4.8.1. Mô phỏng các hàm mục tiêu cần nghiên cứu trên đồ thị 3D và 2D
Mơ phỏng các mơ hình tốn với x2 =0,127 hay Z2 = 7.13h mơ tả về chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1 (kWh/kg); độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy là y2 (%); độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate là y3 (%) trong hệ trục tọa độ 3D và 2D (x1 = -2, -1, 0, 1, 2). Kết quả đƣợc trình bày ở hình 4.7, 4.8, 4.9, 4.10, 4.11 và 4.12
Hình 4.9.Quan hệ giữa y2 và x1, x3 trong 3D Hình 4.10.Đồ thị so sánh kết quả TN và PTHQ của y2
Hình 4.11. Quan hệ giữa y3 và x1, x3 trong 3D Hình 4.12. Đồ thị so sánh kết quả TN và PTHQ của y3
Qua đồ thị 3D và 2D đã cho thấy, sự biến đổi chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1(kWh/kg); độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy là y2 (%); độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate là y3(%) theo nhiệt độ môi trƣờng sấy, thời gian và cƣờng độ bức xạ hồng ngoại theo quy luật phi tuyến khá phức tạp, nếu tiến hành sấy không đúng chế độ tối ƣu thì độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate lớn, chất lƣợng sản phẩm sau khi sấy giảm, khơng cịn giá trị về mặt dinh dƣỡng. Bên cạnh đó độ ẩm sản phẩm cũng không đạt yêu cầu nhƣ mong muốn.
Theo [15], [16] và theo ý kiến các chuyên gia thì độ ẩm sản phẩm mít sau khi sấy bằng bức xạ hồng ngoại theo yêu cầu bảo quản phải dƣới 10,0%. Đây là độ ẩm giới hạn điều kiện sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật. Nếu độ ẩm trên 10,0% thì hoạt độ của nƣớc trong sản phẩm mít sấy đủ để cho vi sinh vật sinh trƣởng và phát triển làm hƣ sản phẩm trong quá trình bảo quản. Nếu độ ẩm dƣới 10,0% thì hoạt độ của nƣớc trong sản phẩm mít sấy khơng đủ điều kiện để cho vi sinh vật sinh trƣởng và phát triển. Nhƣ vậy, sản phẩm mít sấy kéo dài thời gian bảo quản.
sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại
Tiến hành sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại tại nghiệm tối ƣu của bài toán (3.5), với nhiệt độ môi trƣờng sấy là Z1opt = 63,430C; thời gian quá trình sấy là Z2opt = 7,13h; cƣờng độ bức xạ riêng là Z3opt = 6,40kW/m2. Sản phẩm sau khi đem đi phân tích xác định chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1Ex= 3,43kWh/kg; độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy là y2Ex= 5,12%; độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate là y3Ex = 6,27 %.
Khi giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu đã tìm đƣợc: x1opt = x1S = 0,686 (Z1opt = 63,430C); x2opt =x1S = 0,127 (Z2opt = 7,13h); x3opt = x3S =1,396 (Z3opt = 6,40kW/m2), tƣơng ứng có chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm mít sấy y1pS = 3,46 kWh/kg; độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy là y2pS
= 5,13%; độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate là y3pS = 7,72%. Trong khi đó thực nghiệm tiến hành sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại tại các thông số công nghệ tối ƣu (Z1opt, Z2opt, Z3opt) cũng đã xác định đƣợc: chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm mít sấy bằng bức xạ hồng ngoại y1Ex= f1(x1opt, x2opt, x3opt) =3,43kWh/kg, độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy là y2Ex= f2(x1opt, x2opt, x3opt) = 5,12%; độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate là y3Ex= f3(x1opt, x2opt, x3opt) = 6,27%. Lý giải về độ tổn thất carbohydrat nhƣ sau:
Trong mít tƣơi, hàm lƣợng Carbohydrate chiếm 25,2% tức là cứ 100g mít tƣơi thì có 25,2g Carbohydrate. Nếu sấy 100g mít tƣơi thì sẽ thu đƣợc sản phẩm là:
16 , 29 13 , 5 100 34 , 72 100 100 100 100 2 1 1 2 W W G G g
Theo kết quả kiểm định của Trung tâm sắc ký Hải Đăng là phần trăm carbohydrat là 81% (xem phụ lục). Tức là trong 29,16g mít sẽ chứa: 29,16 x 0,81 = 23,16g Carbohydrat. Vậy lƣợng Carbohyrate bị mất đi trong quá trình sấy là: 25,2 – 23,16 = 1,58g tức là giảm 6,27%. Kết quả này phù hợp với bài toán tối ƣu.
Rõ ràng kết quả đã cho thấy, các thơng số cơng nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại tối ƣu ảnh hƣởng đến chi phí năng lƣợng, độ ẩm và độ tổn thất carbohydrate của sản phẩm mít sấy hồn tồn phù hợp với thực nghiệm. Vì thế, kết quả này có thể
triển khai ứng dụng trong bảo quản mít phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu.
Nguyên nhân tổn thất về hàm lƣợng carbohydrate là do khi sấy dƣới tác dụng của nhiệt độ, tiếp xúc với khơng khí trong môi trƣờng sấy trong suốt cả quá trình thời gian sấy sẽ xảy ra sự biến đổi các thành phần carbohydrate. Bên cạnh đó, khi nƣớc bay hơi sẽ làm biến đổi cấu trúc, biến đổi tính chất hóa lý, thành phần hóa học của sản phẩm mít sấy, cuối cùng tất cả đều dẫn đến hàm lƣợng của chúng bị hao hụt sau khi sấy.
Với chi phí năng lƣợng, độ ẩm và độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate của sản phẩm mít sấy bằng bức xạ hồng ngoại là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu công nghệ sấy hồng ngoại. Nhƣ vậy, các thơng số cơng nghệ đã tìm đƣợc từ việc giải bài tốn tối ƣu đa mục tiêu hồn tồn có thể triển khai ứng dụng trong bảo quản mít bằng phƣơng pháp sấy hồng ngoại. Đồng thời, các mơ hình tốn hồn tồn có thể ứng dụng để mơ tả chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm mít sấy, độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy, độ tổn thất hàm lƣợng của sản phẩm mít sau khi sấy [1], [15], [16].
4.8.3. Xác định các thông số công nghệ tối ƣu ảnh hƣởng đến q trình bảo quản sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu. sản phẩm mít phục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu.
Kết quả xây dựng mơ hình tốn về mối quan hệ giữa các hàm mục tiêu nhƣ: chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm mít sau khi sấy y1(kWh/kg), độ ẩm sản phẩm mít sau khi sấy y2(%), độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate của sản phẩm mít sau khi sấy y3(%) với các yếu tố công nghệ ảnh hƣởng đến quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại nhƣ: nhiệt độ môi trƣờng sấy Z1(0C); thời gian của quá trình sấy Z2 (h) và cƣờng độ bức xạ riêng của bức xạ hồng ngoại Z3(kW/m2). Dựa trên các mối quan hệ đó đã xây dựng và giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu của quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại. Kết quả, đã xác định các thông số công nghệ tối ƣu của quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại nhƣ sau [1], [15], [16]:
Bảng 4.12. Các thơng số cơng nghệ q trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít dùng trong bảo quản
Thơng số cơng nghệ Ký hiệu và đơn vị tính Giá trị
Nhiệt độ môi trƣờng sấy bức xạ Z1 (0C) 63,43
Thời gian của quá trình sấy bằng bức xạ hồng
ngoại Z2 (h) 7,13
Cƣờng độ bức xạ hồng ngoại tính trên một đơn vị
diện tích Z3 (kW/m
2
) 6,40
Chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm mít sấy khơ
bằng bức xạ hồng ngoại y1, (kWh/kg) 3,46
Độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy khơ y2, (%) 5,13
Độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate của sản phẩm mít sau khi sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại
y3 (%) 6,27
So với kết quả thực nghiệm thì tất cả giá trị của các hàm mục tiêu đã thỏa mãn tất cả các yêu cầu mà công nghệ đã đặt ra.
Độ ẩm của sản phẩm 5,13 dƣới 6,0% với độ ẩm này nó đã đảm bảo khả năng bảo quản của sản phẩm mít sau khi sấy, đồng thời kéo dài thời tiêu thụ và xuất khẩu. Chi phí năng lƣợng 3,46 kWh/kg đạt tới mức thấp nhất, vì thế giá thành sản phẩm mít sau khi sấy cũng giảm, thuận lợi cho việc tiêu thụ sản phẩm.
Độ tổn thất carbohydrate 6,27% đạt tới mức thấp nhất, dƣới 10%. Vì vậy, sản phẩm có chất lƣợng rất tốt.
Qua q trình làm thực nghiệm sản phẩm mít sấy đối lƣu ở chế độ tối ƣu, tƣơng ứng sẽ có chi phí năng lƣợng cho 1kg sản phẩm là 4,17kWh/kg, độ ẩm sản phẩm đạt 6,5%, độ tổn thất carbohydrate sau khi sấy đối lƣu là 19,8% (xem phụ lục 12). Kết quả đã cho thấy, sấy đối lƣu bằng khơng khí nóng thơng thƣờng, sản phẩm làm ra có chi phí năng lƣợng cao hơn sấy hồng ngoại, có nghĩa giá thành cao hơn, độ ẩm 6,5% chƣa thỏa mãn yêu cầu đặt ra, độ tổn thất carbohydrate lớn hơn nhiều so với sấy hồng
ngoại, chất lƣợng sản phẩm sau khi sấy giảm. Nhƣ vậy, so sánh giữa hai kết quả trên chúng ta có thể dễ dàng kết luận đƣợc rằng, sấy mít bằng phƣơng pháp sấy hồng ngoại tốt hơn nhiều so với sấy bằng phƣơng pháp đối lƣu. Sản phẩm cho chất lƣợng tốt hơn, khả năng bảo quản cũng tốt hơn và giá thành thấp hơn.
Theo nghiên cứu [15], [16] và các chuyên gia cơng nghệ thực phẩm, nếu sản phẩm sấy có độ ẩm dƣới 6,0% thì khả năng bảo quản của chúng tốt hơn, thời gian bảo quản dài hơn. Vì khi thực phẩm có độ ẩm dƣới 6,0% thì hoạt độ nƣớc trong sản phẩm giảm, môi trƣờng khô khan không đủ điều kiện để cho vi sinh vật sinh trƣởng và phát triển, lên men, thủy phân làm hƣ hỏng sản phẩm. Chính vì vậy, sản phẩm mít sau khi sấy dƣới 6,0% là bảo quản rất tốt, thời gian bảo quản có thể kéo dài.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Từ các kết quả nghiên cứu cơng nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại ứng dụng trong bảo quản tiêu dùng và xuất khẩu đã ra một số kết luận sau:
1. Phân tích thành phần hóa học cơ bản của sản phẩm mít (cơm mít), làm cơ sở cho việc đánh giá chất lƣợng sản phẩm trƣớc và sau quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại.
2. Đã xây dựng đƣợc mô hình tốn mơ tả khá tốt về mối quan hệ giữa chi phí năng lƣợng, độ ẩm, độ tổn thất hàm lƣợng carbohydrate của sản phẩm mít với các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại.
3. Đã xây dựng bài toán tối ƣu đa mục tiêu mô tả cho q trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại. Giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu này đã xác định chế độ cơng nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại.
4. Đã xác định đƣợc các yếu tố công nghệ tối ƣu ảnh hƣởng đến quá trình sấy, đồng thời xây dựng đƣợc quy trình cơng nghệ sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại thỏa mãn yêu cầu bảo quản.
5. Đã chế tạo đƣợc hệ thống sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít.
6. Đã tiến hành làm thực nghiệm sau đó đem kết quả đi phân tích và so sánh
kết quả giữa sấy hồng ngoại (Mẫu sấy 1) và sấy đối lƣu khơng khí nóng (mẫu sấy 2). Kết quả sấy hồng ngoại có tổn thất carbohydrate thấp hơn so với kết quả tính tối ƣu và sấy bằng khơng khí nóng (phụ lục 11, 12).
Kiến nghị
- Nghiên cứu phƣơng pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại ứng dụng trong bảo quản mít chỉ quan tâm các yếu tố ảnh hƣởng đến chi phí năng lƣợng, độ ẩm và độ tổn thất hàm lƣợng trong quá trình sấy khơ.
Tuy nhiên, trong mít cịn có các thành phần khác quan trọng khơng kém so với carbohydrate. Vì vậy, nếu có thời gian và kinh phí thì cần nghiên cứu các chỉ tiêu quan trọng khác, để q trình bảo quản mít bằng phƣơng pháp sấy hồng ngoại hồn
- Vì thời gian nghiên cứu ngắn nên chƣa có điều kiện kiểm tra chất lƣợng sản phẩm trong thời gian bảo quản. Nhƣ vậy, cần có thời gian dài từ (1 – 2) năm bảo quản mít sấy hồng ngoại để theo dõi chất lƣợng của chúng có thay đổi khơng?
- Cần nghiên cứu kỹ về truyền nhiệt tách ẩm xảy ra trong quá trình sấy, làm cơ sở tính tốn thiết kế hệ thống sấy bức xạ hồng ngoại.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] 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.
[2] Nguyễn Tấn Dũng, Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại phục vụ cho chế biến thực phẩm, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, 2013.
[3] Nguyễn Tấn Dũng, Phạm Ngọc Cảnh, Nguyễn Thanh Phƣơng, Nghiên cứu chế tạo hệ thống sấy hồng ngoại năng suất nhỏ phục vụ cho chế biến thực phẩm, Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, 2012.
[4] Nguyễn Tấn Dũng, Trần Đức Ba., Công nghệ lạnh, Tập1, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2007, 608 Tr.
[5] Nguyễn Tấn Dũng, Trần Đức Ba., Tự động hóa các q trình nhiệt lạnh, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2009, 405 Tr.
[6] Stavros Yanniotis, Solving Problems in Food Engineering
[7] Denis R. Heldman, Daryl B. Lund, Handbook of food engineering, CRC Press, 2007.
[8] Pacific Region, A status Report, Jackfruit Improvement in the Asia. [9] USDA National Nutrient Database.
[10] Phạm Xuân Vƣợng, Trần Nhƣ Khuyên, Giáo trình sấy nông sản, Trƣờng ĐH Nông nghiệp I, 2006.
[11] Trần Văn Phú, Kỹ thuật sấy, NXB Giáo Dục, 2008, 270Tr
[12] Hoàng Văn Chƣớc, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006
[13] Hoàng Văn Chƣớc, Kỹ thuật sấy, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1999.
[14] D. R. Heldman, Daryl B. Lund, Handbook of Food Engineering, Marcel Dekker New York – Basel – Hong Kong 1992.
[15] Pragati Kaushal, H.K. Sharma, Osmo-convective dehydration kinetics of jackfruit, 2014.
Vegetable and fruits, 2010.
[17] Lê Xuân Hải, Nguyễn Thị Lan, Tối ƣu đa mục tiêu ứng dụng trong quá trình chiết tách chất màu anthocyanin, Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 11, số 09– 2008.
[18] Nguyễn Tấn Dũng, Lê Xuân Hải, Trịnh Văn Dũng, Tối ƣu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ƣu tổ hợp S ứng dụng xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa cho thủy sản nhóm giáp xác đại diện là Tơmsú, Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 13, số K3- 2010.
[19] 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.
[20] 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.
[21] Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng, Trần Đức Ba, Nghiên cứu thiết lập mơ hình tốn truyền nhiệt tách ẩm trong điều kiện sấy thăng hoa, Tạp chí Phát triển Khoa học và Cơng nghệ ĐHQG Tp.HCM, Tập 11, số 09 – 2009.
[26] Nguyễn Tấn Dũng,. Quá trình và Thiết bị trong CNHH&TP, Kỹ thuật và Công nghệ sấy thăng hoa, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2016.
[27] Nguyễn Tấn Dũng, Nghiên cứu công nghệ sấy thăng hoa sữa ong chúa, LATS Kỹ Thuật, Viện CNTP, 2015.
[28] Ludger O. Figura, Arthur A. Teixeira., Food Physics: Physical properties Measurement and Application, Germany June, 2007.
[29] 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.
nghệ sấy thăng hoa tôm thẻ, Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ thủy sản, 2010.
[31] Nguyễn Tấn Dũng, Tối ƣu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ƣu tổ hợp S, ứng dụng xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa tơm bạc, Tạp chí phát triển khoa học cơng nghệ, ĐH Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2010.
[32] Nguyễn Tấn Dũng, Tối ƣu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ƣu tổ hợp S, ứng dụng xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa tơm sú, Tạp chí phát triển khoa học và cơng nghệ, ĐH Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2010.
33] Nguyễn Thanh Hải và Cộng sự.,). Một phƣơng pháp ra quyết định tập thể dựa trên phân loại dữ liệu mờ: GDM – FC, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ, 2006. [34] David Harvey., Modern Analytical Chemistry, Depauw University, United
States of America, 2000.
[35] Douglas A. S, Donald M. W, Holler F. J., Analytical Chemistry, Saunders College Publishing, United States of America, 1994.
[36] Figura LO, et al., Food Physics: Physical properties Measurement and Application, Germany, 2007. http:// mechmath.org/books /82246
[37] 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.
[38] Murray R. Spiegel., Các công thức và các bảng tốn học cao cấp (ngƣời dịch: Ngơ Ánh Tuyết), NXB Giáo dục, 1997.
[39] Nguyễn Đình Trí, Tạ Văn Đĩnh, Nguyễn Hồ Quỳnh., Tốn học cao cấp, Tập 1, Tập 2 và Tập 3, NXB Giáo Dục, 2003.