1.7.1. Phân tích lựa chọn thông số tối ưu
1.7.1.1. Nhiệt độ
Trong các điều kiện khác không đổi như độ ẩm không khí tốc độ gió… nâng cao nhiệt độ của không khí sẽ tăng nhanh tốc độ làm khô. Lượng nước trong nguyên liệu giảm xuống ở nhiệt độ càng cao càng nhiều như vậy ở nhiệt độ sấy cao tốc độ khô sẽ nhanh hơn. Vì thế, độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt t1và nguyên liệu t2là động lực làm bay hơi nước trong quá trình sấy:
dW/dτ = K(t1– t2) (1.27) Trong đó:
dW: là lượng nước bay hơi (kg) dτ : là thời gian sấy (h)
K : hệ số bay hơi
t1,t2: là nhiệt độ sấy và nhiệt độ của nguyên liệu
Nhưng tăng nhiệt độ cũng chỉ trong giới hạn cho phép. Vì nhiệt độ làm khô cao sẽ làm ảnh hưởng lớn tới chất lượng của sản phẩm, dễ làm cho sản phẩm bị nứt nẻ, tạo màng cứng ở bề mặt cản trở sự di chuyển của nước từ trong ra ngoài.
Nhưng nếu nhiệt độ quá thấp quá, dưới giới hạn cho phép sẽ làm kéo dài thời gian sấy gây ra sự biến đổi trong vật liệu sấy, quá trình thối rửa sẽ xảy ra. Nhiệt độ làm khô thích hợp được xác định phụ thuộc nhiều yếu tố khác nhau trong đó loại nguyên liệu tác động rất lớn tới việc lựa chọn chế độ sấy thích hợp.
1.7.1.2 Vận tốc chuyển động của không khí trong buồng
Tốc độ chuyển động của không khí có ảnh hưởng lớn đến quá trình làm khô, tốc độ gió quá lớn hay quá nhỏ đều không có lợi cho quá trình làm khô.
Vì tốc độ chuyển động của không khí quá lớn khó giữ được nhiệt lượng trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy. Nếu tốc độ gió quá nhỏ sẽ làm cho quá trình làm khô chậm lại, dẫn đến sự hư hỏng sản phẩm do quá trình biến đổi của vi sinh vật, cũng như các enzyme nội tại. Vì vậy cần có một tốc độ gió thích hợp nhất là giai đoạn đầu của quá trình làm khô.
Hướng gió cũng ảnh hưởng tới quá trình làm khô, khi hướng gió thổi song song với bề mặt nguyên liệu thì tốc độ khô nhanh nhất. Nếu hướng gió thổi tới nguyên liệu với góc 450 thì quá trình làm khô tương đối chậm, còn thẳng góc thì hiệu quả mang lại rất kém.
1.7.1.3. Độ ẩm của không khí
Độ ẩm của không khí qua buồng ảnh hưởng quyết định đến quá trình làm khô. Độ ẩm của không khí càng lớn thì quá trình làm khô sẽ chậm lại do tốc độ khuếch tán ngoại bị chậm lại, gây ra sự biến đổi chất lượng nguyên liệu sấy dưới sự tác động của vi sinh vật. Nếu độ ẩm không khí quá lớn > 80% thì quá trình làm khô sẽ dừng lại và xảy ra hiện tượng trái ngược tức nguyên liệu sẽ hút ẩm. khi độ ẩm quá thấp (30- 40% thí nghiệm đối với cá tuyết) thì có hiện tượng tạo màng cứng bề mặt trên nguyên liệu kéo dài thới gian làm khô vì vậy ảnh hưởng tới chất lượng cảm quan.
Làm khô tự nhiên khó đạt được độ ẩm tương đối của không khí (50% - 60%), để làm cho không khí có độ ẩm tương đối thích hợp cần tiến hành tách ẩm bằng cách hạ nhiệt độ của không khí xuống dưới nhiệt độ đọng sương hơi nước sẽ ngưng tụ, đồng thời hàm ẩm tuyệt đối của không khí cũng hạ xuống thấp. Như vậy để làm khô không khí người ta áp dụng phương pháp làm lạnh.
1.7.1.4. Khoảng cách từ nguồn bức xạ tới nguyên liệu
Cùng nhiệt độ sấy và các điều kiện sấy khác thì khi khoảng cách từ nguồn bức xạ tới vật liệu sấy tăng lên thì sự biến đổi sự biến đổi hàm ẩm chậm hơn, tốc độ sấy cũng nhỏ hơn vì vậy thời gian sấy kéo dài làm ảnh hưởng chất lượng sản phẩm sấy sự hoạt động của vi sinh vật và enzyme nội tại. Do khi khoảng cách xa thì khả năng xuyên thấu kém sự hấp thụ năng lượng bức xạ kém nên vật liệu sấy chậm tăng nhiệt độ làm cho quá trình thoát ẩm diễn ra chậm chạp.
Khi ở khoảng cách gần thì hấp thụ năng lượng bức xạ tốt hơn, triệt để làm tăng nhiệt độ của vật liệu sấy nhanh hơn làm cho quá trình bốc hơi ẩm mãnh liệt làm tốc độ sấy nhanh giảm thời gian sấy. Tuy nhiên, nếu khoảng cách quá gần thì trường
nhiệt độ không đều làm giảm khả năng hấp thụ của vật, cũng như làm chai bề mặt cục bộ ảnh hưởng tới chất lượng cảm quan của sản phẩm.
1.7.2 Hàm mục tiêu và xác định miền tối ưu của các thông số1.7.2.1 Hàm mục tiêu cho đối tượng nghiên cứu 1.7.2.1 Hàm mục tiêu cho đối tượng nghiên cứu
Tối ưu hóa chế độ sấy có các mục tiêu là: tìm ra chế độ sấy tối ưu mà ở đó ta đạt được các hiệu quả như thời gian sấy ngắn, khối lượng ẩm tách ra trên đơn vị thời gian lớn nhất, chất lượng sản phẩm cao. Mà chế độ sấy phụ thuộc vào sự thay đổi của các yếu tố như nhiệt độ, vận tốc không khí trong buồng sấy, khoảng cách từ nguồn bức xạ tới nguyên liệu sấy, độ ẩm của không khí, áp suất khí quyển, kích thước nguyên liệu…Nhưng trong phạm vi nghiên cứu ta chỉ nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ, vận tốc không khí, khoảng cách từ nguồn bức xạ tới nguyên liệu trên cùng một điều kiện đó là cùng kích thước nguyên liệu, độ ẩm không khí tối ưu (50% - 60%) và được tiến hành trên máy sấy hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh. Ba yếu tố được tiến hành nghiên cứu là các thông số quyết định đến hàm mục tiêu của quá trình sấy.
Hàm mục tiêu của đối tượng nghiên cứu được biểu diễn như sau:
W = f(ttns, vtns, hbx) 1.7.2.2 Miền tối ưu của các thông số
Giá trị tối ưu của các thông số nhiệt độ, vận tốc không khí trong buồng sấy, khoảng cách từ nguồn bức xạ tới vật liệu sấy sẽ nằm trong một miền giá trị nhất định của dải thông số làm việc. Để hạn chế số thí nghiệm và tăng độ chính xác của kết quả tìm thong số tối ưu ta sẽ phân tích lý thuyết và tiến hành làm thí nghiệm để xác định miền giá trị mà các thông số tôi ưu rơi vào càng hẹp càng tốt.
Tiến hành thí nghiệm để xác định miền tối ưu của các thông số ta dựa vào một số đề tài nghiên cứu trước liên quan đến sấy bức xạ, sấy lạnh từ đó đưa ra miền nghiên cứu.
1. Cơ sở lý luận
Nghiên cứu của Navarii vào năm 1992 [10] về ưu điểm của việc sấy bức xạ hồng ngoại đã đưa ra kết quả: sấy bức xạ hồng ngoại giúp giảm thời gian sấy nhanh nhờ việc tăng nhanh nhiệt cho nguyên liệu, dễ dàng kiểm soát được nhiệt của sản phẩm, cũng như nguồn bức xạ, giá thành rẽ. Và mang lại hiệu quả cao hơn nếu kết hợp với phương pháp sấy bơm nhiệt. Kết quả nghiên cứu của Yamada và Wada khi sấy cá bằng gốm hồng ngoại với khoảng cách từ nguồn bức xạ đến cá là 20 cm, nhiệt độ 35oC cho sản phẩm với chất lượng cao, tổn thất nhiệt ít.
Các nghiên cứu của Kubota cùng các cộng sự Yamada và Wada [10] trong việc so sánh hiệu quả của sấy bức xạ hồng ngoại so với sấy đối lưu bằng không khí nóng, phơi tự nhiên đã chứng minh: Sấy bằng bức xạ cho chất lượng tốt hơn nhiều so với hai phương pháp kia về màu sắc, giữ lại được hàm lượng nucleotide cao, làm giảm được hoạt động không có lợi của acid phosphatase. Một số nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh bước sóng thương mại sử dụng phổ biến để sấy thủy sản là từ 2.5 µm ÷ 25 µm, áp dụng cho đôi tượng có chiều dày ≤ 4cm.
Ở Việt Nam thì bức xạ hồng ngoại được nghiên cứu chủ yếu để sấy sản phẩm nông sản, mới có một vài đối tượng thủy sản và đã cho kết quả rất tốt. Với phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại thì nhiệt được cung cấp băng phương thức bức xạ và quá trình thải ẩm bằng quá trình đối lưu không khí. Tôm là một trong những đối tượng nhạy cảm với nhiệt độ nên cần sấy ở nhiệt độ thấp, độ ẩm tương đối trong không khí ở Việt Nam cao khoảng 80% nên trong quá trình sấy bức xạ việc thải ẩm hết sức khó khăn. Do đó nếu kết hợp việc sấy bằng bức xạ hông ngoại kết hợp với sấy lạnh thì tốc độ sấy sẽ nhanh hơn và chất lượng sản phẩm sẽ tốt hơn.
2. Nguyên liệu thí nghiệm
Sử dụng tôm thẻ chân trắng có kích thước tương đương nhau, khối lượng tôm khoảng 8÷10 g/con. Tôm được mua tại chợ Đầm Nha Trang, tôm nguyên liệu tươi sống, để đảm bảo độ tươi, chất lượng tôm được bảo quản bằng nước đá lạnh về tới
phòng thí nghiệm. Sau đó tôm được xử lý theo quy trình sản xuất tôm khô xuất khẩu tại các xí nghiệp. Tôm xử lý xong tiến hành sấy ở các chế độ thăm dò về nhiệt độ từ 30 ÷ 50oC, vận tốc gió 0.5 ÷ 5 m/s, khoảng cách 20 ÷ 55 cm.
3. Tiến hành bố trí thí nghiệm.
Nhiệt độ: Tôm nguyên liệu sau khi được xử lý tiến hành sấy bức xạ hồng ngoại
kết hợp với sấy lạnh với các chế độ như sau: Nhiệt độ từ 30 – 50oC±1oC, vận tốc gió 2m/s, khoảng cách từ đèn bức xạ tới tôm là 40 cm.
Vận tốc gió: Tôm nguyên liệu sau khi được xử lý tiến hành sấy bức xạ hồng
ngoại kết hợp với sấy lạnh với các chế độ như sau: nhiệt độ từ 40oC, vận tốc gió 0.5÷ 5m/s, khoảng cách từ đèn bức xạ tới tôm là 40 cm.
Khoảng cách bức xạ: Tôm nguyên liệu sau khi được xử lý tiến hành sấy bức xạ
hồng ngoại kết hợp với sấy lạnh với các chế độ như sau: Nhiệt độ từ 40oC, vận tốc gió 2 m/s khoảng cách từ đèn bức xạ tới tôm là 20÷ 55cm.
Các chế độ thăm dò sấy đến sản phẩm có hàm ẩm từ 20 ÷ 22% thì dừng lại và tiến hành nhận xét đánh giá về thời gian sấy và chất lượng cảm quan sản phẩm, từ đó đưa ra miền tối ưu của các thông số. Kết quả nghiên cứu được thể hiện chương 3.
Chương II: ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Vị trí phân loại tôm thẻ chân trắng
Trên cơ sở tìm hiểu đặc điểm, sản lượng và tình hình chế biến một số loài tôm có giá trị kinh tế ở một số vùng của nước ta, tôi chọn đối tượng tôm thẻ chân trắng làm đối tượng sấy. Đây là một trong ba đối tượng nuôi phổ biến hiện nay và có sản lượng khai thác lớn. Ở Việt Nam tôm Thẻ chân trắng là đối tượng phân bố rộng, nó được phân bố ở cả ba miền Bắc, Trung, Nam và có nhiều ở miền Bắc. Đây là loài tôm có giá trị kinh tế cao, là loài tôm dễ nuôi, cho năng suất cao nên được phổ biến rộng, dễ mở rộng sản xuất sau này.
Tôm Thẻ chân trắng có vị trí trong hệ thống phân loại học như sau: Ngành: Athropoda
Lớp: Crustacea
Bộ: Decapoda
Họ chung: Penaeidea
Họ: Penaeus Fabricius
Giống: Penaeus Hình 2.1. Tôm Thẻ chân trắng
.
Loài: Penaeus vannamei
Tên tiếng Anh:White leg shrimp Hình 2.1: Tôm Thẻ chân trắng
Tên tiếng việt: tôm Thẻ chân trắng, tôm Bạc.
2.1.2 Đặc điểm hình thái
Như cấu tạo chung của tôm, tôm thẻ chân trắng được chia làm hai phần: đầu ngực (Cephalothorax) và phần bụng (Abdoment). Phần đầu ngực có 13 đốt được dính liền với nhau, được bao bọc phía trên và 2 bên bởi giáp ngực (carapace), phía
trước của giáp đầu ngực kéo dài thành chủy đầu (Rostrum). Phía dưới chủy đầu là mắt kép có cuống.
Phần đầu ngực có 13 đôi phần phụ theo thứ tự từ trước ra sau là: 2 đôi râu (Anten), 1 đôi hàm trên, 2 đôi hàm dưới, 3 đôi chân hàm và 5 đôi chân bò (Pereiopod). Hai đôi râu làm nhiệm vụ xúc giác, đôi râu thứ hai có một nhánh rất dài và mảnh. Ba đôi hàm làm nhiệm vụ nghiền thức ăn. Ba đôi chân hàm góp phần giữ, đưa thức ăn vào miệng và quạt nước, tạo dòng nước lưu chuyển qua mang. Năm đôi chân bò dùng để bám và bò trên nền đáy. Ba đôi chân bò trước có đốt cuối biến thành kìm có tác dụng gắp thức ăn. Ở gốc các chân hàm và chân bò có một phần biến đổi thành mang để hô hấp.
Phần bụng có 7 đốt được bao bọc bởi 7 tấm vỏ. Ở năm đốt đầy của phần bụng, mỗi đốt mang một đôi phần phụ gọi là chân bơi (Pleopod) có tác dụng như mái chèo trong khi tôm bơi. Đốt bụng 6 không có phần phụ. Đốt bụng 7 biến đổi thành một cấu trúc gọi là Telson, hai bên Telson có đôi phần phụ gọi là chân đuôi (Uropod) có tác dụng như những bánh lái, điều khiển hướng trong khi tôm bơi.
Cũng như các loài tôm cùng họ Penaeid, tôm chân trắng cái ký thác hoặc rải trứng ra thay vì mang trứng tới khi trứng nở. Chủy tôm này có 2 răng cưa ở bụng và 8-9 răng cưa ở lưng. Tôm nhỏ lúc thay vỏ cần vài giờ để vỏ cứng nhưng khi tôm đã lớn thì cần khoảng 1-2 ngày.
Trong thiên nhiên, tôm trưởng thành, giao hợp, sinh đẻ trong những vùng biển có độ sâu 70 mét với nhiệt độ 26-28 oC, độ mặn khá cao (35 phần ngàn). Trứng nở ra ấu trùng và vẫn loan quanh ở khu vực sâu này. Tới giai đoạn Potlarvae, chúng bơi vào gần bờ và sinh sống ở đáy những vùng cửa sông cạn. Nơi đây điều kiện môi trường rất khác biệt: Đồ ăn nhiều hơn, độ mặn thấp hơn, nhiệt độ cao hơn ... Sau một vài tháng, tôm con trưởng thành, chúng bơi ngược ra biển và tiếp diễn cuộc sống giao hợp, sinh sản làm chọn chu kỳ.
Hàm lượng acid amine và acid béo được xác định tại Viện công nghệ sinh học và môi trường của trường Đại học Nha Trang. Kết quả xác định được thể hiện qua bảng sau:
Bảng 2.1: Thành phần acid amin của tôm thẻ chân trắng:
STT Tên acid amin Tôm nguyên
liệu 1 Alanine 0.67 2 Glycine 0.54 3 Valine 0.71 4 Leucine 1.98 5 Iso Leucine 0.65 6 Threonine 0.69 7 Serine 0.59 8 Proline 0.36 9 Asparagine 1.11 10 Methionine 0.88 11 Glutamine 1.27 12 Phenylalanine 0.72 13 Lysine 0.74 14 Histidine 0.35 15 Hly 0.47 16 Tyrosin 0.57 Tổng Amino acid 12.3
Bảng 2.2: Thành phần acid béo
2.1.3 Phân bố và mùa vụ khai thác
- Giới hạn phát triển: + Nhiệt độ phát triển tốt từ : 25÷300C + Độ mặn : 15 ÷ 450/00 + Chất đáy : Cát pha bùn - Giới hạn sống: + Nhệt độ tới hạn : 100C ÷ 450C + Độ mặn : 20/00÷ 450/00
- Ngưỡng chết của tôm : < 50C hay biến đổi đột ngột ±100C, độ mặn dưới 20/00
hoặc biến đổi đột ngột ±150/00, nồng độ O2< 2 mg/l. Tôm sinh trưởng quanh năm, mùa vụ từ tháng 2 đến tháng 4 và từ tháng 7 đến tháng 9.
- Khi nhỏ tôm sống ở vùng ven bờ và vùng cửa sông có độ mặn thấp lớn lên di cư ra biển có độ mặn cao, nước sâu và đáy cát.
- Ở biển tôm phân bố từ nông ra sâu đến khoảng 60m tập trung ở độ sâu từ 20- 40m tập trung nhiều ở vùng biển Phú Yên, Khánh Hòa. Tuy nhiên việc đánh bắt tôm gặp nhiều khó khăn do nguồn nguyên liệu không tập trung, nên tôm nguyên liệu cung cấp cho các nhà máy chủ yếu từ nguồn tôm nuôi tại các bãi triều, đầm, vịnh …
Tên mẫu Lipid SFA (%) MUFA (%) PUFA (%) HUFA (%) TFA (%) TFA/ Lipid (%) Tôm thẻ chân trắng 1.32 0.09 0.18 0.15 0.23 0.64 48.63
2.2. THIẾT BỊ PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU
2.2.1. Thiết bị sấy bức xạ hồng ngoại kết hợp với sấy lạnha. Sơ đồ nguyên lý thiết bị a. Sơ đồ nguyên lý thiết bị
ÐBX
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý
1. Máy nén compelend – gas R12. 2. Dàn ngưng chính. 3. Dàn ngưng phụ. 4. Bình chứa cao áp. 5. Van tiết lưu màng cân bằng ngoài. 6. Van điện từ.