Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:159

Thêm vào BST

Báo xấu

70
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chung là xây dựng cơ sở khoa học cho việc phát triển công nghệ chế biến, bảo quản lạnh quả vải. Để thực hiện được mục tiêu đó, những nội dung chính sau đây sẽ được nghiên cứu: xây dựng mô hình tính toán tính chất nhiệt vật lý của quả vải, mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải, xây dựng mô hình hô hấp của quả vải, xây dựng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả vải trong quá trình bảo quản với quy mô tập trung.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai khác công bố trong bất kỳ công trình nào. Ngày tháng năm 2018 Tập thể hướng dẫn Tác giả PGS. TS. Hà Mạnh Thư PGS. TS. Nguyễn Việt Dũng Lê Xuân Tuấn i
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả những người đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi rất biết ơn người hướng dẫn chính của tôi là PGS.TS. Hà Mạnh Thư người đã hướng dẫn, khuyến khích, động viên giúp tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và viết bản luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Việt Dũng người đã hướng dẫn nhất quán, cung cấp kiến thức cơ bản cho tôi trong suốt thời gian thực hiện chương trình tiến sĩ. Sự hỗ trợ và động viên của thầy đã nâng cao trình độ nghiên cứu của tôi. Tôi cũng xin cảm ơn các thành viên trong đơn vị của tôi là ThS. Phạm Thái Sơn, ThS. Đỗ Mạnh Hùng đã bám sát tiến độ và đưa ra các đề xuất có giá trị trong suốt chương trình nghiên cứu giúp tôi. Tôi cảm ơn sự hỗ trợ từ các nguồn tài chính của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, từ đề án 911 của Chính phủ và quỹ tài chính khác. Tôi cảm ơn Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng đã tạo điều kiện cho tôi tham gia thực hiện nhiệm vụ hợp tác Quốc tế về Khoa học & Công nghệ theo Nghị định thư với Nhật Bản: “Hợp tác xây dựng Trung tâm công nghệ CAS bảo quản nông sản, thực phẩm Việt Nam”. Tôi cảm ơn phòng kiểm chuẩn thiết bị, Khoa an toàn sinh học & Quản lý chất lượng, Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương đã cung cấp các thiết bị đo lường đặc biệt giúp tôi có bộ số liệu chính xác cao. Tôi xin cảm ơn Bộ môn Bảo quản nông sản, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã hướng dẫn tôi trong lĩnh vực nghiên cứu về cường độ hô hấp của các loại hoa quả. Tôi xin lời cảm ơn sâu sắc tới các đồng nghiệp từ Viện Khoa học & Công nghệ Nhiệt - Lạnh đã hỗ trợ tôi trong công việc nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin dành kết quả của luận án này cho gia đình yêu quý của tôi. Tác giả Lê Xuân Tuấn ii
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................. xi MỞ ĐẦU.................................................................................................................1 Chương 1 TỔNG QUAN .........................................................................................6 1.1. Sản xuất quả vải của Việt Nam......................................................................6 1.1.1. Thực trạng sản xuất và chế biến rau quả..................................................6 1.1.2. Tình hình sản xuất quả vải của Việt Nam................................................8 1.2. Qui trình chế biến và các phương pháp bảo quản quả vải ............................10 1.2.1. Qui trình chế biến quả vải và những tồn tại ...........................................10 1.2.2. Các phương pháp bảo quản quả vải.......................................................11 1.2.2.1. Phương pháp bảo quản hóa học .....................................................11 1.2.2.2. Phương pháp bảo quản vật lý.........................................................12 1.2.2.3. Kết luận..........................................................................................16 1.3. Các nghiên cứu về quá trình làm lạnh quả vải..............................................16 1.3.1. Quá trình làm lạnh sơ bộ.......................................................................16 1.3.1.1. Làm lạnh sơ bộ bằng nước đá ........................................................17 1.3.1.2. Làm lạnh sơ bộ bằng không khí đối lưu ..........................................18 1.3.1.3. Kết luận..........................................................................................19 1.3.2. Quá trình làm lạnh và bảo quản.............................................................19 1.3.3. Mô phỏng quá trình làm lạnh ................................................................20 1.4. Các nghiên cứu về tính chất nhiệt vật lý ......................................................22 1.4.1. Xác định tính chất nhiệt vật lý bằng thực nghiệm..................................22 1.4.1.1. Đo nhiệt dung riêng đẳng áp ..........................................................22 1.4.1.2. Đo hệ số dẫn nhiệt..........................................................................27 1.4.2. Dự đoán tính chất nhiệt vật lý bằng tính toán ........................................29 1.4.2.1. Dự đoán nhiệt dung riêng hiệu dụng ..............................................31 1.4.2.2. Enthalpy của quả vải......................................................................32 1.4.2.3. Hệ số dẫn nhiệt...............................................................................33 1.4.2.4. Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hỗn hợp ................................33 1.5. Các nghiên cứu xác định độ hao hụt tự nhiên ..............................................34 1.5.1. Độ hao hụt tự nhiên ..............................................................................34 1.5.2. Xác định độ hao hụt bằng định luật Dalton ...........................................36 1.5.2.1. Định luật Fick ................................................................................36 1.5.2.2. Định luật Dalton ............................................................................36 1.5.3. Xác định độ hao hụt do mất nước theo giả thiết ....................................38 quá trình đẳng áp - đẳng enthalpy ...................................................................38 1.6. Xác định cường độ hô hấp và nhiệt tỏa do hô hấp của quả vải .....................40 1.7. Kết luận chương 1 .......................................................................................42 1.7.1. Tổng kết các nghiên cứu tổng quan.......................................................42 1.7.2. Đề xuất hướng nghiên cứu ....................................................................42 Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................44 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................44 2.2. Những nội dung và phương pháp nghiên cứu chính.....................................44 iii
2.2.1. Nội dung nghiên cứu.............................................................................44 2.2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................45 2.3. Cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình làm lạnh ..............................................47 2.4. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hao hụt tự nhiên.....................................48 2.5. Nghiên cứu thực nghiệm .............................................................................48 2.5.1. Quy trình thu hái và phân loại quả vải...................................................48 2.5.2. Xác định đường kính tương đương........................................................49 2.5.3. Nghiên cứu thực nghiệm các quá trình làm lạnh....................................50 2.5.3.1. Thí nghiệm làm lạnh sơ bộ bằng nước đá .......................................50 2.5.3.2. Thí nghiệm về quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu ..............51 2.5.3.3. Thí nghiệm xác định lượng nước bám trên vỏ quả ..........................56 2.5.3.4. Thí nghiệm xác định thành phần nước của các lớp quả vải.............56 2.5.4. Nghiên cứu quá trình bảo quản lạnh quả vải..........................................57 2.5.4.1. Xác định cường độ hô hấp..............................................................57 2.5.4.2. Xác định chỉ tiêu chất lượng quả vải ..............................................60 2.5.4.3. Xác định độ hao hụt tự nhiên..........................................................61 2.6. Phương pháp đánh giá sai số thí nghiệm......................................................62 2.7. Kết luận chương 2 .......................................................................................63 Chương 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH..............................................65 3.1. Phát triển mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý ........................................65 3.1.1. Xác định khối lượng riêng hiệu dụng ....................................................65 3.1.2. Xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng.......................................................66 3.1.3. Xác định nhiệt dung riêng hiệu dụng đẳng áp........................................67 3.1.4. Xác định Enthalpy ................................................................................68 3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh .........................................68 3.2.1. Giả thiết cho mô hình............................................................................68 3.2.2. Mô hình toán học của quá trình làm lạnh ..............................................69 3.2.3. Phương pháp giải và lưu đồ thuật toán ..................................................70 3.3. Kết quả và thảo luận....................................................................................74 3.3.1. Thông số nhiệt vật lý sử dụng trong tính toán mô hình..........................74 3.3.2. Kiểm chứng mô hình ............................................................................74 3.3.3. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải và thảo luận ...................77 3.3.3.1. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải trong nước đá .........77 3.3.3.2. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải trong không khí đối lưu ........................................................................................................79 3.3.3.3. Thảo luận .......................................................................................82 3.4. Phương pháp gián tiếp xác định hệ số trao đổi nhiệt ....................................83 3.4.1. Phương pháp.........................................................................................83 3.4.2. Thuật toán tối ưu phiếm hàm f ..............................................................83 3.4.3. Đánh giá hiệu quả phương pháp và thảo luận ........................................87 3.4.3.1. Hiệu chỉnh α cho quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá ..............87 3.4.3.2. Hiệu chỉnh α cho quá trình làm lạnh ..............................................89 bằng không khí đối lưu tự nhiên ..................................................................89 3.4.3.3. Thảo luận .......................................................................................91 3.5. Ứng dụng mô hình mô phỏng ......................................................................92 3.6. Kết luận chương 3 .......................................................................................94 iv
Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH ĐỘ HAO HỤT TỰ NHIÊN VÀ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LẠNH CHO QUẢ VẢI.......................................96 4.1. Độ hao hụt tự nhiên .....................................................................................96 4.1.1. Xác định cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ ................................97 4.1.2. Xác định lượng nhiệt tỏa do hô hấp.......................................................99 4.2. Xây dựng mô hình xác định độ hao hụt do bay hơi nước ...........................100 4.2.1. Giả thiết cho mô hình..........................................................................100 4.2.2. Xây dựng mô hình ..............................................................................101 4.3. Xác định độ hao hụt tự nhiên.....................................................................106 4.4. Kiểm chứng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên....................................106 4.5. Xác định các thông số công nghệ lạnh dành cho quả vải............................109 4.5.1. Xác định suất tiêu hao đá trong chuỗi lạnh chế biến quả vải................109 4.5.1.1. Suất tiêu hao đá trong quá trình làm lạnh sơ bộ ...........................109 4.5.1.2. Suất tiêu hao đá trong quá trình vận chuyển.................................110 4.5.1.3. Năng suất lạnh cần thiết để tái lạnh quả vải.................................112 4.5.2. Đề xuất các mẫu kho bảo quản phù hợp cho quả vải Việt Nam ...........114 4.5.2.1. Phân tích các hệ thống kho lạnh bảo quản ...................................114 4.5.2.2. Đề xuất kho lạnh thử nghiệm bảo quản vải...................................116 4.6. Kết luận chương 4 .....................................................................................118 Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................120 5.1. Kết luận.....................................................................................................120 5.1.1. Ý nghĩa khoa học đạt được..................................................................120 5.1.2. Ý nghĩa thực tiễn đạt được ..................................................................121 5.2. Kiến nghị ..................................................................................................122 5.2.1. Về các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo ................................................122 5.2.2. Về các nghiên cứu khoa học tiếp theo .................................................122 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................123 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.............................................133 CỦA LUẬN ÁN..................................................................................................133 PHỤ LỤC............................................................................................................134 v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Tên gọi Đơn vị A Diện tích bề mặt quả m2 a Hệ số dẫn nhiệt độ m2·s-1 Aw, Ap, Ae, B Các hằng số trong phương trình dẫn nhiệt Ap1, Ap2, B1 Bi Tiêu chuẩn Biot Cp Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp J·kg-1·K-1 Dh Chiều cao quả vải m Dw Chiều rộng quả vải m Dd Chiều dài quả vải m E Năng lượng kJ F Diện tích m2 g Gia tốc trọng trường m·s-2 m Khối lượng kg ⋅ Tốc độ thoát hơi nước trên một đơn vị diện tích kg·m-2·s-1 m bề mặt mf Lượng hơi nước của quả vải tỏa ra trong quá kg trình hô hấp ma Lượng hơi nước mà môi trường bảo quản hấp kg thụ mkk Khối lượng không khí trong kho kg Md Khối lượng ẩm khuếch tán vào trong không khí kg Me Khối lượng hơi nước khuếch tán vào trong kg không khí N Số phần tử tính toán Nu Tiêu chuẩn Nusselt Q Nhiệt tỏa kJ Pm Áp suất hơi nước trên bề mặt quả Pa Pa Phân áp suất hơi nước trong không khí Pa km Hệ số truyền chất kg·m-2·Pa-1 ke Hệ số thoát ẩm m·s-1 r Tọa độ trong quả vải m rw, rp, re Vị trí bán kính tại các điểm nút p, w, e m R Bán kính quả vải m vi
Ra Tiêu chuẩn Rayleigh RCO2 Cường độ hô hấp mlCO2·kg-1·h-1 RTrans Tỏa ẩm do hô hấp kg·s-1 RSpray Tỏa ẩm do phun ẩm kg·s-1 RCond Tốc độ ngưng tụ hơi nước trên thiết bị bay hơi kg·s-1 RVent Tỏa ẩm do thông gió kg·s-1 Rµ Hằng số phổ biến của chất khí J·kg-1·K-1 Pr Tiêu chuẩn Prandtl qope Nhiệt vận hành kW qp Nhiệt hấp thụ bởi sản phẩm kw qresp Nhiệt hô hấp kw qv Nhiệt do thông gió kw qloss Nhiệt tổn thất qua bao che kw o t Nhiệt độ C T Nhiệt độ tuyệt đối K o tb; t ∞ Nhiệt độ: bề mặt, không khí lạnh C o tW, tP, tE Nhiệt độ ở phân tố thể tích tính toán: điểm liền C kề phía sau, điểm nút P, điểm liền kề phía trước o t iexp Giá trị nhiệt độ thực nghiệm đo tại điểm i C o t sim Nhiệt độ mô phỏng tại điểm i C i V Thể tích ml ∆r Chiều dày vùng nghiên cứu m X Thành phần khối lượng % yO2 Nồng độ khí O2 % yCO2 Nồng độ khí CO2 % W Độ hao hụt tự nhiên tuyệt đối kg ∆W Độ hao hụt tự nhiên tương đối % i Enthalpy kJ·kg-1 Ký tự Hy lạp α Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hỗn hợp W·m-2·K-1 αcon Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu W·m-2·K-1 αra Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ W·m-2·K-1 αtrans Hệ số trao đổi nhiệt do khuếch tán ẩm W·m-2·K-1 αf Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức W·m-2·K-1 αn Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên W·m-2·K-1 β Hệ số giãn nở thể tích K-1 vii
ε Hệ số tia quá trình kJ·kg-1 λ Hệ số dẫn nhiệt W·m-1·K-1 ρ Khối lượng riêng kg·m-3 σi Độ lệch chuẩn tại điểm i µ Lượng vật chất kg δC Độ chênh lệch nồng độ ẩm ω Tốc độ m·s-1 τ Thời gian s 2 -1 υ Độ nhớt động học m ·s Chỉ số dưới 1 Thời điểm đầu 2 Thời điểm cuối as Tro CHO Carbohydrate fa Chất béo f Quả vải pr Protein s Thành phần chất khô w Nước Chỉ số trên 1 Thời điểm đầu 2 Thời điểm cuối c Cùi quả vải F Quả vải h Hạt quả vải v Vỏ quả vải w Nước viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CA Khí kiểm soát (Control Atmosphere) CAS Hệ thống tế bào sống (Cells Alive System) FEM Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) FVM Phương pháp thể tích hữu hạn (Finite Volume Method) FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) MAP Bao gói khí điều biến (Modified Atmosphere Packaging) Quả vải thiều tươi Quả vải TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TDMA Thuật toán ma trận ba đường chéo (Three Diagonal Matrix Algorithm) ix
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thống kê một số trái cây chính năm 2016 [12][129] ................................6 Bảng 1.2 Giá trị dinh dưỡng trên 100 g cùi của quả vải [39]...................................8 Bảng 1.3 Diện tích, sản lượng và doanh thu từ quả vải của tỉnh Bắc Giang [123][124][125][126][127] ....................................................................................9 Bảng 1.4 Ảnh hưởng các phương pháp làm lạnh sơ bộ tới tỷ lệ mất nước quả vải .18 Bảng 1.5 Đặc tính lý hóa của quả vải Lục Ngạn [18] ............................................29 Bảng 1.6 Thông số vật lý của quả vải [115]...........................................................30 Bảng 2.1 Xác định đường kính tương đương trong các thí nghiệm.........................49 Bảng 2.2 Thiết bị thí nghiệm dùng để làm lạnh sơ bộ bằng nước đá ......................50 Bảng 2.3 Ký hiệu và tên gọi các thiết bị trong sơ đồ nguyên lý cấu tạo..................53 Bảng 2.4 Thông số thiết bị thí nghiệm bảo quản lạnh ............................................54 Bảng 2.5 Các thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió sử dụng trong thử nghiệm .55 Bảng 2.6 Mẫu thí nghiệm.......................................................................................59 Bảng 2.7 Khối lượng quả vải trong quá trình bảo quản lạnh +4,50C, 92% RH......62 Bảng 3.1 Kết quả đánh giá mô hình .......................................................................76 Bảng 3.2 Kết quả đánh giá kết quả mô phỏng với thực nghiệm quá trình làm lạnh quả vải bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC ................................................79 Bảng 3.3 Kết quả kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ bằng không khí ................81 Bảng 3.4 Kết quả kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ .........................................81 Bảng 3.5 So sánh kết quả xác định bằng phương pháp gián tiếp với Silva .............87 Bảng 3.6 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên tại vị trí thể tích thứ 71 trong quá trình làm lạnh bằng nước đá..................................................................88 Bảng 3.7 Kết quả kiểm chứng xác định α gián tiếp của nước đá............................89 Bảng 3.8 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tại vị trí thể tích thứ 1 trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên .....................................90 Bảng 3.9 Kết quả kiểm chứng xác định α gián tiếp của không khí đối lưu tự nhiên......................................................................................................................91 Bảng 4.1 So sánh mô hình cường độ hô hấp với Paull ...........................................99 Bảng 4.2 So sánh độ hao hụt tự nhiên trong quá trình bảo quản lạnh quả vải với kết quả tính theo mô hình ...............................................................................108 Bảng 4.3 Chất lượng mẫu số 1: quả vải bảo quản có làm lạnh sơ bộ năm 2014...117 Bảng 4.4 Chất lượng mẫu số 2: quả vải bảo quản có làm lạnh sơ bộ năm 2014...118 Bảng 4.5 Chất lượng quả vải bảo quản không làm lạnh sơ bộ năm 2015 .............118 x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Qui trình chế biến quả vải sau thu hoạch ................................................11 Hình 1.2 Bảo quản MAP quả vải ...........................................................................14 Hình 1.3 Biến đổi thành phần của quả vải theo thời gian bảo quản .......................15 Hình 1.4 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước lạnh 5 ± 2oC tới nhiệt độ tâm quả đạt 7,1oC.....................................................................................18 Hình 1.5 Các dạng lưới mô phỏng .........................................................................21 Hình 1.6 Chia lưới cho vật hình cầu ......................................................................21 Hình 1.7 Bộ thí nghiệm đo nhiệt dung riêng theo phương pháp hỗn hợp................23 Hình 1.8 Bộ thí nghiệm NDR theo Moline..............................................................24 Hình 1.9 Sơ đồ thiết bị đo nhiệt dung riêng theo phương pháp DSC ......................26 Hình 1.10 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước từ nhiệt độ 28oC đến 2oC .31 Hình 1.11 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng không khí lạnh từ nhiệt độ 22oC đến 2oC .......................................................................................31 Hình 1.12 Hiện tượng truyền ẩm của quả vải.........................................................35 Hình 1.13 Sơ đồ quá trình hô hấp xảy ra trong tế bào quả vải ...............................40 Hình 2.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu .....................................................46 Hình 2.2 Kích thước quả vải ..................................................................................49 Hình 2.3 Vị trí cắm que thăm nhiệt độ vào vùng hạt quả vải ..................................50 Hình 2.4 Hộp đựng quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí....................51 Hình 2.5 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản (Tbq) quả vải trong 200 phút trước khi đưa quả vào bảo quản ....................................................52 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo ..........................................................................53 Hình 2.7 Bố trí 04 đầu đo để kiểm tra độ đồng đều nhiệt độ ..................................54 Hình 2.8 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản không tải ...............................54 Hình 2.9 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản tbq khi làm lạnh và bảo quản ..55 Hình 2.10 Bình kín đựng quả vải để xác định cường độ hô hấp .............................58 Hình 2.11 Máy phân tích khí model 6600 xác định nồng độ O2 và CO2..................58 Hình 2.12 Tiến hành lấy số liệu thí nghiệm............................................................60 Hình 2.13 Hộp đựng quả vải và xác định khối lượng bằng cân phân tích ..............61 Hình 3.1 Cấu trúc quả vải......................................................................................66 Hình 3.2 Chia lưới trong mô phỏng quả vải...........................................................70 Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải .........................75 Hình 3.4 Đánh giá kết quả mô phỏng với số liệu thí nghiệm của Dincer cho trường nhiệt độ ở tâm quả vả trong quá trình làm lạnh ...................................76 Hình 3.5 Đánh giá kết quả mô hình mô phỏng xây dựng với mô hình mô phỏng của Olesen cho trường nhiệt độ tại tâm quả vải .....................................................77 Hình 3.6 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 32 mm tại tâm và bề mặt trong quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC, tốc độ nước 0,2 m·s-1 từ nhiệt độ quả vải ban đầu 31,31oC xuống 7,05oC........................................78 Hình 3.7 Trường nhiệt độ mô phỏng của quả vải có đường kính 32 mm trong quá trình làm lạnh bằng nước đá có nhiệt độ 4,28 oC và tốc độ 0,2 m·s-1 ...............78 Hình 3.8 Biến thiên nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC................................................................................... 79 xi
Hình 3.9 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 32 mm tại tâm và bề mặt trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu có nhiệt độ 4,27oC, với tốc độ 0,5 m·s-1 từ nhiệt độ quả vải ban đầu 29oC xuống 7,05oC ............................80 Hình 3.10 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 31 mm tại R = 14,97 mm trong quá trình làm lạnh bằng không khí có nhiệt độ 4,35oC, tốc độ 0,5 m·s-1 từ nhiệt độ quả vải ban đầu 31,25oC xuống 7,05oC ....................................................80 Hình 3.11 Nhiệt độ tại vị trí 16,1 mm của quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,27oC và Dtđ = 32 mm ..............................81 Hình 3.12 Tối ưu hóa phiếm hàm theo phương pháp lát cắt vàng ..........................84 Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán xác định r và α gián tiếp...........................................86 Hình 3.14 Biến thiên nhiệt độ tại vị trí 15,2 mm của quả vải trong quá trình làm lạnh bằng nước đá đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,28oC và Dtđ = 32 mm ................87 Hình 3.15 Xác định vị trí cặp nhiệt và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên...........88 Hình 3.16 Nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC....................................................................................................................89 Hình 3.17 Biến thiên nhiệt độ tại vị trí 16,1 mm của quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,27oC và Dtđ = 32 mm..............90 Hình 3.18 Xác định vị trí cặp nhiệt trong quá trình làm lạnh bằng không khí từ vị trí thể tích 1 tới 100 .......................................................................................90 Hình 3.19 Nhiệt độ tại vị trí quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,27oC........................................................................91 Hình 3.20 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 32 mm tại tâm và bề mặt trong quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC, với các tốc độ nước khác nhau từ nhiệt độ quả vải ban đầu 31,31oC xuống 7,05oC ..........................................93 Hình 3.21 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 32 mm tại tâm và bề mặt trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu có nhiệt độ 4,27oC, với các tốc độ không khí khác nhau từ nhiệt độ quả vải ban đầu 29oC xuống 7,05oC ........93 Hình 4.1 Cường độ hô hấp quả vải ở các nhiệt độ khác nhau ................................97 Hình 4.2 Cường độ hô hấp quả vải phụ thuộc nhiệt độ ..........................................98 Hình 4.3 Giao diện phần mềm tính nhiệt tỏa do hô hấp .......................................100 Hình 4.4 Sơ đồ trao đổi nhiệt không khí trong kho bảo quản quả vải...................101 Hình 4.5 Quá trình biến đổi trạng thái của không khí khi đi qua các lớp quả vải.102 Hình 4.6 Các phương án biến đổi trạng thái của không khí khi đi qua các lớp ....104 Hình 4.7 Đồ thị i - d xác định quá trình nhiệt ẩm trong không gian bảo quản......105 Hình 4.8 Hồi qui tia quá trình trong dải nhiệt độ bảo quản 0oC ÷ 25oC...............105 Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tủ bảo quản .....................................................107 Hình 4.10 Hao hụt khối lượng quả vải bảo quản..................................................107 Hình 4.11 Độ hao hụt tự nhiên của quả vải bảo quản trong kho lạnh ..................108 Hình 4.12 Chuỗi lạnh chế biến và vận tải quả vải................................................109 Hình 4.13 Kho lạnh cưỡng bức dàn lạnh quạt gió................................................114 Hình 4.14 Sơ đồ công nghệ kho lạnh có dàn lạnh quạt gió...................................114 Hình 4.15 Kho lạnh có hệ thống phân phối không khí lạnh kiểu kênh ..................116 Hình 4.16 Kho lạnh có hệ thống phân phối không khí lạnh kiểu ống....................116 xii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Quả vải (Litchi chinensis Sonn) là loại quả có giá trị thương phẩm cao, màu sắc đẹp và giàu hàm lượng dinh dưỡng [13]. Vì vậy quả vải được xác định là một trong 11 loại quả chủ lực của Việt Nam dùng để xuất khẩu và nội tiêu. Theo Tổng cục thống kê [129], năm 2016 sản lượng quả vải trong cả nước đạt 312.556,3 tấn, trong đó dẫn đầu là Bắc Giang với sản lượng khoảng 142.000 tấn, tiếp đến là Hải Dương khoảng 25.000 tấn, Quảng Ninh khoảng 8.000 tấn …[12]. Đến nay huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang trở thành nơi trồng quả vải lớn nhất nước với tổng diện tích đạt khoảng 30.000 ha, sản lượng hàng năm dao động từ 100.000 ÷ 190.000 tấn và tổng doanh thu đạt trên 5.000 tỷ đồng. Tuy nhiên, với đặc tính hô hấp thường biến [39][25], ưa bảo quản lạnh, khả năng mất nước khá cao (độ hao hụt của quả vải ở nhiệt độ thường trong 24 h sau thu hoạch có thể lên đến 3 ÷ 5% khối lượng), dẫn tới nhanh héo và nâu hóa vỏ, nên quả vải là loại quả rất khó bảo quản [39]. Không những thế, quả vải còn có tính thời vụ rõ rệt, với mỗi mùa thu hoạch chỉ tối đa khoảng 45 ngày, nên tạo áp lực lưu thông rất lớn. Chính vì vậy quả vải của Việt Nam chủ yếu mới được dùng nội tiêu trong nước, chỉ khoảng 10 ÷ 15% sản lượng tương đương 20.000 ÷ 30.000 tấn quả được xuất thô sang Trung Quốc. Tuy nhiên lượng xuất khẩu này luôn bị ép giá và không chủ động được về thị trường, do chúng ta chưa có công nghệ bảo quản dài ngày loại sản phẩm này. Không những thế việc “được mùa mất giá” luôn là một điệp khúc với những người sản xuất vải cho thị trường trong nước. Do đó, sản xuất quả vải ở Việt Nam trong 10 năm gần đây tuy đã có bước phát triển vượt bậc nhưng lại thiếu tính bền vững. Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, Bộ Khoa học & Công nghệ cùng nhiều cơ quan hữu quan khác đã tìm cách đưa quả vải của Việt Nam tiếp cận các thị trường tiêu thụ cao cấp như châu Âu, Nhật Bản, Úc, đặc biệt tháng 10 năm 2014 Việt Nam chính thức được Mỹ cấp phép cho xuất khẩu quả vải vào thị trường Mỹ. Đây là một cơ hội, tuy nhiên lại tạo ra một thách thức rất lớn với ngành công nghiệp chế biến và bảo quản vải tươi, do yêu cầu của đối tác về chất lượng và thời gian bảo quản rất khắt khe. Bởi vậy sản lượng vải đã xuất khẩu cho các thị trường nói trên mới đạt khoảng vài trăm tấn cho mỗi thị trường và bản chất vẫn là những lô xuất khẩu chào hàng thử nghiệm. Do đó vấn đề nghiên cứu phát triển công nghệ bảo quản quả vải là một trong những vấn đề có tính thời sự, không chỉ dừng ở cấp ngành hay địa phương mà đã được nâng lên cấp quốc gia. Theo quyết định số 1895/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ, ngày 17 tháng 12 năm 2012 về việc phê duyệt chương trình phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao đến năm 2020, trong các nhiệm vụ chủ yếu 1
được giao có nhiệm vụ phát triển công nghệ lạnh trong bảo quản, chế biến sản phẩm nông nghiệp cụ thể là: nghiên cứu phát triển công nghệ bảo quản quả tươi [17], trong đó có quả vải ở quy mô tập trung. Để bảo quản vải tươi ở quy mô tập trung, dù sử dụng phương pháp nào cũng không thể thiếu được khâu bảo quản lạnh. Vì vậy để nâng cao năng lực chế biến bảo quản quả vải sau thu hoạch một trong những biện pháp quan trọng là hoàn thiện công nghệ chế biến và bảo quản quả vải ở nhiệt độ thấp. Để bảo quản quả vải tươi ở điều kiện này, trước hết cần phải nghiên cứu quá trình làm lạnh sơ bộ, tính chất nhiệt vật lý của quả vải để xác định năng suất lạnh cần thiết cho các thiết bị, dự đoán được thời gian làm lạnh từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ bảo quản. Khi quả vải đã được đưa vào bảo quản lạnh thì một thông số khác là độ hao hụt về khối lượng của quả vải lại là vấn đề cần phải nghiên cứu để kiểm soát và dự đoán thời gian bảo quản, nâng cao chất lượng bảo quản. Để làm được việc này, đặc tính hô hấp của quả vải phụ thuộc vào nhiệt độ là thông số hết sức quan trọng cũng như đặc điểm biến đổi nhiệt ẩm của trạng thái không khí trong kho bảo quản. Tuy nhiên rất đáng tiếc ở nước ta cho tới nay các vấn đề trên chưa được sự quan tâm một cách thích đáng của giới chuyên môn nên chưa được nghiên cứu một cách hệ thống, đồng bộ theo một phương pháp luận hiện đại. Do đó các giải pháp phát triển công nghệ lạnh cho bảo quản vải chỉ mang tính cục bộ, hạn chế về ứng dụng. Xuất phát từ thực tế nêu trên nghiên cứu sinh (NCS) đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải’’ với mục đích là đề xuất cơ sở lý luận cho quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh ở quy mô tập trung cho loại quả hô hấp thường biến có vỏ dày, hạt lớn ưa bảo quản lạnh là quả vải. 2. Giới thiệu luận án 2.1. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu chung là xây dựng cơ sở khoa học cho việc phát triển công nghệ chế biến, bảo quản lạnh quả vải. Để thực hiện được mục tiêu đó, những nội dung chính sau đây sẽ được nghiên cứu: (i) xây dựng mô hình tính toán tính chất nhiệt vật lý của quả vải, (ii) mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải, (iii) xây dựng mô hình hô hấp của quả vải, (iv) xây dựng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả vải trong quá trình bảo quản với quy mô tập trung. 2.2. Đối tượng & phạm vi nghiên cứu Đối tượng được lựa chọn để nghiên cứu là quả vải huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang, Việt Nam có độ chín 3. 2
Quả vải có khối lượng trung bình 15 ÷ 25 g, đường kính 25 ÷ 35 mm, chiều cao 26 ÷ 40 mm và hàm lượng nước trong cùi quả chiếm 80 ÷ 84%. Quả vải được nghiên cứu trong phạm vi liên quan tới tính chất nhiệt vật lý, quá trình truyền nhiệt và tỏa ẩm, quá trình hô hấp xảy ra khi làm lạnh sơ bộ và bảo quản lạnh sau thu hoạch. 2.3. Nội dung nghiên cứu - Xây dựng mô hình dự đoán (tính toán) tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng của quả vải Lục Ngạn dựa vào thành phần chính của quả vải, trên cơ sở giả thiết coi quả vải là hệ nhiệt động cân bằng đa thành phần; - Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ và làm lạnh chính của quả vải, trên cơ sở giải hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng dẫn nhiệt không ổn định sử dụng các thông số nhiệt vật lý hiệu dụng kết hợp với điều kiện biên loại 3 đối xứng, cho hệ nhiệt động cân bằng không đồng chất nhưng đẳng hướng; - Tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng mô hình trên quả vải của 3 mùa vụ trong 3 năm liên tiếp. Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trong quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải bằng phương pháp gián tiếp; - Trên cơ sở các nghiên cứu đó xác định được thời gian làm lạnh, nhu cầu cấp lạnh cần thiết cho một đơn vị khối lượng quả. Từ đó xác định nhu cầu lạnh (đá cây) cho một đơn vị khối lượng vải bảo quản; - Nghiên cứu thực nghiệm xác định mô hình cường độ hô hấp và nhiệt hô hấp của quả vải phụ thuộc nhiệt độ thông qua mô hình nhiệt động của tốc độ phản ứng Arrhenius. Thí nghiệm được thực hiện cho quả vải trong 3 mùa vụ của 3 năm liên tiếp; - Phát triển mô hình xác định độ hao hụt khối lượng của quả vải (độ hao hụt tự nhiên) trong quá trình bảo quản trên cơ sở sử dụng giả thiết quả vải trong kho bảo quản và không khí trong kho là một hệ nhiệt động tựa cân bằng, đẳng áp, dựa trên cách tiếp cận của Jadan xây dựng tia quá trình ε cho không khí tuần hoàn trong kho lạnh bảo quản quả vải; - Xây dựng mô hình thí nghiệm kho lạnh bảo quản quả vải với các thông số kỹ thuật thích hợp để bảo quản quả vải từ 30 ngày trở lên và để kiểm chứng mô hình hao hụt khối lượng cũng như dùng để nghiên cứu phát triển các mẫu kho bảo quản lạnh cũng như đánh giá về chất lượng quả vải sau bảo quản; - Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã đạt được đề xuất các mẫu kho lạnh với các thông số công nghệ thích hợp dùng cho bảo quản quả vải. 3
2.4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình mô phỏng quá trình kết hợp với nghiên cứu bằng thực nghiệm để giải quyết các bài toán đặt ra; - Vận dụng các kiến thức và hiểu biết thực tế để giải quyết các vấn đề đặt ra trong luận án. Trong đó kiến thức được vận dụng bao gồm các kiến thức về: nhiệt động, truyền nhiệt, nhiệt động hóa học, xử lý nhiệt ẩm không khí trong kho bảo quản, quá trình sinh lý xảy ra trong quá trình bảo quản quả vải và kiến thức về toán ứng dụng. 2.5. Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu đạt được Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã làm rõ bản chất của quá trình truyền nhiệt và tỏa ẩm đối với quả vải. Từ đó mô phỏng quá trình làm lạnh, hao hụt tự nhiên của quả vải để xác định các đặc tính kỹ thuật và công nghệ. Sử dụng các phần mềm tính toán phục vụ cho công nghệ chế biến và bảo quản quả vải nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế. Cụ thể như sau: - Xây dựng mô hình dự đoán (tính toán) tính chất nhiệt vật lý của quả vải; - Mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải; - Xác định hệ số trao đổi nhiệt bằng phương pháp gián tiếp trong quá trình làm lạnh; - Xây dựng mô hình hô hấp, xác định được độ hao hụt tự nhiên của quả vải trong quá trình bảo quản với quy mô tập trung; - Xây dựng phần mềm tính nhiệt tỏa do hô hấp của quả vải phục vụ cho việc tính toán thiết kế kho lạnh bảo quản cũng như các quá trình công nghệ khác. 2.6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài nghiên cứu đạt được - Từ mô hình tính toán thông số nhiệt vật lý và làm lạnh sơ bộ có thể xác định được nhu cầu đá cần cho quá trình làm lạnh sơ bộ, nhu cầu lạnh cho quá trình bảo quản. Trên cơ sở đó, có thể đề xuất xây dựng các nhà máy sản xuất đá phục vụ cho vùng nguyên liệu khoảng 140.000 tấn/năm; - Xây dựng các thông số cường độ hô hấp và nhiệt tỏa hô hấp của quả vải tươi phụ thuộc vào nhiệt độ. Đây là thông số rất cần thiết dùng cho công nghệ chế biến và bảo quản vải tươi; - Đề xuất các yêu cầu về các thông số công nghệ cần thiết để thiết kế kho lạnh dùng cho bảo quản vải. 4
2.7. Các đóng góp mới của luận án 1. Xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh của quả vải trên cơ sở hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định, đối với đối tượng không đồng chất nhưng đẳng hướng với điều kiện biên loại 3 viết cho hệ tọa độ cầu, trên cơ sở phát triển phương pháp tính toán tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng gồm có nhiệt dung riêng đẳng áp (Cp), hệ số dẫn nhiệt (λ), enthalpy riêng phần (i), khối lượng riêng (ρ) của quả vải, trên cơ sở coi quả vải như hệ nhiệt động cân bằng, đa thành phần, không có chuyển pha. Trong đó các thành phần hệ là các lớp quả. 2. Mô hình cường độ hô hấp đã được xây dựng dựa trên mô hình Arrhenius của tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, dựa trên cơ sở xử lý hàng trăm số liệu của hơn 20 thí nghiệm được tiến hành liên tiếp cho quả vải của 3 mùa vụ 3 năm liên tiếp 2014 ÷ 2016 ở 5 nhiệt độ khác nhau. 3. Luận án đã phát triển thành công mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên cho quả vải trong quá trình bảo quản dựa trên nguyên lý hệ nhiệt động cân bằng, đẳng áp. 4. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã xác định được các thông số công nghệ cần thiết cho chuỗi lạnh bảo quản quả vải từ khâu làm lạnh sơ bộ, vận chuyển, tái lạnh và bảo quản lạnh. 5. Đề xuất yêu cầu kho lạnh phù hợp để kéo dài thời gian bảo quản và tăng chất lượng quả vải sau bảo quản. Xây dựng mẫu thiết bị thí nghiệm để nghiên cứu thực nghiệm quá trình bảo quản. 2.8. Bố cục của luận án Luận án được trình bày trong 5 chương với các nội dung: + Chương 1 trình bày nghiên cứu tổng quan; + Chương 2 trình bày nội dung và phương pháp nghiên cứu; + Chương 3 mô phỏng các quá trình làm lạnh; + Chương 4 xây dựng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên và phát triển công nghệ lạnh cho quả vải; + Chương 5 trình bày kết luận và kiến nghị. 5
Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Sản xuất quả vải của Việt Nam 1.1.1. Thực trạng sản xuất và chế biến rau quả Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều. Với vị trí địa lý trải dài trên 2.000 km từ Bắc vào Nam dọc theo bờ biển Đông, trong đó núi và cao nguyên chiếm tới khoảng ¾ diện tích nên Việt Nam có nhiều vùng khí hậu rất đa dạng. Miền Bắc có 4 mùa rõ rệt dưới ảnh hưởng của gió mùa, miền Nam có khí hậu cận xích đạo, nóng ẩm quanh năm, trên miền núi và cao nguyên lại có khí hậu gần ôn đới. Với điều kiện tự nhiên như vậy nên Việt Nam có thảm thực vật rất phong phú với khoảng 14.500 loài thực vật từ ôn đới, tới nhiệt đới thuộc khoảng 200 họ. Trong các loài thực vật này có gần 100 loại quả. Tuy nhiên chỉ có 11 loại quả là có giá trị dinh dưỡng và kinh tế hơn cả mà Việt Nam đang tập trung để sản xuất dành cho nội tiêu và xuất khẩu gồm: quả vải - nhãn, chôm chôm, dứa, xoài, măng cụt, thanh long, bưởi, cam, sầu riêng, vú sữa, dừa. Trong đó quả vải là một trong những loại quả chủ lực của miền Bắc dành cho xuất khẩu. Kể từ đầu thập kỷ 90, khi chúng ta bắt đầu quá trình mở cửa và hội nhập với kinh tế Thế giới, sản lượng rau quả của Việt Nam phát triển nhanh chóng. Về nguồn hàng, diện tích cây ăn quả lâu năm của cả nước theo Tổng cục thống kê [129] được trình bày trong Bảng 1.1. Bảng 1.1 Thống kê một số trái cây chính năm 2016 [12][129] Stt Tên các loại quả Diện tích Năng suất Tổng sản lượng 1 Chuối 136.400.000 ha 161,9 tạ/ha 1.968.700.000 tấn 2 Xoài 84.770.000 ha 73,4 tạ/ha 707.800.000 tấn 3 Thanh long 44.000 ha 228,2 tạ/ha 817.800 tấn 4 Cam 72.100 ha 123,6 tạ/ha 594.700 tấn 5 Dứa 40.900 ha 163 tạ/ha 579.900 tấn 6 Nhãn 73.900 ha 78,2 tạ/ha 504.900 tấn 7 Bưởi, bòng 54.700 ha 116,8 tạ/ha 474.500 tấn 8 Chôm chôm 26.000 ha 149 tạ/ha 341.700 tấn 9 Sầu riêng 32.300 ha 145 tạ/ha 336.900 tấn 10 Vải 64.200 ha 49,7 tạ/ha 312.500 tấn Việc Việt Nam đã tham gia vào các tổ chức hợp tác khu vực và thế giới như ASEAN, APEC, WTO tạo ra cơ hội tốt để ngành công nghệ chế biến rau quả phát triển mở rộng xuất khẩu ra thị trường Thế giới. Xuất khẩu rau quả sang các thị trường tăng trưởng mạnh, theo số liệu thống kê cho thấy năm 2016 [129] kim ngạch xuất khẩu rau quả lớn gấp gần 5,5 lần so với 6
năm 2010, tăng gần 32,7%/năm. Đây là tốc độ tăng cao hơn tốc độ tăng tổng kim ngạch xuất khẩu của cả nước trong cùng thời gian. Từ đầu năm đến 15/9/2017, kim ngạch xuất khẩu rau quả đạt trên 2,49 tỷ USD tăng 46,7% so với cùng kỳ năm 2016, cao gấp trên 2,3 lần tốc độ tăng tổng kim ngạch xuất khẩu của cả nước trong cùng thời gian. Đây là tín hiệu khả quan để cả năm 2017, kim ngạch xuất khẩu hàng rau quả có thể đạt kỷ lục mới, vượt qua mốc 3,6 tỷ USD [129]. Sự tăng trưởng mạnh mẽ giúp mặt hàng rau quả lần đầu tiên vượt qua mặt hàng gạo trở thành nhóm hàng nông sản xuất khẩu lớn thứ 3 của Việt Nam [122]. Tuy nhiên nhìn chung ngành xuất khẩu hoa quả của nước ta còn rất khiêm tốn so với tiềm năng sản xuất. Phần lớn rau quả Việt Nam, trong đó có quả vải được xuất khẩu thô, không qua chế biến vào thị trường Trung Quốc nên giá trị gia tăng không cao và rất phụ thuộc vào mùa vụ. Điều này một lần nữa khẳng định tồn tại rất nhiều bất cập trong lĩnh vực sản xuất, chế biến bảo quản rau quả sau thu hoạch nói chung và bảo quản quả vải nói riêng. Một trong những vấn đề tồn tại chính là công nghệ chế biến và bảo quản rau quả của nước ta chưa phát triển nên lượng hao hụt khối lượng sau thu hoạch của rau quả Việt Nam rất lớn từ 25 ÷ 30% [18] đồng thời chất lượng bảo quản sau thu hoạch cũng không cao, thời gian bảo quản ngắn. Vấn đề trên được lý giải bởi các nguyên nhân cụ thể sau: - Việc nghiên cứu ứng dụng và triển khai công nghệ sau thu hoạch trong đó có khâu bảo quản và vận chuyển chưa đáp ứng kịp thời và đầy đủ; - Phần lớn quá trình thu hoạch và chế biến được thực hiện thủ công; - Hiện nay, các sản phẩm rau quả Việt Nam chủ yếu được sử dụng dưới dạng tươi sống, năng lực chế biến chỉ đạt 2% sản lượng dưới các hình thức rau quả đóng hộp, nước quả đóng lon; - Cả nước chỉ có khoảng 260 nhà máy chế biến hoa quả, trong đó chỉ có 60 cơ sở là có quy mô công nghiệp tương đối lớn. Phần lớn sản phẩm là nước quả, đồ hộp, mứt, hoa quả khô và một lượng không đáng kể là sản phẩm hoa quả đông lạnh. Tổng năng suất của các nhà máy này là khoảng 300.000 tấn/năm; - Việc áp dụng công nghệ mới đặc biệt là công nghệ bảo quản lạnh cho hoa quả ở Việt Nam chưa được đầu tư một cách thích đáng; - Tổng sản lượng hoa quả đông lạnh ước tính chỉ khoảng 20.000 tấn/năm, trong khi đó quá trình vận chuyển và sơ chế hoa quả từ nơi thu hoạch đến nơi tiêu thụ kéo dài từ 6 ÷ 48 h trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của nước ta nên độ hao hụt lớn. Với những lý do trên, để nâng cao chất lượng chế biến và kéo dài thời gian bảo quản, giảm mức độ hư hỏng sau thu hoạch của rau quả nói chung và quả vải nói riêng xuống dưới 10% như Nghị Quyết 48/NQ-CP của Chính phủ, ban hành ngày 23/09/2009 đã yêu cầu, rất cần thiết phát triển công nghệ chế biến sau thu hoạch [8]. Trong đó một trong những khâu quyết định là phát triển công nghệ lạnh chế biến và 7
bảo quản rau quả. 1.1.2. Tình hình sản xuất quả vải của Việt Nam Quả vải là trái cây cận nhiệt đới, là một mặt hàng xuất khẩu có giá trị thương phẩm cao do màu vỏ hấp dẫn của nó và có hương vị đặc trưng, ngọt [1]. Quả vải có hình dạng ôvan, bên ngoài là vỏ thô sần sùi bao xung quanh tiếp theo là lớp áo hạt mọng nước ăn được và một hạt ở trung tâm quả [64][90]. Thịt quả màu trắng, hương vị thơm, ngọt rất đặc trưng nên được ưa chuộng ở phần lớn các thị trường nhập khẩu rau quả. Không những thế, quả vải còn chứa rất nhiều loại vitamin và khoáng chất có giá trị cao đối với sức khỏe con người. Thành phần dinh dưỡng của quả vải được thể hiện ở Bảng 1.2. Bảng 1.2 Giá trị dinh dưỡng trên 100 g cùi của quả vải [39] Stt Mô tả thông số quả vải Đơn vị Giá trị 1 Hàm lượng nước % 81,9 ÷ 84,83 2 Năng lượng kcal 63 ÷ 64 3 Protein g 0,68 ÷ 1,0 4 Chất béo g 0,3 ÷ 0,58 5 Carbohydrate g 13,31 ÷ 16,4 6 Chất xơ g 0,23 ÷ 0,4 7 Tro g 0,37 ÷ 0,5 8 Canxi mg 8 ÷ 10 9 Sắt mg 0,4 10 Phốt pho mg 30 ÷ 42 11 Kali mg 170 12 Natri mg 1÷3 13 Vitamin C mg 24 ÷ 60 14 Thiamin mg 28 15 Nicotinic acid mg 0,4 16 Riboflavin mg 0,05 ÷ 0,07 17 Hàm lượng đường tổng % 10,2 ÷ 12,77 Trên thế giới có khoảng 150 giống vải khác nhau, phần lớn tập trung ở khu vực nam - đông nam châu Á, giữa Trung Quốc và Ấn Độ. Tuy nhiên theo đánh giá của các chuyên gia quốc tế, chỉ có khoảng 15 giống vải có giá trị thương phẩm thực sự, trong đó có giống vải của Việt Nam [39]. Do quả vải của Việt Nam có giá trị thương phẩm lớn, nên sản xuất quả vải ở Việt Nam đã có bước phát triển vượt bậc trong những năm qua để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao cho xuất khẩu và nội tiêu. Với diện tích cây vải trên cả nước năm 2016 khoảng 64.200 ha, năng suất khoảng 49,7 tạ/ha với tổng sản lượng quả 8