Phần 3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu
3.5. Phương pháp nghiên cứu
3.5.4. Phương pháp xác định một số thơng số của q trình cơ đặc
Để xác định một số thơng số của q trình cơ đặc, các kết quả đo được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình.
3.5.4.1. Phương pháp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến q trình cơ đặc
a. Phương pháp xác định nhiệt độ cô đặc
Để xác định nhiệt độ cô đặc chúng tôi sử dụng thiết bị đo nhiệt độ điện tử
hiện số mã hiệu CH402 (Trung Quốc), khoảng đo 0oC÷130oC, sai số ± 0,5oC
(hình 3.4). Đầu đo được xuyên vào dung dịch và tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt, giá trị đo được hiển thị trên màn hình của thiết bị.
Hình 3.4. Thiết bị đo nhiệt độ CH402
Nồng độ chất rắn hòa tan (độ ẩm) của mật ong được xác định bằng thiết bị đo Brix kế hiện số (hãng ATAGO, Nhật Bản), khoảng đo 0÷93%, sai số ±0,1%.
52
b. Xác định áp suất trong buồng cô đặc
Để đo áp suất trong buồng cô đặc chúng tôi đã sử dụng đồng hồ đo áp suất chân khơng KKGAUGES, (hình 3.6) với thang đo 0÷-760 mmHg, độ chính xác ± 1%. Đồng hồ được lắp đặt ngay trên buồng cô đặc và kết quả đo được hiển thị trên bề mặt đồng hồ.
Hình 3.6. Đồng hồ đo áp suất
c. Phương pháp xác định thời gian phát sóng siêu âm
Thời gian phát sóng siêu âm là khoảng thời gian được thực hiện bằng rơle thời gian (OMRON DH485-S(H5CN) cung cấp nguồn điện cho thiết bị phát sóng siêu âm.
Hình 3.7. Đồng hồ đo thời gian
3.5.4.2. Phương pháp xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị cô đặc
a. Phương pháp xác định điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Q (điểm)
Điểm tổng hợp chất lượng sản phẩm cô đặc Q được xác định bằng phương pháp đánh giá chất lượng cảm quan theo TCVN 12401:2018 (BKTTCQG, 2018).
53
Các thành viên trong hội đồng đánh giá cảm quan của mật ong sau khi cô đặc thông qua các chỉ tiêu chất lượng với tổng hệ số trọng lượng bằng 4. Hệ số quan trọng được phân phối trong bảng 3.1 và cơ sở phân cấp chất lượng sản phẩm thực phẩm dựa trên điểm chung có trọng lượng trong bảng 3.2.
Bảng 3.1. Danh mục các chỉ tiêu cảm quan và hệ số quan trọng tương ứng của mật ong Chỉ tiêu Hệ số quan trọng % Trên tổng bằng 4 Màu sắc 20 0,8 Mùi 20 0,8 Vị 20 0,8 Trang thái 40 1.6
Bảng 3.2. Bảng mô tả nội dung đánh giá 6 bậc Bậc đánh Bậc đánh
giá
Điểm chưa có
trọng lượng Cơ sở đánh giá
1 5
Trong chỉ tiêu đang xét, sản phẩm có tính tốt đặc trưng và rõ rệt cho chỉ tiêu đó, sản phẩm khơng có sai lỗi và khuyết tật nào.
2 4 Sản phẩm có khuyết tật nhỏ hoặc sai lỗi nhỏ hoặc cả hai
nhưng không làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm đó
3 3
Sản phẩm có khuyết tật hoặc sai lỗi hoặc cả hai. Số lượng và mức độ của khuyết tật, sai lỗi đó làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm, nhưng sản phẩm vẫn dạt theo tiêu chuẩn.
4 2
Sản phẩm có khuyết tật hoặc sai lỗi hoặc cả hai. Số lượng và mức độ của khuyết tật, sai lỗi làm cho sản phẩm không đạt mức chất lượng quy định trong tiêu chuẩn, nhưng còn khả năng bán được.
5 1
Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi ở mức độ trầm trọng khơng đạt mục đích sử dụng chính của sản phẩm đó. Song sản phẩm vẫn chưa bị coi là hỏng. Sản phẩm đó khơng thể bán được, nhưng sau khi tái chế thích hợp vẫn có thể sử dụng được.
6 0 Sản phẩm có khuyết tật và sai lỗi ở mức độ rất trầm trọng,
54
Chất lượng sản phẩm được tính là điểm trung bình của từng chỉ tiêu nhân với hệ số trọng lượng của nó. Điểm tổng hợp chất lượng của sản phẩm có giá trị từ 0 20 theo 6 mức chất lượng TCVN 3215-79 dùng hệ điểm 20 xây dựng trên một thang điểm thống nhất 6 mức, 5 điểm (05). Điểm 0 ứng với sản phẩm hỏng, điểm 15 ứng với mức khuyết tật giảm dần, điểm 5 coi như sản phẩm có chất lượng tốt nhất (bảng 3.2).
Bảng 3.3. Cơ sở phân cấp chất lượng sản phẩm thực phẩm dựa trên điểm chung có trọng lượng
Cấp chất lượng Điểm cảm quan
Yêu cầu về điểm trung bình chưa có trọng lượng đối với
các chỉ tiêu
Loại tốt 18,6 20 Các chỉ tiêu quan trọng nhất
lớn hơn hoặc bằng 4,8
Loại khá 15,2 18,5 Các chỉ tiêu quan trọng nhất
lớn hơn hoặc bằng 3,8
Loại trung bình 11,2 15,1 Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc
bằng 2,8 Loại kém (không đạt mức chất lượng
qui định trong tiêu chuẩn nhưng còn khả năng bán được)
7,2 11,1 Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc
bằng 1,8 Loại rất kém (khơng có khả năng bán
được nhưng sau khi tái chế thích hợp cịn sử dụng được)
4 7,1 Mỗi chỉ tiêu lớn hơn hoặc
bằng 1,0
Loại hỏng (khơng cịn sử dụng được) 0, 0 3,9 -
Để đảm bảo tính chính xác của phép thử chúng tơi đã chọn hội đồng gồm 7 thành viên có khả năng đánh giá chất lượng cảm quan theo quy định ở bảng 3.3 là các chuyên viên của Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long. Các mẫu trước khi đánh giá được mã hoá theo bảng số ngẫu nhiên (phụ lục 7), mỗi mẫu có một mã số riêng.
* Chỉ tiêu phân tích cảm quan gồm:
Xác định màu sắc, trạng thái.
Xoay nhẹ mẫu để quan sát, màu sắc, bọt, hạt lơ lững, cặn, kết tinh, hoặc các vật thể lạ nhỏ.
Quan sát kích thước bọt khí, kích thước hạt kết tinh, cặn lơ lửng, chiều dày lớp kết tinh
55 Ghi nhận và cho điểm.
Xác định mùi vị:
Rót mật ong vào chén để thử mùi; đưa nhẹ chén từ xa đến gần mũi. Ngửi, ghi nhận và cho điểm về mùi.
Lấy thìa múc 1 ít đưa lên lưỡi để sơ bộ nhận xét về vị. Chẹp miệng và nuốt 1 ít ghi nhập cho điểm.
Điểm quy định sản phẩm mật ong theo tiêu chuẩn Việt Nam trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Bảng điểm qui định sản phẩm mật ong theo tiêu chuẩn Việt Nam Chỉ Chỉ
tiêu
Điểm chưa có
trọng lượng Yêu cầu
Màu sắc
5 Có màu vàng chanh đặc trưng của sản phẩm mật ong hoa vải
4 Có màu vàng chanh kém đặc trưng của sản phẩm.
3 Có màu vàng nhạt
2 Sản phẩm hơi sẫm màu
1 Sản phẩm sẫm màu nhìn ít hấp dẫn
0 Sản phẩm có màu pha đen, màu của sản phẩm bị hỏng.
Mùi
5 Có mùi thơm đặc trưng của hoa vải.
4 Có mùi thơm kém đặc trưng của hoa vải
3 Có mùi thơm nhẹ.
2 Có mùi thoảng thơm của mật ong hoa vải
1 khơng có mùi thơm.
0 Có mùi lạ, mùi lên men
Vị
5 Có vị ngọt nhẹ hài hịa đặc trưng, tinh khiết của mật ong hoa vải
4 Có vị ngọt nhẹ hài hịa đặc trưng kém tinh khiết
3 Có vị ngọt nhẹ kém đặc trưng, khơng hồn tồn tinh khiết
2 Có vị nhạt, ít hài hịa
1 K hơng có vị của mật ong
0 Có vị lạ .
Trạng thái
5 Lỏng-sánh, trong suốt đặc trưng của mật ong hoa vải, khơng
có kết tinh, khơng có bọt lơ lững
4 Lỏng-sánh, kém trong suốt đặc trưng của mật ong hoa vải,
khơng có kết tinh tuy nhiên có một vài bọt nhỏ lơ lững
3 Lỏng- kém sánh, kém trong, có một vài kết tinh nhỏ, có 1 ít
bọt nhỏ lơ lững
2 Lỏng, hơi sánh, kém trong, có 1 ít kết tinh, có bọt, vẫn đục
lơ lững
1 Lỏng-quánh, hơi đục, có nhiều kết tinh, có bọt to, vẫn đục
lơ lững
56
b. Phương pháp xác định thời gian kết tinh trở lại
Hình 3.8 xác định thời điểm bắt đầu kết tinh trở lại của mật ong trong quá trình tồn trữ thơng qua việc quan sát mầm tinh thể được hình thành nhờ kính hiển vi (Optika của Ý) với độ phóng đại 100X.
Cho một lượng nhỏ mẫu mật ong trên lam cố định của giá đỡ mẫu. Thời gian kết tinh trở lại là khoảng thời gian bắt đầu xuất hiện các mầm tinh thể kết tinh trong mật ong (Hình 3.8).
Hình 3.8. Mầm tinh thể kết tinh
c. Phương pháp xác định thời gian cô đặc
Thời gian cô đặc là khoảng thời gian thực hiện một mẻ cơ đặc được tính từ thời điểm khi bắt đầu cô đặc cho đến khi dung dịch cô đặc đạt độ ẩm 18% bằng cách sử dụng đồng hồ điện tử đo thời gian thông dụng.
d. Phương pháp xác định chi phí điện năng riêng
Để xác định chi phí điện năng riêng trong mỗi lần thí nghiệm, chúng tôi dùng thiết bị đo điện năng tiêu thụ mã hiệu EMIC- 3PHASE do Việt Nam sản xuất (hình 3.9). Đây là loại thiết bị đo hiện số, có độ chính xác 0,1kWh, được sử dụng phổ biến để xác định mức tiêu thụ điện năng trong q trình thí nghiệm.
57
Hình 3.9. Đồng hồ điện năng
Chi phí điện năng riêng Nr được xác định bằng tỷ số giữa điện năng tiêu thụ với lượng nước cần bốc hơi của mẻ cơ đặc và được tính theo cơng thức:
ct r N N W , kWh/kgH2O (3.22) Trong đó:
Nct- điện năng tiêu thụ trên công tơ cho 01 mẻ cô đặc, kWh; W- lượng nước cần bốc hơi trong 01 mẻ cô đặc, kgH2O.
e. Xác định thành phần hoá học của mật ong
Thành phần hố học của mật ong trước và sau khi cơ đặc được xác định tại Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học – Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ thực phẩm, Đại học Bách khoa Hà Nội.
Các chỉ tiêu phân tích bao gồm: Hàm lượng nước, đường glucoza fructoza, Sucrose được xác định theo phương pháp phân tích AOAC 977.20, hàm lượng HMF được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5270:2008 trên máy đo sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), mã hiệu BF-6D-19 (hình 3.10). Hoạt lực diastase được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5268:2008, hàm lượng chất rắn không tan trong
58
nước được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5264:1990, vi sinh vật tổng số được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 5375-1991.
Hình 3.10. Máy đo sắc ký lỏng HPLC mã số BF-6D-19 3.5.5. Phương pháp xử lý số liệu nghiên cứu
Số liệu thí nghiệm được xử lý trên phần mềm Excel và Irristat 4.0. Đây là phần mềm có chức năng phân tích thí nghiệm, quản lý, phân tích thống kê cơ bản, phân tích phương sai hồi qui và các số liệu trong các kết quả thực nghiệm. Mơ phỏng và giải bài tốn tối ưu bằng phần mềm Matlab.
59
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN Q TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT ẨM
TRONG BỘ PHẬN CƠ ĐẶC
Q trình trao đổi nhiệt trong bộ phận cơ đặc là q trình trao đổi nhiệt đối lưu có sự biến đổi pha, trong đó q trình biến đổi lỏng thành hơi gọi là quá trình trao đổi nhiệt khi sơi và q trình biến đổi hơi thành lỏng gọi là quá trình trao đổi nhiệt khi ngưng. Đây là quá trình trao đổi nhiệt phức tạp giữa môi trường mang nhiệt, môi trường thu nhiệt và vách ngăn giữa chúng. Tuy nhiên có thể mơ phỏng quy luật biến đổi các thơng số trong q trình cơ đặc bằng các hàm toán học dựa trên các định lý về trao đổi nhiệt hai môi trường mang nhiệt và thu nhiệt. Thông qua các hàm toán học biểu diễn các mối quan hệ của các thơng số vật lý trong q trình cơ đặc, ta có thể xác định một số thơng số về cấu tạo và chế độ làm việc nhằm định hướng cho việc thiết kế thiết bị cô đặc.
4.1.1. Mơ hình kết cấu bộ phận cơ đặc
Theo sơ đồ nguyên lý cấu tạo của thiết bị cô đặc đã được thiết kế, để đơn giản trong tính tốn thiết kế, bộ phận cô đặc được chia thành 3 buồng chính: buồng nạp liệu, buồng cấp nhiệt và buồng hỗn hợp lỏng-hơi (hình 4.1).
Buồng nạp liệu có chiều cao hnL, có nhiệm vụ cấp, tháo liệu và cũng là nơi trung chuyển tuần hoàn dung dịch mật. Buồng nạp liệu được chia thành 2 phần: phần đáy có dạng hình nón cụt, đáy nhỏ dnc, đáy lớn Ddn, phía ngồi có lắp 9 đầu phát sóng siêu âm để phá kết tinh dung dịch mật. Phần trên có dạng hình trụ có cùng đường kính với đáy lớn nón cụt Ddn.
Buồng cấp nhiệt dạng ống hình trụ có chiều cao hdn, có đường kính Ddn. Bên trong buồng có 6 ống đun sơi dung dịch mật có đường kính ds và một ống tuần hoàn dung dịch mật ở tâm có đường kính dth. Buồng đun sôi được ngăn cách bởi hai mặt bích. Bao quanh các ống này là nước nóng được gia nhiệt bằng điện trở.
Buồng hỗn hợp lỏng-hơi có dạng hình trụ, chiều cao HLh, đường kính DLh (nhỏ hơn đường kính buồng gia nhiệt) là nơi phát triển kích thước hạt bọt nhờ nhận thêm hơi nước trong dung dịch mật. Phần trên buồng sơi có lắp vành dẫn chất lỏng có chiều cao hvd, đó là tổ hợp của các ống hình trụ đồng tâm có đường
60
kính dvd nhỏ dần nhằm tạo ra các khe hẹp hình vành khăn, phá vỡ hạt bọt để giải phóng hơi nước và khí trong các hạt bọt đồng thời cũng tạo ra nhiều lớp màng mỏng để tăng diện tích bề mặt bốc hơi và tăng tốc độ chuyển động của dung dịch mật trong các khe hẹp theo hướng từ dưới lên trên nhằm tăng động lực của q trình thốt hơi nước trong dung dịch mật. Bên trong buồng chứa bọt có ống tuần hồn dung dịch mật kéo dài từ buồng gia nhiệt đến hết chiều cao vành dẫn chất lỏng. Theo chiều cao, buồng hỗn hợp lỏng-hơi được chia thành 3 buồng: hpt là chiều cao buồng phát triển kích thước hạt bọt, hvd là chiều cao buồng phá vỡ bọt là nơi có lắp vành dẫn chất lỏng và hht là chiều cao buồng phân ly hơi thứ ở trên vành dẫn chất lỏng là nơi tiếp nhận hơi thứ và phân ly dung dịch mật.
61
Dịng dung dịch mật trong ống đun sơi chuyển động từ dưới lên trên nhờ áp lực hút của bơm chân khơng. Khi đó nhiệt độ dung dịch mật ở vùng tâm ống nhiệt độ giảm xuống còn lớp dung dịch mật tiếp xúc với vách ống được nung nóng tăng lên rất nhanh tạo nên sự quá nhiệt. Kết quả là tạo ra lớp bọt hơi có độ dày nhất định bám xung quanh thành ống. Kích thước hạt bọt tăng dần do nhận thêm hơi nước. Entanpi trung bình của lớp bọt tăng lên dọc theo vách ngăn theo hướng dòng chảy từ dưới lên do nhận thêm nhiệt. Khi kích thước hạt bọt đủ lớn sẽ tách ly khỏi bề mặt trong của ống đun sôi và đi lên trên ống đun sôi vào buồng phát triển kích thước hạt bọt, tiếp tục đi vào khe hẹp của vành dẫn chất lỏng. Tại đây, các bọt hơi bị vỡ do kích thước hạt bọt lớn hơn nhiều kích thước của khe hẹp, do đó hỗn hợp lỏng-hơi theo khe hẹp của vành dẫn chất lỏng đi vào buồng phân ly hơi thứ (hình 4.1).
Đồng thời do sức hút của chân không, dung dịch mật bám theo vành trong của các khe hẹp vành khăn đi vào buồng phân ly. Lượng dung dịch mật này có khối lượng riêng lớn hơn nhiều so với hỗn hợp lỏng - hơi nên dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sẽ được thu vào ống tuần hoàn, dung dịch mật chuyển động xuống dưới về buồng cấp liệu và lại được đẩy vào ống đun sơi thành vịng tuần hoàn. Hơi thứ tiếp tục đi vào bộ phận phân ly hơi thứ, để thu hồi phần dung dịch mật nhỏ kéo theo hơi thứ, sau đó qua dàn lạnh được ngưng tụ thành dạng lỏng và được định kỳ tháo ra, cịn khơng khí và các khí khơng ngưng được thải ra mơi trường.
4.1.2. Cơ sở lý thuyết xây dựng mơ hình tốn q trình trao đổi nhiệt trong bộ phận cô đặc bộ phận cô đặc
Để xây dựng mơ hình tốn q trình trao đổi nhiệt ẩm trong bộ phận cô đặc, Luận án này kế thừa một số kết quả nghiên cứu về lý thuyết của các tác giả