- Theo A.I Liapis [59], các TSNVL của VLA chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, do hàm lượng ẩm trong VLA chiếm tỉ lệ lớn nên các TSNVL của ẩm ảnh hưởng lớn
1.4. NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ LẠNH ĐÔNG TH ỰC
PHẨM
Vấn đề xác định TLNĐB trong VLA khi lạnh đông làm cơ sở cho việc tính toán HTL và xác định nhiệt độ và thời gian lạnh đông thích hợp, cho phép vận hành và dừng HTL đúng lúc, tiết kiện được năng lượng, đây là một trong những vấn đề
khá phức tạp. Bởi vì nước trong VLA ở dạng dung dịch liên kết với các thành phần
khác nhau của tế bào. Cơ sở lý thuyết của lĩnh vực này hình thành vào đầu thế kỷ
19, tại các hội nghị khoa học về lạnh đông thực phẩm (1913) đã đưa ra vấn đề này thảo luận, [2, 3, 55] và Planck. R đã đưa ra MHT (2.14) xác định TLNĐB theo nhiệt độ và thời gian lạnh đông, xem bảng 1.7.
Bảng 1.7. Một số MHT xác định TLNĐB của VLA dạng tấm phẳng
Trong đó: R = d/2 (m): nửa bề dày VLA; T (0C): nhiệt độ lạnh đông của VLA; Z= x/ R;
x(m): bề dày lớp đóng băng; A, B là các hệ số phụ thuộc vào tính chất nhiệt vật lý của VLA; Bi: chuẩn số Bio. chuẩn số Bio.
MHT (1.14) được Lame, Clapeiron [2, 3] kiểm chứng bằng TN và tại hội
nghị khoa học về lạnh đông thực phẩm ở Pháp (1924) đã đề nghị sử dụng mô hình này để xác định TLNĐB, tuy nhiên (1.14) chỉ dừng lại áp dụng cho trường hợp
thịt được filê dạng phẳng của Lame, Clapeiron, Shijov G.B. đã đưa ra MHT (1.15)
xác định tốc độ đóng băng của ẩm trong VLA [2, 3, 56], nhưng (1.15) chỉ áp dụng
cho VLA dạng tấm phẳng truyền nhiệt ổn định, chưa khái quát hết các loại VLA có hình dạng khác nhau, dựa trên (1.14) và (1.15) Planck. R, Veinik [2, 3]đã xây dựng
MHT xác định TLNĐB trung bình (1.16), tuy nhiên sai số giữa số liệu TN với
MHT (1.16) khá lớn (trên 26,84%) [2], nguyên nhân là do quá trình lạnh đông VLA là quá trình truyền nhiệt không ổn định. Một kết quả nghiên cứu khác của Planck, Shijov G.B. [1, 2], khi lạnh đông các VLA (cà rốt, khoa tây, thịt heo, thịt bò, cá hồi,
cá thu ...) dạng tấm phẳng để xây dựng MHT (1.17) xác định TLNĐB trung bình theo thời gian lạnh đông, (1.17) đã được Shijov G.B kiểm chứng bằng TN. Kết quả
cho thấy, sai số (1.17) so với TN là 9,78% [2, 3]. Vì vậy, (1.17) được chấp nhận sử
dụng tính toán TLNĐB, tuy nhiên (1.17) cũng bị hạn chế khi áp dụng cho VLA
dạng phẳng hữu hạn, dạng trụ và truyền nhiệt không ổn định. Bởi vì, TN kiểm
chứng cho thấy sai số của (1.17) quá lớn, lớn hơn 48,98% [82]. Theo nghiên cứu
của Raoult nghiên cứu trên filê cá mập, thịt bò dạng tấm phẳng “vô hạn” [3, 82] đã
đưa ra MHT (1.18) gần đúng xác định TLNĐB trung bình, nhưng cũng bị hạn chế
khi áp dụng vào thực tế (truyền nhiệt không ổn định).
Theo Charm, S. E., Slavin, J. [94], Shijov G.B. [2, 3, 82]đã nghiên cứu trên cà rốt dạng tấm phẳng “vô hạn”đưa ra MHT (1.19) xác định TLNĐB, nhưng cũng
chỉ áp dụng cho trường hợp truyền nhiệt ổn định, Theo Golovkin N.A đã TN trên một số VLA dạng tấm phẳng “vô hạn” đưa ra MHT (1.20), (1.21) [2, 3]. Với A, B là các hệ số phụ thuộc vào tính chất nhiệt vật lý của VLA và xác định bằng TN, đối
với thịt bò TN đã xác định được: A = 110,5; B = 0,31. Việc TN để xác định các hệ
số A, B trong (1.20), (1.21) khá phức tạp, ứng với mỗi VLA khác nhau sẽ có các giá
trị A, B khác nhau. Qua TN trên VLA filê cá hồi dạng tấm phẳng của Bruger.M.V, Moller [82, 94, 96] đã kiểm chứng (1.20), (1.21) cho thấy sai số của các MHT này quá lớn, trên 32,24%, do đó không thể sử dụng để xác định TLNĐB.
Từ những kết quả nghiên cứu trên (ở bảng 1.7), cho thấy rằng, các MHT mà các tác giả đưa ra, chỉ áp dụng cho các trường hợp truyền nhiệt ổn định dạng tấm phẳng “vô hạn”, nhưng thực tế truyền nhiệt lạnh đông VLA thực phẩm là không ổn định, VLA có kích thước hữu hạn, cho nên sai số của MHT khá lớn, không phù hợp. Với những hạn chế đó, A.V. Luikov [12, 56] đã đưa ra các MHT “kinh điển”
Bảng 1.8. Một số MHT xác định TLNĐB của VLA
Bảng 1.8 với MHT (1.22)
đã được Luikov A.V, Bruger. M.V kiểm chứng bằng TN khi lạnh đông khoai tây dạng lát
phẳng (H >> d) kết quả cho
thấy, sai số của MHT là 4,98%, rõ ràng là phù hợp và mang tính khái quát hơn. Một nghiên cứu
khác của Millman M. J, Liapis I. A. [47], dựa trên (1.22) [56, 62]
đã xác định TLNĐB khi lạnh đông thịt cừu dạng tấm phẳng
“vô hạn”, sai số 6,73%, với tấm phẳng hữu hạn, sai số lớn hơn 16,14% (hình 1.7) không phù hợp. Để khắc phục nhược điểm đó Heins R.G, Jushkov P.P và cộng sự
[1, 2, 3] đã sử dụng MHT (1.23) của A.V. Luikov [3, 56] tính toán TLNĐB cho VLA dạng tấm phẳng hữu hạn, Heins R.G, Jushkov P.P và cộng sự [1, 2] đã TN trên thịt cừu dạng tấm phẳng hữu hạn, thì sai số của (1.23) so với TN là 5,27%. Một
Hình 1.7. Quan hệ w-T, tính toán từ MHT (1.22) và thực nghiệm (TN)
TN (1): trên thịt cừu tấm phẳng “vô hạn” TN (2): trên thịt cừu tấm phẳng “hữu hạn”
nghiên cứu khác của D. R. Hledman [82] đã kiểm chứng (1.23) bằng TN trên filê cá thu dạng tấm phẳng hữu hạn. Kết quả cho thấy, sai số của (1.23) so với TN nhỏ hơn 8,71%. Tại hội nghị khoa học về lạnh đông thực phẩm ở Bỉ (1972), (1.23) được đề nghị sử dụng tính toán quá cho quá trình lạnh đông. Tuy nhiên theo Gorbatov A.V [2, 3] khi (1.23) áp dụng cho VLA dạng hình trụ hay cầu thì sai số quá lớn,
kiểm chứng bằng TN trên xúc xích bò cho thấy sai số (1.23) lớn hơn 38,27%.
Để tính toán cho VLA dạng hình trụ hay hình cầu. Theo nghiên cứu của A.V. Luikov [56], Mayer V.N, Greenfield, Moller [46, 90] đã đưa ra MHT (1.24) xác
định TLNĐB của quá trình truyền nhiệt lạnh đông không ổn định cho VLA hình trụ
“vô hạn”, và được Moller, Flink [63], D. R. Hledman và cộng sự
[82] giải và kiểm chứng bằng
TN. Kết quả xem hình 1.8, sai số của (1.24) so với TN đối với
VLA hình trụ “vô hạn” là 5,39%, còn với hình trụ hữu hạn
là 26,76%. Moller, Flink, D.R. Hledman [82] cho rằng (1.24) không phù hợp khi sử dụng cho VLA dạng hình trụ “hữu hạn” [63, 82]. Tại hội nghị khoa học
ở Nhật Bản (1974), (1.24) được đề nghị sử dụng xác định TLNĐB cho VLA dạng
hình trụ “vô hạn”. Theo kết quả nghiên cứu của D.R. Hledman [82], W. J. Mascarenhas, H.U.Akay[62] bằng TN trên các loại VLA cà rốt, củ cải, xúc xích bò, cho rằng nếu chiều cao và bán kính của hình trụ: H/R = (20,5 ¸ 25) thì VLA đó xem
gần đúng với trụ “vô hạn”, vì lúc đó trao đổi nhiệt bề mặt xung quanh hình trụ với
môi trường lớn hơn 95%, còn trao đổi nhiệt 2 mặt đáy của hình trụ với môi trường
xung quanh nhỏ hơn 5%, xem như không đáng kể.
Theo A.V. Luikov[56], J.P. Goerge [79], Daryl B. Lund, et al [82]đã đưa ra
MHT (1.25) xác định TLNĐB cho VLA dạng hình trụ hữu hạn, kiểm chứng bằng
TN trên xúc xích bò. Cho thấy sai số của (1.25) so với TN là 8,26%, tại hội nghị
khoa học ở Mỹ (1975), (1.25) được đề nghị sử dụng xác định TLNĐB cho VLA dạng hình trụ hữu hạn.
Hình 1.8. Quan hệ w - T tính toán từ (1.24) và thực
nghiệm (TN), với T¥ = -450C
TN - 1: trên xúc xích bò dạng trụ “vô hạn”;
Cũng một nghiên cứu khác của A.V. Luikov [56], D. R. Hledman, Daryl B. Lund và cộng sự [82] đã đưa ra MHT (1.26) xác định TLNĐB cho VLA dạng hình cầu, bằng TN trên 2 VLA: táo và lê, kết quả cho thấy sai số của (1.26) đối với táo là 4,38%, còn đối với lê là 5,09%, tác giả cho rằng (1.26) phù hợp cho việc áp dụng
xác định TLNĐB cho các loại VLA dạng hình cầu. Theo J. Carpenter, et al [83]đã sử dụng MHT (1.26) tính toán cho viên cá, kết quả cũng cho thấy sai số của (1.26) so với TN là 4,76%. Vì vậy, tại hội nghị khoa học ở Hungary (1976), (1.26) đã đề
nghị sử dụng xác định TLNĐB cho VLA hình cầu.
Nếu sử dụng MHT (1.23) tính toán TLNĐB cho tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ, thay các TSNVL của chúng (PL1) vào (1.23), tính toán và mô phỏng
kết quả nhận được ở hình 1.9. Rõ ràng, TLNĐB của chúng bị
sai lệch nhau là do chúng khác nhau về TSNVL, khi nhiệt độ
trung bình của VLA: T = -100C,
nước trong VLA kết tinh hoàn toàn (w = 1), còn ở nhiệt độ T= 00C thì nước trong
VLA kết tinh: tôm sú: w = 9,87%; tôm bạc: w = 39,6%, tôm thẻ: w = 58,8%. Kết
quả không phù hợp, vì T ≤ Tkt (Tkt < 00C) thì nước mới kết
tinh, còn ở 00C nước chưa kết
tinh. Thực tế, các nhà máy lạnh đông tôm với nhiệt độ trung
bình của VLA phải đạt (-25 ¸ - 18)0C. Như vậy, trường hợp này không thể sử dụng (1.23).
Nếu sử dụng MHT (1.23) dạng tấm phẳng, (1.24) dạng
hình trụ “vô hạn” và (1.25) dạng hình trụ hữu hạn tính toán TLNĐB cho VLA tôm sú. Thay các TSNVL của chúng (xem PL 1) vào các MHT, rồi tính toán và mô phỏng trên đồ thị (hình 1.10). Kết quả cho thấy, sai số của các MHT so với TN khá lớn, kết quả tính toán với (1.23) là 36,14%, với (1.24) là 29,41%, còn đối với (1.25)
Hình 1.9. Mô hình dạng phẳng áp dụng cho VLA:
tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ, với T¥ = -450C
Hình 1.10. Mô hình (1.23), (1.24) và (1.25) áp dụng
là 15,61%. Có thể thấy, không có MHT nào phù hợp để có thể sử dụng tính toán cho quá trình TNLĐ tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ. Bởi vì, chúng không phải là dạng
tấm phẳng, cũng không phải là dạng trụ vô hạn hay hữu hạn mà chỉ gần đúng với
dạng nón cụt không cân. Đây là nguyên nhân dẫn đến sai số của MHT.
Nhận xét: từ những kết quả nghiên cứu trên cho thấy:
- Mô hình hóa QTLĐ để xác định TLNĐBđã được nhiều người quan tâm
trong thời gian qua. Bởi vì, đây là thông số cần thiết cho tính toán và vận hành HTL. Nhiều tác giả dựa trên MHT A.V. Luikov[56] (ở bảng 1.8) nghiên cứu đưa ra
MHT xác định TLNĐB áp dụng cho từng trường hợp cụ thể.
- Như đã phân tích, TLNĐB của VLA phụ thuộc vào thành phần hóa học,
cấu trúc, sự liên kết ẩm, tính chất nhiệt vật lý của vật liệu. Vì vậy, ở những vùng thổ nhưỡng, môi trường nuôi trồng khác nhau thì các yếu tố này của VLA sẽ thay đổi
khác nhau, dẫn đến TLNĐB sẽ khác nhau [1, 2].
- Thông qua việc xác định TLNĐB sẽ xác định được nhiệt độ và thời gian
lạnh đông thích hợp của VLA tại nhiệt độ MTLĐ xác định (ẩm trong VLA đóng băng hoàn toàn) và xác lập các thông số vận hành HTL, tiết kiệm năng lượng, giảm
thời gian làm việc, tăng tuổi thọ cho máy nén lạnh.
- Ở nước ta từ trước đến nay, vấn đề này ít được quan tâm, đối với các loại
thủy sản tôm sú, tôm bạc và tôm thẻ hiện nay vẫn chưa có số liệu TN hay phương
pháp nào xác định nhiệt độ và thời gian lạnh đông thích hợp cho SP đông lạnh.