Khảo sát khả năng ứng dụng máy sấy năng lượng mặt trời vào quá trình sấy khô cá tra phồng tại An Giang

Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 52 – 65<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÁY SẤY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀO QUÁ<br /> TRÌNH SẤY KHÔ CÁ TRA PHỒNG TẠI AN GIANG<br /> Trần Nghĩa Khang1, Nguyễn Văn Thành2, Nguyễn Phạm Kim Tuyến2<br /> ThS. Trường Đại học An Giang<br /> KS. Trường Đại học An Giang<br /> <br /> 1<br /> 2<br /> <br /> Thông tin chung:<br /> Ngày nhận bài: 20/11/14<br /> Ngày nhận kết quả bình duyệt:<br /> 02/02/15<br /> Ngày chấp nhận đăng: 08/15<br /> <br /> ABSTRACT<br /> <br /> This research examines drying catfish fillets by slar dryers in An Giang province.<br /> The results show that, in the idling stage, the drying chamber temperature of solar<br /> dryers are from 40 oC to 46,5 oC at air velocity of 2 m/s. This range of temperature<br /> is higher than environment temperature from 6 oC to 12 oC. The solar dryers could<br /> Title:<br /> dry catfish fillets effectively under the sunny condition. Under drying by the solar<br /> Investigation of applying solar<br /> dryer at air velocity of 0,5 m/s for 16 hours, the water content in dried fishes were<br /> dryers to drying catfish fillets in<br /> under 35% (w/w). The average drying chamber temperature is 50.11 oC. However,<br /> An Giang province<br /> in cloudy condition, the water content in dried catfishes remained is at 54.5% after<br /> Từ khóa:<br /> 16 hours of drying by solar dryer, the average drying chamber temperature was<br /> An Giang, đối lưu cưỡng bức,khô only 35.62 oC. The study showed that dried catfish fillets could reach the lowest<br /> cá Tra phồng, quá trình sấy, thiết moisture contain after 16 hours and highest quality if they were dried in solar<br /> bị sấy NLMT<br /> dryers at air velocity of 0.5 m/s under sunny condition. The moister contain in<br /> dried catfish fillets would increase and the quality would decrease with the<br /> Keywords:<br /> An Giang, forced convection,<br /> increase of air velocity at 1m/s, 1,5m/s and 2m/s. In comparison of drying<br /> dried catfish fillets, drying<br /> methods, the quality of catfished fillets dried by the solar dryers is absolutely<br /> process, solar dryers<br /> better than those dried by direct sunlight. The peroxide concentration in the<br /> former samples were two times lower than the later samples. The productivity of<br /> the solar dryers was about 233.8 W.<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Đề tài nghiên cứu lắp đặt thiết bị sấy năng lượng mặt trời (NLMT) dùng sấy khô<br /> cá tra phồng tại tỉnh khu vực tỉnh An Giang. Kết quả cho thấy trong điều kiện sấy<br /> không tải, nhiệt độ buồng sấy của thiết bị sấy NLMT nằm trong khoảng từ 40 oC<br /> đến 46,5 oC với tốc độ thổi gió là 2 m/s. Nhiệt độ của thiết bị cao hơn nhiệt độ môi<br /> trường cùng thời điểm từ 6 oC – 12 oC. Thiết bị sấy NLMT có thể sấy khô cá tra<br /> phồng một cách hiệu quả dưới điều kiện nắng tốt. Lượng nước khô thành phẩm<br /> dưới 35% ẩm sau 16 giờ sấy ở tốc độ gió 0,5 m/s. Nhiệt độ trung bình buồng sấy ở<br /> điều kiện sấy này là 51,11 oC. Tuy nhiên, trong điều kiện mây nhiều, độ ẩm cá khô<br /> sau khi sấy 16 giờ vẫn còn khá cao (54,5%), nhiệt độ trung bình của buồng sấy chỉ<br /> đạt 35,62 oC. Nghiên cứu cũng cho thấy rằng khô cá Tra thành phẩm có thể đạt tới<br /> độ ẩm thấp nhất sau 16 giờ sấy và đạt chất lượng cao nhất khi cá được sấy ở tốc<br /> độ gió 0,5 m/s. Độ ẩm của cá thành phẩm sẽ cao và chất lượng cá thành phẩm sẽ<br /> giảm nếu tốc độ gió sấy tăng dần lần lượt từ 1 m/s, 1,5 m/s và 2 m/s. Khi so sánh<br /> giữa các phương pháp làm khô, chất lượng sản phẩm được sấy bằng máy sấy<br /> <br /> 52<br /> <br /> Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 52 – 65<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> NLMT cao hơn rõ rệt khi so với phương pháp phơi khô trực tiếp dưới ánh nắng<br /> mặt trời. Lượng peroxide trong mẫu cá phơi khô cao gấp 2 lần lượng peroxide<br /> trong mẫu cá sấy bằng máy sấy NLMT. Công suất của máy sấy NLMT là khoảng<br /> 233,8 W.<br /> <br /> 1.<br /> <br /> Mujumdar (1987) và Mahapatra & Imre (1997)<br /> cho rằng phương pháp phơi khô thực phẩm dưới<br /> ánh sáng trực tiếp tồn tại một số nhược điểm như:<br /> Cần nhiều nhân lực và diện tích, sản phẩm bị hao<br /> hụt do chim, động vật và côn trùng tấn công. Sản<br /> phẩm chịu tác động bất lợi của tia tử ngoại, nhiễm<br /> tạp chất từ gió, bụi của môi trường xung quanh,<br /> độ ẩm không đồng đều. Sản phẩm khó bảo quản<br /> do côn trùng và trứng côn trùng dễ xâm nhập. Gần<br /> như không điều khiển được quá trình làm khô như<br /> nhiệt độ phơi, độ ẩm không khí sấy, tốc độ gió.<br /> <br /> GIỚI THIỆU<br /> <br /> 1.1. Tiềm năng và các ứng dụng năng lượng<br /> mặt trời trong sản xuất<br /> Việt Nam là nước có tiềm năng lớn về sử dụng<br /> năng lượng mặt trời (NLMT) do nằm ở khu vực<br /> cường độ bức xạ khá cao, với tổng bức xạ lên đến<br /> 100-175 kcal/cm2.năm (Hoàng Dương Hùng,<br /> 2006). Tỉnh An Giang có vị trí vào giữa 10-11o vĩ<br /> Bắc, là một trong những tỉnh có số giờ nắng trong<br /> năm rất dài từ 7-10 giờ/ngày, tổng số giờ nắng<br /> trung bình lên tới 2400 giờ/năm (Cổng thông tin<br /> điện tử An Giang, 2008). Theo Nguyen và Pryor<br /> (1997) ghi nhận, tổng năng lượng bức xạ trung<br /> bình được đo ở Châu Đốc (một thành phố của An<br /> Giang) lên tới 17.90 MJ/m2, cao thứ ba cả nước.<br /> Có thể thấy rằng với điều kiện số giờ nắng dài và<br /> cường độ nắng lớn, khu vực An Giang rất có tiềm<br /> năng trong việc phát triển các kỹ thuật ứng dụng<br /> NLMT vào sản xuất.<br /> <br /> 1.2. Nguyên tắc hoạt động và phân loại thiết bị<br /> sấy năng lượng mặt trời<br /> Theo Kalogirou (2009), Sharma, Chen và Vu Lan<br /> (2009), thiết bị sấy NLMT được coi là một giải<br /> pháp hiệu quả thay thế cho quá trình phơi truyền<br /> thống vì những ưu điểm: Chất lượng sản phẩm<br /> được cải thiện do quá trình sấy được kiểm soát tốt<br /> hơn, rút ngắn đáng kể thời gian sấy, giảm chi phí<br /> nhân công và không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư ban<br /> đầu (Mahapatra & Imre, 1997; Mujumdar, 1987).<br /> Quá trình thu nhiệt từ mặt trời của thiết bị sấy<br /> NLMT có thể được giải thích bằng hiệu ứng lồng<br /> kính (Hoàng Dương Hùng, 2006). Đây là hiện<br /> tượng tích lũy năng lượng bức xạ của mặt trời<br /> phía dưới một tấm kính hoặc một lớp khí nào đó<br /> theo nguyên lý “Độ trong đơn sắc của một tấm<br /> kính hay một lớp khí sẽ giảm dần khi bước sóng λ<br /> của ánh sáng tới càng tăng”, Hình 1 minh họa<br /> nguyên tắc thu nhiệt của thiết bị sấy NLMT.<br /> <br /> Về ứng dụng NLMT, nhiều nghiên cứu từ George<br /> và Nathan, Singh và Kumar(2012), Kelly và<br /> Gibson (2011), Kalogirou (2009), Hoàng Dương<br /> Hùng (2006) cho thấy, NLMT đã và đang được<br /> ứng dụng rộng rãi ở rất nhiều nơi. Trong đó ứng<br /> dụng phổ biến nhất và sớm nhất là phơi khô thực<br /> phẩm bằng ánh nắng trực tiếp từ mặt trời. Ngoài<br /> ra NLMT còn được sử dụng cho nhiều mục đích<br /> khác như: nhà máy nhiệt điện NLMT, máy nước<br /> nóng sử dụng NLMT, máy sấy NLMT, bếp nấu<br /> NLMT, thiết bị chưng cất dùng NLMT.<br /> Phương pháp làm khô thực phẩm bằng NLMT dù<br /> rất phổ biến nhưng tồn tại nhiều khuyết điểm.<br /> <br /> Hình 1. Hiệu ứng nhà kính trong bộ thu NLMT<br /> <br /> 53<br /> <br /> Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 52 – 65<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> (Hoàng Dương Hùng, 2006)<br /> <br /> ánh sáng mặt trời vì được đặt trong buồng sấy.<br /> Nếu không khí nóng được dẫn vào buồng nhờ đối<br /> lưu tự nhiên thì gọi là thiết bị sấy NLMT đối lưu<br /> tự nhiên. Nếu không khí nóng được thổi vào thì<br /> gọi là đối lưu cưỡng bức. Với bộ phận quạt thổi<br /> và ống dẫn, máy sấy NLMT dạng đối lưu cưỡng<br /> bức có thể dẫn dòng không khí nóng đến bất kỳ vị<br /> trí nào để phục vụ cho nhiều mục đích. Dòng<br /> không khí cưỡng bức cũng tăng tốc độ khuyếch<br /> tán hơi nước và rút ngắn thời gian sấy (Khattab,<br /> 1996). Cấu tạo của thiết bị sấy NLMT dạng đối<br /> lưu cưỡng bức được thể hiện ở Hình 2<br /> <br /> Sharma (2009) cho rằng, thiết bị sấy NLMT có<br /> thể đượcphân thành hai loại chính là thiết bị sấy<br /> mặt trời trực tiếp và thiết bị sấy NLMT gián tiếp.<br /> Ở thiết bị sấy mặt trời trực tiếp, buồng sấy được<br /> gia tăng nhiệt độ do hiệu ứng nhà kính, sản phẩm<br /> sấy tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Do<br /> vậy thiết bị sấy NLMT dạng này có cấu tạo đơn<br /> giản nhưng có nhược điểm là sản phẩm bị mất<br /> màu hoặc có những biến đổi bất lợi do tiếp xúc<br /> trực tiếp với ánh sáng mặt trời.<br /> Theo Mujumdar (1987), thiết bị sấy NLMT gián<br /> tiếp có 2 bộ phận gồm bộ thu nhiệt và buồng sấy.<br /> Sản phẩm khi sấy sẽ không tiếp xúc trực tiếp với<br /> <br /> Hình 2. Cấu tạo máy sấy NLMT gián tiếp dạng đối lưu cưỡng bức<br /> (Kalogirou & Soteris, 2009)<br /> <br /> Rất nhiều ứng dụng của thiết bị sấy NLMT đối<br /> lưu cưỡng bức dùng sấy nhiều loại nông sản như<br /> chuối, chà là, nho, ớt, đậu, hạt giống, mơ, khóm ở<br /> Ấn Độ, Thái Lan và các nước Châu Phi. Hầu hết<br /> kết quả cho thấy máy sấy NLMT có ưu điểm là<br /> cho sản phẩm có chất lượng sấy tốt, tiết kiệm<br /> nhiên liệu và nhân công, thiết bị cấu tạo đơn giản<br /> dễ sử dụng. Ở Việt Nam cũng đã có một số<br /> nghiên cứu ứng dụng máy sấy NLMT để sấy nông<br /> <br /> sản như dùng để sấy cà phê (Võ Đăng Phong,<br /> 2011) hay sấy lúa (Thúy Hằng, 2013). Ngoài ra<br /> Nguyễn Thị Hồng Nhung (2011) cũng có nghiên<br /> cứu rất đáng chú ý về phương pháp trữ nhiệt trong<br /> thiết bị sấy NLMT. Tuy nhiên chưa thấy có<br /> nghiên cứu về sử dụng thiết bị sấy NLMT sấy khô<br /> các sản phẩm động vật hay thủy sản được công<br /> bố.<br /> 54<br /> <br /> Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 52 – 65<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> sông Cửu Long (ĐBSCL) (So, Maes, &<br /> Volckaert, 2006). Thành phần hóa học cơ bản của<br /> cá tra được thể hiện ở Bảng 1 và 2<br /> <br /> 1.3. Giới thiệu về khô cá tra phồng<br /> Cá tra có tên tiếng Anh là Shutchi catfish và tên<br /> khoa học là Pangasius hypophthalmus là loại cá<br /> da trơn được nuôi phổ biến ở khu vực Đồng bằng<br /> Bảng 1. Thành phần hóa học cá tra theo trọng lượng cá<br /> <br /> Các thành phần hoá học (%)<br /> Số thứ tự<br /> <br /> Trọng lượng cá (g)<br /> Protein<br /> <br /> Lipid<br /> <br /> Tro<br /> <br /> Nước<br /> <br /> 1<br /> <br /> 500 – 1000<br /> <br /> 15,97<br /> <br /> 8,34<br /> <br /> 1,52<br /> <br /> 73,10<br /> <br /> 2<br /> <br /> 1000 – 1500<br /> <br /> 15,96<br /> <br /> 9,58<br /> <br /> 1,40<br /> <br /> 72,13<br /> <br /> 3<br /> <br /> 1500 – 2000<br /> <br /> 16,00<br /> <br /> 10,51<br /> <br /> 1,33<br /> <br /> 71,60<br /> <br /> 4<br /> <br /> 2000 – 2500<br /> <br /> 15,97<br /> <br /> 11,04<br /> <br /> 1,25<br /> <br /> 71,27<br /> <br /> 5<br /> <br /> 2500 – 3000<br /> <br /> 16,00<br /> <br /> 11,11<br /> <br /> 1,22<br /> <br /> 71,05<br /> <br /> 6<br /> <br /> 3000 – 3500<br /> <br /> 15,95<br /> <br /> 11,22<br /> <br /> 1,21<br /> <br /> 70,80<br /> (Nguyễn Duy Tân, 2009)<br /> <br /> Khô cá tra phồng là một trong những đặc sản<br /> truyền thống của tỉnh An Giang.Cá sau khi chế<br /> biến được tiến hành làm khô đến 35 - 45%. Cá có<br /> thể được làm khô bằng phơi nắng trực tiếp trên<br /> giàn phơi khoảng 3 nắng (Lê Đức Minh, 2006)<br /> hoặc sấy khô. Nguyên liệu cá tra đặc điểm là có<br /> khá nhiều chất béo 9 – 11%. Do vậy khi tiến hành<br /> sấy khô cá tra cần sấy ở nhiệt độ tương đối thấp.<br /> Độ ẩm sấy tốt nhất cần đạt 35 - 45% và nhiệt độ<br /> sấy 50 oC thì cho chất lượng tốt nhất. Nếu sấy<br /> nhiệt độ cao hơn 60 oC sẽ làm cá sậm màu và<br /> tươm dầu nhiều (Nguyễn Duy Tân, 2009).<br /> <br /> Sự phá hoại của côn trùng: côn trùng là một trong<br /> những nguyên nhân gây hư hỏng rất lớn đối với<br /> cá khô. Cá dễ bị ruồi tấn công trong quá trình phơi<br /> khô, chúng đẻ trứng vào trong cá và ấu trùng sẽ<br /> phát triển và làm hỏng sản phẩm nếu chúng chưa<br /> được tiêu diệt trong các công đoạn làm khô<br /> (Nguyễn Trọng Cẩn, 1990).<br /> Sự hút ẩm: khi độ ẩm của không khí cao cá khô sẽ<br /> hút ẩm. Mức độ hút ẩm phụ thuộc vào độ ẩm của<br /> không khí. Khi áp suất hơi nước bão hòa trên bề<br /> mặt cá khô nhỏ hơn áp suất riêng phần của hơi<br /> nước trong không khí thì sản phẩm sẽ hút ẩm. Sản<br /> phẩm khô sau khi hút ẩm dễ thối rữa, biến chất<br /> (Nguyễn Trọng Cẩn, 1990).<br /> <br /> 1.4. Các biến đổi bất lợi diễn ra trong quá<br /> trình làm khô sản phẩm cá<br /> Trong quá trình phơi sấy, sản phẩm khô có thể có<br /> những biến đổi bất lợi sau: Sự oxi hóa thành phần<br /> béo. Thành phần béo của thủy sản có nhiều acid<br /> béo không bão hòa cao độ khi tiếp xúc với không<br /> khí sẽ dễ bị oxi hóa. Quá trình oxi hóa thường xảy<br /> ra tự động và liên tục, làm màu sắc chất béo từ<br /> vàng nhạt chuyển sang nâu sẫm và có mùi xấu.<br /> Các nhân tố làm cho sản phẩm bị oxi hóa: oxi<br /> không khí, ánh sáng, nhiệt độ, lượng nước, acid<br /> béo tự do, muối kim loại,… (Phan Thị Thanh<br /> Quế, 2005)<br /> <br /> Với tính chất đặc thù là lượng béo cao và dễ ôi<br /> hóa, quá trình và phương pháp làm khô cá tra<br /> phồng có vai trò rất lớn quyết định chất lượng của<br /> sản phẩm. Tuy nhiên hiện nay chưa thấy có<br /> nghiên cứu ứng dụng phương pháp sấy NLMT<br /> sấy khô cá tra phồng được công bố. Do vậy nhóm<br /> tác giả tiến hành thực hiện dự án này với mong<br /> muốn đẩy mạnh các nghiên cứu về ứng dụng<br /> NLMT vào sấy khô thực phẩm.<br /> <br /> 55<br /> <br /> Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 52 – 65<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> 1 tới tháng 5. Các số liệu phân tích và đo đạc<br /> được lặp lại 3 lần, kết quả được tiến hành thống<br /> kê bằng chương trình Statgraphic 12.0 plus.<br /> <br /> PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN<br /> NGHIÊN CỨU<br /> Thí nghiệm được tiến hành tại khu vực Thành phố<br /> Long Xuyên tỉnh An Giang, trong thời điểm tháng<br /> 2.<br /> <br /> Cửa<br /> thoát khí<br /> Buồng<br /> sấy<br /> <br /> Móc treo cá<br /> <br /> Cửa đo<br /> <br /> Bộ thu<br /> Tấm thu<br /> <br /> Quạt<br /> Hình 3. Sơ đồ cấu tạo mặt cắt dọc thiết bị sấy năng lượng mặt trời<br /> <br /> Thiết bị sấy NLMT được thiết kế như mô tả ở<br /> Hình 3. Bộ thu của máy được đặt tại khu vực có<br /> nhận ánh sáng trực tiếp, độ nghiêng của tấm thu<br /> NLMT từ 20o - 25o và nằm trên trục Bắc Nam<br /> (Hình 4). Mỗi mẻ cá nghiên cứu có khối lượng 5<br /> kg. Các thông số cơ bản của máy đo đạc bao gồm:<br /> độ ẩm trung bình của không khí, nhiệt độ trung<br /> bình bộ thu NLMT. Nhiệt độ trung bình của<br /> không khí sấy sau khi qua bộ hấp thu và nhiệt độ<br /> trung bình của buồng sấy. Nhiệt độ, độ ẩm được<br /> ghi nhận bằng thiết bị đo chỉ số môi trường CEM<br /> DT-8820. Các số liệu được thu thập mỗi 15 phút<br /> vận hành.<br /> <br /> quản ở nhiệt độ -2 oC trong thời gian không quá 5<br /> ngày trong bao bì PA hút chân không. Sau khoảng<br /> 8 giờ sấy (1 ngày nắng) khô cá được bao bằng bao<br /> PA hàn kín và để qua đêm ở nhiệt độ phòng cho<br /> đến khi được tiếp tục sấy vào ngày hôm sau.<br /> Các chỉ tiêu phân tích khô cá tra phồng bao gồm<br /> phân tích ẩm, chỉ số NH3, chỉ số peoxide và hàm<br /> <br /> Mẫu cá tra phồng bán thành phẩm được mua tại<br /> một cơ sở cố định trong suốt thời gian thí nghiệm.<br /> Khô cá tra bán thành phẩm là khô đã hoàn thành<br /> quá trình ngâm ươn và ngấm muối và có thể tiến<br /> hành làm khô. Mẫu cá bán thành phẩm được giữ<br /> lạnh ở nhiệt độ (2 - 8 oC) để vận chuyển và tiến<br /> hành phân tích và thí nghiệm ngay trong ngày sau<br /> khi mua. Mẫu khô cá sau khi sấy khô được bảo<br /> <br /> Hình 4. Thiết bị sấy NLMT<br /> <br /> lượng đạm tổng số và cảm quan. Cảm quan theo<br /> thang điểm Hedonic 5 bậc. Chỉ số NH3 được phân<br /> 56<br /> <br />