 (W) (R2 = 99,9429)

0,2 ≤ A ≤ 0,6

Regression equation of protein content of material (g/100g material):

Protein = -38,0556 + 1,056P + 4,08333A – 0,00538667P2 – 5,41667A2

With:

75 ≤ P ≤125 (W) (R2 = 99,8459)

vii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thực nghiệm cấp đông cá tra có hỗ trợ

sóng siêu âm” là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2023

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Trọng Tín

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN ii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xii

DANH MỤC CÁC BẢNG xv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xvi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài 2

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 2

6 Tính cấp thiết của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Vật liệu cấp đông 4

1.1.1 Nguồn gốc 4

1.1.2 Đặc điểm hình thái 4

1.1.3 Thành phần dinh dưỡng 5

1.2 Tổng quan về sóng siêu âm 8

1.2.1 Sóng siêu âm 8

1.2.2 Ứng dụng của sóng siêu âm trong lĩnh vực cấp đông 10

ix

1.2.3 Cơ chế phát sóng siêu âm trong quá trình cấp đông 12

1.2.4 Tính chất cơ bản của sóng siêu âm 13

1.2.5 Bộ phận phát sóng siêu âm 14

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 15

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 15

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 19

1.4 Phương pháp cấp đông vật liệu 19

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20

2.1 Lý thuyết về cấp đông 20

2.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cấp đông 21

2.3 Chất lượng thực phẩm biến đổi trong quá trình cấp đông 23

2.4 Tính toán, lựa chọn vỏ tủ cấp đông và tổn thất nhiệt 24

2.4.1 Các thông số thiết kế ban đầu 24

2.4.2 Kích thước tủ cấp đông 25

2.4.3 Cấu trúc vỏ tủ cấp đông 25

2.4.4 Chiều dày cách nhiệt 25

2.4.5 Khay cấp đông 26

2.4.6 Tính toán tổn thất nhiệt tủ cấp đông 26

2.4.7 Phụ tải nhiệt cho thiết bị 27

2.4.8 Năng suất lạnh cho máy nén 27

2.4.9 Chọn các thông số làm việc 27

2.5 Lý thuyết về hệ thống lạnh chu trình 2 cấp bình trung gian ống xoắn và tính chọn thiết bị lạnh 28

2.5.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc 28

2.5.2 Tính toán chu trình 29

2.5.3 Chọn thiết bị chính cho hệ thống 30

2.6 Buồng cấp đông có hỗ trợ của sóng siêu âm 31

2.7 Các yếu tố ảnh hưởng của sóng siêu âm khi hỗ trợ cấp đông 32

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

3.1 Nội dung nghiên cứu 33

3.2 Phương pháp nghiên cứu 33

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 33

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 34

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

4.1 Kết quả kiểm tra khả năng làm việc thiết bị cấp đông 45

4.1.1 Kết quả kiểm tra khả năng làm việc của thiết bị cấp đông khi không tải 45 4.1.2 Kết quả kiểm tra khả năng làm việc của thiết bị cấp đông khi có tải 46

4.2 Xác định chế độ cấp đông phù hợp 62

xi

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65

5.1 Kết luận 65

5.2 Kiến nghị 66

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 73

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 104

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hình ảnh cá tra minh họa 4

Hình 1.2 Phân loại tần số sóng âm 8

Hình 1.3 Phân loại sóng siêu âm 8

Hình 1.4 Cơ chế hỗ trợ của sóng siêu âm trong cấp đông 12

Hình 1.5 Hiệu ứng xâm thực sóng siêu âm 13

Hình 1.6 Bộ phận phát sóng siêu âm: (A) Cấu trúc; (B) dạng tròn bậc; (C) dạng tấm bậc; (D) dạng ống tròn 15

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 2 cấp bình trung gian ống xoắn 28

Hình 2.2 Các loại hệ thống cấp đông có hỗ trợ siêu âm (A) Hệ thống cấp đông ngâm trong chất tải lạnh, (B) Hệ thống cấp đông bán ngâm trong chất tải lạnh, (C) Hệ thống cấp đông không ngâm trong chất tải lạnh 32

Hình 3.1 Máy nén cấp 1 34

Hình 3.2 Máy nén cấp 2 35

Hình 3.3 Dàn nóng giải nhiệt gió 35

Hình 3.4 Dàn lạnh đối lưu gió 36

Hình 3.5 Buồng cấp đông 36

Hình 3.6 Nguồn sóng siêu âm 36

Hình 3.7 Cân khối lượng 37

Hình 3.8 Đồng hồ đo nhiệt độ 37

Hình 3.9 Máy đo màu 37

Hình 3.10 Đồng hồ đo công suất 38

xiii

Hình 3.11 Rơ le thời gian luân phiên 38

Hình 3.12 Công tơ điện 1 pha 38

Hình 3.13 Sơ đồ cấu tạo máy cấp đông có hỗ trợ của sóng siêu âm 39

Hình 3.14 Bản vẽ 3D thiết bị cấp đông 40

Hình 3.15 Hình ảnh thực tế thiết bị cấp đông 41

Hình 4.1 Thời gian cấp đông với các mức công suất sóng siêu âm 47

Hình 4.2 Đường cong cấp đông với các mức công suất sóng siêu âm 48

Hình 4.3 Thời gian mỗi giai đoạn cấp đông với các mức công suất sóng siêu âm 49

Hình 4.4 Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến tỷ lệ tách nước vật liệu 50

Hình 4.5 Ảnh hưởng tỷ lệ phát sóng gián đoạn đến thời gian cấp đông vật liệu 52

Hình 4.6 Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hàm lượng protein sau rã đông 55

Hình 4.7 Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến điện năng tiêu thụ 56

Hình 4.8 Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến chỉ tiêu thời gian cấp đông 58

Hình 4.9 Mối quan hệ giữa công suất siêu âm và tỷ lệ gián đoạn đến thời gian cấp đông 58

Hình 4.10 Đồ thị quan hệ giữa công suất siêu âm và tỷ lệ gián đoạn đến thời gian cấp đông 59

Hình 4.11 Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến chỉ tiêu hàm lượng protein 60

Hình 4.12 Mối quan hệ giữa công suất siêu âm và tỷ lệ gián đoạn đến hàm lượng protein vật liệu sau cấp, rã đông 61

Hình 4.13 Đồ thị quan hệ giữa công suất siêu âm và tỷ lệ gián đoạn đến hàm lượng protein 62

xv

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100 gram cá tra 5

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật thiết bị cấp đông 40

Bảng 4.1 Kết quả kiểm tra hệ thống làm việc không tải 45

Bảng 4.2 Chỉ số màu của mẫu vật liệu tươi và các mẫu vật liệu sau cấp đông 52

Bảng 4.3 Chỉ số màu của mẫu vật liệu tươi và các mẫu vật liệu sau rã đông 53

Bảng 4.4 Bảng ma trận thí nghiệm 57

Bảng 4.5 Các hệ số hồi quy trong hàm thời gian cấp đông 57

Bảng 4.6 Các hệ số hồi quy trong hàm hàm lượng protein 60

Bảng 4.7 Bảng thông số đầu vào tối ưu cho hàm mục tiêu tmin 63

Bảng 4.8 Bảng thông số đầu vào tối ưu cho hàm mục tiêu proteinmax 63

Bảng 4.9 Bảng thông số đầu vào tối ưu cho hàm mục tiêu tmin và proteinmax 64

và phát triển của các tinh thể đá Trong quá trình cấp đông, các tinh thể đá được hình thành tác động gây vỡ cấu trúc của tế bào Kích thước các mầm tinh thể đá càng lớn thì mức độ phá vỡ càng nhiều, dẫn đến cấu trúc mô bị hư hỏng không thể phục hồi Kết quả làm giảm chất lượng và giảm các tính chất cảm quan thực phẩm Mức độ hình thành kích thước các tinh thể đá phụ thuộc vào thời gian cấp đông Thời gian cấp đông càng nhanh, sự hình thành các mầm tinh thể đá càng nhỏ và ngược lại Thời gian cấp đông bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: công nghệ và thiết bị cấp đông, kích thước và hình dạng sản phẩm, nhiệt độ và tốc độ gió của tác nhân lạnh… [1, 2]

Cùng với sự tăng trưởng kinh tế, gia tăng dân cư, nhu cầu về thủy sản ngày càng lớn để đáp ứng thị hiếu tiêu dùng Việt Nam từ khi mở rộng xuất khẩu thì nghề nuôi cá da trơn nói chúng và cá tra nói riêng đã bước sang một trang mới và trở thành đối tượng xuất khẩu mang về nguồn ngoại tệ cao [1]

Vì vậy, để đảm bảo chất lượng sản phẩm cần phải nghiên cứu phương pháp giảm thời gian cấp đông sản phẩm, trong đó việc sử dụng sóng siêu âm hỗ trợ trong cấp đông thực phẩm đã được chứng minh tính hiệu quả qua nhiều nghiên cứu Đó là

lý do tác giả chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu thực nghiệm cấp đông cá tra có

hỗ trợ sóng siêu âm”

2 Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thực nghiệm thiết bị cấp đông cá tra phi lê có hỗ trợ của sóng siêu âm với năng suất 1kg trên một mẻ cấp đông

- Đánh giá mức độ ảnh hưởng của sóng siêu âm đến thời gian cấp đông, màu sắc và chất lượng dinh dưỡng của cá tra phi lê sau cấp, rã đông

- Xác định chế độ cấp đông có hỗ trợ sóng siêu âm phù hợp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm cấp đông cá tra phi lê có hỗ trợ của sóng siêu âm

- Vật liệu cấp đông: Cá tra phi lê mỗi miếng có khối lượng 250g  5%, chiều dày 15mm  5% và khối lượng cá tra phi lê cho mỗi mẻ cấp đông 1kg

- Sóng siêu âm: Công suất từ 0 – 175W, tần số 20kHz

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Góp phần làm phong phú thêm cơ sở khoa học trong việc cấp đông cá tra

- Đưa ra được mức độ ảnh hưởng của sóng siêu âm đến chất lượng sản phẩm trong quá trình cấp đông có hỗ trợ sóng siêu âm

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Ứng dụng công nghệ siêu âm hỗ trợ trong quá trình cấp đông

- Rút ngắn được thời gian cấp đông cá tra Việt Nam

- Nâng cao chất lượng sản phẩm cá tra phi lê cấp đông tại Việt Nam

6 Tính cấp thiết của đề tài

Cá tra Việt Nam mang hương vị Việt về một loài cá da trơn, thơm ngon, giàu dinh dưỡng đến với bạn bè quốc tế Thị trường xuất khẩu của cá tra Việt Nam rộng lớn với nhiều quốc gia trên thế giới: Trung Quốc, Mỹ, Mexico, Brazil, Thái Lan, Canada, Colombia, Hồng Kông và EU,…[1]

Cá tra là nguồn lợi thủy sản lớn của Việt Nam với kim ngạch xuất khẩu như sau:

Năm 2008, lần đầu tiên kim ngạch XK (xuất khẩu) cá tra đạt mức 1,4 tỷ USD, cột mốc xuất khẩu kỷ lục của cá tra Việt Nam, mở ra một trang mới trong “kỷ nguyên

XK tỷ USD” và duy trì phong độ trong suốt hơn 10 năm qua Mặc dù suốt 5 năm từ năm 2012 - 2017, tổng giá trị XK cá tra trung bình đã thấp hơn so với thời kỳ đỉnh cao (vào năm 2011) và đạt mức từ 1,56 - 1,78 tỷ USD nhưng lịch sử đã lặp lại vào năm 2018 - 2019 khi kim ngạch XK đạt hơn 2 tỷ USD Đầu năm 2020, đại dịch Covid-19 bùng phát và một lần nữa, nốt trầm lại lắng xuống, tổng kim ngạch XK năm

3

2020 - 2021 sụt giảm đáng kể và chỉ đạt lần lượt là 1,49 - 1,61 tỷ USD Sau 2 năm Covid hoành hành, những tín hiệu lạc quan bắt đầu quay trở lại khi tổng giá trị XK năm 2022 đánh dấu cột mốc mới đạt hơn 2,4 tỷ USD [1]

Từ những lý do đó, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm cấp đông

cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm” là hết sức cần thiết

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Vật liệu cấp đông

1.1.1 Nguồn gốc

Tên tiếng anh: Striped Catfish

Tên khoa học: Pangasianodon hypophthalmus Sauvage 1878

Tên gọi khác: Iridescent Shark

Loài: Pangasianodon hypophthalmus Sauvage 1878 [3]

Hình 1.1 Hình ảnh cá tra minh họa [3]

Cá tra đã được nuôi và phát triển chủ yếu ở 10 tỉnh đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam, bao gồm: An Giang, Đồng Tháp, Tiền Giang, Cần Thơ, Vĩnh Long, Bến Tre, Hậu Giang, Sóc Trăng, Trà Vinh, Kiên Giang Theo báo cáo của Tổng cục Thủy sản, năm 2020, tổng diện tích thả nuôi cá tra của Đồng bằng Sông Cửu Long ước tính đạt 5700 ha và tổng sản lượng thu hoạch ước tính đạt 1,56 triệu tấn [4]

1.1.2 Đặc điểm hình thái

Cá tra thuộc bộ siluriformes - cá da trơn, chúng chuyên sống trong các vùng nước ngọt và vẫn có thể sống được ở môi trường nước lợ, vây lưng của các loài cá

5

này nằm gần đầu, thông thường cao và có hình tam giác, khoảng 5-7 tia vây và 1-2 gai Vây hậu môn hơi dài, với 26 - 46 tia Thông thường chúng có hai cặp râu hàm trên và một cặp râu cằm, mặc dù ở cá tra trưởng thành chỉ có các râu hàm trên Thân hình đặc chắc Vây béo (mỡ) nhỏ cũng tồn tại Ở Việt Nam, cá tra sống chủ yếu trong lưu vực sông Cửu Long và lưu vực các sông lớn cực nam [5]

1.1.3 Thành phần dinh dưỡng

Theo các nhà khoa học, Cá tra nhiều omega-3, 6, 9, DHA và EPA, vitamin E

có lợi cho tim mạch, giúp phát triển trí não, hỗ trợ ngăn chặn lão hóa Các chất dinh dưỡng có nhiều trong thịt Cá tra bao gồm: Protein, Vitamin B12, Axit béo omega-3, Axit béo omega-6, DHA, EPA, phốt pho, kali… rất tốt cho sức khỏe, giúp bảo vệ mạch máu, tăng cường trí não, phục hồi cơ bắp Trong 100 gram thịt cá tra cung cấp rất nhiều thành phần dinh dưỡng [6]

Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100 gram cá tra [6]

Thành phần dinh dưỡng Hàm lượng Đơn vị

Omega – 3:

Cá tra chứa nhiều omega-3 – đây là loại axit béo cơ thể con người thường hay bị thiếu hụt, vì con người không thể tự tổng hợp được mà phải cung cấp từ thức ăn Trong Omega 3 có 3 loại axit béo chính là axit alpha-linolenic (ALA), axit eicosapentaenoic (EPA) và axit docosahexaenoic (DHA) Chính vì vậy Omega 3 khá quan trọng, chúng góp phần giúp sáng mắt, phòng ngừa các bệnh về tim mạch, hỗ trợ phát triển trí não, ngăn chặn lão hóa da… Ngoài ra kết quả thử nghiệm lâm sàng gần đây nhất của Đại học Oxford đã chỉ ra rằng với một lượng axit béo omega-3 sẽ giúp giấc ngủ của con người sâu hơn cải thiện sức khỏe tổng thể

DHA có trong cá tra giúp mắt và hệ thống thần kinh giúp trẻ thông minh, sáng mắt

và phát triển hoàn thiện chức năng Ngoài ra DHA ở trẻ em còn tốt nhất, giúp cho trẻ phát triển trí thông minh một cách toàn diện

EPA có trong cá tra hình thành các axit béo không bão hòa Prostagladin trong máu, giúp tuần hoàn máu luôn được thông thoáng giúp não phát triển tốt hơn khi không đủ chất EPA Ngoài ra ăn nhiều cá tra sẽ ngừa được các bệnh về tim mạch sau này

Omega – 6:

Thịt cá tra cũng chưa lượng lớn Omega 6 Đây là loại chất béo không no, bao gồm: Linoleic acid (LA), Gamma linolenic acid (GLA), Dihomo-gamma linolenic acid

7

(DGLA), Arachidonic acid (AA) Chúng là những chất rất cần thiết cho cơ thể con người, nhưng bản thân cơ thể con người không thể nào tổng hợp được chúng ngoài cách phải được cung cấp từ thức ăn bên ngoài Omega 6 có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, giảm mức cholesterol xấu (LDL), tăng mức cholesterol tốt (HDL), giảm nguy cơ ung thư

Thiamine (Vitamin B1):

Thiamine (hay còn gọi là: Vitamin B1, thiamin) là loại Vitamin rất cần thiết cho cơ thể Chúng giúp cho cơ thể sử dụng carbohydrate làm năng lượng, hỗ trợ quá trình chuyển hóa glucose, và nó đóng một vai trò quan trọng trong chức năng thần kinh,

cơ và tim Việc thiết hụt Thiamine sẽ khiến cho cơ thể trở nên mệt mỏi, cáu kỉnh, trí nhớ kém, chán ăn, rối loạn giấc ngủ, khó chịu ở bụng và giảm cân

Vitamin E:

Trong Cá tra cũng chứa nhiều Vitamin E, đây là chất dinh dưỡng giúp duy trì làn da

và đôi mắt khỏe mạnh, đồng thời tăng cường khả năng bảo vệ tự nhiên của cơ thể chống lại bệnh tật và nhiễm trùng (hệ thống miễn dịch) Ngoài ra Vitamin E, giúp làn

da mịn màng, tươi trẻ, hạn chế nếp nhăn Tình trạng da khô sạm, nhăn nheo, thiếu sức sống, tóc khô và dễ gãy rụng thường là do thiếu vitamin E gây nên Do đó, trong hầu hết các sản phẩm chăm sóc da và tóc, nhà sản xuất thường đưa vitamin E vào trong thành phần

Phốt pho:

Phốt pho (Phosphorus) là dưỡng chất quan trọng cho cơ thể chúng ta trong việc hình thành xương và răng Ngoài ra, phốt pho còn đóng một vai trò quan trọng trong cách

cơ thể sử dụng và chuyển hóa carbohydrate và chất béo Nó cũng cần thiết cho cơ thể

để tổng hợp ra protein cho sự phát triển, duy trì và phục hồi các tế bào và mô cơ thể

1.2 Tổng quan về sóng siêu âm

1.2.1 Sóng siêu âm

Định nghĩa

Siêu âm là các sóng âm có tần số vượt ra khỏi giới hạn nghe của tai người Tuy giới hạn nghe của người thay đổi tùy vào tuổi tác, nghề nghiệp và nhiều yếu tố khác, giới hạn trên của ngưỡng nghe đồng thời cũng là giới hạn dưới của siêu âm thường được chọn là 20 kHz [7]

Hình 1.2 Phân loại tần số sóng âm [8]

Hình 1.3 Phân loại sóng siêu âm [7]

Sóng siêu âm là một rung động được truyền qua một môi trường chẳng hạn như không khí, nước và kim loại

9

Sóng siêu âm có tần số cụ thể hoặc số lần dao động trong một giây Vận tốc của siêu

âm tại một thời điểm và nhiệt độ cụ thể là không đổi trong một môi trường

Xét theo ứng dụng của siêu âm, ta có hai nhóm siêu âm chính, bao gồm: [9]

- Siêu âm công suất thấp, tần số cao: một số ví dụ về ứng dụng này bao gồm máy đo siêu âm, siêu âm trong chẩn đoán hình ảnh y học, máy dò siêu âm, … Mục đích chung của những ứng dụng này là sử dụng siêu âm làm phương tiện thăm dò, tìm kiếm và cung cấp thông tin (ví dụ định vị đường nứt, hình dạng cơ quan, sự truyền tín hiệu)

- Siêu âm công suất cao, tần số thấp: siêu âm được sử dụng để thay đổi vĩnh viễn các đặc tính vật lý, hóa học hay sinh học của vật liệu hay hệ thống mà siêu âm được áp dụng Nhiều ứng dụng của siêu âm công suất cao bao gồm hàn kim loại và polyme, gia công và tạo hình kim loại trong chất rắn và chất lỏng, làm sạch, nhũ hóa và phân tán, khử khí, khử bọt, kết tụ hạt, cấp đông, khử nước và tăng cường các phản ứng hóa học Trong y học, các ứng dụng khác của siêu âm công suất cao đang phát triển nhanh chóng trong đó năng lượng siêu âm cường độ cao được sử dụng để phẫu thuật không xâm lấn, tán sỏi và nhiều liệu pháp khác

Ngày nay, sóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như

y học, sinh học, hóa học, công nghiệp thực phẩm, gia công cơ khí, góp phần nâng cao năng suất lao động, tăng hiệu quả kinh tế cho các lĩnh vực tương ứng [9]

Phân loại

Siêu âm được áp dụng trong ngành thực phẩm có thể được chia thành hai loại: [10]

- Siêu âm chẩn đoán (dải tần số 5-10 MHz)

- Siêu âm công suất (dải tần 20-100 kHz)

Siêu âm chẩn đoán là một công cụ phân tích để kiểm tra không phá hủy, kiểm soát quá trình và đánh giá chất lượng bao gồm xác định các đặc tính của thực phẩm như độ cứng, hàm lượng dầu và tổng chất rắn hòa tan và kiểm tra vật liệu đóng gói thực phẩm

Siêu âm công suất được sử dụng trong cấp đông, sấy, chiết xuất và lọc thực phẩm như một biện pháp phụ trợ Hơn thế nữa, nó có thể được sử dụng trong quá trình khử trùng thực phẩm, nhũ hóa và làm mềm thịt

1.2.2 Ứng dụng của sóng siêu âm trong lĩnh vực cấp đông

Cấp đông có hỗ trợ bằng sóng siêu âm UAF (Ultrasound-assisted freezing) là một công nghệ bảo quản thực phẩm phổ biến và đáng chú ý nhằm bảo tồn các đặc tính cảm quan và giá trị dinh dưỡng Sự lan truyền của sóng siêu âm trong môi trường tạo ra các hiệu ứng vật lý và hóa học khác nhau và những hiệu ứng này đã được khai thác để cải thiện hiệu quả của quá trình cấp đông thực phẩm Điều này cung cấp một cái nhìn tổng quan về những phát triển gần đây liên quan đến cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng, trang thiết bị của UAF Các ứng dụng của sóng siêu âm cường độ cao là để cải thiện hiệu quả của quá trình cấp đông, kiểm soát kích thước và sự phân bố kích thước của các tinh thể đá dẫn đến cải thiện chất lượng của thực phẩm đông lạnh [10]

 Ứng dụng tạo mầm băng:

Quá trình tạo mầm băng được định nghĩa là sự hình thành tinh thể mới và nó

là yếu tố then chốt trong việc tối ưu hóa quá trình cấp đông và mang lại chất lượng tốt nhất cho thực phẩm đông lạnh [11] Tuy nhiên, sự tạo mầm là tự phát và ngẫu nhiên, nhiệt độ mà quá trình tạo mầm diễn ra không thể được dự đoán một cách chắc chắn Sóng siêu âm có thể bắt đầu tạo mầm trong dung dịch cũng như trong thực phẩm rắn Quá trình tạo mầm có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng siêu

âm công suất

 Ứng dụng kiểm soát kích thước và hình dạng của tinh thể băng:

Kích thước và sự phân bố kích thước của các tinh thể băng là những thông số quan trọng trong thực phẩm đông lạnh và một số nghiên cứu đã được thực hiện trên các khía cạnh này [12,13] Nói chung, kích thước nhỏ hơn và sự phân bố đều của các tinh thể băng trong các mẫu đông lạnh là có lợi cho chất lượng của thực phẩm đông lạnh [14]

 Ứng dụng cải thiện tốc độ cấp đông:

Tốc độ cấp đông là một thông số quan trọng để ảnh hưởng đến chất lượng của thực phẩm đông lạnh vì nó quyết định kích thước của đá, mức độ mất nước của tế bào và tổn thương cấu trúc mô Nói chung, cấp đông nhanh có thể duy trì chất lượng thực phẩm đông lạnh tốt hơn so với cấp đông chậm Siêu âm công suất đã chứng minh

11

khả năng làm tăng tốc độ quá trình cấp đông của thực phẩm [15] Hu và cộng sự [12]

đã nghiên cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm đến tốc độ đóng băng trong quá trình đông lạnh ngâm Kết quả cho thấy rằng việc ứng dụng siêu âm công suất trong giai đoạn chuyển pha của quá trình cấp đông đã làm tăng đáng kể tốc độ cấp đông và thời gian cấp đông được rút ngắn hơn 11% khi áp dụng các mức công suất siêu âm 288 W

và 360 W

 Ứng dụng nâng cao chất lượng thực phẩm đông lạnh:

Các kết quả nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng việc áp dụng siêu âm công suất trong quá trình cấp đông có thể cải thiện cấu trúc vi mô của thực phẩm đông lạnh Sun và Li [13] nhận thấy rằng mô của khoai tây được cấp đông bằng phương pháp cấp đông có hỗ trợ siêu âm thể hiện cấu trúc tế bào vượt trội hơn so với các mẫu được cấp đông mà không sử dụng sóng siêu âm Việc bảo tồn tốt hơn cấu trúc tế bào do sóng siêu âm mang lại có thể là do một số yếu tố khác nhau Đầu tiên, tốc độ cấp đông nhanh do ứng dụng siêu âm công suất mang lại dẫn đến sự hình thành các tinh thể băng nhỏ hơn, do đó giảm thiểu thiệt hại cho cấu trúc tế bào Thứ hai, các bong bóng được tạo ra bởi sóng siêu âm hỗ trợ quá trình tạo mầm nội bào mà có thể không xảy ra trong quá trình cấp đông cổ điển truyền thống Các bong bóng cũng giúp tăng

tỷ lệ tạo mầm ở vùng ngoại bào và do đó giúp sản phẩm đông lạnh giữ được hình dạng ban đầu

 Ứng dụng trong đông đặc dung dịch:

Làm đông đặc các loại thực phẩm dạng lỏng như nước trái cây là một quá trình quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm Vì quá trình này được thực hiện trong một hệ thống khép kín và dưới nhiệt độ đóng băng, nhiều thuộc tính cảm quan

tự nhiên và giá trị dinh dưỡng được giữ lại tốt hơn Quá trình này liên quan đến sự kết tinh phân đoạn của nước thành các tinh thể đá và sau đó tách các tinh thể này ra khỏi chất lỏng đông đặc Nói chung, các tinh thể đá lớn được mong muốn vì chúng

dễ tách khỏi dung dịch đậm đặc hơn [16]

 Ứng dụng trong rã đông:

Rã đông là một quá trình tốn thời gian và quá trình rã đông không tối ưu có thể đẩy nhanh các thay đổi sinh lý và sự phát triển của vi sinh vật, cả hai đều có thể

dẫn đến sự suy giảm chất lượng của thực phẩm đông lạnh Vì những lý do này, một

số công nghệ rã đông mới và cải tiến bao gồm áp suất cao, vi sóng, sưởi ấm bằng điện trở và siêu âm đang được khám phá Làm tan băng bằng sóng siêu âm đang được khám phá như một công nghệ sáng tạo mới [17]

 Ứng dụng trong theo dõi quá trình đông lạnh:

Siêu âm cường độ thấp hiện là một trong những phương pháp phân tích được

sử dụng rộng rãi nhất Vận tốc của sóng siêu âm, hệ số suy giảm và trở kháng âm thanh được sử dụng để thu nhận thông tin về các đặc tính hóa lý và cấu trúc của nguyên liệu thực phẩm Ngoài ra, độ suy giảm sóng siêu âm trong một nguyên liệu thực phẩm nhất định có mối tương quan chặt chẽ với cách thức sản xuất nguyên liệu [18]

1.2.3 Cơ chế phát sóng siêu âm trong quá trình cấp đông

Sóng âm được tạo ra do chuyển đổi năng lượng từ điện thành các sóng phát ra

từ các đầu dò, có cấu trúc cơ bản là áp điện (piezoelectric) Sóng âm thanh chỉ truyền qua vật chất mà không truyền qua được chân không, vì không có hiện tượng rung

Một trong những đặc điểm cơ bản nhất là tần số sóng âm phụ thuộc vào bản chất của vật có độ rung khác nhau Đơn vị đo tần số là Hertz, tức là số chu kỳ dao động trong một giây [19]

Hình 1.4 Cơ chế hỗ trợ của sóng siêu âm trong cấp đông [20]

13

Hình 1.5 Hiệu ứng xâm thực sóng siêu âm [10]

Về cơ chế của UAF (Hình 1.4), người ta cho rằng quá trình cấp đông có thể được tăng tốc bởi sự hỗ trợ của sóng siêu âm nhờ quá trình tạo mầm và tăng cường quá trình truyền nhiệt và truyền chất [21] Quá trình tạo mầm có hỗ trợ sóng siêu âm gây ra chủ yếu bao gồm hai giai đoạn: tạo mầm sơ cấp và tạo mầm thứ cấp Giai đoạn tạo mầm sơ cấp được bắt đầu khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ tạo mầm Lượng lớn ẩn nhiệt được giải phóng trong giai đoạn này Người ta cho rằng sự hỗ trợ của sóng siêu

âm góp phần thúc đẩy quá trình tạo mầm Hơn nữa, chính các bong bóng được tạo ra đóng vai trò là hạt nhân đối với quá trình tạo mầm băng khi kích thước của các bong bóng đạt đến ngưỡng tới hạn Chuyển động của bong bóng ổn định có thể dẫn đến các kênh vi dòng và các dòng xoáy, sau đó tăng cường truyền nhiệt và truyền chất và góp phần tạo mầm Trong quá trình tạo mầm thứ cấp, dựa trên các tinh thể băng có sẵn, sự chiếu xạ của sóng siêu âm có thể phá vỡ các đuôi gai của băng tồn tại từ trước này thành nhiều mảnh nhỏ hơn, do sự sụp đổ của bong bóng và lực cắt bắt nguồn từ dòng chảy vi mô, dẫn đến nhiều vị trí tạo mầm được tạo ra Sự sụp đổ và chuyển động của bong bóng có thể tăng hệ số truyền nhiệt và chất Bên cạnh đó, các rung động cơ học của sóng siêu âm vẫn có gây ra hiệu ứng sinh nhiệt trong quá trình cấp đông

1.2.4 Tính chất cơ bản của sóng siêu âm

Sóng siêu âm chỉ truyền trong môi trường giãn nở, trừ môi trường chân không Theo

đó, sóng âm sẽ tạo nên một sức ép làm thay đổi áp lực môi trường Tại một vị trí nào

đó trong môi trường, ở nửa chu kì đầu của sóng, áp lực tại đó tăng và nửa chu kì sau lại giảm gây ra hiệu ứng cơ học của siêu âm Sự chênh lệch áp suất giữa 2 pha là rất lớn và tỉ lệ với tần số siêu âm

Tốc độ lan truyền của siêu âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ môi trường truyền

âm, không phụ thuộc vào tần số

Năng lượng siêu âm là động năng dao động và thế năng đàn hồi của các phần tử trong môi trường

Năng lượng của siêu âm dưới dạng cơ học, khi được hấp thu, năng lượng sẽ giảm dần theo độ sâu [22]

1.2.5 Bộ phận phát sóng siêu âm

Có các loại bộ phận phát sóng siêu âm (bộ phận chuyển đổi): từ giảo (magnetostrictive transducer) và áp điện (piezoelectric transducer) Tuy nhiên, bộ chuyển đổi áp điện (pzt) là kiểu chung nhất và được sử dụng trong nhiều ứng dụng Bộ phận biến đổi áp điện cũng có hiệu quả nhất, đạt được tốt hơn 95% hiệu suất [23]

Bộ phận phát sóng siêu âm có cấu trúc gồm 3 phần: bộ phận ghép nối, bộ phận khuếch đại và bộ phận phát xạ [24]

- Bộ phận ghép nối: có vai trò ghép nối các tinh thể dao động (PZT) có biên độ dao động nhỏ thành một cụm dao động có biên độ lớn hơn Tinh thể dao động có vai trò chuyển đổi dao động điện sang dao động cơ học Hình dạng của bộ phận ghép nối phụ thuộc vào hình dạng của PZT

- Bộ phận phát xạ: có vai trò phân phối sóng ra môi trường

- Bộ phận khuếch đại: có vai trò kết nối giữa bộ phận ghép nối với bộ phận phát xạ, ngoài ra còn có chức năng khuếch đại biên độ dao động

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Đa số các nghiên cứu cấp đông vật liệu có hỗ trợ của sóng siêu âm, vật liệu được ngâm trong chất tải lạnh:

Delgado và cộng sự [21] đã khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm đến quá

trình đông lạnh ngâm với mẫu cắt tiếp tuyến hoặc cắt xuyên tâm quả táo trong hỗn hợp etylen glicol (C2H6O2) và nước (1: 1, v / v) Kết quả cho thấy rằng ứng dụng của sóng siêu âm (40 kHz, 0,23 W / cm2) trong 120 giây (p<0,05) giảm đáng kể thời gian cấp đông lên đến 8% so với đông lạnh ngâm không sử dụng siêu âm

Liên quan đến ảnh hưởng của sóng siêu âm đến khả năng duy trì chất lượng

dinh dưỡng và màu sắc trong quá trình cấp đông Franco và cộng sự [25] đã nghiên

cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm (40 kHz, 50W) đến chất lượng của chuối trong quá trình làm lạnh Kết quả cho thấy rằng khả năng cải thiện chống oxy hóa và giữ lại được thành phần phenolic một cách hiệu quả, từ đó duy trì được màu sắc và chất dinh dưỡng tốt hơn Ngoài ra, công nghệ làm lạnh có hỗ trợ sóng siêu âm có khả năng chống được vi khuẩn tốt hơn

Tiếp đó, Islam và cộng sự [26] cho thấy rằng giảm hơn 40% thời gian đông

lạnh (p<0,05) được quan sát thấy trong tất cả các mẫu nấm thử nghiệm trong quá trình đông lạnh ngâm có hỗ trợ siêu âm (20 kHz, 0,39 W / cm2) trong một dung dịch chứa 50% ethylene glycol và 50% nước (v / v)

Chow và cộng sự [27] khảo sát quá trình tạo mầm sơ cấp và thứ cấp của băng

được nghiên cứu trong dung dịch sacaroza được tạo ra bằng sóng siêu âm ở tần số 20kHz Họ phát hiện ra rằng sự tạo mầm chính của nước đá trong dung dịch sacaroza

có thể đạt được ở nhiệt độ tạo mầm cao hơn khi áp dụng hỗ trợ siêu âm Các quan sát bằng kính hiển vi cho thấy các tinh thể băng trên bề mặt có thể bị phá vỡ thành các mảnh nhỏ hơn bằng sóng siêu âm

Bên cạnh đó, Zhang và cộng sự [28] ứng dụng siêu âm để kiểm soát sự thay

đổi pha từ nước lạnh sang đá Kết quả cho thấy việc ứng dụng siêu âm có thể làm tăng đáng kể xác suất tạo mầm trong nước lạnh Tuy nhiên, việc lựa chọn cường độ siêu âm là rất quan trọng quyết định đến hiệu quả của quá trình

J Tu và cộng sự [29] đã nghiên cứu quá trình cấp đông củ sen có hỗ trợ của

sóng siêu âm với tần số 30kHz, và công suất lần lượt 90, 150 và 210W Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hỗ trợ sóng siêu âm ở công suất 150W có tốc độ cấp đông nhanh, cải thiện độ cứng và giảm sự mất nước, tăng khả năng bảo vệ vi cấu trúc của

củ sen

Tiếp đó, Kiani và cộng sự (2011) [30] đã nghiên cứu cơ chế siêu âm (25 kHz,

0,25 W/cm2) để cấp đông mẫu lỏng (dung dịch sucrose) và rắn (gel agar), người ta thấy rằng siêu âm hoạt động hiệu quả hơn để bắt đầu quá trình tạo mầm băng trong mẫu lỏng, chứ không phải trong các mẫu rắn Có mối quan hệ tuyến tính giữa nhiệt

17

độ trong quá trình phát sóng siêu âm và nhiệt độ tạo mầm trong các mẫu chất lỏng Hơn nữa, sóng siêu âm cũng có tác động đáng kể đến tốc độ truyền nhiệt trong quá trình cấp đông mẫu chất lỏng (có tính chất đồng đều)

Liên quan đến hướng và tần số phát sóng của bộ phát sóng siêu âm ảnh hưởng

đến hiệu quả cấp đông You Tian và cộng sự [31] đã tiến hành thực hiện các nghiên

cứu khác nhau với khoai tây Kết quả cho thấy rằng việc ứng dụng kết hợp các tần số 20kHz và 28kHz đồng thời với hướng đặt vuông góc cho hiệu quả tốt nhất

Bên cạnh đó, Xu [32] cùng nhóm nghiên cứu của mình đã nghiên cứu ảnh

hưởng của sóng siêu âm ở tần số 20kHz, cường độ phát sóng (0,09, 0,17, 0,26 và 0,37 W/cm2) và nhiệt độ bắt đầu phát sóng (-0,5, -1, -1,5 và -20C) đến nhiệt độ tạo mầm trong quá trình cấp đông củ cải trong bể siêu âm chứa dung dịch CaCl2 Kết quả cho thấy, sóng siêu âm giúp kiểm soát nhiệt độ tạo mầm và nhiệt độ tạo mầm có mối quan

hệ tuyến tính với nhiệt độ bắt đầu phát sóng ứng với cường độ phát sóng 0,26 W/cm2

và nhiệt độ bắt đầu phát sóng -0,50C

Nhóm tác giả Xin, Zhang và Adhikari [33] nghiên cứu hỗ trợ của sóng siêu

âm ở tần số 20kHz và 30kHz ứng với công suất 0, 125, 150, 175 và 195W với tỷ lệ gián đoạn 60s bật /60s tắt trong quá trình cấp đông bông cải Kết quả nghiên cứu cho thấy, sóng siêu âm giúp rút ngắn đáng kể thời gian cấp đông đặc biệt ở mức 150W (30kHz) và 175W (20kHz) Bên cạnh đó nhóm tác giả cũng khẳng định việc xác định các thông số liên quan đến sóng siêu âm như tần số, công suất, nhiệt độ bắt đầu phát sóng và thời gian phát sóng phù hợp là rất quan trọng đối với chất lượng và thời gian cấp đông vật liệu

Islam, Zhang, Fang and Sun (2015) [34] đã tiến hành cấp đông trực tiếp nấm

mà không nhúng vào trong chất tải lạnh, nhờ vậy vật liệu không bị nhiễm bẩn Sóng siêu âm hỗ trợ cấp đông có tần số 20kHz, cường độ phát sóng 0, 0.13, 0.27, 0.39W/cm2 Kết quả cho thấy ở cường độ 0.39 W/cm2, nấm giữ được độ cứng như ban đầu

Liên quan đến cấp đông cá hồi phi lê có hỗ sóng siêu âm Trong quá trình

nghiên cứu Kono và cộng sự [35] đã xác nhận rằng tốc độ cấp đông, sự hình thành,

kích thước và sự phân bố của tinh thể đá đóng vai trò quan trọng đối với chất lượng

của vật liệu cấp đông Họ nhận thấy rằng đường kính của tinh thể đá (20 – 450 μm) làm giảm đáng kể tốc độ cấp đông Để giảm thiểu tác hại các tinh thể đá đối với mô

tế bào của thực phẩm, tăng chất lượng của thực phẩm cần phải cải thiện làm giảm kích thước và tăng tính đồng đều của tinh thể đá

Kế đó, Qiu và cộng sự [36] đã khảo sát sự ảnh hưởng của phương pháp hỗ trợ

sóng siêu âm với tần số 25 kHz và công suất 150W, 200W và 250W đến chất lượng của cá mè trắng Hoa Nam Kết quả cho thấy rằng sóng siêu âm ở công suất 250W thúc đẩy quá trình oxy hóa protein, ở công suất 200W thì khả năng giữ nước và ổn định protein là tốt hơn so với các dãy công suất khác

Liên quan đến nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hình

thành tinh thể đá trong quá trình cấp đông Sun và cộng sự [37] đã nghiên cứu ảnh

hưởng của hỗ trợ sóng siêu âm (30 kHz, 0,03 W/g) trên vi cấu trúc của cá chép (Cyprinus carpio) trong thời gian bảo quản (-18 ± 1°C, 180 ngày) Họ quan sát thấy cấu trúc cơ tốt hơn trong các mẫu đông lạnh ngâm có hỗ trợ siêu âm, có thể được bởi hiệu ứng “cavitation” (xâm thực) do sóng siêu âm gây ra Sau bảo quản đông lạnh (180 ngày), kích thước trung bình của các tinh thể đá thấp hơn 43,22% so với các mẫu đông lạnh không có hỗ trợ sóng siêu âm

Bên cạnh đó, Yuke He và cộng sự [38] đã thực nghiệm cấp đông cá ngừ phi

lê khi có hỗ trợ sóng siêu âm ở tần số 20kHz Họ nhận thấy rằng khi cấp đông có hỗ trợ của sóng siêu âm sẽ giúp làm giảm tỷ lệ tách nước, làm tăng độ đàn hồi đồng thời đảm bảo thành phần protein tốt hơn của vật liệu

Cuối cùng, Ma và cộng sự [39] đã khảo sát cấp đông có hỗ trợ sóng siêu âm

đối với cá đỏ dạ thuộc họ cá lù đù (Large Yellow Croaker) ở cùng công suất là 175W với các tần số khác nhau: đơn (20kHz), đôi (20kHz và 28kHz), đa (20kHz, 28kHz, 40kHz) Kết quả cho thấy so với các phương pháp cấp đông khác, kết hợp các tần số siêu âm khác nhau có thể cải thiện khả năng giữ nước (WHC) và giúp phân phối nước trong tế bào đồng đều hơn, ngoài ra, có thể giảm kích thước của các tinh thể đá một cách hiệu quả

19

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Minh Hieu Ngo cùng với các cộng sự [40] đã thực nghiệm cấp đông sâm Bố

Chính có hỗ trợ của sóng siêu âm ở các chế độ liên tục và gián đoạn với tần số 20kHz,

công suất 50-200W Kết quả cho thấy rằng quá trình cấp đông có hỗ trợ sóng siêu âm

ở công suất 100W và tỉ lệ gián đoạn phát sóng là 60s bật và 90s tắt thì thời gian cấp

đông, nhiệt độ tạo mầm, vi cấu trúc vật liệu, thay đổi màu sắc vật liệu là tốt nhất

Hiện nay tình hình nghiên cứu trong nước về cấp đông có hỗ trợ của sóng siêu

âm vẫn còn rất hạn chế

Các nghiên cứu cho thấy sóng siêu âm hỗ trợ trong quá trình cấp đông giúp

đẩy nhanh quá trình kết tinh, giảm kích thước tinh thể và rút ngắn thời gian cấp đông

Tuy nhiên, không phải ở cường độ và thời gian phát sóng siêu âm nào cũng tạo ra ảnh

hưởng tích cực đến quá trình cấp đông Nếu chọn cường độ sóng siêu âm quá lớn

hoặc quá nhỏ và thời gian phát sóng dài sẽ có ảnh hưởng không có lợi cho quá trình

cấp đông do hiệu ứng nhiệt làm tan chảy các tinh thể đá sau đó tinh thể này kết tinh

trở lại làm tăng thời gian cấp đông Mỗi loại vật liệu khác nhau thì ảnh hưởng của

sóng siêu âm như tần số, công suất và thời gian phát sóng khác nhau Do đó, cần có

nghiên cứu riêng cho từng loại vật liệu

1.4 Phương pháp cấp đông vật liệu

Theo TCVN 12370-2018 có các phương pháp cấp đông cá tra phi lê như sau: tủ đông

tiếp xúc, tủ đông gió, băng chuyền IQF Với giới hạn quy mô nghiên cứu sẽ tiến hành

lựa chọn phương pháp cấp đông vật liệu bằng hệ thống đông gió

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lý thuyết về cấp đông

Cấp đông là phương pháp giúp cho sản phẩm thực phẩm ở trạng thái lạnh đông (tâm sản phẩm đạt -18ºC) trong khoảng thời gian ngắn Cấp đông là công đoạn có tính quyết định đến chất lượng của sản phẩm và hiệu quả của quá trình cấp đông tùy thuộc vào thời gian cấp đông nhanh hay chậm Với đặc tính chung của thực phẩm tươi sống có hàm lượng nước cao 80 - 95%, trạng thái ban đầu nước được phân bố tương đối đồng đều trong các mô tế bào là thành phần tạo nên cấu trúc đặc trưng cho mỗi loại sản phẩm, tuy vậy trong quá trình cấp đông sự kết tinh của nước có xu hướng

từ ngoài vào bên trong tâm của sản phẩm, thời gian kết tinh càng chậm dẫn đến sự di chuyển và dồn nén các phân tử nước dần vào hướng tâm, đồng thời với sự giãn nở thể tích và kết tinh là nguyên nhân phá vỡ cấu trúc tự nhiên của sản phẩm [41, 42] Hiện tượng này dẫn đến cấu trúc mô tế bào bị phá vỡ làm giảm chất lượng sản phẩm

và vi sinh vật dễ dàng xâm nhập, gây hư hỏng nhanh chóng Mặt khác, khi rã đông sản phẩm không còn giữ được trạng thái cấu trúc ban đầu, nước tự do khi thoát ra ngoài sẽ kéo theo các chất dinh dưỡng hòa tan và chất lượng sản phẩm càng giảm [43]

Các quá trình sinh hóa và vật lý xảy ra trong quá trình đông lạnh thực phẩm rất phức tạp và bản thân việc nghiên cứu quá trình đông lạnh có thể là một việc đầy thách thức Các vấn đề mà thực phẩm trải qua quá trình đông lạnh được liệt kê dưới đây:

 Đông lạnh các loại thực phẩm giúp kéo dài đáng kể thời gian bảo quản của sản phẩm

 Nước là thành phần chính của thực phẩm, có thể chiếm lên đến 95% tổng khối lượng

 Sự hình thành các tinh thể đá khi nước đóng băng là một trong những vấn đề chính cần tránh

 Sự hình thành các tinh thể đá phá vỡ kết cấu của thực phẩm và có thể phá vỡ thành tế bào và có thể giải phóng các enzym thoái hóa

về chất, dẫn đến hư hỏng, ươn thối [44]

Khi nhiệt độ thực phẩm xuống thấp các quá trình trên sẽ bị ức chế và kìm hãm, làm cho tốc độ các phản ứng hoá sinh sẽ giảm Khi nhiệt độ càng thấp, tốc độ phân giải càng giảm mạnh bắt nguồn từ các nguyên nhân sau:

 Cấu trúc tế bào bị co rút;

 Độ nhớt dịch tế bào tăng;

 Sự khuếch tán nước và các chất tan của tế bào giảm;

 Hoạt tính của enzim có trong tế bào giảm Nhiệt độ thấp ức chế tốc độ của các phản ứng hoá sinh trong thực phẩm Nhiệt độ thấp tốc độ giảm, người ta tính rằng cứ giảm 10°C thì tốc độ phản ứng hoá sinh giảm xuống còn từ 1/2 đến 1/3 Nhiệt độ thấp tác dụng đến các men phân giải nhưng không tiêu diệt được nó Nhiệt độ giảm xuống 0°C hoạt động của hầu hết các enzim bị đình chỉ Nhiệt độ càng thấp khả năng phân giải giảm

Như vậy khi nhiệt độ thấp quá trình phân giải của thực phẩm sẽ bị chậm lại hoặc chấm dứt hoàn toàn là do:

 Hoạt động của các men phân giải bị đình chỉ

 Sự phát triển của các vi sinh vật bị ức chế, đại bộ phận các vi sinh vật ngừng hoạt động trong khoảng -3°C đến -10°C Tuy nhiên ở -10°C vi khuẩn micrococuss vẫn sống nhưng phát triển chậm Các loại nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, có thể tới -15°C Để nấm mốc sống được thì lượng nước trong tế bào phải đảm bảo ít nhất là 15% Khi nhiệt độ giảm xuống -18°C thì nước mới đóng bằng tới 86%, đạt yêu cầu

trên Vì vậy nhiệt độ bảo quản tốt nhất từ -18°C trở xuống mới làm cho toàn bộ vi sinh vật và nấm mốc ngừng hoạt động hoàn toàn

 Loại sản phẩm cấp đông

Trạng thái của nước trong sản phẩm đông lạnh thể hiện độ ổn định và chất lượng của sản phẩm thuỷ sản cấp đông Do có tính chất đặc trưng, nên chúng đóng vai trò quan trọng trong phản ứng phân huỷ tế bào ở nhiệt độ lạnh và nhiệt độ lạnh đông Nước trong sản phẩm thuỷ sản đông lạnh được phân thành hai loại là nước tự

do và nước liên kết

Mỗi nguyên liệu có thành phần axit béo và hàm lượng protein là khác nhau do

đó có một nhiệt dung riêng và hàm nhiệt là khác nhau Kết quả là để kết tinh nước thì mỗi sản phẩm có nhiệt lượng cần thiết để cấp đông 1kg mỗi loại thực phẩm rất khác nhau Bên cạnh đó, sản phẩm có hàm lượng dầu càng cao thì hàm lượng nước tự do càng ít; và hầu hết nhiệt được lấy đi trong quá trình cấp đông là thay đổi nước thành băng; do đó, nếu có ít nước, thì lượng nhiệt sẽ cần phải được lấy đi để cấp đông cá là

ít hơn Điều này tác động trực tiếp đến thời gian cấp đông và sự hình thành các tinh thể đá trong sản phẩm đông lạnh Khi tốc độ cấp đông nhanh sẽ tạo ra các mầm tinh thể đá nhỏ và đồng nhất [2]

 Chế độ cấp đông

Chất lượng sản phẩm đông lạnh liên quan chặt chẽ với tốc độ cấp đông Tốc

độ cấp đông không chỉ phụ thuộc vào nguyên liệu mà còn phụ thuộc vào chế độ công nghệ cấp đông Với các chế độ công nghệ cấp đông có hệ số truyền nhiệt lớn sẽ cho nhiệt độ giảm nhanh với thời gian làm lạnh ngắn; khi đó thì các biến đổi hoá học diễn

ra với tốc độ rất chậm, ít hư hỏng, chất lượng thực phẩm được đảm bảo Số lượng và kích thước của tinh thể đá bị tác động trực tiếp bởi phương pháp cấp đông và ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của thực phẩm đông lạnh Chế độ công nghệ cấp đông

có hệ số truyền nhiệt cao giúp tốc độ cấp đông nhanh sẽ tạo ra các mầm tinh thể đá nhỏ và đồng nhất, số lượng và kích thước của tinh thể đá được xem là một tham số quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của phương pháp cấp đông lên sự thay đổi chất lượng của sản phẩm đông lạnh Bên cạnh đó, tốc độ đối lưu càng cao thì thời gian cấp đông càng nhanh do hệ số toả nhiệt đối lưu tăng, kết quả hệ số truyền nhiệt tăng [2]