b) Mẫu 2
Kết quả đo của Mẫu 2 được biểu diễn trên Hình 3.23, 3.24.
Hình 3.23. Tương quan biên độ trở kháng theo tần số tại ba thời điểm đo của mẫu 2
c) Mẫu 3
Kết quả đo của Mẫu 3 được biểu diễn trên Hình 3.25, 3.26.
Hình 3.25. Tương quan biên độ trở kháng theo tần số tại ba thời điểm đo của mẫu 3
Hình 3.26. Tương quan biên độ pha theo tần số tại ba thời điểm đo của mẫu 3 d) Mẫu 4
Hình 3.27. Tương quan biên độ trở kháng theo tần số tại ba thời điểm đo của mẫu 4
Hình 3.28. Tương quan biên độ pha theo tần số tại ba thời điểm đo của mẫu 4 e) Mẫu 5
Kết quảđo của Mẫu 5 được biểu diễn trên Hình 3.29, 3.30.
Hình 3.30. Tương quan biên độ pha theo tần số tại ba thời điểm đo của mẫu 5 f) Trạng thái mẫu thịt sau 24 giờ
Quá trình thực nghiệm trên 5 mẫu đo, kết quả cho thấy mẫu thịt rửa bằng KNO3 sau 24 giờ chưa bị phân hủy, khơng có mùi hơi thối, màu sắc mẫu thịt giữ nguyên hoặc đỏhơn so với màu ban đầu.
Tất cả các mẫu đođều được kiểm tra phản ứng với chất chỉ thị màu. Cả ba mẫu thịt: thịt sạch và thịt rửa KNO3 và thịt sau 24 giờ đều được rửa lại một lần nữa trong 50ml nước, mẫu nước này sau đó để phục vụ kiểm nghiệm với chất chỉ thị. Kết quả thu được như trong Hình 3.32.
Hình 3.31. So sánh mẫu thịt chưa qua xử lí KNO3 và đã qua xử lí bằng KNO3 sau 24 giờ. Hình a1) a2) a3) a4) a5) a6) lần lượt là các mẫu thịt sạch chưa
qua xử lí bằng KNO3. Hình b1) b2) b3) b4) b5) b6) lần lượt là các mẫu thịt đã qua xử lí bằng KNO3 sau 24 giờ
Hình 3.32. Các mẫu đo phản ứng với chất chỉ thị màu Diphenylamin
Về nguyên lý: khi nhỏ chất thử vào trong nước rửa thịt, màu xanh đậm xuất hiện, sau đó dung dịch chuyển sang màu vàng nhạt là biểu hiện nước rửa mẫu thịt cịn có hợp chất KNO3. Kết quả thực nghiệm cho thấy hai mẫu: thịt qua ngâm KNO3 và thịt sau 24 giờ ngâm rửa KNO3 đều còn tồn tại gốc – NO3.
3.2.2.4. Kết luận từ thực nghiệm
Các kết quả đo đạc từ thực nghiệm 2 cho thấy:
- Mẫu thịt nguyên trạng có biên độ trở kháng lớn hơn so với mẫu thịt được rửa bằng KNO3;
- Việc đo với các bước nhảy tần số tăng hoặc giảm về cơ bản khơng thấy có sự khác nhau giữa việc đo tăng và đo giảm tần số.
- Vẫn còn tồn tại gốc -NO3 đối với các mẫu thịt ngâm qua KNO3 cho dù được xúc rửa bằng nước sạch và để trong thời gian dài.
3.2.3. Thực nghiệm 3
3.2.3.1. Mơ tả thực nghiệm
Mục đích của thực nghiệm này là kiểm nghiệm phổ pha và phổ trở kháng của mẫu thịt sạch và mẫu thịt đã qua xử lí bằng KNO3, đồng thời cũng
kiểm nghiệm về trạng thái của mẫu thịt sau khi được xử lí bằng KNO3 trong 24 giờ.
Mẫu thịt được chuẩn bị tương tự như trong thực nghiệm 1 và thực nghiệm 2. Sau khi hệ thống đo liên tục trong 24 giờ, mẫu thịt được lấy ra và ngâm bằng KNO3 1.5M trong 1 giờ và tiếp tục lấy dữ liệu trong 24 giờ tiếp theo.
3.2.3.2. Kết quả thực nghiệm a) Mẫu 1
Hình 3.33. Phổ biên độ trở kháng của mẫu thịt sạch và thịt được xử lí bằng KNO3 trong 24 giờ lấy dữ liệu
Tần số (Hz) Tr ở khá ng ( Oh m ) Tần số (Hz) P h a ( R ad ian ) Thịt nguyên trạng Thịt ngâm KNO3 Thịt nguyên trạng Thịt ngâm KNO3
Hình 3.34. Phổ biên độ pha của mẫu thịt sạch và thịt được xử lí bằng KNO3 sau 24 giờ
Phổ trở kháng và phổ pha đo trong 24 giờ của mẫu thịt nguyên trạng và mẫu thịt được xử lý bằng KNO3 mẫu 1 biểu diễn trên hình 3.33 và 3.34.
Từ Hình 3.33 và 3.34, nhận thấy có sự khác biệt giữa mẫu thịt sạch và mẫu thịt sau khi rửa bằng KNO3, trở kháng của mẫu thịt sạch giảm, từ giá trị khoảng 1kOhm trong khi đó, mẫu thịt được xử lí bằng KNO3 lại giảm từ 300 Ohm. Điểm cực tiểu của 2 mẫu đo cũng cho thấy sự khác biệt, với thịt sạch điểm cực tiểu rơi vào khoảng 100 Ohm trong khi đó mẫu thịt cịn lại rơi vào khoảng 50 Ohm. Đồ thị phổ pha có sự sai khác rõ rệt. Đồ thị của mẫu thịt sạch với điểm cực tiểu rơi vào khoảng tần số 30 kHz và điểm cực đại rơi vào giá trị 100 Hz. Trong khi đó, với mẫu thịt xử lý bằng KNO3, phổ pha trong dải tần này có xu hướng tăng dần từ -0.6 radian tới gần -0.05 radian.
b) Mẫu 2
Phổ trở kháng và phổ pha đo trong 24 tiếng của mẫu thịt nguyên trạng và mẫu thịt được xử lý bằng KNO3 mẫu 2 biểu diễn trên hình 3.35 và 3.36.
Hình 3.35. Phổ biên độ trở kháng của mẫu thịt sạch và thịt được xử lí bằng KNO3 sau 24 giờ
Thịt nguyên trạng
Hình 3.36. Phổ biên độ pha của mẫu thịt sạch và thịt được xử lí bằng KNO3 sau 24 giờ
c) Mẫu 3
Hình 3.37. Phổ biên độ trở kháng của mẫu thịt sạch và thịt được xử lí bằng KNO3 sau 24 giờ
Tần số (Hz) Ph a ( R ad ian ) Tr ở khá ng ( Oh m ) Tần số (Hz) Thịt nguyên trạng Thịt ngâm KNO3 Thịt ngâm KNO3 Thịt nguyên trạng
Hình 3.38. Phổ biên độ pha của mẫu thịt sạch và thịt được xử lí bằng KNO3 sau 24 giờ
3.2.3.3. Kết luận từ thực nghiệm
Biên độ trở kháng của các mẫu thịt trước và sau khi rửa KNO3 đều giảm khi tần số tăng. Tại tần số 100Hz, biên độ trở kháng các mẫu thực nghiệm thường có giá trị trong khoảng từ 500 Ohm tới 1200 Ohm và giảm mạnh sau khi rửa qua KNO3, giá trị chỉ còn nằm trong khoảng 200 Ohm đến 300 Ohm. Tại tần số1MHz, biên độ trở kháng của các mẫu thịt có giá trị nằm trong khoảng 50 Ohm đến 150 Ohm, sai lệch không đáng kể đối với các mẫu trước và sau khi rửa KNO3. Đồ thị pha của các mẫu thịt trước khi rửa KNO3 đều có 2 điểm cực trị, điểm cực tiểu nằm trong khoảng tần số 20KHz - 60KHz với giá trị trong khoảng -0.8 rad đến -0.6 rad và điểm cực đại nằm trong khoảng tần số 100Hz – 700Hz với giá trị từ -0.2 rad đến -0.4 rad.
Đồ thị pha theo tần số trước và sau khi rửa KNO3 là hoàn toàn khác nhau cả về giá trị tại các tần số cũng như là hình dạng của đồ thị, đặc biệt ở các khoảng tần số100Hz đến 1KHz và 10KHz đến 100KHz. Từ đó, ta có thể phân biệt được thịt lợn trước và sau khi sử dụng dung dịch KNO3 dựa trên hình dạng của đồ thị. Tần số (Hz) P h a ( R ad ian ) Thịt nguyên trạng Thịt ngâm KNO3
Khi tăng nồng độ KNO3 thì mẫu thịt sau khi rửa có màu càng giống với mẫu trước khi bắt đầu đo, đồng thời loại bỏ được mùi hôi thối. Các giá trị đặc trưng về pha hay biên độ trở kháng không thay đổi đáng kể khi tăng nồng độ KNO3.
Từ các kết quả về biên độ và pha trở kháng có thể thấy hình dạng của đồ thị biên độ trở kháng theo thời gian cũng như đồ thị pha theo thời gian ứng với các mẫu thịt trước khi sử dụng KNO3 là giống nhau, tương tự với các mẫu sau khi rửa KNO3. Tuy nhiên, sai lệch giữa các lần thực nghiệm là không thể tránh khỏi. Cụ thể là ở các lần thực nghiệm, các mẫu có thể khơng đồng nhất về kích thước và thời gian giết mổ lợn không nằm trong việc kiểm soát hay thời điểm bắt đầu đo là khác nhau, cùng với đó là sự thay đổi nhiệt độ mơi trường. Ngồi ra cịn phải kể tới sai số của điện cực và sai số của hệ thống trong quá trình đo cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến kết quả thu được [82]. Quá trình nghiên cứu, nghiên cứu sinh cũng đã thử nghiệm sử dụng hai dạng điện cực: điện cực chế tạo từ kim khâu y tế và điện cực từ kim tiêm y tế; thực nghiệm cho thấy có sự khác biệt giữa các kết quả cho hai loại điện cực. Điều này chứng tỏ rằng việc lựa chọn điện cực, cách bố trí điện cực tối ưu phù hợp với đối tượng nghiên cứu cũng cần được xem xét một cách nghiêm túc nhằm thu được tín hiệu tốt nhất, qua đó phản ánh trung thực giá trị trở kháng cần nghiên cứu.
3.3. Kết luận chương 3
Hệ thống tự động đo trở kháng phức hai kênh đã được đề xuất [cơng trình số 4] nhằm giải quyết bất cập khi số lượng mẫu thịt rất lớn được đo và theo dõi trong thời gian dài (24 giờ trước và sau khi ngâm rửa mẫu với KNO3). Mơ hình tự động đo hai hoặc nhiều kênh đã cho phép đo cùng một lúc nhiều mẫu thịt giúp giảm đáng kể thời gian thực nghiệm, khảo sát. Các kết quả qua ba thực nghiệm [cơng trình số 5]:
- Thực nghiệm 1 đưa ra phổ trở kháng và phổ pha đặc trưng của một mẫu thịt được coi là sạch được đo bằng hệ thống đề xuất.
- Thực nghiệm 2 đưa ra phương pháp mới trong việc kiểm nghiệm chất lượng thịt thông qua việc đo bằng hệ thống. Mẫu thịt lúc ban đầu có biên độ trở kháng lớn hơn so với mẫu thịt được rửa bằng KNO3. Biên độ pha giữa lúc mới mua và lúc rửa KNO3 tại một số mẫu chưa thể hiện sự khác biệt nhưng so với mẫu thịt được bảo quản bằng KNO3 sau 24 giờ có sự khác biệt rõ rệt. Mẫu thịt sau khi bảo quản bằng KNO3 nhận thấy khả năng bị phân hủy giảm, khơng thấy có mùi hơi, thối mẫu thịt trở nên tươi, thậm chí đỏ hơn lúc mới thời điểm ban đầu. Tuy được rửa sạch bằng nước nhưng mẫu thịt sau khi được bảo quản bằng KNO3 vẫn còn tồn dư do mẫu thịt sau khi rửa lại với nước có phản ứng với chất chỉ thị Diphenylamin.
- Thực nghiệm 3 đã chứng minh rõ ràng hơn về việc hệ thống đo có khả năng phân biệt được thịt có chứa chất KNO3 là một chất bảo quản thực phẩm tươi. Biên độ trở kháng của các mẫu thịt trước và sau khi rửa KNO3 đều giảm khi tần số tăng. Đồ thị pha theo tần số trước và sau khi rửa KNO3 là hoàn toàn khác nhau cả về giá trị tại các tần số cũng như là hình dạng của đồ thị. Quá trình thực nghiệm cũng cho thấy sự ảnh hưởng không nhỏ của các yếu tố môi trường, điều kiện đo đặc biệt là ảnh hưởng của điện cực đến kết quả đo [công bố 6].
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Những kết quảđạt được
Việc phân tích phổ trở kháng điện của mô sinh học dựa trên các mơ hình tương đương của Fricke và Cole-Cole đã chứng minh được khả năng đánh giá chất lượng thực phẩm, đặc biệt là đối với thịt trong đó có thịt lợn. Các kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy mơ hình cải tiến là phù hợp với đối tượng đo. Luận án đã giải quyết được các vấn đề đã nêu ra trong mục tiêu nghiên cứu với các đóng góp mới sau:
Một là, đề xuất phương pháp đo phổ trở kháng điện của thịt lợn thăn dựa trên việc cải tiến hai mơ hình tương đương truyền thống (mơ hình Fricke và mơ hình Cole-Cole). Nội dung đóng góp mới này đã cơng bố trong các cơng trình [1], [2], [3] trong danh sách các cơng trình đã cơng bố của luận án.
Hai là, thiết kế, phát triển mạch đo phổ trở kháng điện cho thịt lợn thăn nhằm xác định sự có mặt của KNO3. Nội dung đóng góp đã cơng bố trong các cơng trình [4], [5], [6] trong danh sách các cơng trình đã cơng bố của luận án.
2. Các kiến nghị
Kết quả của luận án có thể coi là những thành cơng nghiên cứu bước đầu tại Việt Nam, do đó, bài tốn đánh giá chất lượng thịt và các vấn đề liên quan cần tiếp tục được đầu tư nghiên cứu một cách quy mơ hơn. Đây là bài tốn phức tạp nhưng có ý nghĩa thực tiễn cao khơng chỉ đối với thị trường Việt Nam. Trên cơ sở những kết quả đạt được và những vấn đề còn tồn tại hạn chế, trong tương lai cần tiếp tục giải quyết những nội dung như:
- Mở rộng đối tượng đo, trong khuân khổ của luận án, chỉ mới đo các mẫu thịt lợn nạc thăn, các vị trí thịt khác trên cơ thể lợn cần tiếp tục được khảo sát, tính tốn.
- Làm nền tảng công nghệ cho các thiết bị cầm tay đánh giá chất lượng thịt, cần có một bộ dữ liệu đủ lớn để ứng dụng các công cụ hiện đại như AI, deep learning,… nhằm thông minh và chính xác hóa q trình phân tích đánh giá chất lượng thịt.
Nhận thấy nhu cầu cấp thiết trong lĩnh vực an toàn thực phẩm, nghiên cứu sinh đã mạnh dạn đề xuất và tìm giải pháp cho một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới mẻ ở Việt Nam. Đây cũng là những khó khăn rất lớn đối với nghiên cứu sinh trong quá trình tìm hiểu lý thuyết lẫn thực nghiệm dữ liệu. Đến nay, các kết quả nghiên cứu đã khẳng định được hướng đi, cách tiếp cận của luận án là hợp lý, có nhiều triển vọng cho các nghiên cứu trong tương lai, mở ra một hướng mới, khả thi cho mục tiêu tiếp theo là thiết kế chế tạo thiết bịđiện tửđánh giá nhanh chất lượng thực phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyen Thi Duong, Lucy Lapar, Fred Unger, Pham Van Hung, Duong Nam Ha, Nguyen Thi Thu Huyen, Tran Van Long, Dang Thi Be, House
hold pork consumption behaviour inVietnam-Implications for Pro- small holder pig value chain upgrading, Conference on International
Research on Food Security, Natural Resource Management and Rural Development, 2015.
[2]. WHO, Nitrate and Nitrite in Drinking-Water. Background Document for Development of WHO Guidelines for Drinking-Water Quality,
WHO, Geneva, Switzerland, 2016.
[3]. Ward M.H., Jones R.R., Brender J.D., De Kok T.M., Weyer P.J., Nolan B.T., Villanueva C.M., Van Breda S.G., Drinking Water Nitrate and
Human Health: An Updated Review, Int. J. Environ. Res. Public
Health, 2018;15:1557.
[4]. Larsson K., Darnerud P.O., Ilbäck N.G., Merino L., Estimated dietary
intake of nitrite and nitrate in Swedish children. Food Addit. Contam. Part A, 2011;28:659–666, doi: 10.1080/19440049.2011.555842.
[5]. Temme E.H.M., Vandevijvere S., Vinkx C., Huybrechts I., Goeyens L., Van Oyen H., Average daily nitrate and nitrite intake in the Belgian population older than 15 years, Food Addit. Contam. Part
A. 2011;28:1193–1204, doi: 10.1080/19440049.2011.584072
[6]. Tamme T., Reinik M., Roasto M., Juhkam K., Tenno T., Kiis A.,
Nitrates and nitrites in vegetables and vegetable-based products and their intakes by the Estonian population, Food Addit. Contam
[7]. Ding Z., Johanningsmeier S.D., Price R., Reynolds R., Truong V.-D., Payton S.C., Breidt F., Evolution of nitrate and nitrite content in pickled fruit and vegetable products, Food Control, 2018;90:304–311.
doi: 10.1016/j.foodcont.2018.03.005.
[8]. M. Alcan, J.-L. Vivancos, R. Masot et al., Design of an electronic system and its application to electronic tongues using variable amplitude pulse voltammetry and impedance spectroscopy, Journal of
Food Engineering, vol. 111, no. 1, pp. 122-128, 2012.
[9]. B. H. Brown, Electrical impedance tomography (EIT): a review, Journal of Medical Engineering & Technology, vol. 27, no. 3, pp. 97-108, 2003. [10]. K. Y. Aristovich, B. C. Packham, H. Koo, G. S. D. Santos, A. McEvoy, and
D. S. Holder, Imaging fast electrical activity in the brain with electrical
impedance tomography, NeuroImage, vol. 124, pp. 204-213, 2016.
[11]. J. Karsten, T. Stueber, N. Voigt, E. Teschner, and H. Heinze, Influence
of different electrode belt positions on electrical impedance tomography imaging of regional ventilation: a prospective observational study, Critical Care, vol. 20, no. 1, article no. 3, 2016.
[12]. R. F. Mun ÃÉoz-Huerta, A. D. J. Ortiz-Melendez, R. G. Guevara- Gonzalez et al., An analysis of electrical impedance measure- ments