TỐI ưu hóa CHO GIAI đoạn cấp ĐÔNG tôm ĐÔNG LẠNH

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BÀI TẬP PHỊNG VỆ THỰC PHẨM TỐI ƯU HỐ CHO GIAI ĐOẠN CẤP ĐƠNG TRONG SẢN XUẤT TƠM LẠNH ĐƠNG Tp Hờ Chí Minh ngày tháng 12 năm 2015 Công đoạn cấp đông sản xuất tôm đông lạnh 1.1 Mục đích: Hạ thấp nhiệt độ thân tơm xuống điểm đóng băng để làm chậm hư hỏng thực phẩm đồng thời kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm Yêu cầu: - Công nhân trang bị đầy đủ bảo hộ lao động Đảm bảo vệ sinh an toàn cá nhân Đảm bảo nhiệt độ tủ cấp đông cho sản phẩm 1.3 Cách thực hiện: Thao tác: - Trước xếp vào tủ đông, tôm thay nước Khuôn tôm đậy nắp truyền nhiệt nhôm Khởi động tủ đông đến nhiệt độ tủ đạt yêu cầu Xếp khuôn tôm lên panel tủ cấp đông Hạ cấp đông, ép chặt khuôn tôm tiến hành cấp đông Tủ cấp đông IQF 1.4 Thông số kĩ thuật Thực khảo sát chọn biến: Tên biến Đơn vị tính Nhiệt độ sản phẩm Độ C () Nhiệt độ tủ đông Độ C Giá trị thấp Giá trị cao -22 -14 -50 -30 Nhiệt độ xung quanh cabin) Thời gian đông ) Độ C Giờ Xác định hiệu quá trình cấp đơng phương pháp tối ưu hóa Phương pháp tối ưu hoá các yếu tố giai đoạn cấp đông tôm sản xuất tôm đông lạnh (Xác định các yếu tố tối ưu hoá) Quy hoạch thực nghiệm: Phương pháp bề mặt đáp ứng (Response Surface Method RSM) với phương án quay bậc có tâm (cánh tay đòn α = 1,682) áp dụng để tối ưu hóa điều kiện q trình cấp đơng tơm Các thơng số cần tối ưu gồm có: nhiệt độ sản phẩm, thời gian cấp đông, nhiệt độ tủ đông nhiệt độ xung quanh cabin Tiến hành tối ưu hoá cho quá trình đơng lạnh a Bảng mức yếu tố Khi tối ưu hoá yếu tố q trình cấp đơng đến hiệu cấp đơng, trước tiến hành khảo sát sơ ảnh hưởng riêng lẻ yếu tố: nhiệt độ sản phẩm, thời gian cấp đông, nhiệt độ tủ đông nhiệt độ xung quanh cabin Kết khảo sát sơ sử dụng làm tảng cho việc xác định ảnh hưởng tổng hợp yếu tố q trình đơng lạnh Khi xây dựng tốn tối ưu, yếu tố cấp đơng: nhiệt độ tâm sản phẩm (X 1, oC), nhiệt độ tủ cấp đông (X2,oC) , nhiệt độ xung quanh cabin (X3,OC), thời gian cấp đông (X4, giờ), khảo sát đồng thời nhằm mục đích: (1) Xây dựng phương trình hồi qui thực nghiệm mô tả mối quan hệ yếu tố ảnh hưởng đến hiệu trình cấp đơng, (2) Tìm điều kiện q trình đơng lạnh để hiệu q trình đơng lạnh đạt cao Xây dựng các bảng mức các yếu tố (bảng giá trị làm phần mềm MODDE 5.0 Cơng thức tính giá trị X (Mức yếu tố): α= Các mức yếu tố thí nghiệm tối ưu hoá sau (bảng 1): Bảng 1.Các mức yếu tố thí nghiệm tối ưu hóa Trong đó: , ta có bảng sơ liệu sau Yếu tố thí Mức yếu tố -1 +1 + nghiệm Nhiệt độ sản -24.73 -22 -18 -14 -11.27 phẩm () Nhiệt độ tủ đông -56.82 -50 -40 -30 -23.18 Nhiệt độ cabin) -1.36 5.36 Thời gian đông ) 3.32 6.68 Các mức biến mã hóa: mức trên, +1; mức sở, 0; mức dưới,-1; α = 1,682 a Ma trận thực nghiệm Bảng số liệu biến mã hóa (bên trái), giá trị y thực nghiệm (Observed), y dự đoán (Predicted) (bảng bên phải) xử lý phần mềm MODDE 5.0 b b Phương trình hồi quy Số thí nghiệm tính theo công thức: N = 2k + 2.k +no Trong đó: ● ● k: số yếu tố thí nghiệm (k = 4) no: số thí nghiệm tâm (no = 8) Vậy số lượng thí nghiệm thực là: N = 2k + 2.k +no = 24 + 2.4 + = 32 (thí nghiệm) Mỗi thí nghiệm lặp lần nên ta có: 32 x2 =64 (thí nghiệm) Phương trình hồi quy thực nghiệm đa thức bậc có dạng: Phương trình hồi quy tuyến tính có dạng : y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b4x4 + b11x12 + b22x22 + b33x32 + b44x42 b12x1x2 + b13x1x3 + b14x1x4 + b23x2x3 + b24x2x4 + b34x3x4 Trong đó: ● Y hàm mục tiêu (hiệu cấp đông) ● Xi Xj mức biến độc lập (yếu tố thí nghiệm) đại diện cho ảnh hưởng X1, X2, X3 lên hàm mục tiêu Y ● β0 số; βi,βii, βij hệ số phương trình hồi quy Bảng số liệu ANOVA Các hệ số, xây dựng phương trình hồi quy tuyến tính Để xây dựng mơ tả tốn học dạng phương trình hồi quy, cần phải tiến hành xác định hệ số phương trình Các hệ số phương trình hồi quy có giá trị sau: b0 = 91,889 b1 = 0,49446 b2 = 0,144444 b3= 0,175 b4 = 0,247223 b11 = - 0,674248 b22 = - 2,02428 b33 = - 1,84925 b44 = -1,99926 b13 = 0,0968745 b24 = 0,0843756 b14 = 0,0843746 b34 = 0,0781259 Kết cho thấy hệ số b12 b23 khơng có ý nghĩa thống kê (P > 0,05) Như vậy, hệ số b12 b23 bị loại khỏi phương trình hồi quy Phương trình hồi quy thực nghiệm có dạng sau: Ta có phương trình hồi quy tuyến tính y = 91.889 + 0.494446x1 + 0.144444x2 + 0.175x3 + 0.247223x4 – 0.674248x12 – 2.02428x22 – 1.84925x32 – 1.99926x42 + 0.0968745x1x3 + 0.0843746x1x4 + 0.0843756x2x4 + 0.0781259x3x4 Chạy tối ưu hóa a Kiểm tra tính tương thích Kết kiểm tra tính tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm cho thấy yếu tố thí nghiệm có ảnh hưởng mạnh lên hiệu q trình cấp đơng (P < 0,05) Tính tương thích phương trình hồi quy (lack of fit) kiểm tra với hỗ trợ phần mềm Modde 5.0 Kết kiểm định “lack of fit” khơng có ý nghĩa thống kê (Lack of fit có P= 0,443 P > 0,05) nên phương trình hồi qui có tương thích cao với thực nghiệm c Vẽ biểu đồ, biện luận 10 Sự ảnh hưởng yếu tố thí nghiệm lên hiệu đông lạnh thể biểu đồ đường đồng mức hình sau: Hình 1: Thời gian nhiệt độ xung quanh cabin 11 Hình 2: Mối tương quan hiệu suất, nhiệt độ tủ đông nhiệt độ tâm sản phẩm Hình 3: Mối tương quan hiệu suất, nhiệt độ tủ đông, nhiệt độ tâm sản phẩm nhiệt độ xung quanh cabin 12 Nhìn chung, hiệu q trình đơng lạnh tăng dần với gia tăng yếu tố thí nghiệm đến giá trị tới hạn, nhiên mức yếu tố tăng mức tới hạn hiệu trình giảm xuống Trong hình 1, thể ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ xung quanh cabin thời gian đông lạnh lên hiệu trình , hiệu tăng đến 91,98% yếu tố nhiệt độ thời gian tăng, nhiên nhiệt độ vượt oC thời gian đến 5h hiệu suất giảm xuống, có nghĩa gia nhiệt nhiệt độ thời gian chất lượng tơm sau đơng lạnh bắt đầu giảm xuống (điều thể rõ biểu đồ dạng mặt phẳng) Trong hình 2, thể ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ tủ đông nhiệt độ tâm sản phẩm , hiệu tăng lên đến 91,98% tương ứng nhiệt độ hấp tăng đến 13 -40oC nhiệt độ tân sản phẩm -18 oC Cũng theo quy luật trên, vượt giá trị hiệu trình hấp làm nguội giảm xuống Khi khảo sát yếu tố riêng lẻ, yếu tố nhiệt độ đông lạnh, thời gian đông lạnh nhiệt độ tâm sản phẩm ảnh hưởng tác động riêng lẻ đến hiệu trình: - Nhiệt độ đông lạnh thấp → hiệu q trình cao Thời gian đơng lạnh dài → hiệu trình cao Nhiêt độ tâm sản phẩm cao → hiệu cao Kết tối ưu hoá cho thấy, tổ hợp yếu tố thí nghiệm hiệu q trình đông lạnh cao 91,98% với điều kiện sau: nhiệt độ tủ đông -40 oC, thời gian đông lạnh 5h nhiệt độ tâm sản phẩm -16,5oC KẾT LUẬN Hiệu q trình đơng lạnh đạt giá trị cao 91,98%, tương ứng với điều kiện tối ưu hố q trình đơng lạnh sau: ● ● ● ● Nhiệt độ tủ đông -40 oC Thời gian đông lạnh 5h Nhiệt độ nhiệt độ tâm sản phẩm -16,5oC Nhiệt độ xung quanh cabin 2oC Nhiệt độ tủ đông: Nhiệt độ để đông lạnh qui định mức -50 đến -30 oC Qua thực nghiệm chọn giá trị nhiệt độ tối ưu -40oC Thời gian đông lạnh: Thời gian dài, tôm bị tổn hao chất dinh dưỡng nhiều tốn lượng, thời gian ngắn khơng đủ để kết đơng tồn nước tơm ức chế tồn vi sinh vật mục đích cơng nghệ sản phẩm chưa cao, qua thực nghiệm chọn giá trị thời gian đông lạnh tối ưu Nhiệt độ tâm sản phẩm: Nhiệt độ tâm sản phẩm tối thích khoảng -16,50C Nhiệt độ xung quanh cabin: tối thích 2oC 14 Tóm lại, giai đoạn cấp đơng giai đoạn quan trọng sản xuất tôm lạnh đơng tạo khả bảo quản lâu dài, hiệu cấp đơng đạt tối ưu tiêu diệt vi sinh vật, hạn chế đến mức tối đa biến đổi chất lượng, dinh dưỡng cảm quan tơm sau q trình chế biến 15 ... gian đông ) Độ C Giờ Xác định hiệu quá trình cấp đơng phương pháp tối ưu hóa Phương pháp tối ưu hoá các yếu tố giai đoạn cấp đông tôm sản xuất tôm đông lạnh (Xác định các yếu tố tối ưu. .. dụng để tối ưu hóa điều kiện q trình cấp đơng tơm Các thơng số cần tối ưu gồm có: nhiệt độ sản phẩm, thời gian cấp đông, nhiệt độ tủ đông nhiệt độ xung quanh cabin Tiến hành tối ưu hoá cho quá... gian đông lạnh tối ưu Nhiệt độ tâm sản phẩm: Nhiệt độ tâm sản phẩm tối thích khoảng -16,50C Nhiệt độ xung quanh cabin: tối thích 2oC 14 Tóm lại, giai đoạn cấp đơng giai đoạn quan trọng sản xuất tôm