Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ của quá trình sấy hồng ngoại đối với sản phẩm mít

Mục đích của nghiên cứu này là để xác định quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít. Các quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít đã được thực hiện bởi các thí nghiệm. Kết quả thu được là xây dựng các bài toán tối ưu đa mục tiêu cho quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít.

Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh HNKH-11 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY HỒNG NGOẠI ĐỐI VỚI SẢN PHẨM MÍT ĐỒN THỊ HỒNG HẢI *, NGUYỄN VĂN DŨNG, LÊ TRẦN CẢNH, HỒ THỊ KHÁNH PHƯỢNG, Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh doanthihonghai@iuh.edu.vn, nguyenvandung@iuh.edu.vn, letrancanh@iuh.edu.vn, hothikhanhphuong@iuh.edu.vn Tóm tắt: Mục đích nghiên cứu để xác định trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít Các q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít thực thí nghiệm Kết thu xây dựng toán tối ưu đa mục tiêu cho trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít Phương pháp UPM (phương pháp điểm khơng tưởng), giải vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu tìm chế độ trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít sau: nhiệt độ tối ưu buồng sấy xạ hồng ngoại nhiệt độ 63.430C, thời gian sấy 7.13 tiếng cường độ xạ hồng ngoại trình sấy 6.4kW/m2 Chi phí lượng cho 1kg sản phẩm 3,43kWh/kg, độ ẩm sản phẩm mít đạt giá trị tối thiểu 5,13%, hao hụt carbonhydrate 7,72%, Từ khóa: Các UPM, Các phương pháp điểm khơng tưởng, Q trình sấy xạ hồng ngoại; Thực phẩm khơ xạ hồng ngoại; Mít sấy xạ hồng ngoại; Q trình sấy xạ hồng ngoại mít; Tối ưu hóa q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít; Tối ưu hóa đa mục tiêu cho trình sấy hồng ngoại xạ sản phẩm mít RESEARCHDETERMINE THE TECHNOLOGICAL MODE OF INFRARED RADIATION DRYING PROCESS OF JACKFRUIT Abstract: The aim of this study was to determine the technological mode of the infrared radiation drying of jackfruit product The infrared radiation drying process of jackfruit product was carried out by the experimental plans Results obtained were to build the multi-objective optimization problem of the infrared radiation drying process of jackfruit product By the UPM (utopian point method), solving the multiobjective optimization problem were found out the technological mode of the infrared radiation drying process of jackfruit product as follow: the optimal temperature of infrared radiation drying chamber was 63.430C, the time of the infrared radiation drying of jackfruit product was 7.13h and the infrared radiation intensity in drying process was 6.40kW/m2 Corresponding to these optimal factors, the energy consumption for kg final product reached the minimum value of 3.43 kWh/kg, the residual water content in jackfruit product reached the minimum value of 5.13%, the loss of carbohydrate reached the minimum value of 7.72% Keywords: The UPM, The utopian point method, The infrared radiation drying; Food infrared radiation drying; Jackfruit infrared radiation drying; The infrared radiation drying process of jackfruit; Optimization the infrared radiation drying; Optimization the infrared radiation drying process of jackfruit; Multiobjective optimization problem for infrared radiation drying process of jackfruit product 1.GIỚI THIỆU Mít ăn trồng phổ biến khu vực Đông Nam Á (như Malaysia, Indonesia, Lào, Campuchia, Thái Lan Việt Nam), Sri Lanka, Madagascar, Brazil Nói chung, chúng trồng phổ biến Việt Nam nước nhiệt đới, (Haq Nazmul, 2006) Ở Việt Nam, trồng từ Bắc vào Nam, từ đồng ven biển đến vùng núi Ở phía nam, mít trồng Đồng Nai, Bình Dương, Vĩnh Long, Đồng Tháp với mít tố nữ, cơng nghệ mít, mít dừa, mít Status, mít mật ong, mít Thái Mít sản phẩm tự nhiên có chứa nhiều chất dinh dưỡng quan trọng sức khỏe người chẳng hạn protein, lipid, carbohydrate, muối khoáng Ngồi ra, có chứa nhiều hợp chất hoạt tính sinh học có tác dụng tốt sức khỏe người polysaccharides, vitamin enzym (Nazimah, et al, -100- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 2008 Kalse et al., 2012), sản phẩm mít Việt Nam thấy Hình Tỷ lệ polysaccharides thành phần carbohydrate mít cao Các thành phần sản phẩm mít Việt Nam trình bày bảng 1, bảng bảng (a) b) Hình a) Quả mít; b) Cơm mít (múi mít) Bảng Thành phần hóa học mít sản phẩm Việt Nam Thành phần Khối lượng 100g vật liệu ban đầu (g) Phần trăm khối lượng (%) Nước 72,34 72,34 Protein 1,56 1,56 Carbohydrate 25,2 25,2 Tro 0,9 0,9 Chất Vitamin A Vitamin B1 Vitamin B2 Vitamin B12 Vitamin B6 Vitamin E Bảng Các vitamin thành phần sản phẩm mít Việt Nam Tính theo khối Tính theo khối Đơn Đơn vị Chất lượng nguyên liệu lượng nguyên liệu vị ban đầu ban đầu μg% 110,0 – 126,0 Vitamin C mg% 07,0 – 10,0 mg% 0,03 – 0,09 Folate, total mg% 12,0 – 14,0 mg% 0,05 – 0,42 Folate, food mg% 13,0 – 14,5 mg% 22,0 – 24,2 Folate, DFE mg% 13,7 – 14,6 mg% 0,865 – 0,920 β-carotene μg% 175,0 – 540,0 mg% 0,32 – 0,34 β- cryto-xanthin μg% 5,50 -5,0 Nguồn: Jackfruit Improvement in the Asia-Pacific Region – A status Report -101- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Chất Bảng Thành phần chất khống có thịt mít tươi Tính theo khối Đơn vị lượng nguyên Chất Đơn vị liệu ban đầu Phosphore mg% 38,0 – 41 Magnesium mg% 25,0 – 27,0 Tính theo khối lượng nguyên liệu ban đầu Natrium mg% 2,0 – 41,0 Iron mg% 7,0 – 10,0 Kalium mg% 191,0 – 407,0 Calcium mg% 12,0 – 14,0 Từ Bảng 1, Bảng 3, rõ ràng sản phẩm mít giàu chất dinh dưỡng, với carbohydrate sản phẩm mít có tỷ lệ cao, khoảng 25,2% Đây môi trường lý tưởng cho vi sinh vật sinh sôi phát triển Nếu sản phẩm mít khơng bảo quản, dễ dàng bị phân hủy thủy phân bị oxy hóa, khơng có giá trị sử dụng lâu dài (Shrinath Baliga, et al., 2011a 2011b) Hiện nay, có hai phương pháp thường sử dụng để bảo quản mít sản phẩm, phương pháp đơng lạnh phương pháp làm khô Đối với phương pháp đông lạnh sản phẩm mít sau q trình làm lạnh phải bảo quản mơi trường có nhiệt độ thích hợp từ -200C đến -180C nhiệt độ phải trì suốt thời gian bảo quản xuất Như làm tăng chi phí q trình bảo quản sản phẩm mít Cho nên phương pháp sấy sử dụng phổ biến Các sản phẩm mít sau sấy khơ đặt túi nylon ghép mí lon, bảo quản mơi trường có nhiệt độ bình thường 250C Do đó, khơng bị chi phí cho q trình bảo quản (Dũng cộng sự, 2007 Haugvalstad et al., 2005) Hiện nay, có nhiều phương pháp sấy khác Mặc dù có nhiều phương pháp để bảo quản sản phẩm mít, chọn phương pháp nghiên cứu sấy xạ hồng ngoại để bảo quản sản phẩm mít phương pháp làm giảm nhiệt độ buồng sấy, thời gian trình sấy khô tiêu thụ lượng làm giảm hao hụt chất lượng sản phẩm, (Holman J., năm 1992; Gebhart B., 1992) Tuy nhiên, theo Shrinath Baliga & et al., (2011b), carbohydrate sản phẩm mít dễ dàng bị q trình sấy khơ trình bảo quản Vì vậy, vấn đề đặt làm để xác định chế độ sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít để sản phẩm mít sau sấy có chất lượng tốt nhất, lượng nước lại sản phẩm mít cuối 6,0% (Nannur R & et al., 2011), việc tiêu thụ lượng kg sản phẩm đạt đến giá trị tối thiểu Đây câu hỏi mà khơng có nghiên cứu đề cập đến thời gian trước Để trả lời vấn đề này, nghiên cứu tốn tối ưu đa mục tiêu mơ tả mối quan hệ yếu tố khách quan, bao gồm: y1(kWh / kg) - mức tiêu thụ lượng kg sản phẩm mít sau sấy xạ hồng ngoại; y2(%) - Hàm lượng nước lại sản phẩm sau sấy khô; y3(%) – hao hụt carbohydrate sản phẩm mít; với yếu tố công nghệ, bao gồm: Z1(0C) – nhiệt độ buồng sấy xạ hồng ngoại, Z2(h) - thời gian sấy xạ hồng ngoại; Z3(kW / m2)- Cường độ xạ hồng ngoại trình sấy xây dựng phương pháp thực nghiệm Các vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu thể sau: tìm Zopt= {Z1opt, Z2opt, Z3opt} ∈ΩZ lệnh yjmin= F (Z1opt, Z2opt, Z3opt) = {fj (Z1, Z2, Z3)} Sau tối ưu hóa UPM (Dũng, 2011a, b, c & b, 2012a, b, c d, 2013, 2014 & 2015), giải vấn đề đa mục tiêu tối ưu hóa xác định chế độ công nghệ cho q trình đóng băng mít sản phẩm -102- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Cơng nghệ Nhiệt Lạnh Hình Ảnh hưởng yếu tố tác động đến trình sấy hồng ngoại VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Nguyên vật liệu Các nguyên liệu mít thu hoạch Việt Nam Nó sơ chế để tạo sản phẩm mít Hình Các thành phần sản phẩm mít trình bày Bảng 1, Sau chế biến, sản phẩm mít sử dụng để thực thí nghiệm để thiết lập chế độ cơng nghệ xạ hồng ngoại q trình làm khơ phương pháp thực nghiệm 2.2 Thiết bị Thiết bị sử dụng để nghiên cứu chế độ cho trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít liệt kê: • Thiết bị dùng để xác định trọng lượng sản phẩm mít cân điện tử: quy mơ phạm vi (0 ÷ 350) g, sai số: ± 0.1g = ± 0,0001 kg • Các hệ thống hồng ngoại sấy xạ (Hình 3) điều khiển tự động máy tính Các nhiệt độ, cường độ xạ hồng ngoại sấy trình số liệu thời gian trình sấy xạ hồng ngoại đo máy tính • Để xác định thành phần carbohydrate sản phẩm mít trước sau sấy khơ đo hàm lượng nước cịn lại sản phẩm mít, để xác định mức tiêu thụ lượng kg sản phẩm mít xác định thiết bị HPLC/UVis số thiết bị khác (trung tâm sắc ký Hải Đăng) Hình Hệ thống sấy xạ hồng ngoại -103- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 2.3 Phương pháp Sử dụng nghiên cứu bao gồm số phương pháp như: • Xác định nhiệt độ tia xạ hồng ngoại buồng sấy (Z1,0C); thời điểm trình sấy xạ hồng ngoại (Z2, h) cường độ xạ hồng ngoại q trình sấy khơ (Z3, kW/m2) hệ thống điều khiển tự động máy tính thơng qua q trình thực nghiệm • Xác định mức tiêu thụ lượng (y1, kWh / kg) cho kg sản phẩm mít sau q trình sấy Watt kế sử dụng cơng tơ điện qua phương trình (1) Figura & et al, 2007.Heldman & et al., 1992) Với: P (kW) - số wattmeter; G(kg) - Trọng lượng sản phẩm cuối cùng; U (V) - số vôn kế; I (A) - số am pe kế; τ (s) - thời gian cos φ - hệ số cơng suất • Xác định hàm lượng ẩm sản phẩm mít sau sấy khơ (y2, %) phương pháp bảo tồn khối lượng thông qua cảm biến độ ẩm khối lượng: Trong đó: Gi (kg) - Trọng lượng nguyên liệu ban đầu sử dụng để sấy xạ hồng ngoại; Ge(kg) - Trọng lượng sản phẩm mít sau sấy xạ hồng ngoại; Wi (%) – Lượng nước cịn lại sản phẩm mít • Xác định thành phần carbohydrate phương pháp HPLC/UVis (chất lỏng sắc ký hiệu suất cao / UV-vis), độ tổn thất thành phần carbohydrate (y3, %) sản phẩm mít trước sau sấy xạ hồng ngoại, phân tích đánh giá Trung tâm Sắc ký Hải Đăng theo phương trình (3) Trong đó: carbohydrate ngun liệu ban đầu sau sấy xạ hồng ngoại tương ứng m1(%) m2(%) tính theo trọng lượng khơ • Sử dụng Phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai để xây dựng mô hình tốn học mối quan hệ yj (j = ÷ 3) yếu tố ảnh hưởng đến trình sấy xạ hồng ngoại (Z1, Z2, Z3) Những mơ hình tốn học yj (j = ÷3) viết sau: Các biến x1, x2 x3 mã hoá biến Z1, Z2 Z3 trình bày sau: Trong đó: Số thí nghiệm xác định: Với: k = 3; nk= 2k= 23= 8; n*= 2k = 2x3 = 6; n0= Giá trị điểm sao: -104- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Điều kiện ma trận trực giao: Và để giải vấn đề tối ưu hóa mục tiêu trường hợp ta sử dụng phương pháp điểm không tưởng: sử dụng cơng cụ tốn học để giải vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu để xác định chế độ trình sấy xạ hồng ngoại để làm khơ sản phẩm mít KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xây dựng mơ hình tốn mơ tả cho q trình sấy mít xạ hồng ngoại Các hàm mục tiêu cần quan tâm trình sấy mít xạ hồng ngoại là: Chi phí lượng cho kg sản phẩm (y1, kWh/kg); Độ ẩm sản phẩm (y2, %); Độ tổn thất thành phần carbohydrate sản phẩm (y3, %) Chúng phụ thuộc vào yếu tố công nghệ (Z1, Z2, Z3) gồm: Nhiệt độ môi trường sấy (Z1, 0C); Thời gian sấy (Z2, h); Cường độ xạ riêng (Z3, kW/m2) Các hàm mục tiêu xác định phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, với k = 3, n0 = trình bày phần trước Trong đó, yếu tố cơng nghệ ảnh hưởng đến q trình sấy mít xạ hồng ngoại xác định bảng Bảng Các mức yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến trình sấy hồng ngoại Các mức -α (-1,414) Yếu tố Z1,(oC) Z2,(h) Z3(kW/m ) +α (1.414) Khoảng biến thiên Zi Thấp -1 Trung bình Cao +1 52,93 55 60 65 67,07 5,59 8,41 3,59 6,41 Tiến hành thực nghiệm với yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến q trình sấy mít xạ hồng ngoại theo ma trận quy hoạch trình bày bảng Kết xác định giá trị hàm mục tiêu: Chi phí lượng cho 1kg sản phẩm (y1, kWh/kg); Độ ẩm sản phẩm (y2, %); Độ tổn thất thành phần carbohydrate sản phẩm (y3, %) trình bày bảng Bảng Số liệu thực nghiệm y1 (kWh/kg), y2 (%) y3 (%) theo ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2; k = 3, n0 = SỐ TN Giá trị biến thực Giá trị biến mã hóa Giá trị hàm mục tiêu o N Z1( C) Z2(h) Z3(kW/m ) X0 X1 X2 X3 y1 y2 y3 65 1 1 3,95 4,61 8,82 55 -1 1 3,07 5,01 10,74 65 6 1 -1 2,97 8,59 7,78 2k 55 6 -1 -1 2,51 9,18 10,48 65 1 -1 3,05 7,58 12,34 55 -1 -1 2,74 7,24 13,34 65 1 -1 -1 2,64 7,86 12,57 55 -1 -1 -1 2,07 9,87 13,54 67,07 1,414 0 3,39 6,17 9,23 10 52,93 -1,414 0 2,84 7,18 11,48 11 60 8,41 1,414 3,84 7,93 11,40 2k 12 60 5,59 -1,414 2,78 8,74 9,05 13 60 6,41 0 1,414 3,39 6,05 7,70 14 60 3,59 0 -1,414 3,02 6,49 14,18 -105- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 15 60 0 3,22 4,88 10,02 16 60 0 3,15 5,39 9,54 17 60 0 3,26 5,46 9,74 18 60 0 3,07 4,98 9,51 Sau xử lý số liệu thực nghiệm, kiểm tra hệ số có ý nghĩa phương trình hồi quy tiêu chuẩn Student, kiểm tra tương thích phương trình hồi quy theo tiêu chuẩn Fisher Microsoft Excel 2010 Các kết nhận mơ hình toán học sau: Năng lượng tiêu thụ kg mít thành phẩm sau q trình sấy xạ hồng ngoại: no y1 = f1(x1, x2, x3) = 1.249 + 0.1x1 + 0.137x2 + 0.084x3 - 0.06x12 - 0.042x32 (10) Hàm lượng nước lại sản phẩm mít cuối sau q trình sấy xạ hồng ngoại: y2 = f2(x1, x2, x3) = 5.677 – 0.341x1 – 1.016x2 – 0.482x3 – 0.655x2x3 + 0.561x12 + 1.394x22 + 0.357x32 (11) Sự hao hụt carbohydrate sản phẩm mít sau sấy: y3 = f3(x1, x2, x3) = 9.926 – 0.813x1 + 0.349x2 – 1.928x3 – 0.331x1x2 + 0.417x12 + 0.353x22 + 0.712x32 (12) 3.2 Xây dựng giải toán tối ưu mục tiêu q trình sấy mít xạ hồng ngoại Dễ dàng thấy rằng, tất hàm mục tiêu: chi phí lượng cho kg sản phẩm (y1, kWh/kg; độ ẩm sản phẩm (y2, %); độ tổn thất thành phần carbohydrate sản phẩm (y3, %) mô tả tồn cho q trình sấy mít xạ hồng ngoại Nếu xét riêng lẽ từng mục tiêu một, rõ ràng đối tượng công nghệ sấy hồng ngoại hình thành tốn mục tiêu Bởi tất mục tiêu tìm giá trị nhỏ nên toán tối ưu mục tiêu phát biểu sau: Hãy tìm nghiệm tối ưu xjopt = (x1jopt, x2jopt, x3jopt) ∈ Ωx = {-1.414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1.414}, j = ÷ để:  y j = f jmin (x1jopt , x 2jopt , x 3jopt ) = f j (x1 , x , x )  x x   x = {-1,414  x , x , x  1,414}, j = ÷ y   (13) Có thể thấy rằng, giải toán tối ưu (13) có gốc: (x1jopt, x2jopt, x3jopt) = (x1kopt, x2kopt, x3kopt) với k≠ j, việc tối ưu hóa đa mục tiêu không tồn nghiệm không tưởng, phương án không tưởng không tồn nên việc giải toán tối ưu đa mục tiêu (13) giải để tìm gốc Pareto tối ưu phương án Pareto tối ưu Do đó, việc giải vấn đề tối ưu hóa mục tiêu (13) tìm thấy để đạt được: yjmin = minfj (x1, x2, x3), j = 1÷3, với miền xác định: x = {-1.414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1.414} Bằng phương pháp chia lưới lập trình phần mềm Matlab R2008a, kết tìm nghiệm tối ưu toán tối ưu mục tiêu trình bày bảng 6, với hàm mục tiêu: Bảng Nghiệm tối ưu toán tối ưu mục tiêu Giá trị nghiệm tối ưu j x1 jopt jopt Giá trị hàm mục tiêu jopt x2 x3 yjmin -1,414 -1,414 -1,414 1,58 0,304 0,667 1,287 4,60 1,414 -0,494 1,414 7,28 Trong bảng 6, rõ ràng điểm khơng tưởng xác định được: f = (f1min, f2min, f3min) = (1,58; 4,60; 7,28) Tuy nhiên, phương án không tưởng không tồn nghiệm không tưởng không tồn nên cần phải xây dựng giải toán tối ưu đa mục tiêu, để tìm Pareto tối ưu thỏa mãn tất yêu cầu mà công nghệ đặt Có nghĩa tìm phương án tối ưu Pareto toán tối ưu đa mục tiêu cho hiệu Pareto tối ưu yPs = (y1Ps, y2Ps, y3Ps) gần điểm không tưởng fUT 3.3 Xây dựng giải toán tối ưu đa mục tiêu q trình sấy mít xạ hồng ngoại để xác định chế độ công nghệ Rõ ràng việc tối ưu hóa đa mục tiêu q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít xuất trường hợp Các thông số công nghệ (x1, x2 x3) trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít đồng thời chịu ảnh hưởng vào ba mục tiêu chức (yj, J = ÷ 3) với tên miền xác định Ωx= {-1,414 ≤ x1, x2, x3≤ 1,414} Do đó, mơ hình tốn học tối ưu hóa ba mục tiêu để xác định chế độ cơng nghệ q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít diễn tả lại sau: Việc tìm kiếm nghiệm tối ưu x= (x1opt, x2opt, x3opt) ∈ Ωx= {-1,414 ≤ x1, x2, x3≤1,414} theo thứ tự: UT -106- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh y j = f jmin (x1jopt , x 2jopt , x 3jopt ) = f j (x1 , x , x )  (14) x x   x = {-1,414  x1 , x , x  1,414}, j = ÷ y   Mục đích thí nghiệm đạt mục tiêu q trình sấy khơ biểu thị phương trình hồi quy từ (10) đến (12), khơng tìm thấy kết thỏa mãn tất giá trị hàm (y 1min, y2min, y3min) Do đó, ý tưởng tốn tối ưu hóa đa mục tiêu (14) tìm gốc Pareto tối ưu cho yPS = (y1PS, y2PS, y3PS) gần với điểm không tưởng Theo UPM (phương pháp điểm khơng tưởng), giải tốn tối ưu hóa đa mục tiêu trình sấy xạ hồng ngoại (14) sau: Thiết lập hàm mục tiêu S (y1, y2, y3) = S(x1, x2, x3) = S(x) sau:  S ( x) = S ( x1 , x , x3 ) =  ( y j − y j )  j =1   x = − 1,414  x1 , x , x3  1,414; x = ( x1 , x , x ) (15) Bằng cách lựa chọn S(x) hàm mục tiêu (15), toán tối ưu hóa đa mục tiêu (14) trình bày lại sau: Tìm nghiệm tối ưu Pareto xS = (x1S, x2S, x3S∈ Ωx cho s(x) đạt tới giá trị nhỏ nhất:      (16) )  S ( x) = S (x ) = MinS ( x , x , x ) = Min  ( y − y    s  j =1   x = − 1,414  x1 , x , x3  1,414; x = ( x1 , x , x ) j j  Bài toán tối ưu mục tiêu cần phải xác định nghiệm tối ưu Pareto xS = (x1S, x2S, x3S∈ Ωx cho S (x1S, x2 , x3S) = Min {S (x1, x2, x3)} Bằng phương pháp chia lưới lập trình phần mềm Matlab R2008a giải (16) tìm nghiệm tối ưu Pareto trình bày bảng Bảng Nghiệm toán tối ưu đa mục tiêu S Giá trị nghiệm tối ưu Pareto toán tối ưu đa mục tiêu x1S x2S x3S Giá trị nhỏ hàm mục tiêu chuẩn tổ hợp S Smin(x) Giá trị nhỏ hiệu tối ưu Pareto y1pS y2pS y3pS 0,686 0,127 1,396 1,999 3,46 5,13 7,72 S S S opt opt opt Từ bảng biến mã hóa (x1 , x2 , x3 ) biến đổi qua biến thực (Z1 , Z2 , Z2 ) sau: Nhiệt độ môi trường sấy: Z1opt = 63,430C; Thời gian sấy: Z2opt = 7,13h; Cường độ xạ hồng ngoại: Z3opt = 6,40kW/m2 Vì lý này, thơng qua việc tính tốn từ mơ hình thực nghiệm từ phương trình (10) đến (12), thơng số kỹ thuật trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít thỏa mãn tiêu chí tổ hợp tối ưu S xác định như: nhiệt độ buồng sấy Z1opt = 63.43oC, thời gian trình sấy Z2opt =7.13h, cường độ xạ hồng ngoại trình sấy Z3opt = 6.40 kW/m2 Tương ứng với mức tiêu thụ lượng kg sản phẩm y1PS = 3.46 kWh/kg; độ ẩm sản phẩm sấy y2PS = 5.13% (< 10.0%); hao hụt hàm lượng carbonhydrate y3PS =7.72% So với kết thực nghiệm từ bảng 5, kết phù hợp đáp ứng mục tiêu toán 3.4 Thực nghiệm để kiểm tra gốc Pareto toán tối ưu hóa đa mục tiêu Thực q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít gốc Pareto tối ưu: nhiệt độ buồng sấy Z1opt = 63,43oC, thời gian sấy Z2opt = 7.13h, cường độ xạ hồng ngoại trình sấy Z3opt = 6.40kW/m2 Kết thực nghiệm xác định là: lượng tiêu thụ kg sản phẩm cuối y1 = 3.43kWh/kg; độ ẩm sản phẩm mít sau sấy y2= 5,13%; độ tổn thất hàm lượng carbohydrate y3= 7,72 % Do đó, điều đáng ý kết từ tốn tối ưu hóa q trình sấy có kết gần với kết thực nghiệm Khi thời gian q trình làm khơ cố định: x2 = 0.12 tương ứng Z2 = 7.13h, mối quan hệ y1, y2, y3, với biến x1, x3 biểu diễn hình học khơng gian 3D 2D (Hình 4, 5, 6, 7, 8, 9) -107- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Cơng nghệ Nhiệt Lạnh Hình Mối quan hệ y1 x1, x3 3D Hình Mối quan hệ y1 x3 2D Hình Mối quan hệ y2 x1, x3 3D Hình7 Mối quan hệ y2 x3 2D Hình Mối quan hệ y3 x1, x3 3D Hình Mối quan hệ y3 x3 2D Tất hình hàm mục tiêu hoàn toàn phù hợp với kết thực nghiệm Do đó, chứng tỏ mối quan hệ hàm mục tiêu với hệ số tác động mô tả tốt cho trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít 3.5 Xác định thơng số cơng nghệ tối ưu ảnh hưởng đến trình bảo quản sản phẩm mít Từ kết trên, cho phép thiết lập chế độ cơng nghệ q trình sấy lạnh sản phẩm cà rốt Bảng sau: Bảng Các thơng số cơng nghệ q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít Thơng số cơng nghệ Nhiệt độ môi trường sấy xạ Thời gian trình sấy xạ hồng ngoại Cường độ xạ hồng ngoại tính đơn vị diện tích Chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy khô xạ hồng ngoại Độ ẩm sản phẩm mít sau sấy khơ Độ tổn thất hàm lượng carbohydrate sản phẩm mít sau sấy khơ xạ hồng ngoại -108- Ký hiệu đơn vị tính Z1 (0C) Z2 (h) Z3 (kW/m2) Giá trị 63,43 7,13 6,40 y1, (kWh/kg) 3,43 y2, (%) 5,13 y3 (%) 7,72 Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Qua bảng cho thấy trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít thực chế độ cơng nghệ tối ưu sản phẩm mít sau sấy đạt chất lượng tốt (Hình 10 & 11) Quy trình cơng nghệ sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít tìm hiểu trên, hồn tồn áp dụng để bảo quản sản phẩm mít nhằm kéo dài thời gian sử dụng xuất Hình 10 Sản phẩm mít dạng múi dạng sợi sau sấy HN KẾT LUẬN Các mô hình tốn học (10) đến (12) thiết lập từ thí nghiệm mơ tả tốt mối quan hệ nhiệt độ buồng sấy; thời gian trình sấy; cường độ xạ hồng ngoại trình sấy sản phẩm mít với mức tiêu hao lượng kg mít thành phẩm; độ ẩm cuối sản phẩm mít hao hụt carbonhydrate sản phẩm mít Hệ phương trình (14) tốn tối ưu hóa đa mục tiêu q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít Mơ hình tốn học sử dụng phù hợp để tính tốn thiết lập chế độ cơng nghệ q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít Giải tốn tối ưu hóa đa mục tiêu (14) xác định chế độ cơng nghệ q trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít Các kết trình bày bảng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Haugvalstad, G.H., D Skipnes and M Sivertsvik, 2005 Food free from preservative J Food Eng., 30: 124-142 [2] Heldman, D.R and D.B Lund, 1992 Handbook of Food Engineering Marcel Dekker, Basel, New York, Hong Kong, pp: 3550 Holman, J., 1986 Heat Transfer 1st Edn., McGraw Hill, New York [3] Hossain, A.K.M.A and N Haq, 2006 Jackfruit: Artocarpus Heterophyllus Southampton Centre for Underutilised Crops, Southampton, UK, pp: 129 Luc, N.T., L.H Du and N.T Dzung, 2013 Optimization of the smoking process of pangasius fish fillet to increase the product quality Adv J Food Sci Technol [4] Obidul Huq, A.K., M.J Alam, U.K Prodhan and N Rahman, 2013 Development of fiber and protein enriched biscuits by utilizing jackfruit seed flour: A preliminary study on sensory evaluation and chemical composition Res Rev J Food Sci Technol [5] Ong, B.T., S.A.H Nazimah, C.P Tan, H Mirhosseini, A Osman, D Mat Hashim and G Rusul, 2008 Analysis of volatile compounds in five jack fruit (Artocarpus heterophyllus L.) cultivars using solidphase microextraction (SPME) and gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry (GC-TOFMS) J Food Compos Anal [6] Swami, S.B., N.J Thakor, P.M Haldankar and S.B Kalse, 2012 Jackfruit and its many functional components as related to human health: A review Compr Rev Food Sci F., 11(6): 565-576 [7] Nguyen Tan Dzung, Optimization the infrared radiation drying process of jackfruit product to determine the optimal technological mode Jokull Journal (Iceland), Vol 65, No 10; Oct 2015, pp 38-50 [8] Nguyễn Tấn Dũng, Lê Xuân Hải, Trịnh Văn Dũng, Tối ưu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ưu tổ hợp S ứng dụng xác lập chế độ cơng nghệ sấy thăng hoa cho thủy sản nhóm giáp xác đại diện Tơmsú, Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 13, số K3- 2010 [9] Dzung N.T, (2012a) Optimization the Freezing Process of Penaeus Monodon Determine Technological Mode of Freezing for Using in the Freeze Drying, Canadian Journal on Chemical Engineering & Technology, Vol.3, No.3, April 2012, ISSN: 1923-1652, p.45-53 [10] Dzung N.T et al., (2012b) Optimization The Freeze Drying Process of Penaeus Monodon to Determine the Technological Mode, International Journal of Chemical Engineering and Application, Vol.3, No.3, June 2012, p.187-194 [11] Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng, Trần Đức Ba, Nghiên cứu thiết lập mơ hình tốn truyền nhiệt tách ẩm điều kiện sấy thăng hoa, Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ ĐHQG Tp.HCM, Tập -109- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 11, số 09 – 2009 [12] Ludger O Figura, Arthur A Teixeira., Food Physics: Physical properties Measurement and Application, Germany June, 2007 [13] Nguyen Tan Dzung et al., (2014) Optimization the freezing process of Royal jelly for using in the freeze drying Wulfenia Journal (Austria), Vol 21, No 1; Jan 2014, P.303-313 [14] Nguyễn Tấn Dũng Tối ưu hóa đa mục tiêu ứng dụng xác định chế độ công nghệ sấy thăng hoa tơm thẻ, Tạp chí phát triển khoa học công nghệ thủy sản, 2010 [15] Nguyễn Thanh Hải Cộng sự.,) Một phương pháp định tập thể dựa phân loại liệu mờ: GDM – FC, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ, 2006 [16] David Harvey, Modern Analytical Chemistry, Depauw University, United States of America, 2000 [17] Douglas A S, Donald M W, Holler F J Analytical Chemistry, Saunders College Publishing, United States of America, 1994 [18] Figura LO, et al., Food Physics: Physical properties Measurement and Application, Germany, 2007 http:// mechmath.org/books /82246 [19] Millman M.J, Liapis A.I, Marchello J.M., Method for determining specific heat capacity of the solid material, Int J Heat and Mass transfer, 1988 [20] Murray R Spiegel., Các cơng thức bảng tốn học cao cấp (người dịch: Ngô Ánh Tuyết), NXB Giáo dục, 1997 [21] Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Việt Anh., Lập trình Matlab, NXB KHKT, Hà Nội, 2004 [22] Nguyễn Tiến, Tự học Lập trình Visual Basic 6.0, NXB Thống Kê, 476 Tr, 2002 [23] Akhnadarova X.L, Kapharop V.V., Tối ưu hóa thực nghiệm hóa học kỹ thuật hóa học (Người dịch: Nguyễn Cảnh – Nguyễn Đình Soa), NXB ĐHBK Tp.HCM, 1994 [24] Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm tối ưu hóa thực nghiệm, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2004 [25] Lê Thái Thanh., Giáo trình phương pháp tính, NXB Giáo Dục, 2006 [26] Bùi Minh Trí., Xác suất thống kê qui hoạch thực nghiệm, NXB KHKT, Hà Nội, 2003 -110- ... nhiệt độ buồng sấy; thời gian trình sấy; cường độ xạ hồng ngoại trình sấy sản phẩm mít với mức tiêu hao lượng kg mít thành phẩm; độ ẩm cuối sản phẩm mít hao hụt carbonhydrate sản phẩm mít Hệ... quản sản phẩm mít Từ kết trên, cho phép thiết lập chế độ công nghệ trình sấy lạnh sản phẩm cà rốt Bảng sau: Bảng Các thông số công nghệ trình sấy xạ hồng ngoại sản phẩm mít Thơng số cơng nghệ. .. Nhiệt độ mơi trường sấy xạ Thời gian trình sấy xạ hồng ngoại Cường độ xạ hồng ngoại tính đơn vị diện tích Chi phí lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy khơ xạ hồng ngoại Độ ẩm sản phẩm mít sau sấy khô Độ