Nghiên cứu công nghệ bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phương pháp chiết xạ

Luận văn

lời cam đoan Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và cha hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đợc chỉ rõ nguồn gốc. Ninh Bình, ngày 10 tháng 09 năm 2004 Tác giả luận văn Phạm Ngọc Vũ i lời cảm ơn Trong thời gian làm luận văn, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận đợc sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và bạn bè. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu Trờng Đại học Nông nghiệp I, Ban Chủ nhiệm Khoa và các thầy cô giáo trong Khoa Cơ điện đã chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình qua. Đặc biệt tôi chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn TS. Trần Đình Đông - Trởng Bộ môn Vật lý và thầy giáo TS. Trần Nh Khuyên - Trởng Bộ môn Máy nông nghiệp - Khoa Cơ điện - Trờng Đại học Nông nghiệp I. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng tập thể nhân viên Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội. Ban lãnh đạo, cán bộ trong Phòng Hoá sinh - ứng dụng - Viện Sinh học Nông nghiệp - Trờng Đại học Nông nghiệp I. Đồng thời tôi cũng xin đợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng toàn thể bạn bè đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện đề tài. Mặc dù có sự cố gắng nỗ lực của bản thân, nhng do điều kiện về thời gian và khả năng có hạn nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận đợc sự giúp đỡ, góp ý chỉ bảo của các thầy, cô giáo và bạn bè để đề tài đợc hoàn thiện hơn. Ninh Bình, ngày 10 tháng 09 năm 2004 Tác giả luận văn Phạm Ngọc Vũ ii Mục lục Mở đầu . 1 1. Tổng quan nghiên cứu . 4 1.1. Giới thiệu chung về sản phẩm chiếu xạ 4 1.1.1. Tầm quan trọng của sản phẩm chiếu xạ 4 1.1.2. Các quá trình xảy ra trong rau, cũ khi bảo quản . 9 1.2. Các phơng pháp bảo quản sản phẩm dạng củ . 13 1.2.1. Phơng pháp bảo quản ở trạng thái thoáng . 13 1.2.2. Phơng pháp bảo quản ở trạng thái lạnh . 14 1.2.3. Phơng pháp bảo quản bằng hóa chất . 15 1.2.4. Phơng pháp bảo quản bằng chất đồng vị phóng xạ . 15 1.3. Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ ở trong và ngoài nớc . 16 1.3.1. Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ 16 1.3.2. Tình hình bảo quản sản phẩm khoai tây 17 1.3.3. Tình hình bảo quản sản phẩm hành tây . 19 1.4. Tình hình nghiên cứu bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phơng pháp chiếu xạ trong và ngoài nớc . 20 1.4.1. Tình hình bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phơng pháp chiếu xạ . 20 1.4.2. Tình hình Bảo quản sản phẩm chiếu xạ khoai tây . 22 1.4.3. Tình hình bảo quản sản phẩm chiếu xạ hành tây 23 1.5. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài . 23 1.5.1. Mục đích nghiên cứu . 23 1.5.2. Nhiệm vụ của đề tài . 24 1.5.3. Phơng pháp nghiên cứu . 24 2. Cơ sở lý thuyết về chiếu xạ trong bảo quản sản phẩm dạng củ . 25 2.1. Cơ sở lý thuyết về chiếu xạ 25 2.1.1. Chất đồng vị phóng xạ không bền - Nguồn chủ yếu phát tia bức xạ nhiệt . 25 iii 2.1.2. Các quy luật về phóng xạ 28 2.1.3. Cơ sở lý thuyết về phóng xạ cobalt-60 (co 60 ) 30 2.2. Những đại lợng đo lờng cơ bản dùng trong sinh học phóng xạ 31 2.2.1. Đơn vị liều lợng chiếu xạ . 31 2.2.2. Đơn vị liều lợng hấp thụ . 32 2.2.3. Đơn vị sinh học Rơnghen 32 2.3. Tác dụng sinh học của bức xạ ion hóa . 32 2.3.1. Sự phân ly của nớc do bức xạ ion hóa 33 2.3.2. Tác dụng bức xạ ion hóa lên phân tử sinh vật . 34 2.4. ảnh hởng của chiếu xạ đến sản phẩm dạng củ . 36 3. Nghiên cứu thực nghiệm . 41 3.1. Vật liệu và phơng pháp nghiên cứu 41 3.1.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu 41 3.1.2. Phơng pháp nghiên cứu . 41 3.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 42 3.2.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm khoai tây . 43 3.2.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm hành tây 49 3.2.3. Sự thay đổi hàm lợng vitamin C và hàm lợng đờng đối với khoai tây . 56 4. Cơ sở tính toán thiết kế kho bảo quản sản phẩm dạng củ sau khi chiếu xạ 58 4.1. Tính toán thông gió tự nhiên 58 4.1.1 Khái niệm chung 58 4.1.2. Thông gió tự nhiên dới tác dụng của nhiệt thừa 60 4.1.3. Thông gió tự nhiên dới tác dụng của gió . 61 4.1.4. Thông gió tự nhiên dới tác dụng tổng hợp của nhiệt thừa và gió 62 4.2.3. Thiết bị lắp đặt trong kho 68 4.3 Thiết lập mối quan hệ giữa các thông số cơ bản trong kho bảo quản . 70 iv 4.3.1. Đặt vấn đề 70 4.3.2. Các thông số lựa chọn ban đầu 70 4.3.3. Nhiệt lợng trong kho bảo quản 71 4.3.4. Xác định độ tăng nhiệt độ trong kho bảo quản . 72 4.3.5. Xác định áp suất thừa trong kho 72 4.3.6. Xác định diện tích của thông gió 73 4.3.7. Lập mối quan hệ giữa vận tốc không khí, diện tích của thông gió và nhiệt độ môi trờng . 73 Kết luận và đề nghị 76 Tài liệu tham khảo . 77 v Mở đầu Trong những năm qua kể từ khi đất nớc ta thực hiện công cuộc đổi mới và mở cửa nền nông nghiệp nớc ta đã đạt đợc những thành quả đáng khích lệ. Từ một nớc nhập khẩu lơng thực trở thành nớc xuất khẩu lơng thực đứng thứ 3 trên thế giới, tổng sản lợng nông nghiệp hàng năm tăng lên rất rõ rệt. Năm sau cao hơn năm trớc [1]. Đó là nhờ sự lãnh đạo đúng đắn của Đảng và nhà nớc cũng nh của Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, đã giải quyết tơng đối đồng bộ giữa các lĩnh vực thuỷ lợi, phân bón, giống cây trồng . Những công đoạn đó đều nhằm tăng năng suất và sản lợng của lơng thực khi thu hoạch. Tuy nhiên chúng ta còn ít quan tâm đến tổn thất sau thu hoạch. Điều này không những xảy ra ở nớc ta mà còn ở nhiều nớc trên thế giới. Theo Tổ chức Nông nghiệp và Lơng thực Thế giới (FAO - Food Agriculture Organization), hàng năm trên thế giới nhất là các nớc đang phát triển, tổn thất nông sản sau thu hoạch rất lớn, cả về mặt số lợng và chất lợng là khoảng từ 5 - 30%. Đối với các loại cây màu, nhất là cây có củ nh Khoai tây, khoai lang, sắn, hành, tỏi Sự hao này còn lớn hơn nhiều[5]. Nếu lấy mức hao hụt trung bình là 10% của sản lợng lơng thực nớc ta trong 2003. Thì tổng sản lợng lơng thực bị hao hụt của ta là 3,6 triệu tấn tơng đơng 458,640 triệu $ Mỹ (tổng sản lợng quy ra thóc 36 triệu tấn). Đó là cha tính đến hao thất của các loại rau quả và các loại đậu đỗ cũng nh các loại nông sản khác ở công đoạn sau thu hoạch. Ngoài sự hao thất về số lợng, sự hao thất về chất lợng cũng khá nghiêm trọng và gây ra hậu quả xấu về mặt kinh tế xã hội trong tiêu dùng. Đặc biệt các loại cây rau, củ là thực phẩm rất cần thiết trong đời sống hàng ngày và không thể thay thế vì nó cung cấp cho cơ thể những chất quan trọng nh protein, lipít, vitamin, axit amin . Ngoài ra nhiều cây rau củ nh gừng, nghệ, hành tây . còn đợc sử dụng nh những loại dợc liệu quý. Gieo trồng các loại cây rau, củ còn cho hiệu quả 1 kinh tế cao, do cây rau có thời gian sinh trởng ngắn, có thể gieo trồng nhiều vụ trong năm, nên tăng đợc sản lợng trên một đơn vị diện tích canh tác và góp phần tăng thu nhập cho ngời lao động, giải quyết việc làm cho nông dân. Khoai tây và hành tây là loại cây rau dạng củ có giá trị dinh dỡng cao và là cây trồng chính của vụ đông ở lu vực đồng bằng Bắc bộ. Khoai tây là một trong những cây lơng thực chính của nhiều nớc trên thế giới và đợc xếp hàng thứ 4 sau lúa mì, lúa gạo, ngô. Ngoài giá trị lơng thực khoai tây còn là nguyên liệu cung cấp cho ngành công nghiệp thực phẩm và thức ăn cho gia súc. Khoai tây đợc du nhập vào nớc ta từ thế kỷ 19 và đợc trồng cho đến nay. Có năm diện tích trồng khoai tây của nớc ta lên tới 103000 ha với năng suất trung bình 12,5 tấn/ha. Hành tây là một trong những cây lâu đời, chiếm vị trí quan trọng trong sản suất rau trên thế giới, hầu nh tất cả các nớc trên thế giới đều đa hành tây vào khẩu phần ăn hàng ngày. Hành tây không những có giá trị về mặt dinh dỡng mà còn đợc sử dụng nh một loại thuốc quý, chữa đợc nhiều loại bệnh, kích thích sự hoạt động của tim, thận . Khoai tây, hành tây lại là một trong những cây tổn thất sau thu hoạch là lớn nhất, có thể lên tới 40% tổng sản lợng do hiện tợng mọc mầm và nấm mốc gây thối trong quá trình bảo quản. Hầu nh tất cả các tổn thất của công đoạn sau thu hoạch là do khâu bảo quản của chúng ta cha đi vào nề nếp, còn ở trình độ thấp, kho tàng quá cũ và thiếu, không đảm bão quy cách các phơng tiện phòng chống vi sinh vật phá hại (chuột, nấm mốc .) còn quá ít và cha đáp ứng đợc kịp thời đòi hỏi của sản xuất, trang bị về kho, vận chuyển cũng nh hệ thống kiểm tra chất lợng từ trung ơng đến cơ sở còn nghèo nàn, lạc hậu. Bảo quản bằng phơng pháp chiếu xạ là sử dụng các chất đồng vị phóng xạ để hạn chế sự hô hấp, tiêu diệt một số vi sinh vật. So với các ph ơng pháp bảo quản khác bảo quản bằng phơng pháp chiếu xạ có nhiều u điểm: + Sản phẩm sau khi chiếu xạ vẫn giữ nguyên vẹn màu sắc và giá trị dinh 2 dỡng. + Hiệu quả bảo quản cao, bức xạ gamma có sức xuyên thấu mạnh, có thể nhanh chóng tiêu diệt côn trùng, ẩu trùng, vi khuẩn, nấm mốc, ngay cả những côn trùng ẩn nấp sau lần vỏ mà sử dụng hóa chất không thể tiêu diệt đợc. + Không để lại d lợng hoá chất độc hại nh khi dùng hoá chất để bảo quản thực phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng vì trong thời gian gần đây ở nhiều nớc đã cấm dùng các loại hoá chất thờng dùng từ trớc tới nay nh etylen oxyt, etylen dibromua vì các hoá chất này có khả năng gây ung th. + Tiết kiệm năng lợng [9]. Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên. Đợc sự giúp đỡ và sự hớng dẫn của Thầy giáo TS. Trần Đình Đông. Trởng bộ môn Vật lý Trờng Đại học Nông Nghiệp I. Thầy giáo TS. Trần Nh Khuyên. Trởng Bộ Môn Máy Nông Nghiệp, Trờng Đại học Nông Nghiệp I. Chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài "Nghiên cứu công nghệ bảo quản sản phẩm dạng củ bằng phơng pháp chiếu xạ". Trong nội dung luận văn này chúng tôi hớng chủ yếu vào việc nghiên cứu công nghệ bảo quản khoai tây và hành tây đó là hai sản phẩm nông nghiệp quan trọng. Bằng phơng pháp chiếu xạ mà nguồn chiếu xạ là Co 60 đợc sản xuất từ Coban thiên nhiên trong lò phản ứng hạt nhân. 3 1. Tổng quan nghiên cứu 1.1. Giới thiệu chung về sản phẩm chiếu xạ 1.1.1. Tầm quan trọng của sản phẩm chiếu xạ a) Tầm quan trọng của ngành sản xuất rau, củ nói chung Rau, củ là thức ăn thiết yếu trong đời sống hàng ngày của con ngời và không thể thay thế. Vì nó có ý nghĩa quan trọng đối với sức khỏe con ngời, cung cấp cho cơ thể những chất quan trọng nh protein, lipít, muối khoáng, axít hữu cơ, vitamin (vitamin A, B 1 , B 2 , C, E, .), các chất thơm . Chúng có tác dụng quan trọng trong quá trình phát triển của cơ thể, nếu thiếu một trong các chất đó thì sẽ gây ra nhiều bệnh tật. Rau, củ còn là cây trồng cho hiệu quả kinh tế cao, giá trị sản xuất một ha gấp 2 - 3 lần một ha trồng lúa, thời gian sinh trởng ngắn có thể trồng nhiều vụ trong năm do đó tăng sản lợng trên một đơn vị diện tích, góp phần tăng thu nhập cho ngời lao động, giải quyết việc làm cho ngời nông dân. Ngoài ra rau, củ còn có giá trị xuất khẩu cao, thời gian 1986 - 1990, nớc ta đã xuất khẩu rau, củ đến một số nớc nh Liên Xô với sản lợng 290000 tấn/năm, giá trị đạt 5,15 triệu USD. Sau năm 1990 do biến động chính trị ở Liên Xô và các nớc Đông Âu phe XHCN, nên việc xuất khẩu sang khu vực này bị gián đoạn. Từ năm 1995 xuất khẩu rau, củ đợc phục hồi trở lại và tăng thêm về số lợng, thị trờng xuất khẩu mở rộng hơn. Đến nay Việt Nam đã xuất khẩu sang thị trờng khoảng 30 nớc. Rau, củ còn hỗ trợ cho các ngành công nghiệp khác phát triển nh chế biến tinh bột từ khoai, sắn, chế biến đồ hộp rau quả . và cung cấp thức ăn cho ngành chăn nuôi [4]. Ngoài ra rau, củ cũng đợc xem nh một loại dợc liệu quý (tỏi, gừng, 4 nghệ, hành tây .), đặt biệt tỏi đợc xem nh một loại dợc liệu quý trong nền y học cổ truyền của nhiều nớc nh Ai Cập, Trung Quốc, Việt Nam . Chính vì cây rau, củ có giá trị nh vậy mà việc trồng rau, củ đã đợc phát triển từ rất lâu. Ngay từ thời kỳ cổ đại con ngời đã biết đem những cây dại về trồng và chăm sóc trở thành những cây rau, củ ngày nay. Cùng với sự phát triển khoa học và kỹ thuật, ngày nay đã tạo ra nhiều giống rau, củ mới rất đa dạng và phong phú, cho năng suất và hiệu quả kinh tế cao. b) Vai trò của sản phẩm khoai tây và hành tây trong sản xuất nông nghiệp Vai trò của sản phẩm khoai tây Khoai tây (Potato) có nguồn gốc từ vùng núi cao nam Mỹ, trên dãy Andes ở phía Bắc Bolivia; là cây lơng thực chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân của nhiều nớc trên thế giới [15]. Khoai tây là một loại cây có giá trị dinh dỡng cao, quan trọng nh protein, đờng, lipít, các vitamin B 1 , B 2 , B 3 , B 6 , PP . và nhiều nhất là vitamin C (20 - 25 mg%) và các chất K, Ca, P và Mg, đồng thời sự có mặt của nhiều axít amin tự do làm tăng giá trị dinh dỡng cho khoai tây. Với 100g khoai tây có thể cung cấp ít nhất 5% về nhu cầu protein, 3% nhu cầu năng lợng, 7 - 12 % nhu cầu về Fe, 10% nhu cầu về vitamin B 6 và 50 % nhu cầu về vitamin C cho 1 ngời /ngày [4]. Trong số các cây trồng của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới thì khoai tây là cây sinh lợi hơn cả cho năng suất về năng lợng và prôtêin cao hơn cả. Khoai tây còn hỗ trợ cho ngành công nghiệp khác phát triển nh làm thức ăn cho gia súc, nguồn nguyên liệu cho công nghiệp chế biến. Tinh bột của khoai tây đợc dùng trong công nghiệp dệt, sợi gỗ ép, giấy và đặc biệt là trong công nghiệp chế biến axít hữu cơ (lactíc, xitrit), dung môi hữu cơ (etanol, butaol) và một số sản phẩm phụ khác. Khoai tây đợc trồng từ 71 0 vĩ độ bắc đến 40 0 vĩ độ nam, và đợc trồng đầu tiên ở vùng nam Mỹ, Tây Ban 5