Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU SẤY CÁ SẶC RẰN THEO NGUYÊN LÝ SẤY BƠM NHIỆT VÀ SẤY BƠM NHIỆT KẾT HỢP VI SÓNG STUDY ON COMBINING HEAT PUMP AND MICROWAVE FOR SNAKESKIN GOURAMI FISH DRYING PGS TS Nguyễn Hay1a, PGS TS Lê Anh Đức1b, ThS Nguyễn Văn Lành1c, TS Bùi Ngọc Hùng1d Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM a ng.hay@hcmuaf.edu.vn; bleanhduc@hcmuaf.edu.vn c nvlanh@hcmuaf.edu.vn; dbuingochung@hcmuaf.edu.vn TÓM TẮT Nghiên cứu thực thí nghiệm sấy cá sặc rằn thiết bị sấy theo nguyên lý sấy bơm nhiệt sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Với nguyên lý sấy, thí nghiệm thực ba mức nhiệt độ tác nhân sấy (TNS) 40oC, 45oC 50oC Trên sở đánh giá tiêu kỹ thuật trình sấy thời gian sấy hay tốc độ giảm ẩm, chi phí điện riêng cho trình sấy chất lượng cá sau sấy, kết xác định nguyên lý sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng mức nhiệt độ TNS 45oC sau 16 giờ, cá đạt ẩm độ yêu cầu, tốc độ sấy trung bình đạt 2,3% H2O/h, chi phí điện riêng cho trình sấy 4,65 kWh/kg Kết phân tích hóa sinh cho thấy hàm lượng đạm cá sau sấy đạt 5,61% Cá sặc rằn sau sấy có chất lượng tốt phương pháp phơi sấy màu sắc, mùi vị, ẩm độ, đảm bảo yêu cầu tiêu thụ nước xuất Phương trình dự đoán trình giảm ẩm cá sặc W(%) theo thời gian sấy t(h) với chế độ phù hợp xác định dạng: W = 0,08t2 – 3,7t + 68,1 Từ khóa: cá sặc rằn, sấy bơm nhiệt, vi sóng, tốc độ sấy, chi phí điện riêng ABSTRACT The study was performed to combine heat pump and microwave for snakeskin gourami fish drying The experiments were conducted at three temperatures drying is 40oC, 45oC and 50oC in heat pump drying and combine heat pump and microwave drying The suitable drying temperature for snakeskin gourami fish drying was determined base on the basis of evaluation of technical criteria such as drying time or drying rate, specific energy consumption for the drying process The result have identified the suitable drying temperature for snakeskin gourami fish drying is 45oC, drying time of 16 hours, the average drying rate of 2.3 %H2O/h, specific energy consumption for the drying process of 4.65 kWh/kg, protein content of dried snakeskin gourami fish of 5.61% The quality of snakeskin gourami fish after drying as color, flavor, protein, fish meat tenderness, ensuring requests for domestic consumption and export The predicted equation for moisture content W(%) of snakeskin gourami fish versus drying time t(h) in the drying process was determined: W = 0.08t2 – 3.7t + 68.1 Keywords: snakeskin gourami fish, heat pump drying, microwave, drying rate, specific energy 943 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV ĐẶT VẤN ĐỀ Cá sặc rằn (Snakeskin gourami) loài phân bố nhiều số tỉnh Đồng Sông Cửu Long (ĐBSCL) Đồng Tháp, An Giang, Kiên Giang, Cà Mau, Cá nuôi mật độ cao nước ngọt, lợ với chi phí thấp, đối tượng nuôi mang lại lợi nhuận cao người dân vùng ĐBSCL Cá sặc rằn có thịt thơm ngon, xương giàu chất dinh dưỡng, loại thực phẩm quen thuộc bữa ăn gia đình Với vị thơm độ dai, khô cá sặc rằn dùng để chế biến nhiều ăn hấp dẫn mang đậm hương vị đặc trưng Khô cá sặc rằn loại thực phẩm ưa chuộng có giá trị kinh tế cao Hiện cá sặc rằn làm khô chủ yếu cách phơi nắng, lò sấy thủ công máy sấy không khí nóng với thời gian phơi, sấy lâu, kéo dài đến vài ngày [3] Với cách làm khô làm giảm hàm lượng dinh dưỡng sản phẩm so với cá tươi Với phương pháp phơi nắng phải phơi ngày với điều kiện nắng tốt, thường phải ngày Việc kéo dài thời gian phơi làm cho sản phẩm có chất lượng thấp phải chờ qua đêm để hôm sau phơi tiếp, điều làm protein cá bị phân hủy, mặt khác cá bị nhiễm khuẩn cao ruồi, côn rùng, bụi bẩn,…Với phương pháp sấy không khí nóng, nhiệt độ sấy thấp thời gian sấy kéo dài, nhiệt độ sấy cao làm dinh dưỡng cá dễ làm thịt cá biến cứng Bên cạnh đó, đặc thù cá chỗ thịt dày, chỗ thịt mỏng khác nên phương pháp phơi sấy tạo sản phẩm cá khô không đồng độ ẩm, độ ẩm không đạt làm cá mau bị mốc, độ ẩm thấp làm thịt cá khô trở nên cứng Sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng có nhiều ưu điểm Trên giới có số công bố sấy cá vi sóng công trình Hosain Darvishi cộng (2013) nghiên cứu sấy cá hồi, kết đánh giá chất lượng sản phẩm thời gian sấy cho thấy phương pháp sấy vi sóng ưu việt hẳn Ngoài có công trình nghiên cứu khác sấy cá vi sóng Yuttapong cộng (2006), Zhen-hua Duan cộng (2011), Boyo cộng (2013), Mohammad cộng (2015)… Tuy nhiên ứng dụng bơm nhiệt kết hợp vi sóng cho sấy cá sặc chưa nghiên cứu để áp dụng Việt Nam PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN - Phương pháp bố trí thí nghiệm thực 03 mức nhiệt độ TNS 40oC, 45oC 50 C máy sấy bơm nhiệt máy sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Tại mức nhiệt độ thí nghiệm lặp lại 03 lần để đánh giá hiệu kinh tế chất lượng sản phẩm o - Đánh giá hiệu trình sấy sở lượng tiêu hao lượng điện cho trình sấy, đánh giá chất lượng sản phẩm dựa vào ẩm độ, cảm quan hàm lượng đạm cá Ẩm độ cá xác định phương pháp tủ sấy Hàm lượng dinh dưỡng cá kiểm định theo TCVN 8134:2009 - Vật liệu sấy: cá sặc rằn loại có khối lượng ≥ 0,2 kg/con Cá đánh vẩy, mổ lấy hết nội tạng Ngâm cá vào nước muối có nồng độ 10% thời gian 30 phút, sau rửa bắt đầu sấy Ẩm độ cá ban đầu 68%, ẩm độ yêu cầu sau sấy 30 ± 1% - Phương tiện phục vụ thí nghiệm máy sấy bơm nhiệt máy sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng trình bày hình 944 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Sơ đồ cấu tạo máy sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Dàn ngưng tụ chính; Dàn bay hơi; Máy nén; Kênh dẫn tác nhân sấy; Dàn ngưng tụ phụ; Đầu phát vi sóng; Tủ điện điều khiển; Động quay khung treo cá; Cá sặc rằn; 10 Khung treo cá; 11 Buồng sấy; 12 Hướng tác nhân sấy; 13.Cánh hướng dòng tác nhân sấy Thông số kỹ thuật: buồng sấy có kích thước: dài x rộng x cao = 500 x 500 x 600 mm; Lưu lượng tác nhân sấy cần thiết 0,006 m3/s; Công suất bơm nhiệt HP; Công suất vi sóng 900 W, tần số 2.450 MHz; Số vòng quay khung treo cá vòng/phút, công suất động truyền động 50 W Nguyên lý làm việc: cá sặc rằn sau xử lý cung cấp vào buồng sấy (11) móc lên khung treo (10) Tác nhân sấy quạt hút thổi vào buồng sấy (11), để cá nhận sóng nhờ động quay (8), vi sóng (6) có tác dụng gia nhiệt vật liệu đến nhiệt độ sấy Tác nhân sấy qua buồng sấy hồi lưu hoàn toàn qua kênh dẫn tác nhân sấy (4) trở dàn bay (2) bơm nhiệt để thực trình tách ẩm Sau qua dàn bay hơi, tác nhân tiếp tục vào dàn ngưng tụ (1) bơm nhiệt, tác nhân sấy gia nhiệt thêm độ ẩm tác nhân sấy giảm mạnh Sau qua bơm nhiệt, tác nhân sấy quạt thổi vào buồng sấy lặp lại chu trình KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Để so sánh hiệu sấy cá sặc theo nguyên lý sấy bơm nhiệt phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Các thí nghiệm thực với phương pháp mức nhiệt độ tác nhân sấy 40oC, 45oC 50oC nhằm xác định nhiệt độ sấy phù hợp sở đánh giá tiêu kỹ thuật trình sấy thời gian hay tốc độ giảm ẩm chất lượng cá sặc sau sấy Mỗi thí nghiệm lặp lại lần tính giá trị trung bình Kết thí nghiệm sấy cá sặc với máy sấy bơm nhiệt mức nhiệt độ TNS 40oC, 45oC 50oC trình bày bảng Bảng Ẩm độ cá sặc (%) sấy máy sấy bơm nhiệt Thời gian (h) 10 12 14 16 18 20 22 TNS 40oC 68,0 64,2 61,2 56,8 51,8 48,6 44,6 40,1 36,4 33,9 32,0 30,3 TNS 45oC 68,0 62,6 58,2 53,1 48,8 44,8 40,6 36,4 33,0 30,8 TNS 50oC 68,0 61,0 55,3 49,2 45,3 41,3 37,8 34,8 32,4 30,0 Hình biểu diễn trình giảm ẩm cá sặc theo thời gian mẻ sấy 945 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Đồ thị giảm ẩm cá sặc sấy với máy sấy bơm nhiệt Nhận xét: cá sau sấy có mùi thơm đặc trưng, màu sắc hấp dẫn Tốc độ sấy trung bình nhiệt độ 40, 45 50oC tương ứng 1,7% H2O/h, 1,9% H2O/h 2,0% H2O/h Kết thí nghiệm sấy sặc với máy sấy bơm nhiệt kết hợp với vi sóng mức nhiệt độ TNS 40oC, 45oC 50oC trình bày bảng Bảng Ẩm độ cá sặc (%) sấy máy sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Thời gian (h) 10 12 14 16 18 20 TNS 40oC 68,0 63,5 58,2 53,4 49,6 45,4 41,4 37,6 35,0 32,4 29,8 TNS 45oC 68,0 61,5 54,6 48,4 44,2 40,0 36,4 33,5 31,0 TNS 50oC 68,0 58,4 51,0 45,2 40,0 36,4 32,2 30,8 29,6 Biểu đồ giảm ẩm (hình 3) cho thấy thời gian sấy mức nhiệt độ TNS 40oC 20 giờ, khác biệt nhiều so với mức nhiệt độ TNS 45oC 16 Đặc biệt thời gian sấy mức nhiệt độ TNS 45oC 50oC 16 giờ, điều cho thấy cần có thêm sở để đánh giá chất lượng sản phẩm Hình Đồ thị giảm ẩm cá sặc sấy máy sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Nhận xét: cá sau sấy có mùi thơm đặc trưng, màu sắc hấp dẫn Tốc độ sấy trung bình nhiệt độ 40, 45 50oC tương ứng 1,9% H2O/h, 2,3% H2O/h 2,4% H2O/h 946 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 3.1 So sánh nguyên lý sấy nhiệt độ TNS 40oC Ở mức nhiệt độ TNS 40oC, bảng trình bày thông số ẩm độ cá sặc (%) theo thời gian sấy bơm nhiệt sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Bảng Ẩm độ cá sặc (%) theo thời gian Thời gian (h) Bơm nhiệt 10 12 14 16 18 20 22 68,0 64,2 61,2 56,8 51,8 48,6 44,6 40,1 36,4 33,9 32,0 30,3 Bơm nhiệt - vi sóng 68,0 63,5 58,2 53,4 49,6 45,4 41,4 37,6 35,0 32,4 29,8 Biểu đồ giảm ẩm cá sặc theo thời gian sấy bơm nhiệt sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng với TNS 40oC trình bày hình Hình Biểu đồ giảm ẩm cá sặc theo thời gian với TNS 40oC Nhận xét: - Tại nhiệt độ tác nhân sấy 40oC, sấy theo phương pháp sấy bơm nhiệt, cá sặc với ẩm độ ban đầu 68% đạt độ khô theo yêu cầu sau 22 sấy Khi có hỗ trợ vi sóng trình sấy, thời gian sấy rút ngắn - Tốc độ sấy trung bình phương pháp sấy bơm nhiệt 1,7% H2O/h sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng 1,9% H2O/h - Đánh giá cảm quan màu sắc mùi vị không thấy khác biệt Cá sặc sau sấy có mùi thơm đặt trưng cá khô, thịt cá mềm Chi phí điện riêng cho trình sấy 4,23 kWh/kg Hàm lượng đạm (hàm lượng Nitơ tổng) cá sau sấy phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng đạt 5,99% 3.2 So sánh nguyên lý sấy nhiệt độ TNS 45oC Tương tự với mức nhiệt độ TNS 40oC, mức nhiệt độ TNS 45oC thí nghiệm tiến hành máy sấy bơm nhiệt máy sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Bảng trình bày thông số ẩm độ cá sặc theo thời gian sấy với mức nhiệt độ TNS 45oC Bảng Thông số ẩm độ cá sặc (%) theo thời gian Thời gian (h) 10 12 14 16 18 Bơm nhiệt 68,0 62,6 58,2 53,1 48,8 44,8 40,6 36,4 33,0 30,8 Bơm nhiệt - vi sóng 68,0 61,5 54,6 48,4 44,2 40,0 36,4 33,5 31,0 947 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Biểu đồ giảm ẩm cá sặc theo thời gian sấy với nhiệt độ TNS 45oC thể hình Hình Biểu đồ giảm ẩm cá sặc theo thời gian với TNS 45oC Nhận xét: - Tại nhiệt độ tác nhân sấy 45oC, sấy theo phương pháp sấy bơm nhiệt, thời gian sấy 19 Khi có hỗ trợ vi sóng trình sấy, thời gian sấy 16 Như vậy, có hỗ trợ vi sóng, thời gian sấy rút ngắn - Tốc độ sấy trung bình phương pháp sấy bơm nhiệt 1,9%/h, sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng 2,3%/h Chi phí điện riêng cho trình sấy 4,65 kWh/kg - Hàm lượng đạm cá sau sấy đạt 5,61%, thấp 0,38% so với mức nhiệt độ sấy 40oC Tuy nhiên, khác biệt ý nghĩa mặt thống kê mức ý nghĩa 0,05, hay nói cách khác khác hàm lượng đạm cá sặc sấy nhiệt độ 40oC 45oC - Đánh giá cảm quan màu sắc mùi vị không thấy khác biệt Cá sặc sau sấy có mùi thơm đặc trưng cá khô, thịt cá mềm 3.3 So sánh nguyên lý sấy nhiệt độ TNS 50oC Cùng với thí nghiệm mức nhiệt độ TNS 40oC 45oC trên, với mức nhiệt độ TNS 50oC thí nghiệm tiến hành Kết thu thập trình bày bảng Bảng Thông số ẩm độ cá sặc (%) theo thời gian Thời gian (h) 10 12 14 16 18 Bơm nhiệt 68,0 61,0 55,3 49,2 45,3 41,3 37,8 34,8 32,4 30 Bơm nhiệt - vi sóng 68,0 58,4 51,0 45,2 40,0 36,4 32,2 30,8 29,6 Biểu đồ giảm ẩm sặc theo thời gian thể hình Hình Biểu đồ giảm ẩm cá sặc theo thời gian với TNS 50oC 948 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Nhận xét: - Tại nhiệt tác nhân sấy 50oC, sấy theo phương pháp sấy bơm nhiệt, thời gian sấy 18 Khi có hỗ trợ vi sóng trình sấy, thời gian sấy 16 Như vậy, có hỗ trợ vi sóng, thời gian sấy rút ngắn - Tốc độ sấy trung bình phương pháp sấy bơm nhiệt 2%/h, sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng 2,4%/h Chi phí điện riêng cho trình sấy 5,84 kWh/kg Hàm lượng đạm cá sau sấy phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng 3,82%, giảm mạnh so với mức nhiệt độ sấy 45oC sai khác có ý nghĩa mặt thống kê mức ý nghĩa 0,05 - Đánh giá cảm quan màu sắc mùi vị không thấy khác biệt Cá sặc sau sấy có mùi thơm đặc trưng cá khô Tuy nhiên, thịt cá cứng mức nhiệt độ sấy 40oC 45oC, đặc biệt phần đuôi cá Kết so sánh tốc độ sấy trung bình phương pháp sấy bơm nhiệt sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng mức nhiệt độ sấy 40oC, 45oC 50oC trình bày bảng biểu diễn biểu đồ hình Bảng So sánh tốc độ giảm ẩm (%/h) phương pháp sấy mức nhiệt độ sấy Phương pháp sấy Nhiệt độ sấy 40oC 45oC 50oC Bơm nhiệt 1,7 1,9 Bơm nhiệt - vi sóng 1,9 2,3 2,4 Hình So sánh tốc độ sấy trung bình phương pháp sấy bơm nhiệt sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng mức nhiệt độ TNS Biểu đồ so sánh tốc độ sấy trung bình hai phương pháp sấy (hình 7) cho thấy mức nhiệt độ TNS tốc độ sấy phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng cao so với phương pháp sấy bơm nhiệt từ 0,2 %/h đến 0,4 %/h Hình biểu thị tương quan giá trị thực nghiệm giá trị dự đoán giảm ẩm cá sặc theo thời gian sấy 949 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Đồ thị biểu diễn giảm ẩm cá sặc theo thời gian sấy Kết xây dựng phương trình dự đoán giảm ẩm W(%) theo thời gian t(h) trình sấy cá sặc với nguyên lý sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng nhiệt độ TNS 45 oC thời gian sấy 16h sau: W = 0,08t2 – 3,7t + 68,1; R² = 0,99 KẾT LUẬN Nghiên cứu tiến hành thí nghiệm sấy cá sặc rằn theo nguyên lý sấy bơm nhiệt sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Trên sở đánh giá tiêu kỹ thuật trình sấy thời gian sấy hay tốc độ giảm ẩm, chi phí điện riêng cho trình sấy chất lượng cá sặc rằn sau sấy, kết xác định nguyên lý sấy bơm nhiệt kết hợp với vi sóng có nhiều ưu rút ngắn thời gian sấy cá khô Chế độ sấy phù hợp đưa sấy mức nhiệt độ TNS 45oC với thời gian sấy 16 giờ, tốc độ sấy trung bình đạt 2,3% H2O/h, chi phí điện riêng cho trình sấy 4,65 kWh/kg, cá sặc rằn khô có màu sắc mùi vị đặc trưng, hàm lượng đạm cá đạt 5,61% Phương trình dự đoán giảm ẩm W(%) theo thời gian t(h) cá sặc xác định có dạng: W = 0,08t2 – 3,7t + 68,1 TÀI LIỆU THAM KHẢO Boyo H.O., Boyo A.O., Osibona A., Ishola F., 2013 An automated combined microwave and electric - element Fish dryer International Journal of Computational Engineering Research, Vol 3, Issue 6, pages 38-41 Hosain Darvishia, Mohsen Azadbakhtb, Abbas Rezaeiaslb, Asie Farhang, 2013 Drying characteristics of sardine fish dried with microwave heating Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, Vol.12, Issue 2, pages 121-127 Nguyễn Thị Như Hạ, 2007 Xây dựng và hoàn thiện quy trình chế biến khô cá sặc rằn Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư Đại học Cần Thơ Mohammad Zareina, Seyed Hashem Samadib, Barat Ghobadianb, 2015 Investigation of microwave dryer effect on energy efficiency during drying of apple slices Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, Vol.14, Issue 1, pages 41-47 Yuttapong Pianroj, Pansak Kerdthongmee, Mudtorlep Nisoa, Priwan Kerdthongmee, Jirapong Galakarn, 2006 Development of a microwave system for highly-efficient drying of fish Journal of Sci & Tech, Vol 3(2): 237-250 Zhen-hua Duana, Li-na Jiangb, Ju-lan Wanga, Xiao-yang Yub, Tao Wang, 2011 Drying and quality characteristics of tilapia fish fillets dried with hot air-microwave heating Food and Bioproducts Processing, Vol.89, Issue 4, pages 472-476 950 ... hiệu sấy cá sặc theo nguyên lý sấy bơm nhiệt phương pháp sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Các thí nghiệm thực với phương pháp mức nhiệt độ tác nhân sấy 40oC, 45oC 50oC nhằm xác định nhiệt độ sấy. .. lượng cá sặc rằn sau sấy, kết xác định nguyên lý sấy bơm nhiệt kết hợp với vi sóng có nhiều ưu rút ngắn thời gian sấy cá khô Chế độ sấy phù hợp đưa sấy mức nhiệt độ TNS 45oC với thời gian sấy 16... nghiệm sấy cá sặc rằn theo nguyên lý sấy bơm nhiệt sấy bơm nhiệt kết hợp vi sóng Trên sở đánh giá tiêu kỹ thuật trình sấy thời gian sấy hay tốc độ giảm ẩm, chi phí điện riêng cho trình sấy chất