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

Lê Xuân Tuấn PGS. TS. Hà Mạnh Thư PGS. TS. Nguyễn Việt Dũng

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

MỤC LỤC

iii

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

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

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

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

Tên gọi Ký hiệu

Diện tích bề mặt quả Hệ số dẫn nhiệt độ Các hằng số trong phương trình dẫn nhiệt Đơn vị m2 m2·s-1

J·kg-1·K-1 m m m kJ m2 m·s-2 kg kg·m-2·s-1 A a Aw, Ap, Ae, B Ap1, Ap2, B1 Bi Cp Dh Dw Dd E F g m ⋅ m

kg mf

kg ma

kg kg kg mkk Md Me

Tiêu chuẩn Biot Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp Chiều cao quả vải Chiều rộng quả vải Chiều dài quả vải Năng lượng Diện tích Gia tốc trọng trường Khối lượng Tốc độ thoát hơi nước trên một đơn vị diện tích bề mặt Lượng hơi nước của quả vải tỏa ra trong quá trình hô hấp Lượng hơi nước mà môi trường bảo quản hấp thụ Khối lượng không khí trong kho Khối lượng ẩm khuếch tán vào trong không khí Khối lượng hơi nước khuếch tán vào trong không khí Số phần tử tính toán Tiêu chuẩn Nusselt Nhiệt tỏa Áp suất hơi nước trên bề mặt quả Phân áp suất hơi nước trong không khí Hệ số truyền chất Hệ số thoát ẩm Tọa độ trong quả vải Vị trí bán kính tại các điểm nút p, w, e Bán kính quả vải kJ Pa Pa kg·m-2·Pa-1 m·s-1 m m m N Nu Q Pm Pa km ke r rw, rp, re R

Tiêu chuẩn Rayleigh Cường độ hô hấp Tỏa ẩm do hô hấp Tỏa ẩm do phun ẩm Tốc độ ngưng tụ hơi nước trên thiết bị bay hơi Tỏa ẩm do thông gió Hằng số phổ biến của chất khí Tiêu chuẩn Prandtl Nhiệt vận hành Nhiệt hấp thụ bởi sản phẩm Nhiệt hô hấp Nhiệt do thông gió Nhiệt tổn thất qua bao che Nhiệt độ Nhiệt độ tuyệt đối Nhiệt độ: bề mặt, không khí lạnh

Nhiệt độ ở phân tố thể tích tính toán: điểm liền kề phía sau, điểm nút P, điểm liền kề phía trước Giá trị nhiệt độ thực nghiệm đo tại điểm i

Nhiệt độ mô phỏng tại điểm i

Thể tích Chiều dày vùng nghiên cứu Thành phần khối lượng Nồng độ khí O2 Nồng độ khí CO2 Độ hao hụt tự nhiên tuyệt đối Độ hao hụt tự nhiên tương đối Enthalpy

ml m % % % kg % kJ·kg-1 W·m-2·K-1 W·m-2·K-1 W·m-2·K-1 W·m-2·K-1 W·m-2·K-1 W·m-2·K-1 K-1

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hỗn hợp Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ Hệ số trao đổi nhiệt do khuếch tán ẩm Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên Hệ số giãn nở thể tích

mlCO2·kg-1·h-1 kg·s-1 kg·s-1 kg·s-1 kg·s-1 J·kg-1·K-1 kW kw kw kw kw oC K oC oC Ra RCO2 RTrans RSpray RCond RVent R µ Pr qope qp qresp qv qloss t T tb; t∞ tW, tP, tE

exp it sim it V r∆ X yO2 yCO2 W W∆ i Ký tự Hy lạp α αcon αra αtrans αf αn β

vii

kJ·kg-1 W·m-1·K-1 kg·m-3

Hệ số tia quá trình Hệ số dẫn nhiệt Khối lượng riêng Độ lệch chuẩn tại điểm i

kg m·s-1 s m2·s-1

Lượng vật chất Độ chênh lệch nồng độ ẩm Tốc độ Thời gian Độ nhớt động học Thời điểm đầu Thời điểm cuối Tro Carbohydrate Chất béo Quả vải Protein Thành phần chất khô Nước Thời điểm đầu Thời điểm cuối Cùi quả vải Quả vải Hạt quả vải Vỏ quả vải Nước

viii

ε λ ρ iσ µ δC ω τ υ Chỉ số dưới 1 2 as CHO fa f pr s w Chỉ số trên 1 2 c F h v w

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CA CAS FEM FVM FAO

Khí kiểm soát (Control Atmosphere) Hệ thống tế bào sống (Cells Alive System) Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) Phương pháp thể tích hữu hạn (Finite Volume Method) Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (Food and Agriculture Organization of the United Nations) Bao gói khí điều biến (Modified Atmosphere Packaging)

MAP Quả vải thiều tươi Quả vải TCVN TDMA

Tiêu chuẩn Việt Nam Thuật toán ma trận ba đường chéo (Three Diagonal Matrix Algorithm)

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

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

xii

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

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

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.

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.

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.

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.

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]

Diện tích

Stt Tên các loại quả 1 Chuối 2 Xoài 3 Thanh long 4 Cam 5 Dứa 6 Nhãn 7 Bưởi, bòng 8 Chôm chôm 9 Sầu riêng 10 Vải 136.400.000 ha 84.770.000 ha 44.000 ha 72.100 ha 40.900 ha 73.900 ha 54.700 ha 26.000 ha 32.300 ha 64.200 ha Năng suất 161,9 tạ/ha 73,4 tạ/ha 228,2 tạ/ha 123,6 tạ/ha 163 tạ/ha 78,2 tạ/ha 116,8 tạ/ha 149 tạ/ha 145 tạ/ha 49,7 tạ/ha Tổng sản lượng 1.968.700.000 tấn 707.800.000 tấn 817.800 tấn 594.700 tấn 579.900 tấn 504.900 tấn 474.500 tấn 341.700 tấn 336.900 tấn 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

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

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]

Mô tả thông số quả vải Giá trị

Stt 1 Hàm lượng nước 2 Năng lượng 3 Protein 4 Chất béo 5 Carbohydrate 6 Chất xơ 7 Tro 8 Canxi Sắt 9 10 Phốt pho 11 Kali 12 Natri 13 Vitamin C 14 Thiamin 15 Nicotinic acid 16 Riboflavin 17 Hàm lượng đường tổng Đơn vị % kcal g g g g g mg mg mg mg mg mg mg mg mg % 81,9 ÷ 84,83 63 ÷ 64 0,68 ÷ 1,0 0,3 ÷ 0,58 13,31 ÷ 16,4 0,23 ÷ 0,4 0,37 ÷ 0,5 8 ÷ 10 0,4 30 ÷ 42 170 1 ÷ 3 24 ÷ 60 28 0,4 0,05 ÷ 0,07 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

vải đạt 312.556,3 tấn [12]. 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 … Cây vải thiều được phát triển mạnh tại Bắc Giang, huyện Lục Ngạn từ những năm 1980, đến nay Lục Ngạn trở thành nơi trồng và tiêu thụ quả vải lớn nhất nước. Diện tích cây vải thiều chiếm khoảng gần 80% so với tổng diện tích cây ăn quả trong toàn huyện đạt khoảng 30.000 ha với sản lượng hàng năm dao động từ 100.000 ÷ 190.000 tấn và tổng doanh thu đạt trên 5.000 tỷ đồng.

Bảng 1.3 Diện tích, sản lượng và doanh thu từ quả vải của tỉnh Bắc Giang [123] [124] [125] [126] [127]

Năm Diện tích Sản lượng Doanh thu

2013 17.500 ha 140.000 tấn 1.296 tỷ đồng

2014 17.500 ha 190.000 tấn 2.368 tỷ đồng

2015 32.000 ha 160.000 tấn 3.000 tỷ đồng

2016 30.000 ha 142.000 tấn 5.000 tỷ đồng

2017 30.000 ha 100.000 tấn 5.300 tỷ đồng

Bảng 1.3 cho thấy sự phát triển nhanh chóng của vùng cung cấp vải nguyên liệu lớn nhất Việt Nam ở tỉnh Bắc Giang. Qua đó cũng cho thấy sản xuất quả vải tăng nhanh về quy mô và doanh thu nhưng thiếu tính bền vững. Hơn 70% sản lượng vải được dùng cho thị trường nội địa dưới dạng tươi. Xuất khẩu chỉ đạt 10.000 ÷ 20.000 tấn quả tươi, chủ yếu sang Trung Quốc. Xuất khẩu sang các thị trường khó tính như Nhật, Mỹ, Châu Âu, Úc … chỉ đạt vài chục tới vài trăm tấn, mang tính giới thiệu sản phẩm. Ngoài ra chỉ có khoảng chục nghìn tấn vải được chế biến đông lạnh và sấy khô. Lý do hạn chế xuất khẩu quả vải, chính vì loại quả rất khó bảo quản và ưa lạnh.

Quả vải được thu hoạch ở các giai đoạn phát triển có màu xanh lá cây, màu hồng và màu đỏ [20] [24]. Tuy nhiên, sau khi thu hoạch vỏ quả bị biến đổi rất nhanh và chuyển sang màu nâu sẫm được gọi là hiện tượng nâu hóa, trong điều kiện tự nhiên quá trình này có thể diễn ra trong vòng 48 h [26]. Cùng với đó là hiện tượng hao hụt tự nhiên do mất nước của quả vải rất mãnh liệt, trong vòng 24 h sau thu hoạch nếu không được bảo quản đúng cách, con số này có thể lên tới 3 ÷ 5% khối lượng. Tất cả những yếu tố trên làm giảm giá trị thương phẩm của quả vải một cách nhanh chóng nếu không được bảo quản thích hợp. Không những thế quả vải là loại quả hô hấp thường biến nên phải thu hoạch khi đã đạt độ chín sinh lý với cường độ hô hấp đạt điểm cao nhất, do đó để bảo quản quả vải dù dùng phương pháp gì cũng không thể tách rời việc làm lạnh. Ở điều kiện thường quả vải chỉ có thể bảo quản được tối đa trong vòng 3 ÷ 5 ngày. Thêm vào đó khác với nhiều loại quả khác, vùng nguyên liệu của quả vải chỉ tập trung tại một số tỉnh Bắc bộ như Bắc Giang, Bắc Ninh, Hải Dương ... và có chung một thời vụ rất ngắn từ khoảng giữa tháng 6 tới hết

tháng 7. Vì vậy hiện nay tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch của quả vải là rất lớn, lên đến khoảng 25% [43].

Do đó có thể nói để phát triển bền vững quả vải không thể tách rời việc nâng cao chất lượng khâu chế biến và bảo quản lạnh quả vải. Đây là vấn đề đang tồn tại của sản xuất quả vải Việt Nam.

1.2. Qui trình chế biến và các phương pháp bảo quản quả vải 1.2.1. Qui trình chế biến quả vải và những tồn tại

Quy trình công nghệ hiện đại dùng để chế biến và bảo quản quả vải sau thu hoạch được thể hiện ở Hình 1.1. Quy trình này gồm 6 công đoạn chủ yếu, trong đó công đoạn 1 thuộc lĩnh vực cơ khí nông nghiệp, công đoạn 2 thuộc về công nghệ sơ chế xử lý rau quả sau thu hoạch. Công đoạn 3, 4, 5 liên quan chặt chẽ tới công nghệ lạnh dùng để chế biến và bảo quản quả vải và là các công đoạn quyết định cho chất lượng và thời gian bảo quản quả vải.

Do đó một lần nữa có thể khẳng định việc nâng cao chất lượng bảo quản, giảm hao hụt và kéo dài thời gian bảo quản quả vải không thể tách rời việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ lạnh.

Nếu như công đoạn 1, 2 đã được nhiều các tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu, thì đối với công đoạn 3, 4, 5 cả trong và ngoài nước đều có rất ít nghiên cứu và một số nghiên cứu đó chủ yếu là thực nghiệm, thiếu tính hệ thống. Một trong những lý do chính là do quả vải được sản xuất chủ yếu ở các nước đang phát triển với sản lượng không cao, công nghệ chế biến còn lạc hậu. Hơn nữa quả vải mới được thị trường rau quả thế giới chú ý trong vòng khoảng 10 năm trở lại đây. Do đó gần đây các nước mới bắt đầu tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ chế biến bảo quản quả vải.

Vì vậy, nội dung nghiên cứu của luận án này với mục đích nghiên cứu một cách có hệ thống cơ sở khoa học của các quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh quả vải ở quy mô công nghiệp thuộc công đoạn 3, 4, 5 có một ý nghĩa khoa học và thực tiễn không những chỉ đối với trong nước mà còn đóng góp cho sự phát triển công nghệ chế biến bảo quản quả vải trên thế giới.

Chi tiết về thực trạng của vấn đề bảo quản quả vải và nội dung của việc nghiên cứu phát triển công nghệ lạnh bảo quản quả vải, sẽ được trình bày cụ thể ở phần tiếp theo của luận án này.

Công nghệ thu hoạch 1 Quả vải thu hái và phân loại

2 Công nghệ xử lý sau thu hoạch Xử lý vi sinh vật - Xử lý chống nấm mốc - Xử lý ruồi đục quả - Xử lý chống nâu hóa

3 Làm lạnh sơ bộ - Bằng nước lạnh - Bằng không khí đối lưu

4 Vận chuyển Công nghệ lạnh - Bằng xe lạnh - Bằng xe thường

5 Làm lạnh bảo quản - Làm khô sau sơ chế - Bảo quản lạnh

6 Tiêu thụ

Hình 1.1 Qui trình chế biến quả vải sau thu hoạch

1.2.2. Các phương pháp bảo quản quả vải

Như trên đã trình bày, quả vải là loại quả hô hấp thường biến [25] [39], chất lượng quả không được cải thiện thêm khi ngắt khỏi cây mẹ, nên cần được thu hoạch khi đã đạt độ chín hoàn toàn. Vì vậy sau khi thu hoạch cần được đưa vào sơ chế và bảo quản ngay [24]. Nhìn chung công nghệ bảo quản quả vải nói riêng và rau quả nói chung có thể được chia ra thành 2 nhóm chính [40] [103]: nhóm bảo quản bằng phương pháp hoá học sử dụng hoá chất để diệt vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản còn nhóm bảo quản bằng các phương pháp vật lý thì hạn chế tối đa sử dụng hoá chất.

1.2.2.1. Phương pháp bảo quản hóa học

a. Bảo quản bằng SO2

Phương pháp xử lý bằng SO2 [58] và H2SO3 [69] hay còn gọi là phương pháp xông lưu huỳnh hoặc kỹ thuật sulfit hóa là phương pháp truyền thống đã được sử dụng từ lâu. Khí sulfurơ (SO2) và H2SO3 là một chất khử mạnh có tác dụng tiêu diệt các loại vi sinh vật khá mạnh, đồng thời làm giảm lượng oxy trong các tổ chức tế

bào của quả. H2SO3 tan vào các phức chất protein - lipit của tế bào vi sinh vật làm chết tế bào, cản trở sự hô hấp của vi sinh vật. Ngoài ra H2SO3 còn tham gia vào việc kết hợp với các sản phẩm trung gian cản trở tới quá trình trao đổi chất của vi sinh vật. Do đó, SO2 và H2SO3 là những chất kìm hãm sự phát triển của các loại vi sinh vật cũng như kìm hãm hoạt động của enzym oxy hóa khử. Đặc biệt SO2 còn được coi là chất ức chế enzym polyphenoloxidase nên được dùng phổ biến để xử lý chống nâu hóa vỏ quả vải. Sau khi xử lý bằng SO2 quả vải được bảo quản trong kho lạnh nhiệt độ thấp [58]. Đây là phương pháp rẻ tiền dễ thực hiện. Tuy nhiên có một hạn chế rất lớn là gây tồn dư hóa chất trên trái cây gây ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng. Do đó hiện nay phương pháp này không còn được sử dụng nữa.

b. Bảo quản quả vải bằng chitosan và các axit hữu cơ

So với phương pháp cổ điển nêu trên phương pháp mới này sử dụng các hợp

chất hữu cơ [82], không gây ảnh hưởng tới sức khỏe của con người.

Jacques Joas (2005) đã nghiên cứu bằng cách xử lý quả vải với chitosan và các axit hữu cơ sau đó bảo quản trong kho lạnh. Tác giả đã thử nghiệm sử dụng các axit hữu cơ citric hay tartaric kết hợp với lớp phủ chitosan [57] và cả hai loại hóa chất này đều vô hại đối với sức khỏe con người. Bảo quản quả vải bằng hóa chất là công nghệ bảo quản đơn giản, chi phí thấp và có tác dụng tốt trong quá trình bảo quản [13] [27] [57] [58].

Ngoài ra Mahajan (2009), Blankenship và Dole (2003) đã nghiên cứu bảo quản quả vải kết hợp với hóa chất 1-MCP [13] nồng độ 300 ÷ 1.000 ppm trong kho lạnh 5oC để giữ màu sắc và giảm tỷ lệ hao hụt tự nhiên.

Tuy nhiên phương pháp này vẫn có hạn chế là các sản phẩm sau bảo quản thường vẫn còn lưu lại mùi hóa chất, lượng hóa chất tồn dư nên khó đáp ứng được yêu cầu của thị trường khó tính khi xuất khẩu như Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu.

1.2.2.2. Phương pháp bảo quản vật lý

Ưu điểm của phương pháp này là hạn chế tối đa việc sử dụng hóa chất trong quá trình bảo quản, thay vào đó là sử dụng các tác động vật lý như nhiệt độ [53] [85], độ ẩm, nồng độ khí (O2, CO2) và etylen (C2H2) để giữ chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm.

Rau quả có đặc điểm là sau khi thu hoạch tiếp tục quá trình sống, mà đặc trưng quá trình này là quá trình hô hấp, sinh ra năng lượng để tiếp tục nuôi sống quả. Phương trình hô hấp được biểu thị đơn giản bằng dạng phương trình oxy hóa đường glucoza như sau:

( 1.1)

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + Năng lượng Như vậy, có thể thấy hô hấp chính là quá trình giải phóng năng lượng đã được quả tích lũy trong thời gian sinh trưởng để nuôi sống quả sau thu hoạch. Vì năng lượng tích lũy trong rau quả sau thu hoạch là có hạn nên để kéo dài thời gian bảo quản cần phải hạn chế hô hấp ở mức độ vừa đủ để quả tiếp tục sống nhưng không

lãng phí năng lượng, đó chính là bản chất của phương pháp vật lý. Đặc trưng cho hô hấp chính là cường độ hô hấp R (Respiration) là tốc độ phản ứng của phương trình (1.1) được xác định theo lượng CO2 sinh ra hoặc lượng O2 mà quả hấp thụ trong một đơn vị thời gian (mlCO2·kg-1·h-1 hoặc mlO2·kg-1·h-1).

Mặt khác từ nhiệt động hóa học có thể thấy cường độ hô hấp R sẽ giảm trong

các trường hợp:

(i) bảo quản rau quả ở nhiệt độ thấp; (ii) giảm nồng độ của chất phản ứng O2 và tăng nồng độ của sản phẩm phản

ứng CO2.

Ứng với (i) chính là công nghệ bảo quản lạnh rau quả, ứng với (ii) chính là công nghệ bảo quản rau quả trong môi trường khí kiểm soát CA hoặc khí điều biến MAP.

Kết hợp với các phương pháp trên có thể sử dụng phương pháp chiếu xạ hoặc

xử lý nhiệt để diệt vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản.

a. Công nghệ bảo quản quả vải trong môi trường khí kiểm soát (CA)

Bản chất của phương pháp CA (Control Atmosphere) là quả vải được bảo quản trong một kho lạnh kín gần như tuyệt đối [16] [28] [58] [69] [71] [80] [112] [119]. Trong đó nồng độ O2 và CO2 được duy trì theo một tỉ lệ nhất định bằng một hệ thống thiết bị điều khiển nồng độ khí.

Theo các nghiên cứu của Datta và các cộng sự (1963), Kader (1993) và Cameren (1995), nếu bảo quản vải ở trong môi trường có nhiệt độ 7°C và nồng độ O2 ≤ 5% CO2 = 3 ÷ 5% có tác dụng giảm nâu hoá vỏ quả, làm giảm tốc độ tổn thất vitamin C và nồng độ chất rắn hoà tan.

Ưu điểm của phương pháp này là có thể tạo ra điều kiện bảo quản khá tối ưu để nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản. Tuy nhiên nhược điểm chính là: (1) công nghệ này rất đắt tiền do phải có thêm hệ thống điều khiển nồng độ khí cũng như vỏ kho cần kín gần tuyệt đối, (2) quả sau khi đưa ra khỏi kho để đi tiêu thụ tiếp xúc với không khí thường sẽ bị sốc dẫn tới hô hấp mãnh liệt và bị thối hỏng chỉ trong 2 ÷ 3 ngày. Điều này gây ra khó khăn trong việc tiêu thụ sản phẩm.

Chính vì vậy hiện nay phương pháp CA không được ứng dụng rộng rãi trong

thương mại.

b. Công nghệ bảo quản quả vải trong môi trường khí điều biến (MAP)

Bảo quản MAP (Modified Atmosphere Packaging) [18] [45] [58] [71] [80] [89] [14] là kỹ thuật được sử dụng để kéo dài thời gian sử dụng cho rau quả đã qua sơ chế, thông qua giảm cường độ hô hấp bằng cách duy trì môi trường khí điều biến (giảm nồng độ O2, tăng nồng độ CO2) bên trong bao gói bằng chất thấm được. Khí điều biến “Modified Atmosphere” là một thuật ngữ miêu tả quá trình trao đổi và duy trì thành phần hỗn hợp khí trong bao gói bởi một sự tác động phức tạp tương hỗ lẫn nhau giữa cường độ hô hấp của chính hoa quả và sự thấm khí qua màng bao gói.

Ở phương pháp này ta chỉ việc đưa quả vải vào đóng kín trong bao gói. Nhờ đặc tính hấp thụ O2 nhả CO2 khi hô hấp của quả vải và khả năng thẩm thấu khí qua lớp màng bao gói nên tại trạng thái cân bằng động: nồng độ O2 giảm đến giá trị xác định, nồng độ CO2 tăng lên giá trị xác định. Với cách thức như vậy ta đã tạo ra môi trường khí cần thiết để hạn chế cường độ hô hấp của hoa quả và như vậy sẽ kéo dài thời gian và chất lượng bảo quản. Phương pháp này thường được kết hợp với phương pháp bảo quản lạnh nêu ở trên. Theo Chen và các cộng sự (1982), Kader (1994) quả vải được bảo quản MAP với nồng độ O2 khoảng 5% và CO2 từ 3 ÷ 5% sẽ cho phép kéo dài thời gian bảo quản quả vải từ 7 ÷ 8 ngày ở điều kiện nhiệt độ thường và 25 ÷ 30 ngày ở điều kiện nhiệt độ thấp.

MAP là phương pháp bảo quản quả vải khá hiệu quả và có giá thành rất phù hợp ở Việt Nam, do đó rất có tiềm năng để phát triển. Tuy nhiên phương pháp này sẽ chỉ thích hợp cho bảo quản quả vải chất lượng cao số lượng hạn chế để dành xuất khẩu cho những thị trường khó tính như Mỹ, Châu Âu, Nhật ... Do vậy với phần lớn lượng vải còn lại, vấn đề bảo quản với quy mô công nghiệp vẫn là bài toán hóc búa cần đi tìm lời giải đáp.

Hình 1.2 Bảo quản MAP quả vải

c. Bảo quản quả vải ở nhiệt độ thấp

Như đã phân tích ở phần trên, đối với quả vải là loại quả thường biến [39], ưa bảo quản lạnh [39] do đó dù sử dụng phương pháp bảo quản nào cũng không thể tách rời khâu bảo quản lạnh [37].

Khan và các cộng sự (2012) [26] đã bảo quản lạnh hai giống vải thương mại ‘Bedana’ và ‘Serai’ sau thu hoạch trong kho lạnh có nhiệt độ 5oC. Kết quả cho thấy bảo quản lạnh quả vải sau thu hoạch có thể làm chậm hiện tượng nâu hóa vỏ quả và làm chậm sự suy giảm chất lượng quả vải [20].

Theo nghiên cứu của nhiều tác giả khác nhau trong và ngoài nước, điều kiện bảo quản thích hợp đối với quả vải là nhiệt độ t = 0 ÷ 5oC độ ẩm tương đối trong kho bảo quản là ϕ = 90 ÷ 95%.

Ở Việt Nam, chưa có một kho lạnh bảo quản quả vải nào ở quy mô công nghiệp. Đơn vị chế biến vải đông lạnh lớn nhất là Công ty Cổ phần chế biến Nông sản Đồng Giao với sản lượng vài nghìn tấn/năm. Quả vải sau khi được cấp đông trên các băng truyền IQF sau đó được đưa vào kho bảo quản đông rồi xuất đi một số nước và dùng làm nguyên liệu để chế biến nước vải và vải hộp. Tuy nhiên hệ thống kho bảo quản đông đã cũ và hoạt động không đúng quy chuẩn kỹ thuật, vỏ quả bị

nứt vỡ nhiều do bị rã đông, tái đông liên tục nên chất lượng bảo quản không cao. Chỉ một số nhỏ dùng xuất trực tiếp đi nước ngoài, còn lại được trữ lại dùng cho các khâu chế biến tiếp theo.

Trong những năm gần đây công nghệ lạnh bảo quản quả vải ở trên thế giới đã

có một số bước phát triển đáng kể như sau:

Bảo quản quả vải lân cận điểm băng

Shen Jiang và các cộng sự (2011) [75] nghiên cứu bảo quản lạnh quả vải gần

o 5 C

o 3 C

o 0 C

o 0,5 C

o 1, 2 C;

87 %

→

10h →

10h → −

ϕ =

điểm băng theo qui trình sau:

Hình 1.3 Biến đổi thành phần của quả vải theo thời gian bảo quản

Kết quả cho thấy thời gian bảo quản và chất lượng quả vải hơn hẳn so với mẫu

Bản chất của phương pháp bảo quản lân cận điểm băng là giảm cường độ hô hấp R của quả vải xuống tối thiểu do nhiệt độ được hạ thấp xuống tới giới hạn có thể mà quả vải không bị bỏng lạnh. Do đó phương pháp này cho chất lượng bảo quản rất cao.

Lần đầu tiên phương pháp này đã được các nhà khoa học Liên Xô cũ như I. G. Trumac đề xuất từ cuối những năm 70 của thế kỷ trước. Tuy nhiên do tại thời điểm đó, kỹ thuật lạnh chưa thể dễ dàng duy trì chính xác được nhiệt độ điểm băng của thực phẩm, nên phương pháp này chưa phổ biến. Hiện nay với sự phát triển của kỹ thuật lạnh, phương pháp này lại xuất hiện như một giải pháp hiệu quả.

Tuy nhiên cũng như bảo quản MAP phương pháp này chỉ thích hợp cho việc bảo quản một số lượng hạn chế. Do hệ thống kỹ thuật cho kho lạnh bảo quản phức tạp và yêu cầu vốn đầu tư lớn. Chính vì vậy trong điều kiện hiện nay của Việt Nam việc nghiên cứu phát triển công nghệ lạnh thích hợp với việc bảo quản quả vải số lượng lớn ở quy mô công nghiệp là vấn đề cần thiết.

đối chứng được bảo quản ở t = 3oC, kết quả này được thể hiện ở Hình 1.3.

Bản chất của phương pháp bảo quản này là do trong quá trình hô hấp của quả vải sau thu hoạch sẽ giải phóng ra các ion H+, các ion này sẽ kết hợp với O2 tạo ra

Bảo quản quả vải trong môi trường điện từ trường yếu

nước. Do đó nếu đưa quả vải vào trong trường điện từ [7] [128] sẽ có tác dụng hạn chế sự linh động của các ion này dẫn tới hạn chế phản ứng hô hấp theo phương trình dạng (1.1). Bên cạnh đó việc đưa quả vải vào trong trường điện từ yếu còn có tác dụng hạn chế sự xuất hiện của các vi sinh vật và làm đồng đều sự phân bố của hơi nước trong không gian bảo quản. Do đó phương pháp này cho chất lượng bảo quản rất cao. Tuy nhiên hiện nay phương pháp này mới đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển do đó giá thành đầu tư rất đắt không thích hợp lắm với việc bảo quản quảvải là loại quả có giá trị gia tăng không lớn trong điều kiện Việt Nam.

1.2.2.3. Kết luận

Hiện nay có hai phương pháp chính bảo quản quả vải là: (i) phương pháp hóa học: dùng hóa chất để bảo quản, phương pháp này dễ thực hiện và chi phí thấp. Tuy nhiên không đảm bảo về an toàn thực phẩm nên hiện nay được sử dụng hết sức hạn chế và dần sẽ phải loại bỏ;

(ii) phương pháp vật lý: sử dụng các tác động vật lý như nhiệt độ, nồng độ khí, chiếu xạ, bảo quản trong trường điện từ để khống chế hô hấp và xử lý vi sinh vật. Các phương pháp này hiện nay đang ngày càng phát triển và chiếm vị trí chủ đạo;

Trong tất cả phương pháp bảo quản không có phương pháp nào tách rời các khâu chế biến và bảo quản lạnh. Trong điều kiện Việt Nam với thời vụ thu hoạch ngắn và dồn dập việc nghiên cứu bảo quản lạnh quả vải ở quy mô công nghiệp có ý nghĩa rất lớn.

Đáng tiếc cho đến nay ở Việt Nam, chưa có một cơ sở chế biến bảo quản lạnh vải tươi sau thu hoạch, mà chỉ có 01 công ty chế biến vải đông lạnh với công nghệ lạc hậu.

Do đó, có thể thấy về mặt nghiên cứu, ứng dụng công nghệ bảo quản lạnh quả

vải của Việt Nam còn rất nhiều vấn đề đang bỏ ngỏ.

1.3. Các nghiên cứu về quá trình làm lạnh quả vải

Để phát triển công nghệ lạnh chế biến và bảo quản quả vải, trước hết cần phải nghiên cứu quá trình làm lạnh quả vải. Quá trình làm lạnh thường chia ra quá trình làm lạnh sơ bộ và quá trình làm lạnh chính. Trong đó phương pháp nghiên cứu phổ biến là phương pháp nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh của quả vải kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, nhằm giảm bớt khối lượng thí nghiệm cần phải làm.

1.3.1. Quá trình làm lạnh sơ bộ

Brosnan (2001) [42] [33] đã khẳng định làm lạnh sơ bộ là quan trọng nhất trong các khâu xử lý sau thu hoạch. Hơn nữa, quả vải là quả hô hấp thường biến

[25] [39] nên sau khi thu hoạch quả vải không thể chín thêm được nữa. Vì vậy hàm lượng dinh dưỡng không những không được tăng lên mà lại giảm đi vì trong lúc bảo quản quá trình hô hấp của quả phải tiêu hao năng lượng để duy trì sự sống. Mùa thu hoạch quả vải tập trung chủ yếu vào mùa hè tháng 6, 7 lúc này nhiệt độ môi trường cao. Do đó, quả vải sau thu hoạch ngay lập tức phải được làm lạnh sơ bộ để tránh sự suy giảm về chất lượng cũng như khối lượng. Quá trình này thường được thực hiện trong khoảng thời gian 4 h kể từ khi thu hoạch [43]. Khi được làm lạnh sơ bộ quả vải sau thu hoạch ở nhiệt độ 2 ÷ 5oC sẽ làm giảm hiện tượng nâu hóa vỏ quả vải [26] [42] [84] [94]. Sự làm lạnh sơ bộ quả vải này đồng thời cũng kéo dài được thời gian bảo quản cũng như đảm bảo giá trị dinh dưỡng. Không những thế làm lạnh sơ bộ còn giảm đáng kể tỷ lệ lão hóa và mất nước trong quả vải và làm cho quả vải cứng trong kho lạnh bảo quản lâu dài.

Tuy nhiên rất đáng tiếc ở Việt Nam quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải chưa được quan tâm nghiên cứu, chưa đưa thành một khâu riêng trong chuỗi chế biến bảo quản. Trên thực tế quá trình này đang được gắn với quá trình vận chuyển và bảo quản. Do đó tỉ lệ hư hao của quả vải sau thu hoạch là khá cao, lên tới 25% [43].

1.3.1.1. Làm lạnh sơ bộ bằng nước đá

Hiện nay đối với quy mô lớn, phương pháp làm lạnh sơ bộ chủ yếu sử dụng nước đá. Do đây là phương pháp rẻ tiền, cho hiệu suất làm lạnh cao do hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa nước và quả lớn. Việc nghiên cứu quá trình làm lạnh sơ bộ sẽ cho phép xác định năng suất lạnh cần thiết hay suất tiêu hao của đá trong quá trình làm lạnh sơ bộ.

Trên thế giới đã có một số nghiên cứu về lĩnh vực này, điển hình là nghiên cứu

của các tác giả sau:

Ketsa và Leelawatana (1992) [77] đã nghiên cứu làm lạnh sơ bộ quả vải từ

nhiệt độ 26°C tới 5°C với thời gian 18 phút trong nước lạnh có nhiệt độ 3 ÷ 5°C.

Olesen và các cộng sự (2004) [99] đã tiến hành thực nghiệm nghiên cứu quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải trong nước lạnh. Quả vải có nhiệt độ tâm quả là 28oC được làm lạnh sơ bộ trong nước 2oC mất 10 phút thì nhiệt độ tâm quả đạt 5oC.

Yu Shen Liang và các cộng sự (2013) [84] đã chỉ ra được ảnh hưởng của việc làm lạnh quả vải trong nước tới sự nâu hóa và chất lượng quả vải. Trong nghiên cứu nhóm sử dụng nước lạnh có nhiệt độ 5 ± 2oC để làm lạnh sơ bộ trong 20 phút thì nhiệt độ tâm quả đạt 7,1oC như trên Hình 1.4 sau đó đưa vào bảo quản dài ngày trong kho lạnh có nhiệt độ 5oC, độ ẩm 92%.

Deirdre M. Holcroft và các cộng sự (1996) [69] sử dụng nhiệt độ nước (4 ÷ 5)

± 1oC để làm lạnh sơ bộ quả vải đến 5oC trong vòng 18 phút.

Hình 1.4 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước lạnh 5 ± 2oC tới nhiệt độ tâm quả đạt 7,1oC

1.3.1.2. Làm lạnh sơ bộ bằng không khí đối lưu

Bên cạnh việc nghiên cứu quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá, một số tác giả còn nghiên cứu quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu. Lý do chính là sau khi làm lạnh sơ bộ bằng nước, quả bị thấm ướt nên cần làm bay hơi hết nước rồi mới đưa vào bảo quản. Quá trình này làm tăng thêm độ phức tạp của công nghệ làm lạnh quả vải.

Olesen và các cộng sự (2004) [99] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải bằng không khí lạnh. Quả vải có nhiệt độ tâm quả là 22oC được làm lạnh sơ bộ bằng gió 2oC mất 3 h thì nhiệt độ tâm quả đạt 5oC.

Deirdre M. Holcroft và các cộng sự (1996) [69] nghiên cứu thực nghiệm làm lạnh vải với không khí đối lưu ở (4 ÷ 5) ± 1oC tốc độ gió 2 m·s-1 đạt 5oC trong vòng 71 phút.

P.H. Bryant (2012) [43] nghiên cứu so sánh các phương pháp làm lạnh sơ bộ

bằng nước và không khí lạnh, đưa ra các kết quả ở Bảng 1.4.

Thời gian làm lạnh, h 5 Tốc độ, m/s 1 Độ ẩm, % 75 Nhiệt độ, oC 5

0,20 75 5 2 1

Bảng 1.4 Ảnh hưởng các phương pháp làm lạnh sơ bộ tới tỷ lệ mất nước quả vải Tỷ lệ mất Phương pháp làm lạnh nước, % sơ bộ Không khí đối lưu nhẹ 0,38 lưu Không khí đối cưỡng bức mạnh Nước lạnh 100 5 1 0 0

Các nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng làm lạnh sơ bộ bằng nước có tỷ lệ nâu

hóa vỏ quả thấp hơn làm lạnh sơ bộ bằng không khí đối lưu.

Do đặc thù của Việt Nam là toàn bộ các nhà máy chế biến rau quả đều ở xa vùng sản xuất. Vì thế, phương pháp làm lạnh sơ bộ bằng gió là khó thực hiện và chi phí rất cao. Không những thế phương pháp này còn cho chất lượng quả vải khi đưa vào bảo quản kém hơn nhiều so với sử dụng nước lạnh do thời gian làm lạnh kéo dài từ 4 ÷ 10 h. Vì vậy, phương pháp làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có tính khả thi ở Việt Nam và trên thực tế đang được bà con nông dân áp dụng một cách tự phát dựa theo kinh nghiệm, thiếu cơ sở khoa học để vận tải quả vải xuất sang Trung Quốc và chuyển vào thị trường phía Nam.

1.3.1.3. Kết luận

Qua nghiên cứu tổng quan về làm lạnh sơ bộ, có thể rút ra một số kết luận sau: (i) Quá trình làm lạnh sơ bộ của quả vải là rất cần thiết, để giảm tổn thất về chất lượng và hao hụt về khối lượng. Tuy nhiên ở Việt Nam quá trình này chưa được quan tâm nghiên cứu, do đó làm ảnh hưởng không nhỏ tới chất lượng quả vải sau thu hoạch;

(ii) Kết quả nghiên cứu của các tác giả khác nhau cho thấy làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiều ưu điểm hơn làm lạnh bằng không khí. Trong quy mô công nghiệp thường áp dụng phương pháp này;

(iii) Có một số nghiên cứu của các tác giả nước ngoài về các phương pháp làm lạnh sơ bộ quả vải. Tuy nhiên đây mới chỉ là nghiên cứu mang tính thực nghiệm. Chủ yếu đánh giá về hiệu quả của quá trình làm lạnh sơ bộ, chứ chưa đi sâu vào bản chất năng lượng của quá trình. Có một vài nghiên cứu đã xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ dưới dạng hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định, tuy nhiên lại không nghiên cứu tính chất nhiệt vật lý của quả vải nên mô hình còn có nhiều hạn chế;

(iv) Do đó đối với quả vải của Việt Nam, rất cần thiết có những nghiên cứu sâu hơn về quá trình làm lạnh sơ bộ của quả vải, nhằm xác định thời gian làm lạnh sơ bộ, năng suất lạnh cần thiết trên đơn vị khối lượng sản phẩm.

1.3.2. Quá trình làm lạnh và bảo quản

Sau khi quả vải được làm lạnh sơ bộ sẽ được đóng kín trong các thùng xốp cách nhiệt có bỏ thêm đá ở dưới và dùng xe ô tô vận chuyển về nhà máy để tiến hành quá trình làm lạnh rồi bảo quản lâu dài trong kho lạnh [113].

Trong quá trình vận tải nhiệt độ của quả vải sẽ tăng lên 2 ÷ 3oC. Sau khi tới kho bảo quản quả vải sẽ được làm lạnh xuống nhiệt độ bảo quản thường là từ 3 ÷ 5oC bằng không khí đối lưu sau đó được xếp vào các kho bảo quản.

Do đó quá trình làm lạnh bảo quản có thể được nghiên cứu tương tự như làm

lạnh sơ bộ, tuy nhiên ở đây môi trường làm lạnh bằng không khí.

Các nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả khác nhau trong và ngoài nước đã

đưa ra chế độ bảo quản tối ưu quả vải trong kho lạnh như sau:

Nghiên cứu của Yu Shen Liang và các cộng sự (2013) [84] đã chỉ ra rằng nhiệt

độ 5oC, độ ẩm 92% là các thông số bảo quản dài ngày tối ưu đối với quả vải.

Nghiên cứu của Kader (2000b) đã cho thấy bảo quản quả vải ở nhiệt độ 5oC là tối ưu. Theo Paull và Chen (2014) [112] tốt nhất nên bảo quản quả vải ở nhiệt độ từ 2oC đến 5oC và độ ẩm từ 90% đến 95%.

Nghiên cứu của tác giả Cao Văn Hùng (2006) cho thấy chế độ bảo quản của quả vải Lục Ngạn và Thanh Hà là từ 3 ÷ 5oC [18]. Kết quả này cũng phù hợp với các công bố quốc tế trong các tài liệu nêu trên.

Từ đó nghiên cứu sinh chọn các thông số công nghệ để bảo quản quả vải trong

luận án này là nhiệt độ: 2 ÷ 5oC, độ ẩm: 90 ÷ 95%.

1.3.3. Mô phỏng quá trình làm lạnh

Mô phỏng dự đoán thời gian làm lạnh và sự thay đổi trường nhiệt độ của rau quả trong quá trình làm lạnh là một công cụ hữu hiệu, phương pháp phổ biến khi nghiên cứu về quá trình lạnh rau quả. Nó cho phép rút gọn thời gian và khối lượng nghiên cứu để đưa ra đề xuất về quy trình công nghệ lạnh áp dụng cho một đối tượng cụ thể, từ đó tạo ra lợi thế về chi phí và thời gian nghiên cứu phát triển công nghệ.

Mô phỏng quá trình làm lạnh cho phép dự đoán: (i) Thời gian làm lạnh của quả vải;

(ii) Dòng nhiệt tỏa ra từ đối tượng; (iii) Sự thay đổi trường nhiệt độ của quả vải. Trong đó (i) và (ii) cho phép xác định năng suất lạnh cần thiết cho quá trình công nghệ, đây là yếu tố cần thiết để giải quyết vấn đề thiết kế hệ thống lạnh, (iii) cho phép giải quyết bài toán chất lượng của quá trình [95].

r t(x,τ)

(t)

r q(x, ) τ

C(t) (t) ρ

( 1.2)

Mô hình mô phỏng các quá trình làm lạnh rau quả, thực phẩm nói chung và của quả vải nói riêng đều dựa trên việc giải hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định, đạo hàm riêng bậc 2, kết hợp với các điều kiện biên và điều kiện ban đầu. Dạng tổng quát của phương trình này viết cho một phân tố của thực phẩm có r toạ độ véc tơ x

( = ∇ λ ∇

Trong đó: C(t) – Nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ của thực phẩm, kJ·kg-1.K-1; ρ(t) – Khối lượng riêng phụ thuộc vào nhiệt độ của thực phẩm, kg·m-3; λ(t) – Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của thực phẩm, W·m-1·K-1;

, thời điểm τ có dạng tổng quát như sau [96]: r t(x, ) τ ∂ ) ∂τ

q(x,τ) – Nguồn nhiệt trong phụ thuộc vào tọa độ và thời gian. Đối với quả vải

đây chính là nhiệt tỏa do hô hấp, W;

t(x,τ) – Nhiệt độ của phân tố phụ thuộc vào tọa độ và thời gian, oC. Để xác định được trường nhiệt độ của thực phẩm cần bổ sung điều kiện đơn trị

bao gồm điều kiện ban đầu và các điều kiện biên:

Điều kiện ban đầu: Cho biết phân bố trường nhiệt độ tại thời điểm ban đầu.

t(x, τ = 0) = t

r (x)

( 1.3)

Đối với bài toán làm lạnh quả vải, điều kiện biên là loại 3 đặc trưng cho trường hợp bề mặt thực phẩm tiếp xúc trực tiếp với môi trường làm lạnh và quy luật truyền nhiệt giữa bề mặt và môi trường là trao đổi nhiệt đối lưu.

-λ

= α t(x ,τ)-t (τ) n

( 1.4)

 

 

∂ t  n ∂

  

Phương trình (1.2) nêu trên rất khó giải được bằng phương pháp giải tích vì hình dạng vật thể phi tiêu chuẩn. Hơn nữa, quả vải không đồng chất, không đẳng hướng và bề mặt quả thô ráp.

Phương pháp số là phương pháp giải gần đúng mô hình toán học bằng việc xấp xỉ các giá trị đạo hàm hay tích phân nhờ việc rời rạc hóa trường không gian và thời gian của bài toán. Quá trình rời rạc hóa sẽ biến đổi phương trình vi phân phi tuyến đạo hàm riêng, trở thành hệ phương trình đại số tuyến tính [55]. Dựa trên việc phân loại các rời rạc hóa bài toán và các giả thiết khi rời rạc hóa, người ta phân loại phương pháp số thành một số nhóm chính: phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp thể tích hữu hạn. Ưu điểm của phương pháp số là cho phép giải bài toán nhiều chiều, vật thể có hình dáng, kích thước phức tạp, bài toán có điều kiện biên và tính chất nhiệt vật lý biến đổi phi tuyến theo nhiệt độ và thời gian. Trên Hình 1.5 thể hiện một số dạng lưới mô phỏng sử dụng trong phương pháp số và Hình 1.6 là cách chia lưới cho một vật hình cầu.

Hình 1.5 Các dạng lưới mô phỏng

Hình 1.6 Chia lưới cho vật hình cầu

Phương pháp số đã có rất nhiều các nhóm tác giả phân tích [23] [63] [83] và có

các kết luận: Trong các phương pháp số, phương pháp phần tử hữu hạn là phương

pháp có độ chính xác toán học cao nhất, cho phép giải được các bài toán nhiều chiều, phi tuyến. Tuy nhiên phương pháp này có thuật toán phức tạp, khó thực hiện. Phương pháp sai phân có thuật toán đơn giản nhưng không phù hợp do sự xuất hiện của hệ số hình dáng trong phương trình vi phân. Phương pháp thể tích hữu hạn, với ưu điểm là thuật toán đơn giản, có khả năng giải quyết được bài toán vi phân phi tuyến trên các đối tượng hình học phức tạp. Phương pháp thể tích hữu hạn thường được các phần mềm thương mại sử dụng làm nền tảng tính toán. Phương pháp này đặc biệt hữu dụng trong các nghiên cứu trao đổi nhiệt liên hợp đối lưu – dẫn nhiệt trên bề mặt thực phẩm.

Do đó, trong luận án sẽ đi sâu nghiên cứu mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ và làm lạnh bảo quản của quả vải Lục Ngạn dưới dạng hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định đối xứng với điều kiện biên loại 3 bằng phương pháp thể tích hữu hạn.

1.4. Các nghiên cứu về tính chất nhiệt vật lý

Để giải hệ phương trình dạng (1.2) cần thiết phải biết được các thông số nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt [36], khối lượng riêng (Cp, λ, ρ), đây chính là các thông số nhiệt vật lý của quả vải. Thông số nhiệt vật lý [66] có tính chất quyết định đến tính chính xác của mô hình và phụ thuộc vào thành phần của quả vải. Như vậy trước khi giải hệ phương trình (1.2) cần thiết phải xác định tính chất nhiệt vật lý của quả vải. Nhìn chung có 2 cách tiếp cận để giải quyết vấn đề này:

- nghiên cứu thực nghiệm;

- tính toán tính chất nhiệt vật lý theo thành phần của đối tượng.

1.4.1. Xác định tính chất nhiệt vật lý bằng thực nghiệm 1.4.1.1. Đo nhiệt dung riêng đẳng áp

sử dụng vi nhiệt (Differential lượng kế

Phương pháp xác định nhiệt dung riêng đẳng áp (NDR) được thực hiện theo nhiều cách khác nhau, cụ thể chia thành các phương pháp sau: Phương pháp hỗn hợp, phương pháp so sánh nhiệt lượng, phương pháp nhiệt kế đoạn nhiệt, phương pháp scanning calorimeter- DSC) [3] [15] [97] [68].

Tuy nhiên đối quả vải là đối tượng rất phức tạp không đồng chất, đẳng hướng lại xảy ra phản ứng bên trong (hô hấp) nên khi đo NDR có một số các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả đo như sau:

- Sự thay đổi về thành phần của quả trong thời gian đo do kết quả của quá

trình hô hấp;

- Sự phụ thuộc rất lớn của nhiệt dung riêng của quả vào thành phần cấu thành đặc biệt là nước. Mà thành phần này có sự thay đổi đáng kể trong mẫu đo nếu thời gian đo kéo dài;

- Sự ảnh hưởng rất khác nhau tới kết quả đo nếu chúng ta chọn phương pháp thí nghiệm là cấp nhiệt hay làm lạnh cho quả vải (lý do cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ…);

- Đối với các loại quả có vỏ dày, tỉ lệ hạt so với cùi lớn rất khó lấy mẫu làm thí nghiệm, lý do để đo NDR chính xác cần phải đạt được chế độ nhiệt độ cân bằng trên toàn thể tích mẫu đo. Do vậy mẫu thí nghiệm phải đủ nhỏ, nhưng do cấu tạo của quả vải chúng ta không thể xẻ một phần quả vải ra để đưa vào mẫu thí nghiệm. Vì vậy nếu đưa cả quả vào thí nghiệm sẽ không thể đạt được điều kiện cân bằng nên sai số đo là lớn và không thể kiểm soát được;

- Do có ảnh hưởng tỏa ra của nhiệt hô hấp dẫn tới khó có thể đạt được nhiệt độ cân bằng của quả. Trong khi đó xác định chính xác lượng nhiệt do hô hấp tỏa ra trong quá trình thí nghiệm lại rất khó, do có nhiều yếu tố ảnh hưởng. Vì vậy đối với các loại quả có cường độ hô hấp cao như vải, rất khó xác định chính xác NDR.

Dưới đây chúng ta sẽ phân tích kỹ từng phương pháp để xem có thể ứng dụng

để xác định NDR của quả vải được không.

a. Phương pháp hỗn hợp:

−

)

(

)

)is

( 1.5) Đây là phương pháp đơn giản nhất, dựa trên nguyên tắc cân bằng nhiệt giữa mẫu cần đo NDR và nước- chất mẫu và bom nhiệt lượng kế, phương pháp này được sử dụng một cách rộng rãi trong việc xác định nhiệt dung riêng của thực phẩm ở trên điểm băng [3] [15] [96] [97]. ( TTCMTTCMTTCM − pw

Trong đó: Mc, Mw, Ms: Khối lượng của bom nhiệt lượng, của nước và của mẫu cần đo, kg;

Cpc, Cpw, Cps: Nhiệt dung riêng của bộ giữ mẫu, của nước và của mẫu cần đo, J·kg-1·K-1;

Ti, Tis: Nhiệt độ ban đầu của nước, mẫu, K; Te: Nhiệt độ cân bằng của mẫu, K.

Hình 1.7 Bộ thí nghiệm đo nhiệt dung riêng theo phương pháp hỗn hợp

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản. Tuy nhiên nhược điểm, thời gian đo lâu độ chính xác của phương pháp này bị giới hạn, do khi tính toán bỏ qua quá trình hô hấp tỏa nhiệt của vải vào môi trường. Do đó không thể xác định NDR của quả vải bằng phương pháp này.

b. Phương pháp so sánh nhiệt lượng:

M C

⋅

A pA

w pw

M C ⋅ B

M C ⋅ s

M C ⋅

Phương pháp này được sử dụng để xác định NDR của thực phẩm ở dạng lỏng, dựa vào sự thay đổi nhiệt độ của hai loại thực phẩm dạng lỏng khác nhau ( mội loại đã biết NDR), từ đó xác định nhiệt dung riêng của loại thực phẩm dạng lỏng còn lại theo phương trình cân bằng nhiệt như sau [3] [96]:

(

)

(

)

T ∆ t ∆

M C

⋅

t ⋅ ∆

A pA

w pw

t M C ⋅ ∆ − B

( 1.6)

(

⇒

) M t ⋅ ∆ s

Nhược điểm của phương pháp này là chỉ xác định được NDR của chất lỏng do

đó không thể áp dụng trong khuôn khổ nghiên cứu này cho quả vải.

c. Phương pháp đoạn nhiệt:

Nguyên lý cơ bản của phương pháp đoạn nhiệt lả trong quá trình thực hiện thí nghiệm, không có quá trình trao đổi nhiệt giữa mẫu cần đo với môi trường xung quanh. Do đó duy trì được điều kiện thí nghiệm là yếu tố quyết định đến độ chính xác của các phép đo. Theo phương pháp này, có các hướng xác định nhiệt dung riêng như: Phương pháp do Moline và cộng sự đề xuất (1961), phương pháp buồng đoạn nhiệt do Mohsenin (1980) đề xuất [3] [96].

Phương pháp do Moline và cộng sự đề xuất (1961): đây là phương pháp

đơn giản và xác định nhanh NDR của thực phẩm, bộ thí nghiệm như Hình 1.8.

Hình 1.8 Bộ thí nghiệm NDR theo Moline

Theo phương pháp này đòi hỏi phải có mẫu chuẩn, sau đó cả mẫu chuẩn và mẫu cần đo đều được gia nhiệt hoặc làm lạnh tới cùng một nhiệt độ cân bằng. Sau

đó so sánh mẫu cần đo với mẫu chuẩn, NDR của mẫu đo với hộp chứa mẫu được xác định dựa vào phương trình cân bằng nhiệt như sau:

Q ∆ T c  t ∆

  

( 1.7)

Nhược điểm của phương pháp này: Cần phải có mẫu chuẩn, đồng thời mẫu

đưa vào đo phải đủ nhỏ. Do đó áp dụng cho quả vải là không thể.

⋅

⋅ ∆

M C ⋅

⋅ ∆

M C ⋅

⋅ ∆

( Q M C

(

)

) sample

) container

chamber

Phương pháp buồng đoạn nhiệt do Mohsenin (1980) đề xuất: Buồng thí nghiệm được thiết kế bảo đảm không có quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất giữa thực phẩm bên trong và môi trường xung quanh. Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt xác định nhiệt dung riêng của thực phẩm như sau:

Đối với phương pháp này cần phải có mẫu chuẩn và yêu cầu tương tự như các phương pháp ở trên về độ nhạy của thiết bị đo và tự ghi nhiệt độ cũng như tạo do đó rất khó áp dụng ở Việt Nam. Hơn nữa với quả vải có hô hấp chúng ta cần phải tách riêng nhiệt hô hấp ra, đây là vấn đề rất khó có thể thực hiện được.

DSC là phương pháp đo nhiệt dung riêng theo nguyên tắc xây dựng đường cong quá độ thay đổi nhiệt độ của thực phẩm, sau đó sử dụng phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định và phương pháp số để xác định NDR. Bản chất của DSC cho phép xác định nhiệt dung riêng như một hàm của nhiệt độ (Singh và Goswami, 2000). Phương pháp DSC được sử dụng rộng rãi để xác định NDR cùng với phương pháp hỗn hợp. Ưu điểm của việc sử dụng DSC là các phép đo nhanh, đạt được nhiều dữ liệu từ một nhiệt đồ, và sử dụng số lượng mẫu ít mang lại kết quả chính xác cao [3] [96].

Theo phương pháp này, NDR của mẫu cần đo được xác định bằng cách so sánh dựa vào sự thay đổi nhiệt độ của mẫu cần đo với mẫu chuẩn nếu cùng cung cấp cùng một giá trị nhiệt lượng. Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt xác định nhiệt dung riêng của mẫu cần đo theo phương trình sau [3] [15]:

  

( 1.8)

dQ dt   

  

   dT dt

Trong đó:

: Dòng nhiệt cung cấp, W;

: Độ tăng nhiệt độ theo thời gian, K·s-1;

dQ dt dT dt

d. Phương pháp xác định NDR bằng (DSC)

Ms: Khối lượng của mẫu đo, kg. Phương pháp DSC thường sử dụng mẫu chuẩn là Sapphire và indi, để tránh hiện tượng thoát hơi nước từ thực phẩm, mẫu cần đo được đặt trong không gian kín. Mohsenin (1980) dựa vào nhiệt đồ đề xuất công thức để xác định nhiệt dung

( 1.9)

pre

d M sa ⋅ d M

riêng theo DSC như sau:      

Trong đó: dsa và dre: Hướng thay đổi nhiệt độ của mẫu đo và mẫu chuẩn tính từ đường

biên;

Ms và Mre: Khối lượng của mẫu đo và mẫu chuẩn; Cps và Cpre: Nhiệt dung riêng của mẫu cần đo và mẫu chuẩn.

(a)

(b)

Hình 1.9 Sơ đồ thiết bị đo nhiệt dung riêng theo phương pháp DSC

(a) Thiết bị thiết nghiệm, (b) Nhiệt đồ biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ trong thí nghiệm

DSC là phương pháp rất hiện đại có thể kết hợp với phương pháp quét ảnh nhiệt để xác định đường cong nhiệt độ. Tuy nhiên vấn đề chính là mẫu đo phải đủ nhỏ để có thể coi là hệ nhiệt động cân bằng để xây dựng đường cong thay đổi nhiệt độ. Nhưng đối với quả vải việc làm như vậy sẽ làm thay đổi kết cấu của quả dẫn tới phép đo không còn chính xác. Bên cạnh đó nếu có thể có cách nào đó đưa nguyên cả quả vải vào DSC thì do quá trình hô hấp sẽ làm cho công thức (1.9) không nghiệm đúng. Do đó phương pháp DSC không thể dùng để đo NDR của quả vải cũng như các loại quả có hạt khác.

Kết luận: Trong các phương pháp thí nghiệm trình bày ở trên để xác định NDR của thực phẩm, không có phương pháp nào thích hợp để đo quả vải nên việc đo bằng thực nghiệm NDR của quả vải là điều không thể. Chưa kể đến điều kiện thiết bị thí nghiệm của Việt Nam chúng ta không có bom nhiệt lượng kế và DSC thích hợp để xác định NDR của thực phẩm nói chung và quả vải nói riêng

Vì thế trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án này chúng ta sẽ xác định NDR theo cách tiếp cận tính toán theo NDR của các thành phần của quả vải, kiểm chứng tính hợp lý của mô hình gián tiếp qua sự phù hợp của trường nhiệt độ đo được của ở tâm quả trong quá trình làm lạnh. 1.4.1.2. Đo hệ số dẫn nhiệt

Đối với quả vải việc xác định hệ số dẫn nhiệt bằng phương pháp đo trực tiếp cũng bất khả thi như trường hợp đo NDR. Có thể chia phương pháp xác định hệ số dẫn nhiệt thành 3 nhóm: (1) nhóm ổn định, (2) nhóm tương tự ổn định và (3) nhóm không ổn định. Tuy nhiên hai phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất là: Phương pháp đĩa nóng (cho nhóm ổn định) và que thăm (nhóm không ổn định) [3] [96].

a. Phương pháp ổn định

−=

−≈

Phương pháp ổn định dựa vào phương trình dòng nhiệt Fourier:

dT dx

T ∆ x ∆

( 1.10)

−=λ

Từ đó

x ∆ T ∆

( 1.11)

Bằng cách tạo ra dòng nhiệt ổn định một chiều qua vật thể có điều kiện biên loại 1 ổn định, hệ số dẫn nhiệt được xác định khi đo được mật độ dòng nhiệt dẫn qua vật và nhiệt độ trên hai mặt ngoài vật. Dòng nhiệt dẫn qua vật thí nghiệm được xem là công suất nhiệt của dòng điện đốt nóng.

Phương pháp ổn định có ưu điểm: xác định được hệ số dẫn nhiệt có độ chính xác tương đối cao trong phạm vi nhiệt độ lớn, quá trình tính toán và xử lý đơn giản. Tuy nhiên phương pháp này có một số nhược điểm:

- thời gian thí nghiệm rất lâu: vài chục giờ đến vài ngày; - hệ thống đo cồng kềnh,mẫu cần đo bắt buộc phải gia công; - chỉ xác định được λ trung bình mà không xác định được λ tức thời; - vật liệu cần đo phải khô, vì khó có thể tạo được chế độ ổn định với vật ẩm; - vật liệu đo phải đồng chất và đẳng hướng. Có thể nói đối quả vải, không đồng chất nên hệ số λ rất phụ thuộc vào tọa độ. Nếu λ được xác định theo phương vuông góc với cuống quả sẽ cho một kết quả. Còn nếu đo λ dọc theo chiều của cuống quả, là nơi có nhiều ống mao dẫn, dẫn các chất dinh dưỡng từ cây vào để nuôi quả, sau khi thu hái sẽ trở thành các ống rỗng chứa khí sẽ cho một kết quả khác hẳn sai lệch có khi lên tới vài lần, do λ khí nhỏ hơn nhiều λ của nước và chất khô. Ngoài ra quả vải có hàm lượng ẩm là trên 80% và thời gian thí nghiệm kéo dài hàng chục giờ dẫn tới ảnh hưởng của nhiệt tỏa hô hấp là không thể bỏ qua. Do đó phương pháp này không sử dụng để xác định hệ số dẫn nhiệt của quả vải trong khuôn khổ luận án này.

b. Phương pháp không ổn định

Phương pháp không ổn định rất phong phú được phân loại theo nhiều phương

án khác nhau:

- Theo đặc trưng điều kiện biên của bài toán dẫn nhiệt.

- Theo đặc tính biến đổi của trường nhiệt độ trong quá trình thí nghiệm Trong đó đối với thực phẩm thông thường người ta hay sử dụng. Theo phương án 2, phương pháp không ổn định được chia thành hai phương pháp là phương pháp chế độ điều hòa nhiệt độ và phương pháp không ổn định thuần túy.

Phương pháp chế độ nhiệt điều hòa Phương pháp chế độ nhiệt điều hòa không cho phép xác định trực tiếp hệ số dẫn nhiệt λ, mà xác định hệ số dẫn nhiệt độ a, rồi xác định hệ số tỏa nhiệt α trên mẫu chuẩn, từ đó tính ra hệ số dẫn nhiệt λ, theo Cp. Tuy nhiên từ phần trên chúng ta thấy Cp không thể xác định chính xác từ thực nghiệm nên phương pháp này cũng không thể áp dụng cho quả vải [3] [96].

Phương pháp không ổn định thuần túy

Phương pháp này chia thành hai phương pháp: phương pháp mẫu chuẩn

(phương pháp so sánh) và phương pháp nguồn.

Phương pháp mẫu chuẩn dựa trên cơ sở bài toán dẫn nhiệt điều kiện biên loại 4 trên mẫu chuẩn để tránh việc xác định nhiệt lượng truyền qua vật thí nghiệm. Tương tự như phương pháp chế độ nhiệt điều hòa, phương pháp này cũng chỉ cho phép xác định một cách tổng hợp các tính chất nhiệt vật lý của vật liệu, tức không thể xác định hệ số dẫn nhiệt một cách trực tiếp nên không thể dùng cho quả vải.

Phương pháp nguồn là phương pháp quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong

các phương pháp đo không ổn định và thời gian đo ngắn.

Về nguyên tắc, có thể xem phương pháp được xây dựng trên cơ sở khảo sát quá trình dẫn nhiệt qua nhiều lớp vật liệu (phương pháp đạo hàm số) là một trong những phương pháp thuộc nhóm nguồn. Sự đặc thù của phương pháp này là ở chỗ xác định gratient nhiệt độ tại bề mặt nguồn bằng phương pháp số trên cơ sở các kết quả đo biến thiên nhiệt độ ở những lớp vật liệu cách đều nhau, lớp đầu tiên được xem là tiếp xúc lý tưởng với nguồn. Ưu điểm của phương pháp này là thời gian đo ngắn, nên có thể xác định được hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ẩm, vật liệu dạng hạt, mẫu đo có kích thước bé.

Tùy theo đặc tính tác động của nguồn, người ta phân biệt phương pháp nguồn thành hai phương pháp: Phương pháp xung nhiệt và phương pháp “que thăm”. Phương pháp xung mặc dù được pháp triển dưới rất nhiều dạng khác nhau. Phổ biến rộng rãi hơn là phương pháp dây đốt do Schleidermacher đề xuất 1880. Đây là phương pháp tiền thân của tất cả các phương pháp được biết đến dưới tên gọi là phương pháp “que thăm” sau này.

Tuy nhiên điểm yếu của các phương pháp này khi dùng để đo quả vải là:

(i) Phải bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt tỏa hô hấp. (ii) Do cấu tạo của quả vải chia thành các lớp có cấu tạo rất khác nhau nên để sử dụng phương pháp này bắt buộc phải đo riêng hệ số dẫn nhiệt của vỏ quả, cùi quả và hạt quả. Tuy nhiên muốn đo hệ số dẫn nhiệt của vỏ quả chỉ có cách xay nhuyễn vỏ quả ra và nén chặt lại để đo. Tuy nhiên độ chính xác rất thấp do có không khí lẫn vào mẫu đo. Cùi quả vải rất mỏng chỉ dày 10-20mm chứa hàm lượng nước trên 80% nên gần như bất khả thi để đưa nguồn nhiệt và đầu đo để thí nghiệm với sai số chấp nhận được. Giữa vỏ quả vải và cùi còn lớp màng và lớp không khí mỏng không thể xác định được bằng thực nghiệm do đó việc đo riêng rẽ 3 lớp so với điều kiện thực của quả là khác xa.

(iii) Phương pháp đo trên vẫn dựa trên giả thiết Cp đã đo được chính xác. Đối

với quả vải đây lại là vấn đề không thực hiện được.

c. Kết luận

Tóm lại qua việc phân tích các phương pháp đo hệ số dẫn nhiệt nêu trên cho thấy sự bất khả thi khi áp dụng cho quả vải mà cho sai số có thể chấp nhận được. Do đó trong khuôn khổ của luận án này, NCS sẽ áp dụng cách dự đoán hệ số dẫn nhiệt của của quả vải bằng tính toán dựa theo thành phần quả vải, sau đó kiểm chứng tính hợp lý của mô hình gián tiếp qua sự phù hợp của trường nhiệt độ đo được của ở tâm quả trong quá trình làm lạnh với kết quả mô phỏng bằng hệ phương trình (1.2).

1.4.2. Dự đoán tính chất nhiệt vật lý bằng tính toán

Đối với quả vải là đối tượng có cấu trúc phức tạp, đa thành phần (Bảng 1.5, 1.6), không đồng chất và không hoàn toàn đẳng hướng [44]. Ngoài ra, quả vải về cấu trúc có 3 lớp rõ rệt [30], lớp vỏ ngoài sần sùi nhưng mỏng và độ dày 0,8 ÷ 1,5 mm bản chất cũng nhiều lớp với thành phần nước và xenlulo là chủ yếu, lớp cùi quả 7 ÷ 25 mm thành phần chủ yếu là nước, đường, tinh bột …, lớp hạt thành phần chính là nước, protein, chất tro …

Bảng 1.5 Đặc tính lý hóa của quả vải Lục Ngạn [18] Stt Mô tả thông số quả vải Đơn vị Độ chín 3

1 Vật lý

2 1.1 Khối lượng trung bình 1.2 Đường kính 1.3 Chiều cao Hóa học

2.1 Hàm lượng nước 2.2 Hàm lượng đường tổng 2.3 Hàm lượng chất khô hòa tan 2.4 Hàm lượng axit g mm mm % % % % 21,20 33,86 34,10 80,18 18,00 18,52 0,13

Bảng 1.6 Thông số vật lý của quả vải [115]

Stt Mô tả thông số vật lý quả vải Đơn vị Giá trị

1 Khối lượng g 19,76 ± 2,48

2 Thể tích 18,52 ± 1,2

3 Khối lượng riêng ml kg.m-3 1070 ± 44,72

Do đó các hệ số (Cp, ρ, λ) phụ thuộc rõ rệt vào tọa độ và cấu trúc vật lý - hóa sinh của phân tố quả đang xét. Do đó rất khó khi giải hệ phương trình (1.2) theo cách tiếp cận cổ điển chia quả thành các lớp có thể coi là đồng chất, đẳng hướng khi tại mỗi lớp khi phải đưa thêm mô tả toán học về cấu trúc vật lý - hóa sinh theo tọa độ của từng lớp cũng như ở trên đã phân tích về việc bất khả thi khi thực nghiệm xác định (Cp, ρ, λ) cho từng lớp.

Trong khi đó mục đích giải phương trình (1.2) là xác định mật độ dòng nhiệt tỏa ra, và sự thay đổi của trường nhiệt độ tại điểm kiểm tra là ở tâm quả vải. Vì vậy phương pháp xác định tính chất nhiệt vật lý của quả vải trong trường hợp này là phương pháp tính toán bán thực nghiệm dựa trên cơ sở coi quả vải như một hệ nhiệt động cân bằng không biến pha. Khi này quả vải sẽ được biến đổi về quả tương đương không đồng chất nhưng đẳng hướng và các hệ số (Cp, ρ, λ) là các hệ số hiệu dụng được xác định theo thành phần của quả vải. Phương pháp này là phương pháp phổ biến để xây dựng mô hình dự đoán tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm nói chung và các loại quả nói riêng, đã được rất nhiều các tác giả trong và ngoài nước áp dụng thành công cho nhiều loại thực phẩm khác nhau [96] [120].

Mặt khác cũng phải kể đến là hiện nay gần như chưa có những nghiên cứu đáng kể nào về tính chất nhiệt vật lý của quả vải [109] [76]. Khi cần tính toán thế kế kho lạnh bảo quản vải, hoặc khi giải hệ phương trình (1.2) để mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải rất nhiều tác giả đã lấy tính chất của quả nào đó và coi là có tính tương đồng. Do đó kết quả tính toán mô phỏng không đạt được như mong muốn. Điển hình như Trevor Olesen, Lakshmi Nacey, Neil Wiltshire, Susan O’Brien (2004) [99] đã mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải có kết quả trên Hình 1.10 và 1.11.

Lý do chính ở đây là: Olesen và các cộng sự đã xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải dưới dạng hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định, với điều kiện biên loại 3, đây chính là ưu điểm so với các nghiên cứu thực nghiệm thuần túy. Tuy nhiên ông lại không nghiên cứu tính chất nhiệt vật lý của quả vải (Cp, ρ, λ) mà lấy tính chất của quả cherry đưa vào tính toán nên mô hình chưa diễn tả được đúng bản chất đối tượng.

Trong số ít các nghiên cứu về tính chất nhiệt vật lý của vải, chỉ có nghiên cứu của Wang Handong (2006) [120] xây dựng mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý cho cùi quả dựa vào các thành phần dinh dưỡng là đáng kể, tuy nhiên lại chỉ cho cùi quả.

Hình 1.10 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước từ nhiệt độ 28oC đến 2oC

Hình 1.11 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng không khí lạnh từ nhiệt độ 22oC đến 2oC

Do đó cần thiết phải nghiên cứu đề xuất thuật toán dự đoán các thông số nhiệt vật lý của quả vải Lục Ngạn trên cơ sở tính toán các tính chất này dựa vào các thành phần cơ bản của quả. Vì đó là điều kiện tiên quyết khi muốn nghiên cứu các vấn đề khác có liên quan tới quá trình làm lạnh và bảo quản quả vải.

1.4.2.1. Dự đoán nhiệt dung riêng hiệu dụng

Đối với thực phẩm nói chung và quả vải nói riêng nhiệt dung riêng đẳng áp hiệu dụng trên điểm băng được xác định như là tổng của nhiệt dung riêng của từng thành phần cấu tạo nên quả vải nhân với tỉ lệ khối lượng tương ứng với thành phần đó. Công thức tổng quát tính nhiệt dung riêng đẳng áp hiệu dụng [51].

Cp = ΣCpi·Xi ( 1.12)

Trong đó : Cp - Nhiệt dung riêng hiệu dụng đẳng áp, kJ·kg-1·K-1; Cpi, Xi - Tương ứng là nhiệt dung riêng và tỉ lệ khối lượng của thành phần thứ i.

Nhìn chung trên điểm đông các mô hình về nhiệt dung riêng của thực phẩm trong đó có quả vải theo tất cả các trường phái chính nghiên cứu tính chất nhiệt vật lý trên thế giới như Latushev - Onhishenko, Fikiin, Chen, Schwartzberg, Choi, Okos ... đều tương đồng với nhau và có dạng (1.12). Trong đó tùy theo mức độ nghiên cứu về thành phần và độ chính xác yêu cầu mà có một số công thức là hệ quả của công thức (1.12) do các tác giả khác đưa ra như sau:

Mô hình xác định nhiệt dung riêng phụ thuộc vào hàm lượng nước chứa trong thực phẩm được Siebel (1892) [114] đưa ra để xác định cho trứng, thịt và rau quả trên điểm kết đông chỉ dựa trên thành phần nước trong thực phẩm có dạng như sau: ( 1.13)

Cp = 0,837 + 3,348·Xw Sự ảnh hưởng của thành phần sản phẩm được đề xuất bằng một phương trình

( 1.14) thực nghiệm bởi Charm (1978) [48] như sau: Cp = 2,093·Xfa + 1,256·Xs + 4,187·Xw

Heldman và Singh (1981) [72] giới thiệu phương trình xác định nhiệt dung riêng dựa trên thành phần nước, carbohydrate, protein, mỡ và tro trong thực phẩm ở 200C như sau:

( 1.15) Cp = 1.424·XCHO + 1.549·XPr + 1.675·Xfa + 837·Xas + 4.187·Xw

Cũng tương tự như vậy Choi và Okos (1983) đã đưa ra một phương trình tổng quát hơn cho nhiệt dung riêng có kể đến các thành phần của thực phẩm ở dải nhiệt độ từ -1 ÷ 40oC:

( 1.16)

Cp = 4,180·Xw +1,711·Xpr +1,928·Xfa +1,547·XCHO + 0,908·Xas Khi không biết thành phần chi tiết cấu thành nên thực phẩm Chen (1985) [50] đưa ra công thức tính nhiệt dung riêng của thực phẩm chưa kết đông một cách tương đối có dạng:

( 1.17) Cp = 4.190 – 2.300.Xs - 628.Xs

Trong đó: Xs - thành phần chất khô của quả. Chúng ta có thể thấy các mô hình xác định nhiệt dung riêng được thể hiện bởi các công thức (1.12 ÷ 1.17) chưa thể hiện được bản chất phụ thuộc vào nhiệt độ trong dải rộng của nhiệt dung riêng. Tuy nhiên từ các nghiên cứu của các tác giả [96] [120] cho thấy nhìn chung trên điểm băng nhiệt dung riêng rất ít phụ thuộc vào nhiệt độ, đặc biệt trong dải nhiệt độ hẹp từ khoảng 0 ÷ 30oC. Do đó, về nguyên tắc có thể sử dụng các công thức trên để tính toán mà không làm giảm độ chính xác.

Vậy nhiệt dung riêng thành phần của từng lớp có kể đến hàm lượng nước được phát triển trên cơ sở mô hình của Siebel. Nhiệt dung riêng hiệu dụng của quả vải được xây dựng kế thừa dựa trên mô hình của Choi và Okos (1986) [51].

1.4.2.2. Enthalpy của quả vải

( 1.18)

= 

  

∂ i ∂ t

Enthalpy là đại lượng rất quan trọng của quả vải. Xác định được đại lượng này có thể dễ dàng tính toán lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình làm lạnh quả vải, để từ đó xác định năng suất lạnh của thiết bị. Trên thực tế cho đến nay chưa có tác giả nào công bố bảng dữ liệu về enthalpy của quả vải để phục vụ cho các quá trình công nghệ sau thu hoạch. Trong khuôn khổ luận án này enthalpy sẽ được xác định theo định nghĩa và từ công thức (1.12) như sau:

= Σ

⋅

( 1.19)

∫

i x = Σ ⋅ i

C x dt i

So với nhiệt dung riêng việc xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng của thực phẩm khó khăn hơn nhiều. Lý do chính là sự chênh lệch quá lớn về hệ số dẫn nhiệt λi của các thành phần, cũng như sự sai khác rõ rệt của các hệ số dẫn nhiệt cục bộ phụ thuộc vào tọa độ điểm đo. Trong lĩnh vực này công thức tính toán phù hợp nhất và có cơ sở lý luận rõ ràng là lý thuyết “ Dung thông phức hợp” của Viện sĩ Novikov (1977) [67]. Tuy nhiên đây là công thức rất phức tạp cả về mặt toán học và lập trình tính toán. Do đó đối với các quá trình công nghệ của thực phẩm mà nhiệt độ không thấp hơn điểm băng, chúng ta có thể coi gần đúng thực phẩm là hệ nhiệt động đa thành phần không biến pha và sử dụng một số mô hình đồng dạng đơn giản của mô hình điện để mô tả cấu trúc như mô hình các thành phần kết nối tương tự như mạch điện song song, hoặc sử dụng các phương trình gần đúng hồi quy từ thực nghiệm.

Phương trình thực nghiệm trong quá trình tính toán đối với các loại trái cây và rau quả với hàm lượng nước lớn hơn 60% đã được đề xuất bởi Sweat (1974) [116] như sau:

( 1.20)

1.4.2.3. Hệ số dẫn nhiệt

Sau đó Sweat (1986) đã phát triển một phương trình thực nghiệm đối với thực

phẩm rắn và lỏng có dạng dưới đây:

( 1.21)

λ = 0,148 + 0,493·Xw

Với các nghiên cứu của Dincer (1997) [61] cũng thường sử dụng mô hình của Sweat. Mô hình (1.14) rất phụ thuộc vào việc phân tích thành phần của quả vải, nên sẽ không được áp dụng trong luận án này.

Murakami và Okos (1989) đã đưa ra mô hình dẫn nhiệt dọc theo thớ thực phẩm dựa trên mô hình tương tự điện trở. Mô hình song song có dòng nhiệt truyền vuông góc với thớ có hệ số dẫn nhiệt thành phần [65]:

( 1.22)

λ =

⋅ λ∑ iV i

Murakami và Okos (1989) khuyến cáo nên sử dụng mô hình song song cho thực phẩm trên điểm băng. Trong nghiên cứu tổng quan của Carson (2006) [47] cũng đánh giá mô hình song song có sai số dưới 10%.

Với cấu trúc quả vải bao gồm 3 lớp vỏ, cùi, hạt được sắp xếp theo một trật tự tương đối thống nhất theo phương có dòng nhiệt truyền qua vuông góc với từng lớp này nên trong khuôn khổ luận án này nghiên cứu sinh sẽ sử dụng mô hình song song (1.22) để xây dựng hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng cho quả vải.

λ = 0,25·XCHO + 0,155·Xpr + 0,16·Xfa + 0,135·Xas + 0,58·Xw

Khi giải hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt (1.2), với điều kiện biên loại 3, cần thiết phải biết hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa quả vải và môi trường làm mát (nước lạnh, không khí lạnh).

1.4.2.4. Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hỗn hợp

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phụ thuộc vào đặc tính nhiệt vật lý của môi trường

làm mát và quả vải.

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tổng hợp bao gồm các thành phần sau: trao đổi nhiệt đối lưu, trao đổi nhiệt bức xạ, trao đổi nhiệt do ảnh hưởng của khuếch tán ẩm: ( 1.23)

α = α

con

+ α + α ra

trans

Trong quá trình làm lạnh với chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường làm lạnh và quả vải không lớn có thể bỏ qua thành phần của trao đổi nhiệt do bức xạ αra. Vì làm lạnh sơ bộ xảy ra trong nước nên có thể bỏ qua thành phần trao đổi nhiệt do khuếch tán ẩm αtrans.

Việc xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của rau quả được xác định bằng phương pháp đồng dạng và thực nghiệm. Tuy nhiên có rất ít các nghiên cứu về lĩnh vực này lý do là quả vải có cấu trúc hình học và kích thước rất đa dạng, cũng như đồng thời với quá trình trao đổi nhiệt thông thường khi làm lạnh quả vải còn xuất hiện thêm ảnh hưởng của thành phần hô hấp. Trong các nghiên cứu này, nghiên cứu bằng các mô hình thực nghiệm của Dincer I (1995) [62] xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu của quả vả có dạng hình cầu được làm lạnh bằng không khí cưỡng bức là đáng kể hơn cả. Tuy nhiên kết quả nghiên cứu còn hạn chế do trong quá trình thí nghiệm là rất khó xác định chính xác vị trí cặp nhiệt ở tâm quả.

Trong mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải Olesen đã sử dụng hệ số trao đổi nhiệt đối lưu thông qua mô hình của Churchill (1983) [52], Dincer (1997) [61] và Holdsworth (2008) [70]. Tuy nhiên việc xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu bằng mô hình mà Olesen [99] [100] sử dụng sẽ cho kết quả không chính xác.

Mariangela Amendola cùng các cộng sự (2009) [29] đã nghiên cứu xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu của quả vả có dạng hình cầu bằng mô phỏng số kết hợp với số liệu thực nghiệm để xác định. Khi mô phỏng bài toán dẫn nhiệt không ổn định một chiều bằng phương pháp phần tử hữu hạn và ông đã sử dụng dữ liệu nhiệt độ tại tâm quả tuy nhiên khi trình bày thí nghiệm thì ông cũng thừa nhận rất khó để đặt cặp nhiệt vào vị trí tâm quả, vì vậy tác giả chỉ coi cặp nhiệt như ở gần vị trí tâm quả.

Trong điều kiện nghiên cứu của luận án này rất khó có thể tiến hành thực nghiệm để xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α của quả vải với vỏ ngoài rất xù xì, nên trong luận án sẽ áp dụng phương pháp luận của Mariangela Amendola để gián tiếp xác định α và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng.

1.5. Các nghiên cứu xác định độ hao hụt tự nhiên 1.5.1. Độ hao hụt tự nhiên

Hao hụt tự nhiên [26] [43] [73] [117] [111] là sự giảm khối lượng không phải do tổn thất qua vết thương, do côn trùng, các loại vi sinh vật phát triển ... Trong suốt quá trình bảo quản, sự giảm trọng lượng tự nhiên chủ yếu là do sự thoát hơi nước và sự hô hấp làm tiêu hao lượng vật chất hữu cơ của quả vải. Sự hô hấp làm giảm khối

lượng quả vải vì sinh ra CO2 tỏa ra ngoài như ở phương trình (1.1). Sự giảm khối lượng tự nhiên này không thể tránh khỏi trong bất kỳ điều kiện bảo quản nào [81], tuy nhiên có thể khống chế sự giảm khối lượng là ít nhất để có thể kéo dài thời gian bảo quản và tăng chất lượng sau bảo quản. Sự giảm khối lượng ít nhất là hoàn toàn có thể tiệm cận được khi ta tìm được các thông số công nghệ bảo quản tối ưu.

Khối lượng giảm đi trong thời gian bảo quản dài ngày phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại và giống [91], thổ nhưỡng, phương pháp và điều kiện bảo quản, thời gian bảo quản và thời hạn bảo quản [38]. Trong quá trình hô hấp của quả vải trước hết là tiêu hao các chất gluxit, các axit hữu cơ, các hợp chất nitơ, pectin, tannin, chất béo và glicozit.

Nghiên cứu quá trình sinh lý và cơ chế sinh hóa sau thu hoạch của quả vải còn rất hạn chế trên thế giới. Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu về vấn đề này được công bố chủ yếu ở các quốc gia có trồng vải để xuất khẩu.

Bản chất sự giảm trọng lượng tự nhiên là quá trình mất nước từ sản phẩm ra

môi trường xung quanh dựa trên ba cơ chế sau như trên Hình 1.12:

- Trong tế bào, nước ở dạng dung dịch liên kết. Nhờ quá trình hô hấp nước liên kết chuyển thành nước tự do và dịch chuyển từ trong lòng quả ra bề mặt theo định luật Fick;

- Nước tại bề mặt quả nhận một lượng nhiệt bằng chính nhiệt ẩn hóa hơi của nước để chuyển pha từ nước thành hơi tại nhiệt độ ở bề mặt vào môi trường bảo quản;

- Khuếch tán hơi từ lớp bề mặt vào môi trường bảo quản theo định luật Dalton.

Hình 1.12 Hiện tượng truyền ẩm của quả vải

( 1.24)

) D C q ∇ ∇ + =

(

C ∂ ∂τ

Từ phân tích trên có thể thấy về mặt lý thuyết quá trình truyền ẩm xảy ra trong quá trình làm lạnh của rau quả nói chung và quả vải nói riêng có thể mô tả bằng hệ phương trình vi phân truyền ẩm đạo hàm riêng có dạng tương tự như dạng phương trình vi phân dẫn nhiệt (1.2) như sau [19] [54]:

Trong đó vai trò của nhiệt độ thay bằng vai trò của vector nồng độ C, vai trò hệ số dẫn nhiệt λ được thay bằng hệ số khuếch tán D, vai trò hệ số trao đổi nhiệt đối lưu ở điều kiện biên được thay bằng hệ số tỏa ẩm km.

Giải hệ phương trình (1.24) về nguyên tắc sẽ tương đồng như giải hệ phương trình (1.2) bằng phương pháp số và sử dụng các bộ công cụ phần mềm rất mạnh như ANSYS, FLUENT … Tuy nhiên ở đây vấn đề chính cũng tương tự như việc giải hệ (1.2) là việc xác định các hệ số D và m do liên qua tới cấu trúc và đặc tính tỏa ẩm bề mặt của quả. Đây là vấn đề rất phức tạp và cho tới nay các nhà khoa học trên thế giới mới giải quyết được cho một số loại thực phẩm cụ thể nhưng không có quả vải. Lý do chính là các hệ số trong phương trình truyền chất phần lớn chưa xác định được do thiếu một lý thuyết và phương pháp xác định hoàn chỉnh so với việc xác định tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm. Do đó các hệ số trên được xác định chủ yếu bằng con đường thực nghiệm. Hơn nữa rau quả nói chung và quả vải nói riêng có cấu trúc rất phức tạp khác xa giả thiết đồng chất và đẳng hướng do đó cũng không dễ dàng gì để xác định các hệ số trên nếu tách rời khái niệm hiệu dụng tương tự như tính chất nhiệt vật lý.

Mặt khác, các nghiên cứu đối với quả vải từ các nghiên cứu của rất nhiều tác giả khác nhau cho thấy từ khi thu hái cho đến khi được sử dụng nếu được làm lạnh và bảo quản lạnh sẽ có thời gian sống khoảng 20 ÷ 30 ngày và độ hao hụt do mất nước tối đa cũng chỉ khoảng 1%/ngày Error! Reference source not found.. Do đó có thể thấy quá trình mất nước của quả trong làm lạnh và bảo quản là quá trình xảy ra với tốc độ rất chậm, khác xa với quá trình sấy. Từ đó hoàn toàn có thể coi quá trình mất nước này là quá trình truyền chất ổn định [31] [98] (tương tự như quá trình sấy ổn định, nhưng kéo dài ra toàn bộ thời gian bảo quản). Khi đó như ở trên đã trình bày quá trình bên trong quả được biểu diễn bằng định luật Fick và quá trình bay hơi nước từ bề mặt quả được biểu diễn bằng định luật Dalton.

1.5.2. Xác định độ hao hụt bằng định luật Dalton 1.5.2.1. Định luật Fick

Khuếch tán hơi nước là quá trình truyền chất trong lòng sản phẩm tới bề mặt xung quanh nhờ chênh lệch nồng độ ẩm và để đơn giản hóa định luật Fick được cho dưới dạng: Md = kt·A·δC ( 1.25)

Tuy nhiên các hệ số trong phương trình (1.25) chưa có ai nghiên cứu số liệu thực nghiệm cho quả vải. Cũng như việc xác định chênh lệch nồng độ là rất khó, nên trên thực tế chưa có tác giả nào sử dụng dạng định luật Fick để nghiên cứu độ mất nước của rau quả trong quá trình làm lạnh và bảo quản. Chủ yếu các nghiên cứu này sử dụng định luật Dalton.

1.5.2.2. Định luật Dalton

Xác định độ hao hụt của sản phẩm do mất nước bằng định luật Dalton về bản chất là sử dụng định luật bảo toàn khối lượng, thay vì tính toán lượng ẩm dung dịch truyền trong lòng rau quả, người ta xác định lượng hơi nước bốc hơi từ bề mặt của quả vào trong không khí

Hao hụt sản phẩm dựa trên hai quá trình xảy ra trên bề mặt quả: bay hơi nước và khuếch tán hơi nước. Bay hơi nước là quá trình chuyển pha từ nước tự do ở dạng lỏng sang dạng hơi ở bề mặt sản phẩm. Khuếch tán ẩm là quá trình khuếch tán hơi nước từ lớp không khí bão hòa ở sát bề mặt sản phẩm tới môi trường xung quanh. Lượng hơi nước truyền từ bề mặt sản phẩm tới môi trường được xác định như sau:

Me = ke·A·(Pm - Pa) ( 1.26)

Trong đó: Me - Khối lượng hơi nước khuếch tán vào không khí, kg; ke - Hệ số trao đổi chất, kg·m-2.Pa-1; A - Diện tích bề mặt quả, m2; Pm, Pa - Lần lượt là áp suất hơi nước bão hòa ứng với nhiệt độ bề mặt quả và Pa là phân áp suất hơi nước trong không khí, Pa.

Công thức (1.26) là khá phổ biến dùng để xác định độ hao hụt do mất nước của thực phẩm trong quá trình chế biến và bảo quản lạnh. Về hình thức là hệ quả của công thức (1.25). Tuy nhiên điểm khác nhau là công thức (1.19) được áp dụng cho điều kiện biên trên bề mặt của quả, khi nước đã ở dạng hơi. Điểm hạn chế khi áp dụng công thức (1.26) như trên chúng ta đã đề cập là rất khó xác định ke là rất khó vì nó phụ thuộc vào hình dáng sản phẩm cũng như tính chất vật lý và diện tích dính ướt, tức là phần diện tích có tham gia vào quá trình làm bay hơi nước.

Arce và Sweat (1980) đã tiến hành xác định thực nghiệm cho các loại thực phẩm tuy nhiên nó bị hạn chế rất nhiều. Đối với việc xác định độ mất nước của rau quả sử dụng dạng công thức (1.26) có một số nghiên cứu điển hình sau.

Bryan R. Becker và Brian A. Fricke (1996)

Các tác giả [35] coi quá trình mất nước là quá trình vận chuyển hơi ẩm qua vỏ quả rồi bay hơi ẩm từ bề mặt quả tới môi trường xung quanh dựa trên cơ chế chênh lệch phân áp suất hơi nước. Lượng ẩm mất đi được viết như sau:

. m k =

( 1.27) (P ⋅ − P ) a

Hệ số tỏa ẩm km cũng được xác định bằng các công thức thực nghiệm. Tuy nhiên công thức (1.27) chưa phản ánh được đầy đủ bản chất của quá trình và các hệ số trong phương trình chưa có ai nghiên cứu số liệu thực nghiệm cho quả vải. Do đó rất khó áp dụng cho quả vải.

Bryant (2012)

Bryant [43] đã nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tốc độ gió tới độ mất

nước của quả vải [104].

( 1.28) ∆W = 1,074 + 3,731·ω, %

Tuy nhiên công thức gần đúng này cho sai số tính toán rất lớn, do đó công

thức này không phát triển dùng cho các giống vải khác nhau được.

Tóm lại sử dụng công thức Dalton để xác định độ hụt khối lượng khá đơn giản

tuy nhiên các hệ số trong công thức này lại không dễ dàng gì xác định, cũng như:

- Diện tích dính ướt trên bề mặt quả cũng rất khó xác định về hình dáng sản phẩm phức tạp và diện tích này phụ thuộc vào cấu trúc và bố trí của các ống mao dẫn dùng để trao đổi chất của từng loại quả;

- Phân áp suất hơi nước trên bề mặt thực phẩm phụ thuộc vào mật độ khuếch tán hơi nên rất khó xác định, thường được lấy bằng áp suất hơi nước bão hòa ứng với nhiệt độ bề mặt quả;

- Phân áp suất hơi nước trong không khí xung quanh được xác định theo nhiệt

độ và độ ẩm không khí.

Do đó việc sử dụng công thức này, cần phải kết hợp với việc nghiên cứu thực nghiệm để hiệu chỉnh các thông số. Tuy nhiên đây là việc rất khó trong điều kiện Việt Nam, do vậy để xác định độ hao hụt do mất nước của quả vải theo một cách tiếp cận khác, theo giả thiết của quá trình hao hụt này xảy ra theo nguyên tắc đẳng áp đẳng enthalpy.

1.5.3. Xác định độ hao hụt do mất nước theo giả thiết quá trình đẳng áp - đẳng enthalpy

Mô hình N.R. Markarian và các cộng sự (2006)

N.R. Markarian và các cộng sự [98] cho rằng mặc dù đã biết cơ bản về cơ chế của quá trình truyền nhiệt, truyền chất của rau quả hơn 30 năm trước đây. Nhưng các mô hình trên chưa thể hiện đủ hết bản chất, vì các mô hình đó không thể xác định được lượng nhiệt ẩn trong quá trình bay hơi nước trên bề mặt quả. Trong khi đó lượng nước bay hơi này trong kho lạnh bảo quản lớn là đáng kể. Vì vậy, các tác giả đã phát triển các mô hình cũ để dự đoán đầy đủ nhất các thông số trong quá trình bảo quản.

( 1.29)

ope

loss

dh dt

Phương trình vi phân xác định lượng ẩm viết dưới dạng:

−

trans

cond

vent

( 1.30)

dW dt

spray m

Sau đó nhóm tác giả lại sử dụng mô hình của Bryan R. Becker và Brian A. Fricke (1996) [35] để tính toán và phát triển cho mô hình của mình. Như vậy, Markarian và các cộng sự đã tính đến quá trình truyền nhiệt, truyền chất đồng thời

Phương trình truyền nhiệt viết dưới dạng:

nên kết quả tính toán thu được sẽ tốt và đúng bản chất hơn so với các mô hình khác. Nhưng các số liệu đưa vào tính toán vẫn là các số liệu thực nghiệm.

Các tác giả trong nước áp dụng phương pháp nêu trên cho bao gói MAP bảo quản xoài cũng đã xác định thành công độ hụt khối lượng của quả. Trong đó tác giả Nguyễn Việt Dũng (2008) [96] phát triển thành công cách tiếp cận của Onhishenko V.P. để xác định độ hụt của xoài trong bao gói MAP [74]. Tác giả Hồ Hữu Phùng (2012) cũng đã phát triển thành công phương pháp đơn giản hơn xác định độ hao hụt của xoài trong bao gói MAP dựa theo mô hình của Y. Song với công thức tính cũng tương tự như công thức (1.31) [6].

Trong khuôn khổ của luận án này nghiên cứu sinh cũng áp dụng phương pháp đẳng áp – đẳng enthalpy và cách tiếp cận của Jadan [34] để xác định độ hao hụt do mất nước của quả vải trong bảo quản. Lý do để chọn cách tiếp cận này là phương pháp Jadan rất thích hợp cho các kho bảo quản lớn, quả vải tiếp xúc trực tiếp với không khí, có độ ẩm cân bằng cao ϕ = 90 ÷ 98% và nhiệt độ bảo quản trong khoảng t = 0 ÷ 15oC.

Mô hình của nhóm tác giả trong nước

= ∆

+ ∆

∆

ope

res

( 1.31)

Mô phỏng độ hao hụt tự nhiên theo cách tiếp cận của Jadan [34], xác định trên khả năng hấp thụ nhiệt - ẩm của không khí trong kho lạnh. Bản chất của phương pháp này chính là sử dụng các định luật bảo toàn năng lương và khối lượng cho hệ nhiệt động cân bằng là không khí trong kho bảo quản. Phương trình cân bằng năng lượng cho hệ nhiệt động có 2 thành phần là quả và không khí trong kho bảo quản như sau:   

loss m W = a

Trong đó:

∆Qres, ∆Qloss, ∆Qope, ∆Qa - Lần lượt là lượng nhiệt hô hấp do quả tỏa ra, nhiệt dò lọt từ ngoài vào, nhiệt do vận hành thiết bị trong kho, nhiệt do không khí trong kho nhận, kW;

mf, Wa - Lần lượt là lượng ẩm mà quả tỏa ra và không khí nhận vào. Từ công thức (1.31) có thể thấy độ hao hụt khối lượng vì bay hơi nước theo cách tiếp cận của Jadan, sẽ được xác định trên khả năng hấp thụ ẩm của không khí trong kho lạnh nếu bỏ qua sự rò lọt hơi ẩm từ môi trường vào kho.

Mặt khác từ tính toán quá trình xử lý không khí ẩm trong kỹ thuật điều hòa

không khí chúng ta có:

∆

ε =

⇒ = W

( 1.32)

Q ∆ a W

Q ε

Trong đó:

Phương pháp Jadan (1984)

∆Qa - Lượng nhiệt mà không khí nhận, kJ; W - Lượng ẩm không khí nhận, kg. Theo cách tiếp cận của Jadan thì quá trình biến đổi trong kho lạnh bảo quản có

dạng như tia quá trình trong điều hòa công nghệ và được viết như sau:

ε = → =

( 1.33)

Q W

Q ε

Như vậy nếu xác định được Q và ε hoàn toàn có thể xác định lượng ẩm W tỏa

ra từ rau quả với sai số hoàn toàn có thể chấp nhận được.

1.6. Xác định cường độ hô hấp và nhiệt tỏa do hô hấp của quả vải

Nhiệt tỏa do hô hấp là thông số rất quan trọng liên quan tuyến tính với cường độ hô hấp R (Respiration Rate) trong quá trình bảo quản rau quả nói chung và quả vải nói riêng. Biết được lượng nhiệt này chúng ta mới xác định được lượng nhiệt tỏa ra từ rau quả trong quá trình bảo quản từ đó xác định được năng suất lạnh cần thiết của thiết bị lạnh. Ngoài ra xác định được cường độ hô hấp còn cho phép xác định được lượng không khí tươi cần thiết cấp cho kho bảo quản để duy trì hô hấp.

Việc xác định cường độ hô hấp cũng cho phép xác định độ hao hụt tự nhiên

của quả vải.

Quá trình hô hấp bản chất là một quá trình phân giải vật chất và giải phóng năng lượng phức tạp gồm một chuỗi từ hàng chục tới hàng trăm phương trình phản ứng hóa học khác nhau.

Tuy nhiên để tính toán nhiệt tỏa và cường độ hô hấp có thể xác định gần đúng

theo phương trình phản ứng dạng (1.1) bằng phương pháp thực nghiệm.

C6H6O12 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Q

Hình 1.13 Sơ đồ quá trình hô hấp xảy ra trong tế bào quả vải

Liên quan tới quả vải có một số nghiên cứu của các tác giả Mangaraj, Goswami, Tripathi, Giri và Pajnoo (2013) [115]. Các tác giả này đã nghiên cứu cường độ hô hấp của quả vải phụ thuộc vào nhiệt độ dựa trên mô hình mạng thần kinh (Neural Network) để xác định hệ số hô hấp phục vụ cho nghiên cứu bảo quản

MAP quả vải. Tuy nhiên, đối tượng mà tác giả nghiên cứu là quả vải Ấn Độ có các thông số vật lý, sinh hóa và hàm lượng dinh dưỡng khác với thông số quả vải Lục Ngạn của Việt Nam.

Mangaraj, Goswami (2011) [88] đã nghiên cứu thực nghiệm cường độ hô hấp của quả vải và đưa ra mô hình dự báo cường độ hô hấp theo mô hình enzyme để xác định hệ số hô hấp phục vụ cho nghiên cứu bảo quản MAP quả vải. Tuy nhiên, đối tượng mà tác giả nghiên cứu là quả vải Ấn Độ. Hơn nữa, hô hấp trong bảo quản MAP là hô hấp hiếm khí nên cần kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ nồng độ CO2 và O2 khác với hô hấp hiếu khí khi quả vải bảo quản trong kho lạnh lớn. Bên cạnh đó số liệu thực nghiệm sử dụng cho mô hình là chưa nhiều, dẫn đến độ chính xác là không cao.

Robert E. Paull, Ching Cheng Chen, và Nancy Jung Chen (2014) [112] đã nghiên cứu thực nghiệm cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ: 5°C, 10°C, 20°C, 25°C của quả vải Trung Quốc. Tác giả chưa đưa ra mô hình tổng quát dự báo cường độ hô hấp của quả vải phụ thuộc nhiệt độ, hơn nữa kết quả cường độ hô hấp bao gồm một dải giá trị thay đổi ở các nhiệt độ tương ứng. Do vậy, nếu xác định lượng nhiệt tỏa do hô hấp mà sử dụng giá trị trong dải kết quả thì từ cận trên xuống cận dưới lệch nhau khoảng 37% nên tính toán lượng nhiệt tỏa khi thiết kế kho lạnh là không chính xác.

Trong khuôn khổ của đề tài cấp Nhà nước KC 06.25NN [18] tác giả Cao Văn Hùng đã công bố kết quả nghiên cứu cường độ hô hấp của quả vải tươi, ở nhiệt độ 4°C, 25°C. Tuy nhiên kết quả này còn một số hạn chế như sau:

(i) Chưa đủ cơ sở để xác định lượng nhiệt thải do hô hấp phụ thuộc vào nhiệt

độ do cường độ này chỉ được đo ở 2 nhiệt độ;

(ii) Việc đo cường độ hô hấp chỉ được xác định trong một mùa vụ là quá ít để

có thể đưa ra kết luận về cường độ hô hấp;

(iii) Qui trình đo cường độ hô hấp của quả vải chưa phù hợp. Nghiên cứu sinh xác định cường độ hô hấp theo phương pháp bình kín trong một thời gian quá dài nên số liệu không chính xác, do trong bình kín theo thời gian dài lượng oxy trong bình giảm do hô hấp của quả, dẫn tới hô hấp của quả không còn được coi là hô hấp trong môi trường khí quyển thường nữa.

Tóm lại, cho tới thời điểm hiện tại các công trình nghiên cứu xác định cường độ hô hấp của quả vải chủ yếu là ở nước ngoài và cũng không thật rõ ràng với đối tượng là quả vải của họ, có thành phần khác hẳn thành phần quả vải Lục Ngạn. Nghiên cứu của tác giả Cao Văn Hùng chưa đủ độ chính xác và thuyết phục để có thể sử dụng cho quả vải của Việt Nam.

Như vậy cần có một nghiên cứu đầy đủ hơn, sử dụng phương pháp hiện đại về cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ của quả vải Lục Ngạn trong khoảng 3 ÷ 4 mùa vụ. Ngoài ra cũng cần xây dựng một qui trình nghiên cứu cường độ hô hấp phù hợp với quả vải và nghiên cứu cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ với dải

nhiệt độ rộng hơn có tối thiểu 5 điểm nhiệt độ và thiết bị đảm bảo nhiệt độ có độ dao động ± 0,5°C ÷ ± 1,0°C.

1.7. Kết luận chương 1 1.7.1. Tổng kết các nghiên cứu tổng quan

Các nghiên cứu tổng quan ở trên cho thấy hiện vẫn chưa có nghiên cứu đầy đủ về quả vải sau thu hoạch. Các công đoạn làm lạnh sơ bộ và làm lạnh bảo quản là rất quan trọng trong chuỗi chế biến cũng chưa có nghiên cứu thỏa đáng. Cho nên, cần nghiên cứu mô phỏng các quá trình làm lạnh quả vải để xác định các thông số thích hợp của quá trình này. Ngoài ra, để mô phỏng được các quá trình làm lạnh này cần phải có thông số nhiệt vật lý của quả vải, điều mà hiện nay trên thế giới cũng như trong nước chưa được nghiên cứu đầy đủ. Sau khi quả vải đã được làm lạnh sơ bộ tức là đã giảm được tốc độ hô hấp để giữ chất lượng và giảm nâu hóa thì quả vải được đưa vào kho lạnh bảo quản. Trong môi trường kho lạnh này, cần nghiên cứu để xác định độ hao hụt tự nhiên, qua đó có thể dự đoán thời gian bảo quản. Không những thế trong quá trình bảo quản sau thu hoạch cường độ hô hấp và nhiệt thải hô hấp của quả vải là thông số rất quan trọng ảnh hưởng tới thiết kế kho lạnh, thời gian bảo quản, lưu lượng thông gió, nhu cầu năng lượng. Tuy nhiên các số liệu này cho quả vải Lục Ngạn là rất ít và chưa đủ tin cậy, vì vậy cũng hết sức cần thiết để nghiên cứu các thông số này với một phương pháp hiện đại.

Tóm lại để phát triển công nghệ lạnh bảo quản quả vải, một nhiệm vụ cấp thiết hiện nay rất cần phải tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống và giải quyết các vấn đề còn tồn tại nêu trên. Đó là nội dung và mục tiêu nghiên cứu của luận án này.

1.7.2. Đề xuất hướng nghiên cứu

Qua nghiên cứu tổng quan, từ những phân tích đánh giá đã trình bày, để thấy rằng: phát triển công nghệ lạnh bảo quản quả vải, một nhiệm vụ cấp thiết hiện nay rất cần phải tiến hành nghiên cứu một cách có hệ thống và giải quyết các vấn đề còn tồn tại nêu trên. Từ đó nghiên cứu sinh đã đề xuất mục tiêu nghiên cứu của mình vào xây dựng cơ sở khoa học cho việc phát triển công nghệ chế biến, bảo quản lạnh quả vải Việt Nam với đề tài cụ thể “Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải’’ như đã giới thiệu trong phần mở đầu cùng với nội dung chính sau đây:

(i) xây dựng mô hình 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.

Các nội dung nghiên cứu trên được thực hiện với quả vải Lục Ngạn, tỉnh bắc Giang, Việt Nam và được giải quyết bằng các phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nội dung và phương pháp nghiên cứu kết quả chính dự kiến được diễn giải

tóm tắt trên Hình 2.1.

Đối tượng 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.

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%.

Phạm vi nghiên cứu Quả vải được nghiên cứu trong phạm vi tính chất nhiệt vật lý, quá trình trao đổi nhiệt và tỏa ẩm, quá trình hô hấp xảy ra ở quá trình làm lạnh sơ bộ, quá trình bảo quản lạnh sau thu hoạch.

2.2. Những nội dung và phương pháp nghiên cứu chính 2.2.1. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán để dự đoán tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng của quả vải Lục Ngạn dựa vào hàm lượng nước của quả vải, trên cơ sở giả thiết coi quả vải là hệ nhiệt động cân bằng đa thành phần. Kiểm chứng gián tiếp thông qua kết quả mô phỏng trường nhiệt độ trong quá trình làm lạnh quả vải;

- 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;

- Trên cơ sở các nghiên cứu đó xác định được thời gian làm lạnh, năng suất 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;

- 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, bảo toàn khối lượng và cân bằng nhiệt 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;

- Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã đạt được đề xuất các mẫu kho lạnh

thích hợp dùng cho bảo quản quả vải nói riêng và rau quả nói chung.

2.2.2. 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.

Kiến thức được vận dụng trong luận án, 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.

Nội dung, phương pháp Kết quả dự kiến Mục tiêu nghiên cứu

Đóng góp khoa học Đóng góp thực tiễn

Xây dựng mô hình tính chất nhiệt vật lý

Mô hình tính chất nhiệt vật lý Xác định suất tiêu hao đá

1

Làm lạnh sơ bộ Xác định α

Mô phỏng các quá trình làm lạnh theo hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định đối xứng với điều kiện biên loại 3

Xác định cường độ hô hấp Xác định gián tiếp hệ số trao đổi nhiệt của quả vải Mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ

Nghiên cứu đặc tính nhiệt - ẩm (theo phương pháp Jadan) Phần mềm tính nhiệt tỏa do hô hấp

2

Nghiên cứu thực nghiệm cường độ hô hấp Bảo quản lạnh Mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên Đề xuất tiêu chí cho kho lạnh bảo quản quả vải

Yêu cầu của kho lạnh bảo quản

Hình 2.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.3. Cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình làm lạnh

Phương trình vi phân dẫn nhiệt tổng quát mô tả quá trình làm lạnh quả vải là

= ⋅ ∇ +

( 2.1)

t ∂ ∂τ

q v C ρ ⋅

phương trình Fourier dẫn nhiệt không ổn định có dạng như sau [49] [71] [105] [70]:

Điều kiện đơn trị để giải hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định còn gọi là điều kiện giới hạn, từ đó có thể xác định được trường nhiệt độ trong quả vải. Điều kiện đơn trị bao gồm điều kiện ban đầu và điều kiện biên.

( 2.2)

Điều kiện ban đầu: Cho biết phân bố nhiệt độ trong quả vải tại thời điểm bắt

,τ = 0) = t0

đầu làm lạnh τ = 0. r t( r

)

−λ ⋅

= α ⋅

−

( 2.3)

∞

t ∂ r ∂

Quả vải là loại quả hô hấp thường biến và có cường độ hô hấp nhỏ. Do thời gian làm lạnh ngắn nhỏ hơn 24h và nhiệt tỏa hô hấp nhỏ hơn nhiều so với nhiệt tỏa ra từ quả nên có thể bỏ qua nguồn nhiệt trong và (2.1) được viết lại như sau:

a = ⋅ ∇

( 2.4)

t ∂ ∂τ

Trên cơ sở giải hệ phương trình (2.2 ÷ 2.4) sẽ dự đoán thời gian làm lạnh, cũng như sự thay đổi trường nhiệt độ tại các điểm kiểm tra. Đây chính là mô tả toán học của quá trình làm lạnh quả vải.

Hệ phương trình (2.2 ÷ 2.4) sẽ được giải bằng phương pháp thể tích hữu hạn và bằng phần mềm được lập trên nền công cụ Matlab. Thuật toán và các bước giải sẽ được trình bày chi tiết ở chương 3.

Tính chất nhiệt vật lý là thông số rất quan trọng của quả vải được dùng để tính toán các quá trình truyền nhiệt, truyền chất cũng như phụ tải nhiệt trong quá trình làm lạnh.

Phục vụ cho việc giải phương trình vi phân (2.4) mô tả quá trình làm lạnh trên điểm băng, chấp nhận giả thiết tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm là ít thay đổi theo nhiệt độ mà chỉ phụ thuộc vào thành phần của quả vải Lục Ngạn.

Mô hình tính toán các thông số C, ρ, i, λ của quả vải phụ thuộc vào thành phần

của quả sẽ được xây dựng trong chương 3 của luận án.

Điều kiện biên: Loại 3 đặc trưng khi bề mặt quả vải tiếp xúc trực tiếp với môi trường làm lạnh và quy luật truyền nhiệt giữa bề mặt với môi trường làm lạnh là đối lưu.

2.4. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hao hụt tự nhiên

Độ hao hụt tự nhiên sẽ được xác định bởi công thức:

2H O

W W W = + ( 2.5)

Trong đó: W- Độ hao hụt khối lượng quả tự nhiên, kg·(kg quả)-1; WH2O - Độ hao hụt do quả bị mất nước, kg·(kg quả)-1; WC - Độ hao hụt của các chất khô trong quá trình hô hấp, kg·(kg quả)-1; WC được xác định trên cơ sở tỷ lệ sản phẩm của phương trình hô hấp của quả. ( 2.6) C6H12O6+ 6O2+ 6H2O = 6CO2 + 12H2O + 38 ATP Độ hao hụt khối lượng sẽ được xác định trên khả năng hấp thụ ẩm của không

khí trong kho lạnh.

⇒ = W

∆ ε = ( 2.7) Q ∆ a W Q ε

Trong đó:

∆Qa - là lượng nhiệt mà không khí nhận, kW; W - là lượng ẩm không khí nhận, kg ẩm;

Như vậy nếu xác định được ∆Qa và ε khi đó hoàn toàn có thể xác định lượng

ẩm W tỏa ra từ quả vải.

Việc xác định ∆Q và hệ số tia quá trình ε để tính được độ hao hụt vì mất nước

sẽ được trình bày chi tiết trong chương 4.

2.5. Nghiên cứu thực nghiệm 2.5.1. Quy trình thu hái và phân loại quả vải

Thu hái:

Quả vải được hái ở độ chín 3 là khi màu vỏ quả chuyển từ vàng sáng chuyển hồng. Thu hái khi thời tiết khô ráo vào thời điểm sáng sớm trong ngày. Thu hái được tiến hành nhẹ nhàng, cẩn thận không được để quả rơi chạm đất và tránh các tổn thương cơ học. Hái xong được tập kết về nơi râm mát.

Phân loại:

Chọn quả vải loại 1, loại bỏ các quả vải có khuyết tật nhẹ ở vỏ. Quả vải phải đồng đều, cùng giống, chất lượng, kích thước, màu sắc. Loại bỏ quả có tổn thương cơ học: loại bỏ quả dập nát, xây xước.

Loại bỏ quả hình dáng không bình thường, quả có sâu đầu cuống, quả thối

hỏng.

Chọn các quả có cùng một độ chín 3, chọn quả đồng đều nhau về mầu sắc,

kích thước.

Làm sạch các tạp chất cơ học bám trên bề mặt quả vải, cắt cuống. Quy trình thu hái và phân loại này là qui trình chung sử dụng cho tất cả các thí nghiệm được thực hiện. Bước này được thực hiện đầu tiên sau đó mới tới các bước tiếp theo của quy trình thí nghiệm trình bày trong các thí nghiệm dưới đây.

2.5.2. Xác định đường kính tương đương

Xác định đường kính tương đương bằng cách đo ba kích thước vuông góc của quả vải như trên Hình 2.2 và được thực hiện với thước cặp điện tử có khoảng đo lớn nhất 150 mm, độ chính xác 0,01. Đường kính tương đương của quả vải được tính dựa trên mối quan hệ sau Mohsenin (1980) [92] [110]:

( 2.8) Dtđ = (Dh·Dw·Dd)1/3

Hình 2.2 Kích thước quả vải

Các kích thước cơ bản của quả vải được xác định bằng thực nghiệm và kết quả

được thể hiện trong Bảng 2.1.

Số lần đo

Bảng 2.1 Xác định đường kính tương đương trong các thí nghiệm Kích thước quả vải Dd, mm 32.6 32.63 32.47 32.02 31.72 Dw, mm 32.42 32.96 32.22 32.03 32.42 Dh, mm 32.1 32.6 33.67 32.4 32.12

Dtd, mm 32.37 32.73 32.78 32.15 32.09 32.42

0.0413 1 2 3 4 5 Trung bình σi

2.5.3. Nghiên cứu thực nghiệm các quá trình làm lạnh 2.5.3.1. Thí nghiệm làm lạnh sơ bộ bằng nước đá

Mô tả thí nghiệm

Thí nghiệm xác định thời gian làm lạnh sơ bộ, sự thay đổi trường nhiệt độ của quả khi quả được làm lạnh trong môi trường nước đá từ nhiệt độ ban đầu sau thu hoạch tới nhiệt độ bảo quản. Thí nghiệm này được lặp đi lặp lại 03 lần. Kết quả thí nghiệm này dùng để kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước lạnh trước khi vận tải.

Quy trình thí nghiệm - Chuẩn bị nước lạnh +4,28oC trong thùng xốp: đập nhỏ đá cây rồi cho vào thùng xốp hòa tan với nước và nhiệt độ nước được giám sát bằng bộ ghi nhiệt độ 8 kênh OctRTD và cặp nhiệt 6 đầu. Khi nhiệt độ nước đạt +4,28oC thì vớt toàn bộ đá chưa tan hết ra khỏi thùng để chuẩn bị tiến hành quá trình làm lạnh sơ bộ.

- Dùng thước kẹp xác định kích thước quả vải và chiều dày cùi quả. - Sau khi xác định kích thước hình học của quả vải, tiến hành cắm que thăm nhiệt độ tự ghi MPIII vào hạt quả vải rồi đổ parafil lỏng lên chỗ cắm que thăm để hạn chế ảnh hưởng từ môi trường đến vị trí cần đo như Hình 2.3.

Hình 2.3 Vị trí cắm que thăm nhiệt độ vào vùng hạt quả vải

- Cho quả vải ngập trong bình nước nóng có nhiệt độ 31,31oC trong thời gian 3

h để ổn định nhiệt độ ban đầu của quả vải.

Bảng 2.2 Thiết bị thí nghiệm dùng để làm lạnh sơ bộ bằng nước đá

Stt Tên thiết bị 1 Que thăm nhiệt độ tự ghi MPIII Ghi chú Thiết bị đo nhiệt độ tại tâm quả vải

2 Bộ ghi nhiệt độ 8 kênh OctRTD

Thiết bị kiểm tra nhiệt độ nước, không khí

3 Bộ đo nhiệt độ hiện số 06 kênh Mô tả thông số Dải đo từ -20oC đến +140oC, độ phân giải 0,01°C và sai số ± 0,1°C, tự ghi 16000 thông số với bước thời gian ghi từ 01 giây đến 18 giờ. Dải đo từ -200oC đến +850oC, độ phân giải 0,01°C và sai số ± 0,1°C, tự ghi 16000 thông số với bước thời gian ghi từ 01 giây đến 18 giờ. Dải đo -50oC đến +100oC, độ phân giải 0,1oC.

Thiết bị kiểm tra nhiệt độ nước, không khí

- Sau đó, cho quả vải vào ngập hết trong nước lạnh duy trì nhiệt độ nước luôn

luôn đạt 4,28oC ± 0,4oC bằng cách bổ sung thêm đá vào mỗi khi nhiệt độ tăng.

Thí nghiệm được lặp đi lặp lại 03 lần. Kết quả xác định thời gian làm lạnh tính

bằng trung bình cộng của các kết quả.

2.5.3.2. Thí nghiệm về quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu

Mô tả thí nghiệm

Mục đích thí nghiệm: xác định thời gian làm lạnh, sự thay đổi trường nhiệt độ của quả khi quả được làm lạnh trong môi trường không khí từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ bảo quản. Thí nghiệm này được lặp đi lặp lại 03 lần. Kết quả thí nghiệm này dùng để kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình làm lạnh quả trước khi bảo quả bằng không khí.

Quy trình thí nghiệm

Bước 1: Chuẩn bị tủ bảo quản có thông số nhiệt độ ổn định. Môi trường bảo quản trong nghiên cứu này được tạo bởi hệ thống lạnh chính xác. Môi trường bảo quản được kiểm tra độ ổn định của các thông số nhiệt độ, độ ẩm trước khi đưa quả vào bảo quản: nhiệt độ +4,27 ± 0,5°C, độ ẩm 92% trong khoảng thời gian 1758 phút. Hình 2.5 thể hiện độ ổn định ở 200 phút cuối trước khi đưa quả vào bảo quản.

Hình 2.4 Hộp đựng quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên

Bước 2: Dùng thước kẹp xác định kích thước của quả vải. Bước 3: Sau khi xác định kích thước hình học của quả vải, tiến hành cắm que thăm nhiệt độ tự ghi MPIII vào hạt quả vải rồi đổ parafil lỏng lên chỗ cắm que thăm để hạn chế ảnh hưởng từ môi trường đến vị trí cần đo như Hình 2.3.

Bước 4: Sau đó cho quả vải vào tủ bảo quản T2014-57 và duy trì các thông số: nhiệt độ t = 4,27 ± 0,5°C, độ ẩm ϕ = 92%, tốc độ gió ω = 0,5 m·s-1. Nếu bảo quản ở chế độ đối lưu tự nhiên thì quả vải được đặt vào trong hộp các tông như trên Hình 2.4, hộp đặt trong không gian bảo quản của tủ.

Kết quả quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên sử dụng để kiểm chứng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh bằng không khí và để xác định α bằng phương pháp gián tiếp ở chương 3.

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

Thiết bị thí nghiệm.

Hệ thống lạnh được xây dựng theo các tác giả [4] [5] [10] [11] [59] và để đảm bảo ổn định nhiệt ẩm thì hệ thống đã được chế tạo và phát triển dựa trên: kết quả của đề tài nghiên cứu cấp Trường mã số T2014-57 (Hình 2.6). Hệ thống bao gồm: hệ thống cách nhiệt (1), sử dụng nguồn lạnh (3) có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển pha của chất chuyển pha đựng trong bình tích lạnh (7) để làm lạnh các chất chuyển pha chứa trong đó. Nguồn lạnh (3) làm lạnh bình tích lạnh (7) tới khi chất chuyển pha đạt tới nhiệt độ chuyển pha và hình thành nên lớp áo băng (2). Chất chuyển pha đạt tới nhiệt độ chuyển pha kết hợp với lớp áo băng (2) tạo nên lớp màng chắn ngăn chặn nhiệt ẩm xâm nhập vào không gian bảo quản (8) cũng như ngăn chặn nguồn nhiệt, dòng ẩm từ không gian bảo quản (8) ra môi trường xung quanh. Hệ thống phân phối không khí bao gồm quạt gió (5) hút không khí trong không gian bảo quản (8) qua cửa hút (9) kiểu mặt sàng đục lỗ tròn hoặc đục lỗ lục giác đưa vào buồng hòa trộn (6) rồi đi qua cửa cấp (10) kiểu miệng thổi dẹt tạo thành luồng không khí đi vào kênh gió (17) trao đổi nhiệt ẩm với lớp áo băng (2) đạt tới thông số công nghệ yêu cầu đi qua cửa đẳng nhiệt (16) kiểu mặt sàng đục lỗ tròn hoặc đục lỗ lục giác và tạo thành luồng không khí đẳng nhiệt (4) cấp vào không gian bảo quản (8) để trao đổi nhiệt ẩm với đối tượng được bảo quản. Tại không gian bảo quản (8) chuyển động của không khí đối lưu tự nhiên là chuyển động rất yếu nên bị luồng không khí đẳng nhiệt (4) cuốn vào luồng do sự chênh lệch cột áp thủy tĩnh giữa các phần tử không khí tạo ra chuyển động khuếch tán. Nhờ chuyển động đối lưu tự nhiên ở vùng làm việc của không gian bảo quản và chuyển động khuếch tán này mà tạo ra độ đồng đều nhiệt ẩm cao.

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo

Bảng 2.3 Ký hiệu và tên gọi các thiết bị trong sơ đồ nguyên lý cấu tạo

Ký Tên gọi Ký hiệu Tên gọi

hiệu

Vách cách nhiệt 10 Cửa cấp 1

Vách áo băng 11 Thiết bị hút ẩm 2

Nguồn lạnh 12 Thiết bị phun ẩm 3

Luồng không khí đẳng nhiệt Thiết bị cấp gió tươi 13 4

Quạt gió 14 Nắp đậy bình tích lạnh 5

Buồng hòa trộn 15 6

Gân tăng cứng bình tích lạnh

Bình tích lạnh 16 Cửa đẳng nhiệt 7

Không gian bảo quản 17 Kênh gió 8

Cửa hút 9

Thử nghiệm thiết bị thí nghiệm

Dưới đây thể hiện độ ổn định của nhiệt độ của tủ bảo quản cài đặt nhiệt độ làm việc Tbq = 4,2oC được thiết bị đo nhiệt độ tự ghi trong vòng 1755 phút chạy không tải. Vị trí đặt thiết bị đo như trên Hình 2.7 và kết quả thu được từ Hình 2.8 và 2.9 thì độ dao động nhiệt độ đạt được là Tbq = 4,2 ± 0,5°C.

Bảng 2.4 Thông số thiết bị thí nghiệm bảo quản lạnh

Mô tả thông số

Stt 1 Dung tích không gian bảo quản lạnh Đơn vị Lít Giá trị 132

(400 x 550 x 600 mm) 2 Độ dày panel cách nhiệt PU 3 Kích thước bình tích lạnh W x H x D 4 Số lượng bình tích lạnh 5 Khối lượng nước 6 Công suất điện tiêu thụ của máy nén 7 Môi chất lạnh 8 Khối lượng môi chất lạnh 9 Lưu lượng quạt gió 10 Công suất tiêu thụ điện của quạt gió 11 Lưu lượng gió tươi mm mm Cái kg W - g m3·h-1 W ml·h-1 100 95 x 165 x 26 59 21 150 R134a 120 120 35 300

Hình 2.7 Bố trí 04 đầu đo để kiểm tra độ đồng đều nhiệt độ

Hình 2.8 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản không tải

Tên thiết bị

Hình 2.9 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản tbq khi làm lạnh và bảo quản Bảng 2.5 Các thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió sử dụng trong thử nghiệm Stt 1 Hioki Smart Site

có model 2301

Ghi chú Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm của môi trường bảo quản

2 Que thăm nhiệt độ tự ghi MPIII Thiết bị đo nhiệt độ tại tâm quả vải

3 Bộ ghi nhiệt độ 8 kênh OctRTD

Thiết bị kiểm tra nhiệt độ nước, không khí

Mô tả thông số Dải đo từ +0oC đến +35oC, sai số ± 0,5°C. Dải đo độ ẩm từ 90% đến 100%, sai số ± 3% trong dải nhiệt độ từ +0oC đến +10oC. Dải đo từ -20oC đến +140oC, độ phân giải 0,01°C và sai số ± 0,1°C, tự ghi 16000 thông số với bước thời gian ghi từ 01 giây đến 18 giờ. Dải đo từ -200oC đến +850oC, độ phân giải 0,01°C và sai số ± 0,1°C, tự ghi 16000 thông số với bước thời gian ghi từ 01 giây đến 18 giờ. 4 Cặp nhiệt 6 đầu Dải đo -50oC đến +100oC, độ phân giải 0,1oC.

5 Thiết bị kiểm tra nhiệt độ nước, không khí

Thiết bị đo TSI

Nhiệt độ hiện số và tốc độ gió cầm tay kiểu 8346. Phạm vi đo 0 ÷ 30 m·s-1 có độ phân giải 0,01 m·s-1.

2.5.3.3. Thí nghiệm xác định lượng nước bám trên vỏ quả

Thí nghiệm dùng để xác đinh lượng nước bám trên quả vải sau quá trình làm lạnh bằng nước. Thí nghiệm nhằm xác định thời gian và nhu cầu về năng suất lạnh cho quá trình làm khô quả.

Quy trình thí nghiệm

Xác định lượng nước bám trên vỏ quả bằng cách sử dụng cân phân tích (Cân kỹ thuật Gibertini model: EU-C 7500, khối lượng tối đa có thể cân được 7500 g và có số đọc chính xác đến 0,1 g): cân một khối lượng quả vải nhất định sau đó cho khối lượng quả vải đó vào nước rồi vớt ra và cân lại khối lượng này. Hiệu khối lượng sau và trước chính là lượng nước bám trên bề mặt quả và để đảm bảo số liệu chính xác thí nghiệm được lặp lại 5 lần, thực hiện từ năm 2014 ÷ 2017.

Kết quả này được sử dụng trong chương 4. Các kết quả xác định lượng nước

bám trên vỏ quả cho từng năm được thể hiện trong phụ lục.

2.5.3.4. Thí nghiệm xác định thành phần nước của các lớp quả vải

a. Nguyên tắc

Sử dụng phương pháp sấy làm bay hơi hết hơi nước trong mẫu. Cân trọng lượng mẫu trước và sau khi sấy khô, từ đó tính ra phần trăm nước có trong thực phẩm.

b. Dụng cụ vật liệu và thuốc thử - Tủ điều chỉnh được nhiệt độ (1000C ÷ 1050C); - Cân phân tích 4 số; - Nồi cách thuỷ; - Bình hút ẩm phía dưới để chất hút ẩm (CaCl2, Na2SO4 khan, H2SO4 đậm đặc hoặc Silicagen …);

- Chén sứ; - Đũa thủy tinh đầu bẹt, dài khoảng 5 cm; - Na2SO4 hoặc cát sạch. Cát chuẩn bị như sau: đổ cát qua dây có đường kính lỗ 4 ÷ 5mm. Rửa qua bằng nước máy, sau đó rửa bằng HCl bằng cách đổ acid vào cát rồi khuấy (một phần acid một phần cát). Để qua đêm sau đó rửa cát bằng nước máy cho đến khi hết acid (thử bằng giấy quỳ). Rửa lại bằng nước cất sau đó sấy khô, cho qua dây có đường kính lỗ 1 ÷ 1,5 mm, rồi đem nung ở lò nung từ 550 ÷ 6000C để loại chất hữu cơ. Giữ cát trong lọ đậy kín.

c. Quy trình thí nghiệm

Lấy cốc thủy tinh có đượng 10 ÷ 20 g cát sạch và một đũa thủy tinh bẹt đầu, đem sấy ở 100 ÷ 1030C cho đến khi trọng lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cân trọng lượng chính xác đến 0,0001 g.

Sau đó cho vào cốc khoảng 10g mẫu. Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính

xác như trên.

Dùng que thủy tinh trộn đều thuốc thử với cát. Dàn đều thành lớp mỏng. Cho tất cả vào tủ sấy ở 100 ÷ 1030C, sấy cho đến khi trọng lượng không đổi, tối thiểu là 6 h. Trong thời gian sấy, cứ sau 1h lại dùng đũa thuỷ tinh đầu bẹt nghiền nhỏ các phần vón cục, sau đó dàn đều và tiếp tục sấy.

Sấy xong, làm nguội trong bình hút ẩm (20 ÷ 25 phút) và đem cân ở cân phân

tích với độ chính xác như phần trên đã đề cập.

Cho lại vào tủ sấy 100 ÷ 1030C trong 30 phút, lấy ra làm nguội trong bình hút ẩm (20 ÷ 25 phút) và đem cân như trên tới khi trọng lượng không đổi. Kết quả giữa hai lần cân liên tiếp không được cách nhau quá 0,5 mg cho mỗi gam mẫu thử.

d. Xác định độ ẩm

Độ ẩm theo phần trăm tính theo công thức:

W = ( 2.9) (m m ) 100 ⋅ − 2 m m − 1

Trong đó: m: trọng lượng cốc cân, cát và đũa thủy tinh, g; m1: trọng lượng cốc cân, cát, đũa thủy tinh và của mẫu trước khi sấy, g; m2: trọng lượng cốc cân, cát đũa thủy tinh và của mẫu sau khi sấy, g; Sai lệch giữa hai lần xác định song song không được lớn hơn 0,5%. Kết quả

cuối cùng là trung bình của 2 lần lặp lại song song. Tính chính xác đến 0.01%.

2.5.4. Nghiên cứu quá trình bảo quản lạnh quả vải 2.5.4.1. Xác định cường độ hô hấp

Mô tả thí nghiệm:

Cường độ hô hấp là yếu tố rất quan trọng trong quá trình bảo quản. Cường độ hô hấp là lượng O2 tiêu thụ hoặc lượng CO2 sinh ra của một đơn vị khối lượng quả vải trong một đơn vị thời gian như trên Hình 2.10. Nhờ thông số này, ta có thể xác định được năng suất lạnh cần thiết của kho bảo quản, nhu cầu cấp khí tươi cho kho bảo quản, độ hao hụt tự nhiên.

Sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định cường độ hô hấp với mô hình

−

) V ⋅

( 2.10)

)

0 CO 2 100 m ( ⋅

1 y CO 2 ⋅ τ − τ 1

được viết như sau [78]:

) V ⋅

−

( 2.11)

)

0 O 2 100 m ( ⋅

1 y O 2 ⋅ τ − τ 0 1

Hình 2.10 Bình kín đựng quả vải để xác định cường độ hô hấp

Hình 2.11 là thiết bị phân tích nồng độ khí CO2 và O2 hiển thị 4 chữ số điện tử có model: 6600, sản xuất tại Mỹ. Tự động chọn thang đo: Nồng độ khí CO2 có dải đo từ 0,1 đến 100%, nồng độ khí O2 có dải đo từ 0,001 đến 100%. Độ chính xác thang đo nồng độ khí CO2 là ± 2% cho tất cả các thang đo. Độ chính xác thang đo nồng độ khí O2 là ± 0,005% cho thang đo từ 0 ÷ 0,999%, ± 0,02% cho thang đo từ 1 ÷ 9,99%, ± 0,2% cho thang đo từ 10 ÷ 100%.

Dụng cụ thí nghiệm

Hình 2.11 Máy phân tích khí model 6600 xác định nồng độ O2 và CO2

Dùng thước kẹp xác định kích thước quả vải và chiều dày cùi quả tương đương để phân loại chính thức các quả dùng làm thí nghiệm và sử dụng được công thức ước lượng nhiệt độ sau một thời gian làm lạnh để ổn định cấu trúc quả trước khi tiến hành đo nồng độ khí.

Sau khi xác định kích thước hình học của quả vải, cắm que thăm nhiệt độ tự

ghi MPIII vào vị trí có chiều dày lớn nhất của quả như Hình 2.3.

Quy trình lấy mẫu

Quy trình đo hô hấp

Để xác định cường độ hô hấp, người ta sẽ làm như sau:

Đo lượng CO2 thoát ra hay lượng O2 tiêu thụ trong 1 h đối với 1000 g quả vải ở một nhiệt độ cố định;

Đo nhiều lần trong 24 h để có kết quả chính xác; Lập đồ thị biểu diễn cường độ hô hấp theo thời gian.

vải chiếm chỗ, khối lượng quả vải;

- Đưa mẫu vào tủ bảo quản lạnh để ổn định trong 08 h;

Quy trình thí nghiệm + Đầu tiên chuẩn bị mẫu cần xác định cường độ hô hấp như trong Bảng 2.6; - Chuẩn bị thiết bị để đo mẫu số 1, 2, 3, 4, 5 có nhiệt độ ổn định; - Xác định các thông số ban đầu của mẫu: xác định thể tích bình, thể tích quả

Bảng 2.6 Mẫu thí nghiệm

Thông số mẫu

Stt 1

Mẫu số 2

Mẫu số 3

Mẫu số 4

Mẫu số 5

Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: môi trường không khí + 280C Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: + 200C Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: + 150C Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: + 100C Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: + 50C

- Sau 08 h để ổn định như trên bắt đầu đo hô hấp lần thứ nhất; - Thời gian mỗi lần đo cách nhau 04 h; - Cứ như vậy đo trong 24 h. Bố trí thí nghiệm: sử dụng 05 hộp nhựa có nắp gioăng kín dung tích 5,5 lít mỗi hộp chứa các mẫu đo ở điều kiện nhiệt độ khác nhau (môi trường 5 ÷ 28oC) với khối lượng 01 kg/mẫu.

Chuẩn bị thiết bị bảo quản lạnh: chạy thiết bị đạt tới nhiệt độ cần nghiên cứu

trước 24 giờ để đạt độ ổn định nhiệt độ trước khi cho mẫu đo vào.

Dùng thước kẹp xác định kích thước quả vải và chiều dày cùi quả tương đương để phân loại chính thức các quả dùng làm thí nghiệm và sử dụng được công

Mẫu thí nghiệm Mẫu số 1

thức ước lượng nhiệt độ sau một thời gian làm lạnh để ổn định cấu trúc quả trước khi tiến hành đo nồng độ khí.

Sử dụng cân kỹ thuật để xác định khối lượng ban đầu của mẫu cần đo 1000 g. Sau đó tiến hành xác định thể tích chiếm chỗ của mẫu trong hộp kín bằng phương pháp chảy tràn.

Cho khối lượng mẫu vào các hộp để mở nắp rồi đưa vào thiết bị bảo quản lạnh để ổn định nhiệt độ cùi quả dày nhất theo cách ước lượng thời gian làm lạnh. Sau thời gian để ổn định nhiệt độ cùi quả tiến hành đậy nắp hộp kín và đo nồng độ khí O2 và CO2 ban đầu.

Sau đó cứ 4 h tiến hành đo nồng độ khí O2 và CO2 một lần như Hình 2.12 cho

tới khi nồng độ O2 trong hộp kín tiến tới 0 và tối đa không quá 24 h.

Mỗi mẫu thí nghiệm được làm lặp lại 02 ÷ 03 lần/mùa và tiến hành liên tục từ năm 2014 đến 2016 để đảm bảo số liệu thí nghiệm đủ lớn cũng như kết quả thí nghiệm phản ánh được ảnh hưởng của hàm lượng dinh dưỡng tới cường độ hô hấp của quả vải.

Cường độ hô hấp của quả vải theo thời gian được sử dụng để xử lý số liệu xây

dựng cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ ở chương 4 mục 4.1.1.

Hình 2.12 Tiến hành lấy số liệu thí nghiệm

2.5.4.2. Xác định chỉ tiêu chất lượng quả vải

Mô tả thí nghiệm

Chỉ tiêu chất lượng quả vải được Bộ môn chế biến Nông sản thuộc Viện Cơ Điện Nông nghiệp và Công nghệ Sau thu hoạch tiến hành phân tích, xác định với các chỉ tiêu cụ thể:

+ Lấy mẫu quả tươi theo phương pháp TCVN 5102-90 (ISO 874-1980);

+ Xác định đường tổng số theo phương pháp Lain-ay mol; + Xác định axit malic theo phương pháp trung hòa;

+ Xác định vitamin C theo phương pháp Ierkuzt; + Sử dụng máy đo REF-103 để xác định hàm lượng chất khô hòa tan. Kết quả xác định chất lượng của quả vải theo thời gian bảo quản được sử dụng

để kiểm chứng nội dung nghiên cứu ở chương 4.

2.5.4.3. Xác định độ hao hụt tự nhiên

Mô tả thí nghiệm

Thí nghiệm xác định độ hao hụt tự nhiên trong kho lạnh bảo quản bằng phương pháp sử dụng cân phân tích xác định khối lượng quả ban đầu và khối lượng quả sau các khoảng thời gian bảo quản khác nhau. Sau đó lấy khối lượng xác định được tại thời điểm bảo quản trừ đi khối lượng ban đầu sẽ xác định được độ hao hụt tự nhiên của quả vải. Thí nghiệm này được lặp đi lặp lại 03 lần. Kết quả thí nghiệm này dùng để kiểm chứng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả vải trong chương 4.

Quy trình thí nghiệm

Chuẩn bị kho bảo quản: Vệ sinh kho sạch sẽ trước khi đưa quả vải vào bảo quản. Xông ozon để khử

nấm và vi sinh vật trong không gian bảo quản.

Đảm bảo nhiệt độ trong kho bảo quản ổn định +4,5 ± 0,5°C và độ ẩm 92%.

Hình 2.13 Hộp đựng quả vải và xác định khối lượng bằng cân phân tích

Bảo quản:

Sử dụng cân kỹ thuật để xác định khối lượng ban đầu của thùng đựng quả vải

trước khi bảo quản.

Các thùng chứa quả vải như Hình 2.14 có đục lỗ được xếp chồng 2 lớp so le lên nhau, thùng cách thùng 15 ÷ 20 cm để đảm bảo thông thoáng và đồng đều. Thùng được bảo quản trước 12 h sau đó mới đựng quả để bảo quản.

Kết quả độ hao hụt tự nhiên của quả vải trong Bảng 2.7 được sử dụng để kiểm

chứng cho mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên trong chương 4.

Bảng 2.7 Khối lượng quả vải trong quá trình bảo quản lạnh +4,50C, 92% RH

Thời gian bảo quản Khối lượng, kg

Stt 1 Ban đầu 2 3 4 5 Sau 12 ngày Sau 19 ngày Sau 30 ngày Sau 37 ngày 3,17 3,07 3,06 3,04 3,03

2.6. Phương pháp đánh giá sai số thí nghiệm

Nguyên nhân dẫn đến sai số đo có nhiều và độ lớn của giá trị cũng rất khác

nhau. Điều này dẫn tới tính bất định của các kết quả nghiên cứu.

Sai số hệ thống gồm có ba nguyên nhân chính: người thực hiện, thiết bị,

phương pháp và qui trình thực hiện.

Một trong những cách tốt nhất để đánh giá độ tin cậy của một phép đo là lặp lại nhiều lần và kiểm tra các giá trị khác nhau. Phương pháp thống kê để phân tích các phép đo theo cách này không phải sẽ loại được tất cả các tính bất định của thông số đo lường. Vì lý do này, sự bất định được phân thành hai nhóm: sự bất định ngẫu nhiên có thể được giảm theo phân tích thống kê và sự bất định có hệ thống là không thể giảm thiểu.

Để xác định chất lượng giá trị đo lường bằng thực nghiệm thì cần phải xác định được các nguồn gây sai số hệ thống và giảm thiểu tối đa các sai số này. Nguyên nhân dẫn tới các sai số đó có nhiều và độ lớn cũng khác nhau dẫn tới khả năng bất định của các giá trị đo lường. Tất cả các nguồn gây sai số là xảy ra ngẫu nhiên do đó để hạn chế thì các số liệu thí nghiệm cần tiến hành đo lặp lại nhiều lần. Bằng cách này có thể giảm thiểu sai số thậm chí trong một số trường hợp là loại trừ được các sai số này. Các sai số có thể do thiết bị thí nghiệm nên sử dụng các thiết bị thí nghiệm phù hợp kết hợp với nâng cao kỹ năng thí nghiệm cũng như xây dựng phương pháp và qui trình tiến hành thí nghiệm hoàn chỉnh sẽ loại trừ được các sai số này.

Khi đọc các chỉ số trên thước kẹp hay trọng lượng của mẫu trên cân phân tích luôn luôn xảy ra sự biến động của các thông số ở cùng điều kiện thực hiện. Tương tự, để loại trừ các sai số này khi sử dụng thước kẹp đo kích thước và cân phân tích để xác định trọng lượng cần tiến hành lặp đi, lặp lại nhiều lần trong cùng điều kiện thí nghiệm.

Phân tích và đánh giá chất lượng của số liệu đo lường thông qua xác định độ lệch chuẩn. Giả sử số liệu thí nghiệm được đo có N giá trị tương ứng là: x1, x2,…, xN. Giá trị tốt nhất của dãy số liệu x thông thường là giá trị trung bình của dãy số.

... x

x 1

( 2.12)

+ + N

∑ x N

Xác định độ tin cậy trung bình của các giá trị đo lường bằng cách sử dụng tất cả độ lệch tạo thành một hợp số dương và sau đó tính trung bình các số này. Cuối cùng lấy căn bậc hai của kết quả trung bình đó sẽ thu được một giá trị giống như giá trị x của chính nó. Giá trị này gọi là độ lệch chuẩn của dãy giá trị: x1, x2,…, xN và được ký hiệu là σx được biểu diễn dưới dạng John R. Taylor (1997) [118]:

⋅

−

( 2.13)

σ = x

2 i

1 N

N ∑ i 1 =

Độ lệch chuẩn của giá trị đo lường là xác định tính bất định trung trình của các giá trị đo lường. Giá trị ước lượng trung bình x tốt nhất để xác định chất lượng giá trị x và sự khác biệt giữa các giá trị trong dãy số x với x gọi là độ lệch di = xi - x . Độ lệch của giá trị xi từ giá trị x cho chúng ta biết mức độ giá trị đo xi khác với giá trị trung bình bao nhiêu. Nếu độ lệch di = xi - x là rất nhỏ thì các phép đo đều gần nhau và giá trị tương đối chính xác. Ngược lại, nếu độ lệch lớn thì các phép đo có giá trị không được chính xác. Độ lệch của các giá trị đo không giống nhau và có thể có giá trị dương, cũng có thể có giá trị âm. Vì một số giá trị đo xi có giới hạn cao hơn hoặc thấp hơn giá trị ước lượng trung bình.

⋅

−

∑

( 2.14)

σ = x

2 i

1 N 1 −

Độ lệch chuẩn là giá trị hữu ích để xác định độ tin cậy của giá trị đo lường. Trong trường hợp số lượng giá trị đo lường N nhỏ hoặc thậm chí N=1, nghĩa là chỉ thực hiện được một phép đo thì cần sử dụng độ lệch chuẩn mẫu có dạng như John R. Taylor (1997) phát triển [118]:

2.7. Kết luận chương 2

Chương 2 đã trình bày các nội dung và phương pháp nghiên cứu cụ thể cho

quả vải Lục Ngạn.

Nội dung nghiên cứu lý thuyết truyền nhiệt trong quá trình làm lạnh đã được trình bày là hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định với điều kiện biên loại 3.

Mô hình độ hao hụt tự nhiên được xây dựng trên cơ sở nghiên cứu đặc tính nhiệt ẩm của quá trình bảo quản quả vải trong kho lạnh được xây dựng với sự trợ giúp của hệ số góc tia quá trình có dạng như của điều hòa công nghệ.

Các nội dung nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành bao gồm 8 bài thí

nghiệm được lặp đi lặp lại với các nội dung sau.

- Xây dựng thiết bị thí nghiệm có độ dao động nhiệt độ ± 0,5oC ÷ ± 1,0oC, độ đồng đều nhiệt độ ± 0,5oC ÷ ± 1,0oC phù hợp để tiến hành các thí nghiệm làm lạnh bảo quản quả vải, đo cường độ hô hấp, nghiên cứu độ hao hụt tự nhiên;

- Xác định được thông số vật lý là đường kính tương đương sử dụng trong mô

hình mô phỏng các quá trình làm lạnh;

- Đã tiến hành nghiên cứu các quá trình làm lạnh sơ bộ, làm lạnh và bảo quản

với số liệu trong 04 năm liên tục;

- Nghiên cứu đo cường độ hô hấp với 5 điểm nhiệt độ có qui trình phù hợp và

được tiến hành trong 3 năm liên tiếp.

Chương 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH

3.1. Phát triển mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý

⋅ ρ ⋅

= λ∇

( 3.1)

t ∂ ∂τ

Trong đó để giải phương trình trên với điều kiện biên loại 3 đối xứng rất cần thiết phải xác định được các hệ số Cp, ρ, λ chính là tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng của quả vải.

Ở chương 2 đã đề cập mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải được xây dựng trên cơ sở phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định như dạng (2.4), hay:

Trên quan điểm coi thực phẩm như một hệ nhiệt động nhiều thành phần có thể

tính khối lượng riêng của toàn hệ theo công thức sau:

ρ =

( 3.2)

1 X i ∑ ρ i

Quả vải có cấu trúc riêng biệt 3 lớp khá rõ rệt như trên Hình 3.1: vỏ, cùi, hạt mỗi lớp này lại có các thành phần khối lượng khác nhau đối với từng giống vải tại các địa điểm khác nhau. Thông thường các thành phần protein, mỡ và tro có trong quả vải trên thực tế xác định một cách chính xác là rất khó khăn đặc biệt cho lớp vỏ và hạt. Vì vậy trên cơ sở phát triển phương pháp tiếp cận [51], NCS đề xuất áp dụng công thức (3.2) được viết lại như sau cho 3 thành phần chính là vỏ, hạt và cùi. Trong đó khối lượng riêng của các thành phần được xác định theo tỉ lệ chất khô và nước:

ρ =

( 3.3)

1 X ρ

ρw = 997,18 + 3,1439·10-3·t - 3,37574·10-3·t2

( 3.4)

;

v ρ =

c ρ =

h ρ =

( 3.5)

1 v X w v w

1 c X w c w

1 h X w h w

3.1.1. Xác định khối lượng riêng hiệu dụng

Do đó khối lượng riêng của quả xác định theo khối lượng riêng và tỉ lệ thành

phần khối lượng của vỏ, cùi, hạt như sau:

ρ =

⋅

( 3.6)

1 v X w v w

1 c X w c w

1 h X w h w

Hình 3.1 Cấu trúc quả vải

Vải loại thực phẩm có thành phần nước rất cao tới trên 80%. Do đó hệ số dẫn nhiệt λ chịu ảnh hưởng mạnh của nước. Hơn nữa như phần 1.4.1 đã phân tích rất kỹ và đi tới kết luận không thể dùng phương pháp thực nghiệm để xác định λ của quả vải, mà chỉ có thể sử dụng công thức, sau đó kiểm chứng gián tiếp thông qua mô phỏng trường nhiệt độ tại tâm quả. Mặt khác cấu trúc quả vải bao gồm 3 lớp [30]: vỏ, cùi, hạt chúng được sắp xếp theo một trật tự thống nhất vỏ - cùi – hạt, dòng nhiệt truyền qua vuông góc với từng lớp này là chủ yếu nên sử dụng mô hình song song các thành phần của Okos (1989) [49] là phù hợp.

Với cách tiếp cận này quả vải đã biến đổi từ không đồng chất không đẳng hướng về thành không đồng chất nhưng đẳng hướng và vẫn nghiệm đúng mật độ dòng nhiệt tỏa ra từ quả trong 2 trường hợp là như nhau. Cũng tương tự như mục 3.1.1 ở trên. Ở đây NCS có sự phát triển công thức Okos (3.10) áp dụng cho các thành phần là 3 lớp quả, vỏ, cùi, hạt của quả vải. Trong đó hệ số dẫn nhiệt của từng thành phần lại được xác định theo công thức như sau của Sweat (1974) [116].

( 3.7)

( 3.8)

( 3.9)

λv = 0,148 + 0,493·Xv w λc = 0,148 + 0,493·Xc w λh = 0,148 + 0,493·Xh w w, Xh Τrong đó: Xv

w ,Xc

w lần lượt là hàm lượng nước của vỏ, cùi, hạt của quả

vải.

3.1.2. Xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng

Khi xác định hệ số dẫn nhiệt cho từng lớp NCS chỉ sử dụng thành phần chất khô và nước là vì, việc phân tích thành phần chính cho từng lớp trên là rất khó cho hạt và vỏ. Đặc biệt là vỏ vì khối lượng rất bé, do đó để xác định cần bóc vỏ của rất nhiều quả vải rồi xay nhuyễn với nhau, tuy nhiên bản chất không cho độ chính xác cao vì khi xay thành phần và cấu trúc của vỏ đã thay đổi. Trong khi đó từ thực nghiệm và lý thuyết nhiều tác giả đã chứng minh được việc chia nhỏ các thành phần cấu tạo của rau quả trong việc dự đoán, mô phỏng tính chất nhiệt vật lý của rau quả không hề làm tăng độ chính xác của mô hình mà chỉ làm tăng độ phức tạp của phép tính [3] [51]. Do vậy NCS chọn công thức dạng (3.7) để tính toán hệ số dẫn nhiệt của từng thành phần.

Mô hình của Okos (1989) được viết như sau:

λ =

( 3.10)

⋅ λ∑ iV i

Trong đó Vi là thành phần thể tích của thành phần thứ i và được xác định như

V i

( 3.11)

∑

X i ρ i X i ρ i

X i ρ i c X ρ

X ρ

Kết hợp các công thức (3.7 ÷ 3.11) chúng ta có công thức tính hệ số dẫn nhiệt

hiệu dụng cho quả vải được biểu diễn dưới dạng (3.12) như sau:

λ =

⋅ λ c

( 3.12)

X ρ

Kết hợp các công thức (3.7 ÷ 3.9) xác định hệ số dẫn nhiệt cho từng thành phần vỏ, cùi, hạt và công thức (3.12) chúng ta có mô hình xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng cho quả vải phụ thuộc vào thành phần của quả và hàm lượng nước chứa trong mỗi thành phần đó (3.12). Mô hình này được lập trình tính toán trong môi trường MATLAB.

Các quá trình làm lạnh và bảo quản quả vải đều diễn ra tại áp suất khí quyển hoặc dao động ở một phạm vi hẹp của nó, nên nhiệt dung riêng của quả vải là nhiệt dung riêng đẳng áp. Trong đó ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt dung riêng là không đáng kể ở dải nhiệt độ trên điểm băng [96].

Phương pháp tính toán để dự đoán nhiệt dung riêng hiệu dụng của quả vải được NCS áp dụng ở đây tượng tự như khi xác định (ρ, λ). Phương pháp này dựa trên quan điểm tiếp cận coi quả vải như là hệ nhiệt động được cấu tạo từ 3 thành

3.1.3. Xác định nhiệt dung riêng hiệu dụng đẳng áp

phần chính vỏ, cùi và hạt, xấp xỉ ở trạng thái cân bằng pha tại các thời điểm khảo sát. Thông qua nhiệt dung riêng của các thành phần này chúng ta có thể xác định được nhiệt dung riêng cho toàn hệ thống (3.13) mà không nhất thiết phải biết cấu trúc hình học của hệ. Cp = ΣCpi· Xi

( 3.13)

Trong đó, nhiệt dung riêng của từng thành phần (từng lớp của quả vải) được xác định như hàm phụ thuộc thành phần nước theo mô hình của Siebel (1892) [114].

v p

v w

0,837 3,348 X

⋅

( 3.15)

c p

c w

0,837 3,348 X

⋅

( 3.16)

h p

h w

Kết hợp công thức (3.13) với các công thức (3.14 ÷ 3.16), chúng ta có mô hình

xác định nhiệt dung riêng đẳng áp hiệu dụng của quả vải: c

X C X C +

⋅

v X C ⋅

( 3.17)

C 0,837 3,348 X = + ⋅ ( 3.14)

Enthalpy trong quá trình làm lạnh quả vải rất quan trọng để đánh giá năng suất lạnh cần thiết cho quá trình đó. Enthalpy được xác định từ nhiệt dung riêng như sau:

( 3.18)

i ∂ t ∂

Vì bảo quản quả vải trên điểm băng nên enthalpy của quả vải chỉ bao gồm nhiệt hiện. Tích phân nhiệt dung riêng của quả vải theo nhiệt độ thì xác định được enthalpy.

( 3.19)

C dt C

⋅

t ⋅ ∆

∫

3.1.4. Xác định Enthalpy

3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh 3.2.1. Giả thiết cho mô hình

hệ phương trình (3.1) viết cho các phân tố của quả vải và có các giả thiết:

- Quả vải được coi như là một vật không đồng chất nhưng vật chất gồm 3 thành phần chính là vỏ, cùi, hạt được phân bố đều, các thành phần cấu tạo được xem là liên tục;

- Quả vải có bán kính tương đương R;

Để xác định được trường nhiệt độ trong thời gian làm lạnh của quả vải cần giải

- Phân bố nhiệt độ bên trong quả vải đối xứng qua tâm và đồng nhất với nhiệt

- Cơ chế truyền nhiệt trong quả vải chỉ là dẫn nhiệt; - Bán kính quả vải không đổi trong quá trình dẫn nhiệt;

- Hệ số (Cp, ρ, λ) trong suốt quá trình làm lạnh chỉ phụ thuộc vào thành phần

của quả;

- Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu là trung bình cho toàn bộ bề mặt quả; - Không có quá trình chuyển pha trong suốt quá trình làm lạnh; - Hao hụt khối lượng do hô hấp quả vải trong quá trình làm lạnh là vô cùng

nhỏ nên có thể bỏ qua.

độ ban đầu t0 ở điều kiện ban đầu;

Để đo nhiệt độ trên bề mặt của vải rất khó, do vỏ mỏng, thô ráp và xù xì rất khó có thể gắn cặp nhiệt để đo. Nhiệt độ trong cùi quả cũng rất khó xác định vì cùi quả có nhiều nước và mềm nên rất khó cố định vị trí cảm biến, cũng như đổ paraffin cách nhiệt. Do đó trên thực tế người ta chỉ có thể đo chính xác nhiệt độ ở tâm quả. Do vậy mô hình toán học được mô tả ở phần tiếp theo cũng sẽ chỉ được kiểm chứng và hiệu chỉnh để phù hợp với nhiệt độ đo được vị trí nêu trên.

3.2.2. Mô hình toán học của quá trình làm lạnh

Mô hình toán học

Mô hình toán học của quá trình làm lạnh quả vải là phương trình dẫn nhiệt không ổn định viết cho phân tố quả vải, với điều kiện biên loại 3 viết cho hệ tọa độ cầu (3.1), kết hợp với điều kiện ban đầu trở thành hệ phương trình vi phân Cô Si và có thể giải được. Nghiệm của hệ phương trình từ (3.1) về nguyên tắc là trường nhiệt độ trong không gian 3 chiều. Tuy nhiên sau khi chúng ta đã xác định các hệ số của phương trình này đặc trưng cho tính chất nhiệt vật lý của quả vải (Cp, ρ, λ), theo cách tiếp cận hiệu dụng, quả vải đã trở thành vật đẳng hướng, quá trình truyền nhiệt là đối xứng tâm.

Hơn nữa cho tới nay, các công thức xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu α(τ) trong làm lạnh thực phẩm đều được xác định bằng thực nghiệm cho toàn bộ đối tượng thực phẩm, hoặc bề mặt tương ứng với chiều dày thấm nhiệt lớn nhất, với các sai số khi áp dụng cho các trường hợp cụ thể lên tới hàng chục phần trăm.

Do đó việc giải bài toán (3.1) dưới dạng hệ tọa độ cầu 3 chiều là không cần thiết [121] vì không tăng thêm độ chính xác cho lời giải, dù rằng việc này hiện nay thực hiện không mấy khó khăn bằng sử dụng các phần mềm có sẵn [83] [86] [101].

Do đó phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định mô tả quá trình làm lạnh

)

a = ⋅

( 3.20)

t ∂ ∂τ

t ∂ ∂ ( r r ∂ ∂

quả vải được viết lại cho tọa độ cầu một chiều như sau:

Trong đó hệ số dẫn nhiệt độ:

λ C ρ ⋅

Hệ phương trình từ (3.20) được giải bằng phương pháp số thể tích hữu hạn

[63].

Chia quả vải thành N phân tố thể tích có độ dày mỗi phân tố là r∆ và xét phân

tố tại điểm nút P như Hình 3.2.

Chia lưới phân tố của quả vải

Hình 3.2 Chia lưới trong mô phỏng quả vải

3.2.3. Phương pháp giải và lưu đồ thuật toán

Phương pháp thể tích hữu hạn được sử dụng để giải hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định đối xứng với điều kiện biên loại 3. Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng tại tất cả các phân tố cũng như trong toàn vật thể ta có:

Xét phân tố nút P có độ dày ∆r và phân tố thể tích i. Trong không gian

⋅ π ⋅

⋅ ∆ ), trong khoảng thời gian (∆τ) xét phân tố P như sau [102]:

2 r p

d dr ⋅ τ ⋅

a = ⋅

) dr d ⋅ τ ⋅

( 3.21)

e ∫ w

τ+∆τ ∫ τ

t ∂ ∂ ( r ∂ ∂τ

r (t

)

d dr ⋅ τ ⋅

4 = ⋅ π ⋅

⋅ ∆ ⋅

−

( 3.22)

2 r p

0 P

e ∫ w

τ+∆τ ∫ τ

t ∂ ∂τ t ∂ ∂τ

)

( 3.23)

r (t

)

⋅ π ⋅

⋅ ∆ ⋅

−

a = ⋅

−

d ⋅ τ

2 r p

0 P

τ+∆τ ∫ τ

− E ( r) ∂

t − P W ( r) ∂

  

  

−

0 P

⋅

r ⋅ ∆ =

⋅

−

⋅

( 3.24)

2 r P

2 r e

2 r w

∆τ

t ∂ r ∂

(

là giá trị nhiệt độ nút P ở thời gian τ, tp là giá trị nhiệt độ nút P ở

thời gian hiện tại τ + ∆τ. Đối với các phân tố xác định nằm trong vùng có thể tích 2 ÷ (N – 1) thể hiện trên phương trình (3.24) và được tính xấp xỉ như sau:

≅

( 3.25)

t ∂ r ∂

− r ∆

≅

( 3.26)

t ∂ r ∂

t − r ∆

Từ (3.24) phương trình rời rạc hóa xác định cho một phân tố được viết như

B +

( 3.27)

A t ⋅ p P

A t ⋅ w W

A t ⋅ e E

Trong đó:

a ⋅ +

⋅

2 r e r ∆

2 r w r ∆

⋅

( 3.28)

⋅

0 P

            

2 r r ⋅ ∆ P ∆τ 2 r w r ∆ 2 r e r ∆ 2 r r ⋅ ∆ P ∆τ

Vì phân tố thể tích thứ nhất là điểm gốc của tâm đối xứng nên số hạng thứ

nhất trong vế phải phương trình (3.24) bằng không và được viết lại như sau:

+ B

( 3.29)

t ⋅ P1 P

A t ⋅ e E

⋅

2 r r ⋅ ∆ P ∆τ

2 r e r ∆

( 3.30)

⋅

0 P

2 r e r ∆ 2 r r ⋅ ∆ P ∆τ

         = B 

Tại phân tố thể tích lớp biên N biểu thức (3.25) được viết lại như sau:

≅

( 3.31)

t ∂ r ∂

t − r ∆ 2

Từ đó điều kiện biên (2.3) được thể hiện như sau:

Ở đây, 0 pt

)

−λ ⋅

= α ⋅

−

∞

( 3.32)

t − r ∆ 2

⋅

∞

α ⋅

( 3.33)

α ⋅

λ r ∆ 2 λ r ∆ 2

Thay biểu thức (3.33) vào biểu thức (3.31) ta có:

−

≅

( 3.34)

t ∂ r ∂

t ∞ r ∆ 2

t P a 2

Vì vậy, thay biểu thức (3.26) và (3.34) vào biểu thức (3.24) ta được:

A t ⋅

( 3.35)

⋅ P2 P

B w W 1

Với

⋅

2 r r ⋅ ∆ P ∆τ

2 r w r ∆

2 r e r ∆ 2

a h

( 3.36)

⋅

B 1

∞

0 P

2 r w r ∆ 2 r r ⋅ ∆ P ∆τ

2 r e r ∆ 2

a a h

            

Hệ phương trình dưới đây sẽ được giải theo phương pháp TDMA [86]:

A t ⋅ e E

( 3.37)

A t ⋅ w W A t + ⋅ e E A t ⋅

    

A t ⋅ P P t ⋅ P1 P t ⋅ P2 P

B w W 1

Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu bằng phương pháp lý thuyết hay thực nghiệm là tìm mật độ dòng nhiệt khi biết độ chênh nhiệt độ theo định luật Newton. Bỏ qua ảnh hưởng của bức xạ trong quá trình làm lạnh, hệ số tỏa nhiệt đối lưu cưỡng bức của dòng chảy rối theo Campbeell (1977) [46] và Dincer (1997) [61] được xác định như sau:

0,6

0,34

(

)

⋅

( 3.38)

α = f

Nu λ ⋅ f d

λ f d

ω⋅ µ

Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên như sau:

( 3.39)

α = n

Nu λ ⋅ n d

Tiêu chuẩn Nu đặc trưng cho cường độ trao đổi nhiệt đối lưu được xác định

theo Churchill (1983) [52]:

0,25

0,589 Ra

⋅

2 = +

( 3.40)

4 9

9 16

)

0, 469 Pr

  1 ( +  

    

Xác định tiêu chuẩn Rayleigh:

⋅β ⋅

−

t ) s

∞

( 3.41)

(t ⋅ v a ⋅

Hệ số giãn nở thể tích của nước được tra bảng còn hệ số giãn nở thể tích của

không khí được xác định như sau:

β =

( 3.42)

1 273,15)

∞

Tiêu chuẩn Prandtl xác định tính chất vật lý của nước lạnh hay không khí lạnh:

( 3.43)

v = a

Lưu đồ thuật toán

thúc t1;

Lưu đồ thuật toán giải hệ (3.37) được thể hiện ở Hình 3.3 trong đó: Bước 1: Nhập thông số N = 200, Dh, Dd, Dw, nhiệt độ ban đầu t0, nhiệt độ kết

Bước 2: Xác định thông số nhiệt vật lý của quả vải: λ, Cp, ρ, Dtd; Bước 3: Tính hệ số trao đổi nhiệt đối lưu theo (3.38) hoặc (3.39); Bước 4: Giải hệ (3.27) theo TDMA;

Bước 5: Xác định nhiệt độ tại tâm quả ở thời điểm τj.

Từ giá trị trường nhiệt độ tij ≡ t(ri, τj) (i = 1, N 1− , j = 0, 1, 2, …) tính toán được ta có thể xác định được chính xác mật độ dòng nhiệt từ bề mặt sản phẩm tỏa ra môi trường và thời gian của quá trình làm lạnh quả vải.

Kết hợp các phương trình (3.37 ÷ 3.39) và lưu đồ thuật toán chúng ta có mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh của quả vải. Mô hình này được lập trình thành phần mềm tính toán trên môi trường MATLAB [83] [86] [101].

3.3. Kết quả và thảo luận 3.3.1. Thông số nhiệt vật lý sử dụng trong tính toán mô hình

Dựa vào các thành phần khối lượng cũng như hàm lượng nước chứa trong các

lớp quả vải có được từ thực nghiệm như sau:

- Thành phần khối lượng các lớp quả vải: 27,08% đối với vỏ, 50,9% đối với

cùi và 22,02% đối với hạt.

- Hàm lượng nước trong các lớp quả vải: 68,93% đối với vỏ, 83,91% đối với

cùi, 47,11% đối với hạt.

Sử dụng các mô hình nhiệt vật lý đã trình bày ở trên (3.14 ÷ 3.17) chúng ta có

thể xác định các tính chất nhiệt vật lý cho quả vải như sau: Nhiệt dung riêng hiệu dụng: Cp = 3239,19 J.kg-1.K-1 Khối lượng riêng: ρ = 1389,68 kg.m-3 Hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng: λ = 0,516 W.m-1.K-1 Hệ số dẫn nhiệt độ: a = 1,146.10-7 m2.s-1

3.3.2. Kiểm chứng mô hình

Để đánh giá mức độ chính xác của mô hình chúng ta sẽ dùng mô hình trên để mô phỏng lại các thí nghiệm của của Dincer I. (1995) [62] và Olesen (2004) [99], so sánh với các số liệu của các tác giả này đã công bố (các số liệu này đã được số hóa bằng phần mềm xyExtract).

Bắt đầu

N = 200, Dh, Dd, Dw Nhiệt độ ban đầu: t0 Nhiệt độ kết thúc: t1

Tính: λ theo (2.12) Cp theo (2.16) ρ theo (2.6) Dtd theo (2.1)

Sai α cưỡng bức

Đúng

Xác định α theo (2.40) Giải hệ (2.30) theo TDMA

Xác định α theo (2.41) Giải hệ (2.30) theo TDMA

Sai Sai t(1, τ)sim = t1 t(1, τ)sim = t1

Đúng Đúng

Xuất t(1, τ)sim ra file *.xls Xuất t(1, τ)sim ra file *.xls

Kết thúc Kết thúc

Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải

Đánh giá độ chính xác của mô hình, thông qua thí nghiệm của Dincer (1995) [62] với các thông số: bán kính 0,0235 m, nhiệt độ ban đầu trong lòng quả là 22,05oC, nhiệt độ không khí lạnh là 3,85oC, tốc độ gió 2,5 m·s-1, hệ số dẫn nhiệt độ 1,35.10-7 m2·s-1, khối lượng riêng 1.076 kg·m-3, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu 33,95 W·m-2·K-1 [56], nhiệt dung riêng 3.666 J·kg-1·K-1. Đồ thị so sánh dữ liệu thực nghiệm được Dincer (1995) công bố [62] và kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh của quả vả được thể hiện trên Hình 3.4.

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

Đánh giá độ chính xác của mô hình thông qua mô phỏng lại quá trình làm lạnh quả vải của tác giả Olesen (2004) [99] đã thực hiện có các thông số sau: đường kính 0,03 m, nhiệt độ ban đầu trong lòng quả là 28oC, nhiệt độ nước lạnh là 2oC, tốc độ nước 0,2 m·s-1, hệ số dẫn nhiệt λ = 0,511 W·m-1·K-1. Đồ thị so sánh kết quả mô phỏng của Olesen (2004) công bố [99] với mô hình mô phỏng xây dựng cho quá trình làm lạnh quả vải được thể hiện trên Hình 3.5.

Bảng 3.1 Kết quả đánh giá mô hình Đánh giá kết quả với

Stt Số liệu của Dincer cho quả vả 1 2 Mô phỏng của Olesen cho quả vải Sai số trung bình 0,04oC 0,047oC Sai số lớn nhất 0,12oC 0,85oC

Từ Bảng 3.1 chúng ta thấy sai số lớn nhất lần lượt là 0,12oC và 0,85oC, chứng tỏ mô hình và thuật toán có độ chính xác cao, có thể dùng để nghiên cứu quá trình làm lạnh quả vải.

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

3.3.3. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải và thảo luận

Để giải hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định thì quả vải có hình cầu tương đương đã được chia thành 200 phần tử thể tích và bước thời gian là 1 giây. Nhiệt độ bề mặt là nhiệt độ tại vị trí phần tử thể tích thứ 200 và nhiệt độ tâm quả vải tương đương vị trí phần tử thể tích số 1 được thể hiện trên Hình 3.6.Với lưới không gian 200 phần tử thể tích và lưới thời gian là 1 giây nên đảm bảo quá trình mô phỏng có độ chính xác tương đối cao.

3.3.3.1. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải trong nước đá

Kết quả mô phỏng sự thay đổi trường nhiệt độ của quả vải có đường kính 32 mm từ nhiệt độ quả vải ban đầu 31,31oC xuống 7,05oC trong quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC và tốc độ nước 0,2 m·s-1 được thể hiện trên Hình 3.6.

Hình 3.6 cho thấy sự chênh lệch lớn nhất giữa nhiệt độ tâm quả và nhiệt độ bề mặt xảy ra sau 93 giây với chênh lệch là 24,7 K (nhiệt độ tâm quả vải là 31,03oC và nhiệt độ tại bề mặt 6,33oC). Chênh lệch này rất quan trọng bởi vì với thông số này là thông số cần thiết để đảm bảo chất lượng của quả. Nếu nhiệt độ này quá lớn sẽ dẫn tới tăng độ hao hụt và giảm chất lượng của quả.

Phân bố trường nhiệt độ bên trong quả vải như Hình 3.7 là rất quan trọng vì nó cho phép phân tích các quá trình làm lạnh ở các chế độ công nghệ khác nhau. Từ kết quả mô phỏng cho thấy sau khoảng 14 phút làm lạnh sơ bộ trong nước đá có nhiệt độ 4,28oC, nhiệt độ tâm quả sẽ đạt được 7,05oC, kết quả này có sự tương đồng với công bố của các tác giả khác [100] [79] [32] [106].

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

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

Để kiểm chứng mô hình, thí nghiệm về quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước đá đã được tiến hành và trình bày ở chương 2. Kết quả so sánh giữa mô hình và thực nghiệm được thể hiện ở Hình 3.8 và Bảng 3.2.

Hình 3.8 Biến thiên nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC

Từ kết quả mô phỏng cho thấy sai số giữa mô phỏng và thực nghiệm là có thể chấp nhận được đối với trường hợp làm lạnh bằng nước đá. Do đó mô hình có thể ứng dụng cho các nghiên cứu tiếp theo.

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 Đánh giá kết quả mô phỏng

Stt 1

2 Trường nhiệt độ Sai số trung bình Sai số lớn nhất Sai số thời gian làm lạnh Giá trị - 0,76oC -3,58oC 86 s

3.3.3.2. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải trong không khí đối lưu

Kết quả mô phỏng biến thiên trường nhiệt độ trong 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, từ nhiệt độ quả vải ban đầu 29oC xuống 7,05oC được thể hiện trên Hình 3.9. Nhiệt độ bề mặt là nhiệt độ tại vị trí phần tử thể tích thứ 200 và nhiệt độ tâm quả vải tương đương vị trí phần tử thể tích số 1 được thể hiện trên Hình 3.9 ở tốc độ không khí 0,5 m·s-1.

Từ kết quả mô phỏng cho thấy thời gian làm lạnh bằng không khí được xác định theo nhiệt độ tại tâm quả là khoảng 90 ÷ 120 phút kết quả tương đồng với các kết quả thực nghiệm khác nhau mà các tác giả khác đã công bố [79] [106].

Để kiểm chứng mô hình, thí nghiệm về quá trình làm lạnh quả vải đã được tiến hành và trình bày ở chương 2. Kết quả so sánh giữa mô hình và thực nghiệm được thể hiện ở Hình 3.10 và Bảng 3.3.

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

Từ kết quả mô phỏng cho thấy sai số trung bình 0,28oC khi làm lạnh bằng

không khí cưỡng bức, sai số lớn nhất 1,42oC Bảng 3.3 thì đây là kết quả rất tốt. Bảng 3.3 Kết quả kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ bằng không khí có nhiệt độ 4,35oC, tốc độ 0,5 m·s-1

Đánh giá kết quả mô phỏng

Stt 1

2 Trường nhiệt độ Sai số trung bình Sai số lớn nhất Sai số thời gian làm lạnh Giá trị -0,28oC 1,42oC 1052 s

Tiếp tục kiểm chứng mô hình, thí nghiệm về quá trình làm lạnh quả vải bằng không khí đối lưu tự nhiên đã được tiến hành và trình bày ở chương 2. Hình 3.11 cho kết quả mô phỏng và thực nghiệm quá trình làm lạnh quả vải trong môi trường không khí đối lưu tự nhiên.

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 Khi làm lạnh sơ bộ trong không khí đối lưu tự nhiên giá trị mô phỏng và thực nghiệm sai số lớn nhất 9,01oC, sai số trung bình 5,44oC được thể hiện trong Bảng 3.4.

Bảng 3.4 Kết quả kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ bằng không khí đối lưu tự nhiên

Đánh giá kết quả mô phỏng

Stt 1

Trường nhiệt độ Sai số trung bình Sai số lớn nhất Sai số thời gian làm lạnh Giá trị 5,44oC 9,01oC 213,5 phút 2

Như vậy khác với các phần trước đã trình bày, kết quả mô phỏng trường nhiệt độ và đo đạc thực tế trong trường hợp làm lạnh quả vải bằng đối lưu tự nhiên có sai khác rất lớn. Điều này có thể lý giải là do hệ số trao đổi nhiệt α xác định theo Churchill là chưa phù hợp. Do đó cần thiết phải hiệu chỉnh lại hệ số này.

3.3.3.3. Thảo luận

Đánh giá mô hình trong trường hợp môi trường làm lạnh là nước

So sánh giữa nhiệt độ ở tâm quả vải đo được bằng thực nghiệm và các đường cong nhiệt độ mô phỏng trong trường hợp làm lạnh quả vải trong nước lạnh cho thấy: (i) mô hình cho kết quả nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đo được, đặc biệt là trong giai đoạn đầu của quá trình, (ii) mô hình có nhiệt độ thấp hơn thực nghiệm (1,03oC) trong giai đoạn cuối của quá trình làm lạnh. Sự khác biệt này có thể do đã bỏ qua các yếu tố không được đề cập trong mô hình đề xuất: (i) ảnh hưởng của nhiệt độ lên tính chất nhiệt vật lý, do nhiệt độ thay đổi từ nhiệt độ ban đầu 31,31oC đến 7,05oC, và (ii) bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt tỏa do hô hấp và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α không đủ chính xác.

Tuy nhiên có thể thấy mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải trong

nước lạnh và thực nghiệm kiểm chứng cho kết quả khá tốt thể hiện ở các điểm sau:

- so với kết quả đã công bố của các tác giả khác [60] [99] mô phỏng cho sai số 0,04oC. Điều này chứng tỏ mô hình có độ chính xác cao, có thể dùng để nghiên cứu quá trình làm lạnh quả vải ở các bước sau;

- so sánh kết quả mô phỏng và thí nghiệm kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ cho kết quả sai số trung bình trong trường hợp (i) về trường nhiệt độ là 0,76oC, (ii) về thời gian làm lạnh là 86 s. Như vậy có thể thấy mô hình dự đoán tính chất nhiệt vật lý khá phù hợp đối với quả vải;

- mô hình có độ chính xác cao, có thể dùng để nghiên cứu quá trình làm lạnh

quả vải ở các bước sau.

Đánh giá mô hình trong trường hợp môi trường làm lạnh là không khí - Kết quả so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm về trường nhiệt độ ở tâm quả vải trong trường hợp đối lưu cưỡng bức cho thấy sai số nhiệt độ trung bình là -0,28oC sai số lớn nhất là 1,42oC, còn về thời gian làm lạnh là1052 s.

- Kết quả so sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm về trường nhiệt độ ở tâm quả vải trong trường hợp đối lưu tự nhiên cho thấy sai số nhiệt độ trung bình là 5,44oC sai số lớn nhất là 9,01oC, còn về thời gian làm lạnh là 213,5 phút. Như vậy có thể thấy trong trường hợp này mô hình mô phỏng không phù hợp với thực tế. Sai số lớn trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên là do hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α xác định theo Churchill trong trường hợp này chưa thật phù hợp.

Do vậy, cần thiết phải nghiên cứu hiệu chỉnh lại hệ số này từ kết quả thực

nghiệm.

3.4. Phương pháp gián tiếp xác định hệ số trao đổi nhiệt 3.4.1. Phương pháp

Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α trong quá trình làm lạnh thực phẩm nói chung và quả vải nói riêng là vấn đề rất khó. Lý do chính là thực phẩm thường không phải là vật thể có dạng hình học tiêu chuẩn, ngoài ra bề mặt có độ nhám cao, tốc độ bay hơi bề mặt không đều. Bên cạnh đó thực phẩm còn là vật thể không đồng chất không đẳng hướng. Do vậy việc xác định hệ số α không thể tiến hành thí nghiệm xác định theo dạng nghiệm của phương trình giải tích.

Vì thế phương pháp chủ yếu để xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu là sử

dụng phương pháp đồng dạng và tổ chức thực nghiệm.

Tuy vậy trong khuôn khổ của luận án này cũng như điều kiện của trang thiết bị thí nghiệm không cho phép NCS thí nghiệm trực tiếp xác định hệ số α. Do đó NCS sử dụng cách tiếp cận của Mariangela [29], để xác định gián tiếp hệ số này trên cơ sở sử dụng các kết quả thí nghiệm về trường nhiệt độ.

Bản chất của phương pháp này là dựa vào số liệu tiến hành thực nghiệm cụ thể là nhiệt độ tại một vị trí bất kỳ trong lòng quả và phương pháp tối ưu hóa phiếm hàm sai số giữa mô hình mô phỏng và kết quả thực nghiệm này để xác định lại hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α.

f ( ) min

−

= α →

( 3.44)

exp i

Sim 2 ) i

m N ∑ ∑ j 1i 1 = =

sim - Lần lượt là nhiệt độ tại phân tố thứ i thí nghiệm và thu được từ mô

Trong đó : exp, ti ti hình;

N - Số phân tố, N = 200; m - Số thí nghiệm lặp đi lặp lại.

f - Phiếm hàm với biến số chính là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α. Cực tiểu hóa f chúng ta sẽ xác định được hệ số α. Thuật toán cực tiểu hóa f là thuật toán lát cắt vàng, cụ thể sẽ được trình bày ở phần tiếp theo.

Từ hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α xác định được bằng phương pháp gián tiếp sẽ có cơ sở để đưa ra phạm vi sử dụng các mô hình và hiệu chỉnh mô hình mô phỏng.

Cơ sở lý thuyết của phương pháp lát cắt vàng [107] là tìm cực tiểu hàm lồi

một biến f(x) trên đoạn [a, b] như trên Hình 3.12.

3.4.2. Thuật toán tối ưu phiếm hàm f

Hình 3.12 Tối ưu hóa phiếm hàm theo phương pháp lát cắt vàng

Thuật toán lát cắt vàng [107] sử dụng hai hằng số gọi là các hằng số

Fibonacci.

0,38197

≈

( 3.45)

F 1

− 2

0,61803

≈

( 3.46)

F 2

5 1 − 2

Hai số này có tính chất đặc biệt: F1 = (F2)2 thuật toán tìm kiếm cực tiểu như

Bước 1: Chia đoạn [a, b] bởi các điểm x1, x2 và tính giá trị của hàm tại các

( 3.45)

⋅

= +

−

x 1 x

a F (b a), y 1 a F (b a), y

−

= +

⋅

( 3.48)

f (x ) 1 f (x ) 2

Bước 2: So sánh y1 và y2 nếu y1 <= y2 thì chuyển sang bước 3, nếu y1 > y2 thì

chuyển sang bước 4.

Bước 3: Lấy đoạn mới [a’, b’] với a’ = a, b’ = x2. Nếu |b’ - a’| ≤ ε thì điểm cực tiểu là x = x1 và f(x) = y1 dừng tính toán. Nếu |b’ - a’| > ε thì chia đoạn [a’, b’] thành 3 đoạn bởi 2 điểm chia x1’ và x2’: + Điểm x2’ = x1 như vậy y2’ = f(x2’) = y1 + Điểm x1’ = a’ + F1·(b’-a’) và y1’ = f(x1’) + Chuyển về bước 2 tính với vai trò y1, y2 là y1’ và y2’. Bước 4: Lấy đoạn [a’, b’] mới với a’ = x1 và b’ = b. Nếu |b’ - a’| ≤ ε thì điểm cực tiểu là x = x2 và f(x) = y2 dừng tính toán.

điểm này.

Nếu |b’ - a’| > ε thì chia đoạn [a’, b’] thành 3 đoạn bởi 2 điểm chia x1’ và x2’: + Điểm x2’ = x2 như vậy y1’ = f(x1’) = y2 + Điểm x2’= a’ + F2·(b’ - a’) và y2’ = f(x2’) + Chuyển về bước 2 tính với vai trò y1, y2 là y1’ và y2’. Ứng dụng thuật toán lát cắt vàng để xây dựng lưu đồ thuật toán giải hệ (3.37)

Bước 1: Nhập thông số N = 200, nhiệt độ ban đầu t0, nhiệt độ kết thúc t1,

thông số nhiệt vật lý của quả vải: λ, Cp, ρ, Dtd, nhiệt độ thực nghiệm; Bước 2: Cho ri = 1, xác định αi theo lát cắt vàng và tính f(αi); Bước 3: Tăng ri +1 = i + 1, xác định αi + 1 theo lát cắt vàng và tính f(αi + 1); Bước 4: So sánh f(αi + 1) với f(αi): nếu f(αi + 1) < f(αi) thì tiếp tục tăng ri lên như ở

bước 3, nếu f(αi + 1) ≥ f(αi) thì sang bước 5;

Bước 5: α = αi, xác định r theo lát cắt vàng; Bước 6: Giải hệ (3.37) theo TDMA;

Bước 5: Xác định nhiệt độ tại r ở thời điểm τj.

Từ giá trị trường nhiệt độ tij ≡ t(r, τj) (i = 1, N 1− , j = 0, 1, 2, …) tính toán được ta có thể xác định được chính xác mật độ dòng nhiệt từ bề mặt sản phẩm tỏa ra môi trường và thời gian của quá trình làm lạnh quả vải.

được thể hiện ở Hình 3.13 trong đó:

Bắt đầu

N = 200, ∆τ = 1, Dtd λ, Cp, ρ, t (r, τ)exp ri = 1 ÷ 100, αi = 10−2 ÷ 105

ri = 1

Xác định: αi theo lát cắt vàng

f(αi) theo (3.44)

ri = i + 1

ri + 1 = i + 1

Xác định: αi + 1 theo lát cắt vàng

f(αi + 1) theo (3.44)

f(αi+1) < f(αi)

Sai

α = αi Xác định r theo lát cắt vàng

Giải hệ (3.37) theo TDMA Xuất t(r, τ)sim ra file *.xls

Kết thúc

Đúng

Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán xác định r và α gián tiếp

Sử dụng phương pháp gián tiếp đã được trình bày ở mục 3.4.2 để xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của quả vả do tác giả Silva (2010) [56] thực hiện, kết quả thể hiện ở Bảng 3.5. Quả vả có các thông số: hàm lượng nước chiếm 78%, bán kính 0,0235 m, nhiệt độ ban đầu trong lòng quả là 295,2 K, nhiệt độ không khí lạnh là 277 K, tốc độ gió 2,5 m·s-1, a = 1,35.10-7 m2·s-1, khối lượng riêng 1.076 kg·m-3, nhiệt dung riêng 3.666 J·kg-1·K-1.

3.4.3. Đánh giá hiệu quả phương pháp và thảo luận

Bảng 3.5 So sánh kết quả xác định bằng phương pháp gián tiếp với Silva

Đại lượng Chênh lệch

Phương pháp Silva Phương pháp gián tiếp

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu 33,95 W.m-2.K-1 34,27 W.m-2.K-1 0,94%

Như vậy, phương pháp gián tiếp sử dụng số liệu thí nghiệm và thuật toán lát cắt vàng để cực tiểu hóa phiếm hàm xác định α có độ tin cậy, chính xác cao. Nên phương pháp gián tiếp sẽ được sử dụng để xác định α trong các quá trình làm lạnh quả vải nhằm hiệu chỉnh mô hình mô phỏng sẽ được trình bày dưới đây.

3.4.3.1. Hiệu chỉnh α cho quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá

Dữ liệu thực nghiệm của nhiệt độ với thời gian làm lạnh được thực hiện trong chương 2 và đường kính của quả vải tương đương là 0,032 m. Nhiệt độ ban đầu của quả vải là 31,31oC và nhiệt độ của nước đá là 4,28oC được thể hiện trên Hình 3.14.

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 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α được hiệu chỉnh lại bằng cách tối ưu phiếm hàm (3.44) thông qua thuật toán lát cắt vàng được thể hiện bằng lưu đồ Hình 3.15. Để xác định vị trí cặp nhiệt chính xác với số liệu thí nghiệm trong quả vải tương đương

sử dụng phương pháp gián tiếp kết hợp với thuật toán lát cắt vàng cho r chạy từ phần tử thể tích thứ 1 tới 100.

Hình 3.15 Xác định vị trí cặp nhiệt và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên

Hình 3.15 cho thấy rõ ràng giá trị cực tiểu tại vị trí thể tích 71 (lệch tâm

5,6mm). Từ đó xác định được hệ số trao đổi nhiệt đối lưu như Bảng 3.6.

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

Đại lượng Chênh lệch

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Gián tiếp W.m-2.K-1 479,75 Churchill (1983) W.m-2.K-1 550 - 12,77%

Từ phương pháp gián tiếp hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên được xác định giảm 12,77% so với tính toán theo Churchill. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải được thể hiện ở Hình 3.16 dưới đây.

Hình 3.16 Nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC

Từ kết quả so sánh mô phỏng và thực nghiệm trong 2 trường hợp của hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α (1) tính theo Churchill; (2) hiệu chỉnh lại theo thuật toán lát cắt vàng được thể hiện trên Bảng 3.7, cho thấy hiệu quả của phương pháp gián tiếp hiệu chỉnh α để nâng độ chính xác của mô hình.

Bảng 3.7 Kết quả kiểm chứng xác định α gián tiếp của nước đá

Stt Đánh giá kết quả mô phỏng

Theo Churchill Phương pháp hiệu chỉnh gián tiếp α

2 Trường nhiệt độ Sai số trung bình Sai số lớn nhất Sai số thời gian làm lạnh 0,36oC 1,1oC 121 s - 0,76oC -3,58oC 86 s

3.4.3.2. Hiệu chỉnh α cho quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên

Dữ liệu thực nghiệm của nhiệt độ với thời gian làm lạnh được thực hiện trong chương 2 và đường kính của quả vải tương đương là 0,032 m. Nhiệt độ ban đầu của quả vải là 29oC và nhiệt độ của không khí là 4,27oC được thể hiện trên Hình 3.17.

Để xác định vị trí cặp nhiệt chính xác với số liệu thí nghiệm trong quả vải

tương đương sử dụng mô hình kết hợp cho r chạy từ phần tử thể tích thứ 1 tới 100.

Hình 3.18 cho thấy vị trí thể tích thứ 1 (chính tâm) xuất hiện cực tiểu.

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

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

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khi làm lạnh sơ bộ trong không khí đối lưu theo phương pháp gián tiếp giảm 64,59% so với tính toán theo Churchill như trong Bảng 3.8 dưới đây.

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

Đại lượng Chênh lệch

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu Gián tiếp W.m-2.K-1 2,79 Churchill (1983) W.m-2.K-1 7,79 64,59 %

Hình 3.19 cho kết quả mô phỏng và thực nghiệm quá trình làm lạnh quả vải

trong môi trường không khí đối lưu tự nhiên.

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

Từ Bảng 3.9 cho thấy sau khi hiệu chỉnh hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α, sai số giữa kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ trong không khí đối lưu tự nhiên và thực nghiệm cho sai lệch lớn nhất 1,52oC và sai lệch trung bình - 0,17oC về nhiệt độ, còn sai số về thời gian làm lạnh rút xuống còn 3,89%. Điều này cho thấy tính hiệu quả khi hiệu chỉnh hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α.

Bảng 3.9 Kết quả kiểm chứng xác định α gián tiếp của không khí đối lưu tự nhiên

Stt Đánh giá kết quả mô phỏng Theo Churchill Phương pháp gián tiếp

-0,17oC 1,52oC 3,89% 5,44oC 9,01oC 63,73% 2 Nhiệt độ Sai số trung bình Sai số lớn nhất Sai số thời gian làm lạnh

3.4.3.3. Thảo luận

Theo các nhóm tác giả Đinh Văn Thuận, Nguyễn Đức Lợi [2] thì hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên trong các kho lạnh đo được bằng thực nghiệm luôn luôn lớn hơn giá trị của hệ số đó khi tính toán theo các phương trình tiêu chuẩn với các thông số vật lý của không khí khô khoảng (20 ÷ 30)%. Tác giả Vũ Duy Trường [21] [22] đã xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên trong dải nhiệt độ < 20oC đo được bằng thực nghiệm thì không bị ảnh hưởng bởi không khí ẩm. Như vậy, ảnh hưởng của độ ẩm đến hiện tượng trao đổi nhiệt đối lưu trong các kho lạnh khi độ ẩm tương đối lớn là rất đáng kể cho dải nhiệt độ >20oC và dải nhiệt độ âm trong kho lạnh. Tác giả Trần Văn Phú, Nguyễn Xuân Tiên, Nguyễn Đình Thọ [9] đã làm sáng tỏ cơ chế ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến hiện tượng trao đổi nhiệt đối lưu bản chất là do chênh thế dẫn ẩm tạo ra khuếch tán ẩm tăng cường trên lớp biên. Bản chất hiện tượng này là do có một lượng nhiệt ẩn nhất định đã được truyền vào

không khí thông qua việc bay hơi của nước trên bề mặt quả. Công thức thực nghiệm của Churchill [52] đã có tính đến hiệu ứng này.

Tuy nhiên quá trình làm lạnh có thời gian tương đối ngắn, do đó lượng nhiệt ẩn tỏa ra là không đáng kể. Vì vậy khi giải hệ phương trình (3.18) với các trường hợp có thời gian ngắn, hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α sẽ gần như không bị ảnh hưởng của ẩm nên trên thực tế sẽ có giá trị nhỏ hơn. Đây là lý do tại sao sau khi hiệu chỉnh α bằng phương pháp gián tiếp sẽ cho kết quả xấp xỉ với α tính toán. Vì vậy, kết quả hiệu chỉnh α cho thấy hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức xác định bằng phương pháp gián tiếp lần lượt cho quá trình làm lạnh quả vải trong nước đá và không khí có giá trị là 0,94% và 12,77% so với tính toán là khá phù hợp. Ngoài ra trong quá trình làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước đá, sử dụng công thức Churchill xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α là khả dụng.

Trong trường hợp làm lạnh quả vải bằng không khí đối lưu tự nhiên rõ ràng ảnh hưởng của độ ẩm là mạnh. Do đó khi xác định lại hệ số α bằng phương pháp gián tiếp, cho kết quả nhỏ hơn với tính toán tới 64%. Đây là một kết quả khá tương đồng với kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả [42].

3.5. Ứng dụng mô hình mô phỏng

Sử dụng mô hình mô phỏng để tính toán trường nhiệt độ tại tâm và bề mặt của quả vải cho các tốc độ nước khác nhau khi làm lạnh quả vải trong nước lạnh, kết quả thể hiện ở Hình 3.20.

Từ kết quả mô phỏng thể hiện ở trên cho thấy, tốc độ nước lạnh không có ảnh hưởng rõ rệt tới thời gian làm lạnh sơ bộ, cũng như sự thay đổi của trường nhiệt độ ở tâm và bề mặt quả. Do đó có thể thấy trong quá trình làm lạnh sơ bộ không cần thiết phải tạo ra tốc độ đối lưu lớn của nước, đây là kết luận có ý nghĩa trong việc tiết kiệm năng lượng. Kết luận này cũng rất phù hợp với các kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm thể hiện trong tài liệu [62] [69] [100].

Do đó có thể thấy với tốc độ nước tuần hoàn < 0,2 m·s-1 sẽ là thích hợp. Tốc độ lớn hơn nữa sẽ gia tăng công suất của bơm, tăng tiêu thụ năng lượng, đồng thời sẽ tăng khả năng va đập giữa các quả với nhau có thể làm dập quả, trong khi thời gian làm lạnh không tăng. Đây là kết luận rất quan trọng cho việc đề xuất công nghệ làm lạnh quả vải. Kết quả rút ra từ mô hình mô phỏng này cũng rất tương đồng với kết quả rút ra từ thực nghiệm của Olesen [99].

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

Sử dụng mô hình mô phỏng để tính toán trường nhiệt độ tại tâm và bề mặt của quả vải cho các tốc độ không khí khác nhau khi làm lạnh quả vải trong không khí lạnh, kết quả thể hiện ở Hình 3.21.

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

Từ kết quả mô phỏng có thể thấy như sau, đối với làm lạnh sơ bộ trong không khí đối lưu, thời gian làm lạnh tăng lên khoảng 2,5 ÷ 4 lần so với làm lạnh bằng nước đá. Lý do chính là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí nhỏ hơn nước nhiều. Ngoài ra khi làm lạnh bằng không khí tốc độ không khí có ảnh hưởng rõ rệt tới thời gian làm lạnh. Với tốc độ không khí đạt khoảng 1,5 m·s-1 ở trên bề mặt quả vải, thời gian làm lạnh quả vải từ nhiệt độ 29oC xuống nhiệt độ 7,05oC với nhiệt độ môi trường 4,27oC khoảng 1 h.

Như vậy chúng ta thấy nếu làm lạnh bằng không khí sẽ mất nhiều thời gian và tăng chi phí năng lượng, đồng thời sẽ phải trang bị nhiều kho lạnh lớn. Do đó có thể thấy làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước đá sẽ phù hợp hơn với sản xuất quy mô công nghiệp và điều kiện Việt Nam.

3.6. Kết luận chương 3

Tóm lại trong nội dung chương 3 của luận án đã đạt được mục tiêu đề ra và có

một số kết quả có ý nghĩa như sau:

- Đã phát triển thành công mô hình tính toán để dự đoán tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng cơ bản (Cp, ρ, λ) của quả vải, trên cơ sở coi quả như hệ nhiệt động cân bằng, đa thành phần, không có chuyển pha. Trong đó các thành phần hệ chính của hệ là các lớp vỏ, cùi và hạt quả. Kết quả này đã được kiểm chứng gián tiếp thông qua so sánh kết quả mô phỏng trường nhiệt độ tại tâm quả và đo đạc thực nghiệm, cho thấy giả thiết và cách tiếp cận để xây dựng mô hình là hợp lý. Do đó đây là kết quả mới có thể dùng để xây dựng bộ số liệu thông số nhiệt vật lý của quả vải Lục Ngạn;

- Mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh của quả vải trên cơ sở hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định, với điều kiện biên loại 3 viết cho hệ tọa độ cầu đã được xây dựng thành công. So với kết quả đã công bố của các tác giả khác chúng ta thấy mô phỏng cho sai số 0,04oC. Điều này chứng tỏ mô hình có độ chính xác cao, có thể dùng để nghiên cứu quá trình làm lạnh quả vải ở các bước sau;

- So sánh kết quả mô phỏng và thí nghiệm kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ trong 2 trường hợp (i) trong môi trường nước lạnh; (ii) trong môi trường không khí, cho kết quả sai số trung bình trong trường hợp (i) về trường nhiệt độ là 0,76oC, về thời gian làm lạnh là 86 s. Kết quả của trường hợp (ii) về trường nhiệt độ 0,28oC về thời gian làm lạnh 1052 s;

- Từ nghiên cứu mô phỏng cho thấy trong quá trình làm lạnh quả vải bằng không khí, sai số lớn so với thực nghiệm, cho thấy hệ số trao đổi nhiệt đối lưu α xác định theo công thức Churchill không thật phù hợp. Do vậy cần thiết phải nghiên cứu hiệu chỉnh lại hệ số này từ kết quả thực nghiệm, trên cơ sở sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu và thuật toán lát cắt vàng. Sau khi hiệu chỉnh xong sai số giữa mô hình và thực nghiệm là không đáng kể. Đây là điểm mới của luận án;

- Bên cạnh đó luận án đã phát triển một phương pháp xác định vị trí của cặp nhiệt bên trong quả vải tương đương hình cầu. Với giả thiết vị trí cặp nhiệt là chưa biết và nó được xác định tại một số phần tử thể tích khác nhau. Phương pháp này đã loại bỏ được một số lỗi có thể xảy ra trong tính toán;

-Như vậy có thể thấy mô hình mô phỏng và mô hình tính chất nhiệt vật lý có độ tin cậy cao đối với quả vải. Mô hình này có thể được áp dụng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm rút ngắn thời gian nghiên cứu, khối lượng và chi phí thực nghiệm để phát triển công nghệ bảo quản quả vải;

- Sử dụng mô hình mô phỏng để nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ của môi trường làm lạnh cho thấy đối với làm lạnh quả vải trong môi trường nước đá, tốc độ nước không ảnh hưởng nhiều tới thời gian làm lạnh quả vải khoảng từ. Do đó có thể thấy với tốc độ nước tuần hoàn < 0,2 m·s-1 sẽ là thích hợp. Tốc độ lớn hơn nữa sẽ gia tăng công suất của bơm, tăng tiêu thụ năng lượng, đồng thời sẽ tăng khả năng va đập giữa các quả với nhau có thể làm dập quả, trong khi thời gian làm lạnh không tăng. Đây là kết luận rất quan trọng có tính mới cho việc đề xuất công nghệ làm lạnh vải;

- Đối với làm lạnh sơ bộ trong không khí, thời gian làm lạnh tăng lên khoảng 2,5 ÷ 4 lần so với làm lạnh bằng nước đá. Lý do chính là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của không khí nhỏ hơn nước nhiều. Ngoài ra khi làm lạnh bằng không khí tốc độ không khí có ảnh hưởng rõ rệt tới thời gian làm lạnh. Với tốc độ không khí đạt khoảng 1,5 m·s-1 ở trên bề mặt quả vải, thời gian làm lạnh quả vải từ nhiệt độ 29oC xuống nhiệt độ 7,05oC với nhiệt độ môi trường 4,27oC khoảng 1 h. Như vậy chúng ta thấy nếu làm lạnh bằng không khí sẽ mất nhiều thời gian và tăng chi phí năng lượng, đồng thời sẽ phải trang bị nhiều kho lạnh lớn. Do đó có thể thấy làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước đá sẽ phù hợp hơn với sản xuất quy mô công nghiệp và điều kiện Việt Nam.

Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH ĐỘ HAO HỤT TỰ NHIÊN VÀ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LẠNH CHO QUẢ VẢI

4.1. Độ hao hụt tự nhiên

Trong quá trình bảo quản, sự giảm khối lượng tự nhiên là do sự bay hơi nước vào trong không khí và sự hô hấp làm tiêu hao lượng vật chất hữu cơ của quả vải. Sự giảm khối lượng nêu trên được gọi là độ hao hụt tự nhiên để phân biệt với sự hao hụt của quả do sự phát triển của vi sinh vật gây ra thối hỏng. Độ hao hụt tự nhiên là không thể tránh khỏi trong bất kỳ điều kiện bảo quản nào, tuy nhiên ít nhất có thể khống chế sự giảm khối lượng là nhỏ nhất để có thể kéo dài thời gian bảo quản và tăng chất lượng sau bảo quản của quả. Sự giảm khối lượng ít nhất là hoàn toàn có thể tiệm cận được khi ta tìm được các thông số công nghệ bảo quản tối ưu.

Từ rất nhiều các nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước [18] [26] [73] [43] [117], ta thấy độ hao hụt tự nhiên là một trong những yếu tố quan trọng để xác định chất lượng và thời gian bảo quản của quả. Đối với quả vải theo tác giả Underhill và Critchley (1994), Brown (1986), Liang (1998), Wu (1997), Bryant (2004) tùy điều kiện bảo quản, độ hụt tự nhiên đạt 5 ÷ 11% là quả bị hỏng.

Độ hao hụt tự nhiên có thể được xác định bởi công thức sau:

( 4.1) W = WH2O + WC

( 4.2) Trong đó : W- Độ hao hụt khối lượng quả tự nhiên, kg·(kg quả)-1; WH2O - Độ hao hụt do quả bị mất nước, kg·(kg quả)-1; WC - Độ hao hụt của các chất khô trong quá trình hô hấp, kg·(kg quả)-1; WC được xác định trên cơ sở tỷ lệ sản phẩm của phương trình hô hấp của quả. C6H12O6 + 6O2 + 6H2O = 6CO2 + 12H2O + 2667 kJ·mol-1

Trong đó, cụ thể giả thiết độ hao hụt chất khô chủ yếu là độ hao hụt của đường và có thể quy về C6H12O6. Khi đó độ hao hụt của các chất khô trong quá trình hô hấp có thể tính toán thông qua xác định lượng CO2 tỏa ra ngoài quả trong quá trình bảo quản, cứ 180 g đường glucoza bị hụt đi do bị oxy hóa sẽ sinh ra 264 g CO2, do đó chúng ta có thể xác định lượng hao hụt chất khô theo công thức sau:

( 4.3) WC = RCO2·10-8·68, kg·(kg quả)-1

Trong đó RCO2 chính là cường độ hô hấp của quả xác định theo lượng CO2 sinh ra. Như vậy để xác định thành phần thứ 2 trong độ hụt tự nhiên cần thiết phải xác định được mô hình cường độ hô hấp cho quả vải Lục Ngạn.

4.1.1. Xác định cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ

Sau khi lặp đi lặp lại 20 thí nghiệm đo cường độ hô hấp bằng phương pháp bình kín ở nhiều nhiệt độ khác nhau đối với quả vải ở trong 3 mùa vụ của các năm 2014, 2015, 2016, với quy trình lấy mẫu, thí nghiệm, xử lý số liệu đã được trình bày chi tiết ở mục 2.5.4 của chương 2.

Hình 4.1 Cường độ hô hấp quả vải ở các nhiệt độ khác nhau

Với bộ số liệu đủ lớn, NCS đã xây dựng mô hình cường độ hô hấp của quả vải trong điều kiện khí quyển thông thường ở các nhiệt độ khác nhau theo mô hình Arrhenius [34] [38] [61] và giả thiết lượng CO2 sinh ra chỉ do hô hấp (bỏ qua lượng CO2 sinh ra do vi sinh vật). Theo mô hình này, cường độ hô hấp bản chất là tốc độ của phản ứng oxy hóa (4.2) do đó theo nhiệt động hóa học cường độ hô hấp sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm e-mũ có dạng:

R = a·e(b·t) ( 4.4)

Từ các bộ số liệu thực nghiệm, ta sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu có sẵn trong phần mềm LAB Fit để xác định hệ số a, b sao cho sai số bình phương giữa mô hình và số liệu thí nghiệm là bé nhất hay hệ số tương quan R2 lớn nhất.

Hình 4.2 Cường độ hô hấp quả vải phụ thuộc nhiệt độ

(0,066 t)

⋅

1 −

−

= 5,855 e

với 2

R = 0,993654

⋅

mlCO kg 2

( 4.5)

Công thức (4.5) chính là mô hình cho phép xác định cường độ hô hấp của quả vải ở các nhiệt độ khác nhau. Kết quả cho thấy đường đặc tính cường độ hô hấp có dạng tương tự như Mangaraj, Goswami (2011) [115] đã nghiên cứu. Hơn nữa với thời gian thực hiện thí nghiệm liên tục 03 năm từ 2014 ÷ 2016 cho 3 mùa vụ của quả vải Lục Ngạn đã phản ánh một cách chính xác phần nào ảnh hưởng của thổ nhưỡng, thành phần dinh dưỡng tới cường độ hô hấp của quả vải.

So sánh kết quả trong Bảng 4.1, ở nhiệt độ 5°C, 10°C cường độ hô hấp của quả vải Lục Ngạn nằm trong dải như Paull đã công bố, còn ở nhiệt độ 20°C, 25°C cường độ hô hấp của quả vải Lục Ngạn nằm ngoài dải so với Paull đã công bố. Điều này khẳng định cường độ hô hấp của quả vải phụ thuộc vào giống, thổ nhưỡng và hàm lượng dinh dưỡng của quả vải. Do vậy, đối với từng giống vải của từng địa phương cần thiết phải có nghiên cứu cụ thể để xác định cường độ hô hấp của chúng.

Từ các đường đặc tính cường độ hô hấp theo thời gian tại các nhiệt độ khác nhau như kết quả đã trình bày trong chương 2 trên Hình 2.2, tiến hành tối ưu hóa để xác định hệ số a, b như Hình 4.1. Kết quả hàm xác định cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ theo lượng O2 hấp thụ và CO2 sinh ra có dạng như sau:

Bảng 4.1 So sánh mô hình cường độ hô hấp với Paull

Cường độ hô hấp, mgCO2·kg-1·h-1 Nhiệt độ

Paull [112] Kết quả luận án

5°C 15,7 10 ÷ 16

10°C 21,46 19 ÷ 29

20°C 40,11 46 ÷ 74

25°C 54,86 75 ÷ 128

Một lần nữa kết quả này cho thấy để phục vụ cho công nghệ bảo quản sau thu hoạch của Việt Nam, cần thiết phải có các nghiên cứu đầy đủ và có độ tin cậy cao về cường độ hô hấp của quả vải như luận án đã thực hiện, chứ không thể lấy số liệu của nước ngoài để dùng được.

4.1.2. Xác định lượng nhiệt tỏa do hô hấp

Hô hấp là phản ứng tỏa nhiệt (4.2), trong đó năng lượng tiềm năng trong carbohydrate được bảo tồn một phần dưới dạng năng lượng adenosine triphosphate (ATP) và một phần nhiệt thải ra môi trường bảo quản. Trong quá trình chuyển đổi glucose thành CO2 và H2O có khoảng 39% năng lượng tiềm năng trong glucose được bảo tồn dưới dạng ATP và 61% nhiệt tỏa ra môi trường làm nóng quả vải.

Từ cường độ hô hấp tiến hành xác định lượng nhiệt tỏa do hô hấp sinh ra của

1 −

( 4.6)

Q 10,7 R

⋅

, J kg ⋅

1 h− ⋅

Từ phương trình trạng thái ta có:

( 4.7)

P V G R T

⋅

0,066 t ⋅

1 −

5,855 e

, mgCO kg

⋅

(t 273) ⋅ +

5 1,01325 10 8314 44

0,066 t ⋅

3139,686 e

1 −

−

, mgCO kg

⋅

⋅ (t 273)

Vậy nhiệt tỏa do hô hấp được xác định như sau:

3 −

0,066 t ⋅

33594,64 10

( 4.8)

, kJ

Q m =

⋅ τ ⋅

⋅ (t 273)

⋅ +

quả vải như sau [35]:

Dựa vào các công thức (4.5 ÷ 4.8) nghiên cứu sinh đã xây dựng phần mềm xác định cường độ hô hấp và nhiệt tỏa do hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ và được lập trình GUI trên nền công cụ Matlab, có giao diện như Hình 4.3 dưới đây.

Tóm lại, từ mô hình hô hấp và phương trình hô hấp viết dưới dạng đầy đủ (4.6), phương trình trạng thái của khí lý tưởng, công thức xác định nhiệt tỏa do hô hấp phụ thuộc vào khối lượng quả, nhiệt độ bảo quản cho vải Lục Ngạn lần đầu tiên đã được đề xuất dưới dạng (4.8). Đây là một kết quả rất quan trọng cho phép tính toán lượng nhiệt tỏa do hô hấp của quả vải trong quá trình bảo quản, để từ đó có thể xác định được năng suất lạnh cần thiết cho thiết bị cũng như lượng không khí tươi cần cấp vào kho lạnh trong một ngày đêm.

Hình 4.3 Giao diện phần mềm tính nhiệt tỏa do hô hấp

4.2. Xây dựng mô hình xác định độ hao hụt do bay hơi nước 4.2.1. Giả thiết cho mô hình

Độ hao hụt do mất nước sẽ được xác định theo cách tiếp cận của Jadan [34]. Bản chất của phương pháp này chính là sử dụng các định luật bảo toàn năng lượng và khối lượng cho hệ nhiệt động cân bằng gồm 2 đối tượng chính là quả vải và không khí trong kho bảo quản. Khi đó chúng ta có thể giả thiết trong một thời điểm nhất định hệ nhiệt động gồm 2 đối tượng trên là hệ kín, các quá trình trao đổi chất và năng lượng sẽ tuân thủ theo các giả thiết sau:

- Mọi quá trình xảy ra đều ở trong áp suất khí quyển nên là quá trình đẳng áp;

100

Để xác định độ hao hụt tự nhiên theo phương trình (4.1) chúng ta đã có độ hao hụt của chất khô được xác định theo công thức (4.3). Do đó cần phải xác định độ hao hụt do quả bị mất nước WH2O.

- Quá trình trao đổi năng lượng giữa quả và không khí cũng như nhiệt truyền từ môi trường bên ngoài vào kho bảo quản qua vách kho cũng như dòng nhiệt vận hành phải tuân theo định luật bảo toàn năng lượng, tức là nhiệt tỏa ra từ quả vải cộng với lượng nhiệt truyền qua vách sẽ bằng lượng nhiệt nhận được của không khí trong kho [34];

- Quá trình bảo quản rau quả trong kho được coi là quá trình trao đổi nhiệt và

trao đổi chất ổn định;

- Trong kho bảo quản rau quả độ ẩm cao, đối với kho bảo quản quả vải yêu cầu ϕ đạt 0,9 ÷ 0,98 nhiệt độ từ 2 ÷ 5oC do đó thế chênh ẩm không cao, hiện tượng ẩm rò lọt vào các kho này nhỏ hơn nhiều so với sự thoát ẩm từ quả trong quá trình bảo quản nên có thể bỏ qua. Sơ đồ trao đổi nhiệt của không khí trong kho bảo quản được thể hiện như Hình 4.4 dưới đây.

Không khí tuần hoàn

Dàn lạnh

Qres

∆Qloss+∆Qope

Vùng chứa vải

Kết cấu bao che

Hình 4.4 Sơ đồ trao đổi nhiệt không khí trong kho bảo quản quả vải

Với các giả thiết nêu trên chúng ta có thể viết được phương trình cân bằng năng lượng cho hệ nhiệt động có 2 thành phần là quả vải và không khí trong kho bảo quản như sau:

∆

+ ∆

= ∆

+ ∆

res

ope

( 4.9)

loss m W =

  

Trong đó:

∆Qres, ∆Qloss, ∆Qope, ∆Qa - lần lượt là lượng nhiệt hô hấp do quả vải tỏa ra, nhiệt dò lọt từ ngoài vào, nhiệt do vận hành thiết bị trong kho, nhiệt do không khí trong kho nhận, kW;

mf, W- lần lượt là lượng ẩm mà quả tỏa ra và không khí nhận vào. Từ công thức (4.9) có thể thấy độ hao hụt khối lượng vì bay hơi nước theo cách tiếp cận của Jadan, sẽ được xác định trên khả năng hấp thụ ẩm của không khí trong kho lạnh.

Mặt khác từ tính toán quá trình xử lý không khí ẩm trong kỹ thuật điều hòa

không khí chúng ta có:

101

4.2.2. Xây dựng mô hình

∆

ε =

⇒ = W

( 4.10)

Q ∆ a W

Q ε

Trong đó : ∆Qa - là lượng nhiệt mà không khí nhận, kW;

W- là lượng ẩm không khí nhận, kg ẩm.

Như vậy nếu xác định được ∆Qa và ε khi đó hoàn toàn có thể xác định lượng

Việc xác định ∆Qa và hệ số tia quá trình ε để tính được độ hao hụt vì mất nước

sẽ được trình bày ở dưới đây.

Theo giả thiết nêu ở trên quá trình xảy ra trong kho bảo quản là quá trình đẳng

( 4.11)

áp nên dp = 0 do đó theo định luật I nhiệt động chúng ta có: di

di vdp

− ⇒ =

Như vậy chúng ta thấy lượng nhiệt tổng mà không khí trong kho bảo quản nhận được sẽ bằng sự thay đổi enthalpy của không khí. Vì enthalpy là hàm trạng thái nên sự thay đổi enthalpy của không khí chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của quá trình mà không phụ thuộc vào đường đi. Do vậy có thể giả thiết quá trình biến đổi không khí trong kho lạnh xảy ra theo sơ đồ sau (Hình 4.5 và 4.6).

ẩm W tỏa ra từ quả vải.

102

Hình 4.5 Quá trình biến đổi trạng thái của không khí khi đi qua các lớp quả vải

Như vậy toàn bộ lượng nhiệt mà không khí nhận được do truyền qua kết cấu và lượng nhiệt sinh ra do vận hành sẽ được không khí thu nhận trước khi đi vào khu vực chứa các khay đựng quả vải.

Giả thiết quả vải được xếp thành khay theo từng lớp, các lớp này tương đối đều nhau, quả vải cũng là các quả có kích thước đều như nhau. Độ ẩm trung bình của không khí 0,85 ÷ 0,98 nhiệt độ thay đổi của không khí cấp vào và ra khỏi khu vực chứa vải từ 2 ÷ 4oC (lấy theo độ chênh nhiệt độ vào và ra dàn lạnh). Với điều kiện này đường ϕ = const sẽ xấp xỉ là đường song song với đường ϕ = 1. Khi đó sự biến đổi trạng thái của không khí sẽ được biểu diễn theo sơ đồ Hình 4.5.

Rõ ràng từ hình 4.5 có thể thấy nếu giả thiết các lớp vải đều nhau với độ ẩm trung bình rất cao và sự thay đổi nhiệt độ là nhỏ, khi đó không khí đi qua từng lớp sẽ nhận được cùng một lượng nhiệt ẩn và nhiệt hiện. Giả thiết quá trình biến đổi trạng thái không khí thay đổi từ điểm A1 → A3 khi không khí đi qua lớp vải thứ 1. Vì quá trình này không phụ thuộc vào đường đi nên chúng ta có thể phân tích quá trình A1 → A2 này là quá trình không khí nhận lượng nhiệt ẩn từ quả còn quá trình A2 →A3 là quá trình không khí nhận nhiệt hiện từ quả (d = idem). Như vậy đặc trưng cho quá trình biến đổi không khí khi đi qua lớp vải thứ 1 là tam giác A1A2A3. Tương tự như vậy khi không khí đi qua lớp vải thứ 2 sẽ biến đổi trạng thái được đặc trưng theo tam giác A3A4A5 ... khi không khí đi qua lớp vải n sẽ biến đổi trạng thái theo tam giác đặc trưng An-2An-1An. Vì chúng ta đã giả thiết không khí đi qua từng lớp vải sẽ được nhận cùng lượng nhiệt ẩn và nhiệt hiện nên dễ thấy từ biểu diễn hình học của quá trình các tam giác nêu trên sẽ bằng nhau:

( 4.12)

∆ A1A2A3 = ∆ A3A4A5 = … = ∆ An-2An-1An

Do đó có thể dễ thấy từ định lý hình học về tam giác bằng nhau các điểm A1, A3, A5 … An phải cùng nằm trên một đường A1An. Đối với các kho bảo quản trong trạng thái ổn định đường này sẽ xấp xỉ đường ϕ = const. Kết luận này có thể chứng minh dễ dàng bằng cách sử dụng phương pháp toán học “ phản chứng” kết hợp với công thức Dalton xác định độ bay hơi nước của quả vào không khí như sau.

( 4.13)

Theo công thức Dalton chúng ta có: W = m·A·(P”s - ϕ·P”a) = B·(1 - ϕ) Trong đó B là hệ số biến đổi từ các hệ số của công thức Dalton, công thức này

do Merkel đề xuất [34].

Giả sử đường A1An không phải đường ϕ = const khi đó đường này có thể nằm ”, nằm ở bên trái hoặc bên phải đường ϕ = const

’ hoặc An

103

ở một trong 2 vị trí An (Hình 4.6).

’

”

ϕ=1

ϕ=const An

Hình 4.6 Các phương án biến đổi trạng thái của không khí khi đi qua các lớp

Giả thiết quá trình biến đổi trạng thái không khí không đi theo đường A1An mà

”, khi đó đặc trưng là ϕ tăng. Tuy nhiên theo công thức (4.13)

( 4.14)

quả vải

W sẽ giảm đi khi ϕ tăng. Điều này có nghĩa là lượng ẩm bay hơi từ quả sẽ giảm đi. Như vậy sau một thời gian ϕ sẽ giảm dần do lượng ẩm bốc hơi vào không ” có xu hướng dịch về phía điểm An cho đến khí giảm đi, hay nói cách khác điểm An khi ở trạng thái An với ϕ = const.

Tương tự như vậy nếu quá trình biến đổi trạng thái không khí đi theo đường ’, khi đó đặc trưng là ϕ giảm. Khi này theo công thức (4.14) được viết lại từ A1An (4.13) có thể thấy W sẽ tăng lên khi ϕ giảm. Như vậy lượng ẩm bay hơi vào không ’ dịch dần về phía điểm An, khí sẽ tăng dần lên, dẫn tới ϕ tăng dần lên hay điểm An hay ϕ → ϕ = const.

Do vậy có thể nói trong cả 2 trường hợp giả thiết đều dẫn tới xu hướng tự cân bằng trở lại đường ϕ = const. Nói cách khác trong quá trình ổn định của kho bảo quản, trạng thái biến đổi của không khí khi đi qua khu vực chứa quả vải được bảo quản sẽ xấp xỉ tuân theo đường ϕ = const. Đây là kết luận rất quan trọng để phục vụ cho việc tính toán ở các khâu tiếp theo. Kết luận này rất đồng nhất với kết luận từ nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả [34] là đối với các kho bảo quản rau quả, khi tỷ lệ chất tải > 50% và kho được thiết kế, lắp đặt đủ tải, thì chế độ nhiệt ẩm cân bằng trong kho sẽ do đặc tính hô hấp, trao đổi nhiệt của rau quả quyết định.

Biểu diễn quá trình tổng quát các đường ϕ = const trong khoảng ϕ = [0,85 ÷ 0,98] trên đồ thị i - d thì các đường quá trình gần như song song với đường ϕ = 1. Như vậy có thể thấy tia quá trình ε đặc trưng cho quá trình thay đổi trạng thái của không khí khi đi qua vùng chứa vải được bảo quản sẽ trùng với tia quá trình của đường ϕ = 1. Có thể thấy tia quá trình ε của đường ϕ = 1 là hàm phụ thuộc vào nhiệt độ của không khí tại trạng thái đó.

104

đi theo đường A1An W = B·(1 - ϕ)

(t)

( 4.15)

i ∆ d ∆

lim t t → i

Trong khoảng độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ đầu vào và ra khỏi vùng bảo quản vải là nhỏ chỉ khoảng 2 ÷ 3 K thì có thể bỏ qua độ cong của đường ϕ = 1 và coi là đường thẳng trong khoảng nhiệt độ đó. Do đó có thể tuyến tính hóa từng đoạn của đường ϕ = 1 để xác định quá trình trao đổi nhiệt ẩm trong kho lạnh và được thể hiện trên Hình 4.7.

Hình 4.7 Đồ thị i - d xác định quá trình nhiệt ẩm trong không gian bảo quản

ε = = ( 4.16) (i (d i (i − B A d ) m (d − ) m ⋅ ⋅ ) i − B A d ) − A

Hình 4.8 Hồi qui tia quá trình trong dải nhiệt độ bảo quản 0oC ÷ 25oC Xây dựng tia quá trình với dải nhiệt độ bảo quản từ 0oC ÷ 25oC bằng cách: (i) xác định enthalpy và độ chứa hơi ở từng nhiệt độ bảo quản, (ii) tính tia quá trình với độ tăng nhiệt độ là 0,5oC, (iii) từ các tia quá trình đó hồi qui được hệ số tia quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản, kết quả thể hiện trên Hình 4.8.

Với dải nhiệt độ bảo quản từ 0oC ÷ 25oC tia quá trình được tính gần đúng như

105

( 4.17)

ε = 6019,5 - 114,6·t với R2 = 0,9513 Hao hụt do mất nước của sản phẩm cuối cùng sẽ được tính theo mô hình tính

toán sau đây:

2H O

W , kg = ( 4.18) (6019,5 114,6·t) Q −

4.3. Xác định độ hao hụt tự nhiên

Từ kết quả nghiên cứu của mục 4.2 và 4.3 cho thấy các thành phần trong công

thức (4.1) đã được xác định bởi công thức (4.8) và (4.18) trong đó:

Hao hụt do giảm hàm lượng chất khô hòa tan trong quá trình bảo quản của sản

8 −

phẩm:

W m 68 10 R , kg ⋅ τ ⋅ = ⋅ ⋅ ( 4.19)

Độ hao hụt do bay hơi nước từ quả:

2H O

W , kg = ( 4.20) (6019,5 114,6·t) Q −

Vậy, độ hao hụt tự nhiên trong quá trình bảo quản lạnh là:

8 −

CO2

( 4.21) R W m 68 10 ⋅ τ ⋅ = ⋅ ⋅ + Q 6019,5 114,6 t ⋅ −

Tóm lại, mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả như là hàm của thời gian, nhiệt độ bảo quản, dòng nhiệt tác động vào không khí của kho bảo quản được biểu diễn bởi công thức (4.21). Công thức này liên kết với các công thức (4.5), (4.8) cùng với quy luật của các dòng nhiệt tác động khác sẽ hình thành hệ phương trình đại số là mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả vải phụ thuộc vào điều kiện bảo quản và thời gian bảo quản.

4.4. Kiểm chứng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên

106

Ở phần này ta sử dụng phương pháp thí nghiệm và thiết bị thí nghiệm được mô tả trong mục 2.5.2 để tiến hành thí nghiệm xác định độ hao hụt tự nhiên. Trong thí nghiệm này quả vải được xếp vào hộp các tông với khối lượng khoảng 5 kg. Sau đó khối lượng ban đầu của quả vải được xác định chính xác bằng cân điện tử. Tiếp theo hộp vải này được đưa vào trong tủ thí nghiệm bảo quản như Hình 4.9.

Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tủ bảo quản

Với kết cấu của tủ bảo quản như đã trình bày chi tiết ở chương 2 có thể thấy, do tủ có dàn bay hơi bao quanh thành tủ, lớp áo băng trữ lạnh và cách tổ chức thông gió nên có thể thấy tủ bảo quản này có thể khử gần hết lượng nhiệt tổn thất qua vách, cũng như nhiệt do động cơ quạt tạo ra. Do đó đối với tủ thí nghiệm này đạt được các thông số như sau:

- Nhiệt độ của tủ rất đồng đều;

- Độ ẩm tương đối ϕ cao từ 0,9 ÷ 0,98 do diện tích dàn lạnh lớn so với thể tích

của tủ, kết hợp với áo băng;

- Do khử gần hết các nguồn nhiệt khác vì vậy nhiệt lượng mà dòng không khí

đi vào buồng bảo quản nhận xấp xỉ nhiệt tỏa do hô hấp của quả vải.

Tiếp theo sau 12 ngày, 19 ngày, 30 ngày và 37 ngày, khối lượng của hộp vải bảo quản sẽ được cân để xác định độ hao hụt tự nhiên, đồng thời kết quả này cũng được so sánh với kết quả tính toán theo công thức 4.18.

107

Hình 4.10 Hao hụt khối lượng quả vải bảo quản

Kết quả so sánh giữa thực nghiệm và tính toán cho thấy giữa tính toán và mô hình thực nghiệm có sự sai khác không hề lớn như Hình 4.10, 4.11 và Bảng 4.2 dưới đây.

Hình 4.11 Độ hao hụt tự nhiên của quả vải bảo quản trong kho lạnh

Mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả vải và thực nghiệm kiểm chứng cho thấy: sau 12 ngày bảo quản sai số giữa mô hình hao hụt và thực nghiệm là lớn nhất. Sở dĩ sau 12 ngày bảo quản sai số là lớn nhất do thời gian ban đầu quả vải sau khi được vận chuyển từ vùng nguyên liệu về có nhiệt độ cao, do đó khi đưa vào tủ bảo thời gian đầu sẽ bao gồm cả quá trình tái lạnh quả vải từ nhiệt độ vận chuyển về nhiệt độ bảo quản. 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 Thời gian bảo quản

Stt 1 2 3 4 Sau 12 ngày Sau 19 ngày Sau 30 ngày Sau 37 ngày Sai số - 1,3% - 0,98% - 0,99% - 0,66%

108

Tóm lại từ thí nghiệm kiểm chứng cho thấy mô hình (4.18) xác định độ hao hụt tự nhiên được nghiên cứu sinh phát triển từ cách tiếp cận của Jadan cho quả vải Lục Ngạn của Việt Nam, cho kết quả đáng tin cậy. Mô hình này phù hợp cho việc tính toán xác định độ hao hụt tự nhiên, một đại lượng rất quan trọng để kiểm soát thời gian và chất lượng bảo quản. Ngoài ra còn cho phép giải quyết hiệu quả bài toán xác định độ hụt của quả vải là vấn đề khá phức tạp cho tới trước luận án này chưa giải quyết được.

4.5. Xác định các thông số công nghệ lạnh dành cho quả vải

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về tính chất nhiệt vật lý của quả vải Lục Ngạn, mô hình quá trình làm lạnh của quả vải, mô hình hô hấp, mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả vải và các nội dung đã được trình bày ở trên, trong phần này nghiên cứu sinh sẽ đề xuất ứng dụng để xác định các thông số công nghệ lạnh dùng để chế biến và bảo quản quả vải.

4.5.1. Xác định suất tiêu hao đá trong chuỗi lạnh chế biến quả vải

Làm lạnh sơ bộ bằng nước đá (1)

Vận tải lạnh, bằng xe lạnh (2)

Làm lạnh trước khi bảo quản (3)

Ứng dụng kết quả nghiên cứu ở mục 3.1 về tính chất nhiệt vật lý và mục 3.2 mô phỏng quá trình làm lạnh, chúng ta có thể xác định được nhu cầu về năng suất lạnh cho từng khâu trong quá trình từ làm lạnh sơ bộ cho tới quá trình bảo quản lạnh. Chuỗi lạnh này gồm các khâu được thể hiện trên Hình 4.12.

Hình 4.12 Chuỗi lạnh chế biến và vận tải quả vải

4.5.1.1. Suất tiêu hao đá trong quá trình làm lạnh sơ bộ

( 4.22)

Q Q =

loss

res

Trong đó: Qf - Nhiệt tỏa ra khi giảm nhiệt độ quả vải từ nhiệt độ ban đầu xuống tới nhiệt

Năng suất lạnh cần thiết cho quá trình làm lạnh sơ bộ sẽ bằng tổng nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình [108] bao gồm: (i) nhiệt tỏa ra khi giảm nhiệt độ quả vải từ nhiệt độ ban đầu xuống tới nhiệt độ yêu cầu sau quá trình làm lạnh sơ bộ, (ii) nhiệt lượng tỏa ra khi hạ nhiệt độ của nước từ nhiệt độ ban đầu xuống nhiệt độ yêu cầu của quá trình làm lạnh sơ bộ khi sử dụng hỗn hợp nước-đá để làm lạnh sơ bộ, (iii) tổn thất nhiệt một phần ra môi trường bên ngoài, (iv) nhiệt tỏa do hô hấp.

Qw - Nhiệt lượng tỏa ra khi hạ nhiệt độ của nước từ nhiệt độ ban đầu xuống nhiệt độ yêu cầu của quá trình làm lạnh sơ bộ khi sử dụng hỗn hợp nước - đá để làm lạnh sơ bộ, kJ.kg-1;

Qres - Nhiệt tỏa hô hấp, kJ.kg-1; Qloss - Nhiệt tổn thất ra bên ngoài, kJ.kg-1. Như phần trên đã trình bày vì thời gian làm lạnh sơ bộ rất ngắn chỉ vài chục

phút cho đến khoảng 1 h cho nên ta có thể bỏ qua Qres.

Qloss- nhiệt tổn thất ra bên ngoài, có thể xác định khi có kích thước và cấu hình, vỏ bảo ôn cụ thể của hệ thống làm lạnh sơ bộ. Tuy nhiên trong trường hợp này chúng ta sẽ sử dụng các số liệu [10] để định hướng cho việc xác định Qloss.

109

độ yêu cầu sau quá trình làm lạnh sơ bộ, kJ.kg-1;

( 4.23)

Qloss = 0,3 · (Qf + Qw) Qf : Lượng nhiệt làm giảm nhiệt độ quả vải từ nhiệt độ ban đầu xuống tới nhiệt

⋅

−

⋅

] i(t ) m

[ m i(t ) 1

f ice

( 4.24)

⋅

−

]

i(t ) 2

f ice

[ m i(t ) 1 r

f - Khối lượng đá cần thiết để làm lạnh sơ bộ, kg·(tấn vải)-1.

Trong đó: m - Khối lượng quả vải, kg; i(t1), i(t2) lần lượt là enthalpy của quả ở nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối; r - Nhiệt tan chảy của đá, r = 336 kJ.kg-1; mice Qw - Nhiệt lượng làm giảm nhiệt độ nước từ nhiệt độ ban đầu xuống tới nhiệt

độ yêu cầu sau quá trình làm lạnh sơ bộ.

⋅

−

m C ⋅ w

w p

( 4.25)

w t 1

w 2

  

  

⋅

−

⋅

w p

m C ⋅ w

( 4.26)

w t 1

w 2

  

  

w ice

−

⋅

w m C ⋅ w p

w t 1

w 2

  

⇒

w ice

   r

Áp dụng các công thức (4.22) ÷ (4.26) xây dựng định mức tỷ lệ nước - đá cho

1000 kg quả vải với các giả thiết như sau:

Vải được làm lạnh sơ bộ từ nhiệt độ ban đầu 30oC xuống 7oC, bằng đá cây. Giả thiết nước đá là hỗn hợp của nước và đá trong đó nhiệt độ nước ban đầu là

25oC hòa trộn với đá để được hỗn hợp nước đá 5oC.

Nhiệt tan chảy của đá r = 336 kJ.kg-1, khối lượng riêng của đá 0,9.103 kg.m-3 Lượng nước dùng để hỗn hợp với đá mw = 1.000 kg. Chúng ta thu được kết quả như sau:

1,3 (m ⋅

= 612,5 kg/1.000 kg vải

ice

f ice

w m ) ice

Từ đó xác định được suất tiêu hao đá cho quá trình làm lạnh sơ bộ 1000 kg quả vải từ nhiệt độ ban đầu 30oC xuống 7oC, thời gian làm lạnh sơ bộ trong một giờ sau khi làm tròn là: 650 kg đá + 1.000 kg nước có nhiệt độ 25oC và cần một bể chứa nước được bảo ôn có dung tích 2.000 lít.

độ yêu cầu để làm lạnh sơ bộ sẽ được xác định bằng công thức sau:

Quả vải sau khi được làm lạnh sơ bộ sẽ được đóng vào các thùng và vận chuyển về nhà máy, bằng các xe bảo ôn, được trang bị thiết bị lạnh hoặc sử dụng đá

110

4.5.1.2. Suất tiêu hao đá trong quá trình vận chuyển

làm lạnh. Vì số lượng vải của nước ta rất lớn so với các phương tiện vận tải lạnh nên trên thực tế hiện đang sử dụng đá để duy trì nhiệt độ thấp. Do đó trong trường hợp này chúng ta sẽ tính toán năng suất lạnh cần thiết để bảo quản quả vải trong quá trình vận tải tính theo tấn quả, giờ vận tải và quy đổi ra đá. Trong trường hợp sử dụng xe lạnh, tính toán này sẽ dùng để xác định năng suất lạnh của thiết bị.

Nhu cầu năng suất lạnh trong quá trình vận chuyển sẽ bằng tổng các nguồn

nhiệt tổn thất. Q =

( 4.27)

trans

pack

loss

res

Trong đó: Qtrans, Qpack, Qloss, Qres – Lần lượt là năng suất lạnh cần thiết trong quá trình vận

chuyển quả, nhiệt làm lạnh bao bì, nhiệt tổn thất qua bao che, nhiệt tỏa do hô hấp.

Do quả vải được để trong các hộp các tông do đó có lượng nhiệt tỏa ra từ các

hộp này để hạ nhiệt độ của hộp từ ban đầu xuống nhiệt độ bảo quản của quả vải.

⋅

t ⋅ ∆

( 4.28)

pack

⋅ ∆ k F T

= ⋅

( 4.29)

Trong đó: mpack - Khối lượng bao bì lấy bằng 30% khối lượng quả; Cpack - Nhiệt dung riêng của bao bì các tông là 1,46 kJ·kg-1·K-1. Nhiệt tổn thất qua bao che được xác định theo công thức: lossQ Trong đó: k - Hệ số truyền nhiệt qua vách, được xác định theo thông số kỹ thuật của

panel vỏ xe;

F - Diện tích bao quanh thùng chứa bảo ôn;

Nhiệt tỏa do hô hấp được xác định theo công thức (4.9) Áp dụng công thức trên để tính toán xây dựng định mức năng suất lạnh khi

vận tải quả vải với các giả thiết sau:

- Lượng vải vận chuyển là 1.000 kg;

- Từ các nghiên cứu [99] [106] cho thấy trong quá trình vận chuyển nhiệt độ

của vải tăng lên khoảng 3oC đạt 10oC. Giả thiết nhiệt độ trong thùng xe 15oC;

- Thùng xe được làm bằng panel cách nhiệt tiêu chuẩn, độ dày 75 mm, vật liệu

cách nhiệt polyurethane, hệ số truyền nhiệt k = 0,5 W·m-2·K-1 [10];

- Kích thước của thùng xe bảo ôn trọng tải 1 tấn là: dài 3,1 m x rộng 1,6 m x

cao 1,4 m;

- Nhiệt tan chảy của đá r = 336 kJ·kg-1, khối lượng riêng của đá 0,9·103 kg.m-3. Áp dụng công thức (4.9), (4.27 ÷ 4.29) và các thông số giả thiết nêu trên

chúng ta xác định được nhu cầu đá lạnh cần thiết để làm lạnh bao bì đựng vải:

111

∆T - Hiệu nhiệt độ trung bình giữa môi trường và trong thùng xe.

⋅

t ⋅ ∆

pack

= 26 kg/1.000 kg vải

pack ice

r(t ) o

Tương tự như vậy chúng ta xác định được năng suất lạnh trong 1 h vận tải là:

3 −

0,066 t ⋅

3.3594,64 10

1 −

(k F T 3,6 m

)

1060,6 kJ

3,16 kg h

⋅ ∆ ⋅

⋅

⋅ (t 273)

1 r(t)

⋅ +

Như vậy công thức bán thực nghiệm tính tiêu hao đá trên đường vận tải vải

bằng xe bảo ôn là:

mice = 26 + 3,16·τ, kg đá·(tấn vải)-1

( 4.30)

Tóm lại, để vận chuyển 1 tấn vải bằng xe bảo ôn trong 12 h sẽ cần khoảng 71

kg đá, vận tải 24 h cần 110 kg đá.

Những kết quả này được tính toán dựa trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở trên về tính toán tính chất nhiệt vật lý của quả vải và nhiệt tỏa do hô hấp. Từ đó cho phép có thể xây dựng các phương án vận tải vải cũng như tính toán được nhu cầu lạnh kèm theo. Đây là lần đầu tiên ở Việt Nam có những tính toán cụ thể có cơ sở khoa học để thiết kế vận tải lạnh quả vải.

Quả vải sau khi được làm lạnh sơ bộ ở khâu (1) và vận chuyển trong xe bảo ôn có tăng cường đá ở khâu (2) sẽ được tái làm lạnh và làm ráo nước, trước khi đưa vào bảo quản lâu dài tại cơ sở phân phối hoặc chế biến. Tại đây quả vải được làm lạnh bằng không khí cưỡng bức. Trong quá trình vận chuyển quả vải sẽ tăng nhiệt độ lên, theo các nghiên cứu [99] [106] sự tăng nhiệt này khoảng 3oC.

Do quá trình làm lạnh sơ bộ và vận chuyển sử dụng nước đá, đá nên trên bề mặt quả vải sẽ có một lượng nước bám lên. Như vậy quá trình làm lạnh sẽ bao gồm quá trình làm bay hơi nước trên bề mặt quả vải và làm lạnh quả vải tới nhiệt độ bảo quản. Vì vậy, lượng nhiệt để làm bay hơi nước bám trên bề mặt quả vải cần được xét đến [87].

Lượng nhiệt do bay hơi nước theo Brooker (1967) 273 < T < 323 có dạng như

sau [41]:

( 4.31)

3,154 10

⋅

3 2,386 10 T, J kg− ⋅

⋅

−

( ) r t Qtransp = r(t) · mws

( 4.32)

Trong đó: Qtransp - Nhiệt ẩn do hơi nước bám trên bề mặt quả bay hơi vào không khí, kJ·

(tấn quả)-1;

r(t) - Nhiệt ẩn hóa hơi tại nhiệt độ t của nước, kJ·(kg)-1; mws - Lượng nước bám trên bề mặt quả kg·(tấn quả)-1.

112

4.5.1.3. Năng suất lạnh cần thiết để tái lạnh quả vải

i(t)

)

−

( 4.33)

Trong quá trình làm lạnh, thời gian ngắn do đó nhiệt tỏa hô hấp được bỏ qua. Lượng nhiệt cần thiết lấy đi để quả vải hạ xuống nhiệt độ bảo quản 5oC sẽ được tính theo hiệu enthalpy ở nhiệt độ đầu vào trừ đi enthalpy ở nhiệt độ bảo quản nhân với khối lượng quả. [ m i(t ⋅

]

Như vậy kết hợp công thức (4.27) và (4.28) chúng ta xác định nhu cầu lạnh để

)

r(t)

Q Q =

−

⋅

( 4.34)

tái làm lạnh quả vải trong không khí sẽ là: ] i(t) m +

[ m i(t ⋅

transp

Nghiên cứu thực nghiệm về độ bám nước trên vỏ quả vải, đã được trình bày ở

chương 2. Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở Bảng 4.3.

Bảng 4.3 Tổng hợp lượng nước trung bình bám lên bề mặt vỏ quả từ năm 2014 ÷ 2017

Số lần đo Khối lượng ban đầu, g Khối lượng sau ngâm nước, g Lượng nước bám lên bề mặt, g Tỉ lệ nước bám lên bề mặt, %

1 5106,08 5167,2 61,12 1,197

2 5115,38 5175,18 59,8 1,169

3 5110,88 5171,44 60,56 1,185

4 5097,22 5152,5 55,28 1,085

5 5110,74 5177,42 66,68 1,305

Trung bình 1,188

0,00248 Sai số σσσσi

)

i(t)

0,0119

(3.154 2,386 (t 273,15))dt

Q m i(t ⋅

−

⋅ +

−

]

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm này cũng khá tương đồng với các nghiên cứu đã được công bố bởi các tác giả nước ngoài [34] cho thấy lượng nước này chiếm khoảng 1,19% khối lượng quả, khi đó công thức (4.34) có thể biến đổi về (4.35) như ở dưới đây:

  [   

    

t ∫ in

( 4.35)

Sử dụng các giả thiết như ở phần trên chúng ta có thể xác định nhu cầu về lượng lạnh để tái lạnh 1 tấn quả vải từ nhiệt độ 10oC về nhiệt độ 5oC và bay hơi lượng nước bám trên bề mặt bằng con số (4.35). Con số này là 54.857,56 kJ·(1.000 kg quả)-1.

113

Dựa vào phần mềm mô phỏng ở chương 3 trong trường hợp làm lạnh bằng không khí và các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy thời gian làm lạnh quả vải là 20 phút. Tuy nhiên để làm bay hơi hết lượng nước bám trên bề mặt quả cần khoảng 1 h. Như vậy nhu cầu năng suất lạnh trung bình cho một tấn vải của quá trình tái lạnh và làm ráo quả là 15,24 kW·(1.000 kg quả)-1.

Tóm lại, ứng dụng kết quả nghiên cứu ở mục 3.1 về tính chất nhiệt vật lý và mục 3.2 mô phỏng quá trình làm lạnh, mục 4.2, 4.3 về mô hình hô hấp, nhiệt tỏa do hô hấp, mục 4.4 độ hao hụt của quả, chúng ta có thể xác định được nhu cầu về năng suất lạnh cho từng khâu trong quá trình từ làm lạnh sơ bộ cho tới quá trình bảo quản lạnh. Chuỗi lạnh này gồm các khâu làm lạnh sơ bộ, vận tải, tái lạnh. Đây là lần đầu tiên ở Việt Nam có một nghiên cứu đã đưa ra các thông số công nghệ của chuỗi lạnh dùng để chế biến và bảo quản vải cũng như phương pháp tính toán cho việc xác định các thông số công nghệ cơ bản này. Từ đó mới có thể nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản cho quả vải.

4.5.2. Đề xuất các mẫu kho bảo quản phù hợp cho quả vải Việt Nam 4.5.2.1. Phân tích các hệ thống kho lạnh bảo quản

a. Kho lạnh thông thường

Hình 4.13 Kho lạnh cưỡng bức dàn lạnh quạt gió Hình 4.14 Sơ đồ công nghệ kho lạnh có dàn lạnh quạt gió

Hiện nay ở Việt Nam đa phần các kho lạnh dùng để bảo quản thực phẩm nói chung và rau quả nói riêng đều là các kho lạnh lắp ghép từ các tấm panel cách nhiệt và được trang bị dàn lạnh có quạt gió. Trong nhiều trường hợp như ví dụ ở Hình 4.13 là quạt hút đặt phía trước dàn lạnh và gió lạnh thổi ra. Với các kho loại này, có thể dễ dàng thiết kế thi công lắp đặt dạng modul, giảm giá thành. Tuy nhiên để bảo quản rau quả kho lạnh này là không hoàn toàn phù hợp.

( 4.36)

H O 2

Q a (t) ε

( 4.37)

Thật vậy, sử dụng công thức (4.11) chúng ta thấy sự bay hơi nước từ quả:

114

Ứng với nhiệt độ bảo quản xác định sẽ tỉ lệ với lượng nhiệt mà không khí đi qua vùng bảo quản nhận vào. Đối với kho lạnh thông thường được biểu diễn trên Hình 4.13 và 4.14 có thể nhận thấy: Qa= Qloss+ Qope+ Qresp Trong đó: Qloss - Nhiệt tổn thất qua bao che;

Qope - Dòng nhiệt vận hành, cụ thể ở trên Hình 4.14 là nhiệt lượng tỏa ra do

Qresp - Dòng nhiệt do hô hấp của quả. Như vậy đối với kho lạnh thông thường rõ ràng tỉ lệ hao hụt của quả là cao, không phụ thuộc vào các biện pháp xử lý quả (trong trường hợp này không tính đến bao gói MAP) do ảnh hưởng của các dòng nhiệt tổn thất và dòng nhiệt vận hành. Kết luận này rất phù hợp với các nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả nước ngoài [34] [61] [31]. Do đó chúng ta thấy đây là nhược điểm rất lớn của loại kho lạnh thông dụng hiện nay khi dùng bảo quản rau quả.

Bên cạnh đó chúng ta cũng thấy phần lớn các kho lạnh bảo quản của Việt Nam đều là cấp gió tự do không có kênh phân phối khí [93] do đó dẫn tới sự phân bố rất không đồng đều trong vùng bảo quản quả vải. Việc này khiến cho hô hấp của quả ở các vùng khác nhau sẽ khác nhau.

động cơ của quạt;

Ngược lại tại vùng giữa khu bảo quản quá trình hô hấp tỏa nhiệt làm tăng nhiệt độ của khối quả khi bảo quản (vùng có nhiệt độ cao trên Hình 4.14). Nhiệt độ tăng sẽ kích thích cường độ hô hấp và cường độ phản ứng hóa học, hóa sinh trong quả tăng, làm quả nhanh chóng bị hư hỏng. Khi nhiệt độ tăng đến mức độ thích hợp cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển, lượng nhiệt sinh ra lại tăng thêm với tốc độ nhanh hơn. Đây chính là nguyên nhân dẫn đến sự hư hỏng của sản phẩm bảo quản một cách nhanh chóng làm quả úa héo.

Chính vì điều này, từ năm 2002 ở Châu Âu EUROFOODs đã ra tiêu chuẩn yêu cầu sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 điểm trong kho bảo quản rau quả không quá 2K, hay nói cách khác dao động nhiệt độ trong các kho bảo quản rau quả chỉ là ±1oC. Đây là một yêu cầu rất ngặt nghèo đòi hỏi phải có thiết kế chuyên dụng cho kho bảo quản rau quả. Đó chưa kể tới yêu cầu thông gió để đảm bảo hô hấp cho quả như thế nào là tối ưu.

Tuy nhiên rất đáng tiếc ở Việt Nam chúng ta điều này còn rất lạ lẫm với các ngành các giới. Đây cũng là một trong những lý do mà công nghệ bảo quản lạnh quả vải còn chưa được phát triển như mong muốn.

Tóm lại với các kho lạnh hiện có ở nước ta rất không thích hợp với việc bảo quản hoa quả, trong đó có quả vải. Lý do chính là các kho này để tác động của nhiệt từ bên ngoài cũng như dòng nhiệt vận hành tác động trực tiếp vào rau quả gây ra độ

115

Ở vùng biên do tiếp xúc với luồng khí lạnh nên có nhiệt độ thấp, cường độ hô hấp thấp, lượng hơi nước bốc hơi ít (Hình 4.14). Ở vùng giữa của khu vực bảo quản - vùng gạch chéo, do không được tiếp xúc với không khí lạnh một cách đầy đủ nên nhiệt độ cao hơn, dẫn đến hô hấp diễn ra mãnh liệt hơn và lượng hơi nước bốc hơi lớn hơn. Do cường độ hô hấp tỷ lệ với nhiệt độ của quả theo hàm e-mũ nên nhiệt độ càng cao lại càng kích thích hô hấp, tỏa nhiệt và hơi nước. Đến mức độ chênh lệch nhiệt độ và độ ẩm nhất định sẽ có dòng nhiệt ẩm đi từ vùng giữa khu để quả tới khu vực tiếp xúc trực tiếp với dòng khí lạnh, gây ra đọng sương ở đây, tạo điều kiện để vi sinh vật phát triển gây thối hỏng (hiện tượng nẫu).

hao hụt lớn của các loại sản phẩm này, rút ngắn thời gian bảo quản. Bên cạnh đó việc tổ chức thông gió cho khu vực bảo quản thường để “tự do” gây ra sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các vùng bảo quản, kích thích hô hấp, đọng sương gây ra sự thối hỏng, úa héo.

b. Đề xuất tiêu chí tiên quyết khi thiết kế kho lạnh bảo quản vải

lạnh cho rau quả:

(i) Tổ chức phân phối không khí hợp lý để đảm bảo sự đồng đều về trường

nhiệt độ và độ ẩm trong không gian bảo quản;

(ii) Phải khử tối đa nhiệt truyền từ bên ngoài vào cũng như dòng nhiệt vận

hành;

(iii) Tạo độ ẩm tương đối (ϕ) cao trong môi trường bảo quản.

Trong đó vấn đề (i) có thể xử lý bằng cách tổ chức phân phối không khí với kênh dẫn gió có sự phân bố miệng thổi khá đồng đều như điều hòa công nghệ. Ví dụ về tổ chức thông gió thể hiện ở Hình 4.15 và 4.16.

Vấn đề thứ (ii) có nhiều biện pháp giải quyết, như bố trí các dàn lạnh tĩnh dọc theo tường, dùng vỏ trữ lạnh, tường băng … Tuy nhiên với xu hướng các kho lạnh hiện nay có chiều cao và kích thước lớn do đó việc sử dụng dàn lạnh tĩnh khó thực hiện. Vì thế thường hiện nay các kho bảo quản rau quả người ta dùng dạng hai vỏ, vỏ động, vỏ trữ lạnh để khắc phục. Để giảm dòng nhiệt vận hành động cơ của quạt phải được đặt trước dàn lạnh.

Vấn đề thứ (iii) từ lý thuyết xử lý không khí ẩm, có thể giải quyết bằng cách tăng diện tích của dàn lạnh để nhiệt độ của không khí thổi ra chênh với nhiệt độ của dàn lạnh (ϕ = 1) không lớn do đó độ ẩm tương đối cao. Ngoài ra cũng có thể sử dụng thiết bị gia ẩm.

Để giải quyết được vấn đề trên cần giải quyết 3 vấn đề chính khi thiết kế kho

Hình 4.16 Kho lạnh có hệ thống phân phối không khí lạnh kiểu ống Hình 4.15 Kho lạnh có hệ thống phân phối không khí lạnh kiểu kênh

4.5.2.2. Đề xuất kho lạnh thử nghiệm bảo quản vải

116

Trên cơ sở ba tiêu chí nêu trên trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp cơ sở mã số T2014-57 nghiên cứu sinh đã chế tạo ra tủ bảo quản có kết cấu độc đáo và đạt

được các thông số công nghệ như nhiệt độ, độ ẩm rất đồng đều (Hình 4.9). Tủ này đã được nghiên cứu sinh phát triển thêm và đăng ký sở hữu trí tuệ.

- Dải nhiệt độ làm việc 0 ÷ 30oC. - Độ đồng đều nhiệt độ đạt được ± 0,5oC, độ dao động nhiệt độ ± 0,5oC và tốc

độ không khí lạnh ≤ 0,5 m.s-1;

- Độ ẩm tương đối ϕ cao từ 0,9 ÷ 0,98 do diện tích dàn lạnh lớn so với thể tích

của tủ, kết hợp với áo băng;

- Do khử gần hết các nguồn nhiệt khác vì vậy nhiệt lượng mà dòng không khí

đi vào buồng bảo quản nhận xấp xỉ nhiệt hô hấp của quả vải.

Với tủ lạnh này nghiên cứu sinh đã tiến hành thí nghiệm bảo quản quả vải. Số lượng hộp vải đưa vào bảo quản 2, khối lượng mỗi hộp khoảng 5 kg, một hộp vải đã được làm lạnh sơ bộ rồi mới đưa vào bảo quản, hộp còn lại vải chưa được làm lạnh sơ bộ để đối chứng.

Kết quả thí nghiệm này cho thấy về độ hao hụt tự nhiên của quả vải khi bảo quản trong tủ này trong vòng 37 ngày như đã trình bày chi tiết ở mục 4.6 là khoảng rất thấp so với tỉ lệ hao hụt trong lĩnh vực bảo quản quả vải.

Ngoài ra với thiết bị thí nghiệm nêu trên quả vải đã kéo dài được thời gian bảo quản lên tới 37 ngày, với chất lượng rất tốt. Kết quả phân tích chất lượng quả vải theo phương pháp đã trình bày ở chương 2 cho kết quả được thể hiện ở Bảng 4.3, Bảng 4.4 và 4.5. Như vậy có thể thấy, nếu có thể thiết kế chế tạo được kho lạnh bảo quản phù hợp với quả vải, dù bảo quản không ở trong môi trường khí cải biến MAP, hay trong trường điện từ yếu CAS [7] [128] vẫn có thể có giải pháp khả thi mang tính nội địa để bảo quản quả vải nâng cao chất lượng đầu ra và giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch.

Hàm lượng axit malic, (%) Vitamin C, (mg/100g)

Bảng 4.3 Chất lượng mẫu số 1: quả vải bảo quản có làm lạnh sơ bộ năm 2014 Hàm lượng chất Thời gian bảo quản, khô hòa tan, tuần (Brix) Đường tổng số, (%)

1 7.54 0.18 21.87 15.00

2 5.80 0.12 65.33 16.50

3 9.38 0.13 123.08 17.00

117

4 9.49 0.11 77.26 16.5

Hàm lượng axit malic, (%) Vitamin C, (mg/100g)

Bảng 4.4 Chất lượng mẫu số 2: quả vải bảo quản có làm lạnh sơ bộ năm 2014 Hàm lượng chất Thời gian bảo quản, khô hòa tan, tuần (Brix) Đường tổng số, (%)

1 7.54 0.18 21.87 15.00

2 6.66 0.08 72.37 15.50

3 9.38 0.13 123.08 17.00

4 8.87 0.12 84.94 16

Bảng 4.5 Chất lượng quả vải bảo quản không làm lạnh sơ bộ năm 2015

Vitamin C (mg/100 g)

Thời gian bảo quản, ngày Đường tổng số (%) Hàm lượng axit malic (%) Hàm lượng chất khô hòa tan (Brix)

Ban đầu 14.53 0.12 21.24 15.00

Sau 14 ngày 11.66 0.08 22.37 16.00

Sau 19 ngày 12.02 0.09 18.17 15

Sau 37 ngày 13.04 0.10 29.72 15

4.6. Kết luận chương 4

Trong nội dung chương này nghiên cứu sinh đã nghiên cứu mô hình hô hấp -

bay hơi cho quả vải và đã đạt được một số kết quả chính như sau:

(i) Dựa trên cách tiếp cận của Jadan, nghiên cứu sinh đã phát triển thành công mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên cho quả vải trong quá trình bảo quản cơ sở trên nguyên lý hệ nhiệt động đẳng áp và định luật bảo toàn năng lượng. Sai số giữa mô hình tính toán và thực nghiệm cao nhất là 1,3%. Từ mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên có thể dự báo được thời gian bảo quản lạnh tối đa phục vụ cho xuất khẩu quả vải tốt nhất là từ 28 ÷ 35 ngày;

118

(ii) Dựa trên mô hình Arrhenius tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ và hơn 20 thí nghiệm đo cường độ hô hấp được lặp đi lặp lại trong 3 mùa vụ vải của 3 năm 2014, 2015, 2016, luận án đã xây dựng thành công mô hình hô hấp của vải Lục Ngạn phụ thuộc vào nhiệt độ. Đây là tham số đặc biệt quan trọng trong quá trình chế biến và bảo quản quả vải của Việt Nam. Kết quả này là lần đầu tiên việc đo và xây dựng cường độ hô hấp của một loại quả cụ thể được tiến hành một cách bài bản, được lặp đi lặp lại trong ít nhất 3 mùa vụ tại Việt Nam. Kết quả này có độ tin cậy cao, có thể dùng trong các nghiên cứu và tính toán khác;

(iii) Từ mô hình xác định nhiệt tỏa do hô hấp phụ thuộc vào cường độ hô hấp, nhiệt độ bảo quản, nghiên cứu sinh đã xây dựng được phần mềm tính nhiệt tỏa do hô hấp và xác định lượng không khí cần thiết cho thông gió;

(iv) Ứng dụng kết quả nghiên cứu ở mục 3.1 về tính chất nhiệt vật lý và 3.2 về mô phỏng quá trình làm lạnh, mục 4.2, 4.3 về mô hình hô hấp, nhiệt tỏa do hô hấp, mục 4.4 độ hao hụt của quả, chúng ta có thể xác định được nhu cầu về năng suất lạnh cho từng khâu trong các quá trình từ làm lạnh sơ bộ cho tới quá trình bảo quản lạnh. Chuỗi lạnh này gồm các khâu làm lạnh sơ bộ, vận tải, tái lạnh. Lần đầu tiên ở Việt Nam có một nghiên cứu đã đưa ra cơ sở khoa học và phương pháp tính toán cho việc xác định các thông số công nghệ cơ bản của một chuỗi lạnh dành cho việc chế biến và bảo quản quả vải. Từ đó mới có thể nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản cho quả vải.

(v) Từ việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số tới độ hao hụt tự nhiên, cường độ hô hấp làm cơ sở để nghiên cứu sinh xây dựng thành công một tủ lạnh phù hợp với việc bảo quản quả vải với các thông số có dải nhiệt độ làm việc 0 ÷ 30oC. Độ đồng đều nhiệt độ đạt được ± 0,5oC, độ dao động nhiệt độ ± 0,5oC và tốc độ không khí lạnh ≤ 0,5 m.s-1 cũng như độ ẩm tương đối cao 90 ÷ 98%;

(vi) Với tủ lạnh chế tạo nghiên cứu sinh đã tiến hành các thí nghiệm bảo quản quả vải cho kết quả có thể bảo quản tới 37 ngày với chất lượng tốt. Đây là tiền đề để phát triển mở rộng ứng dụng ra các kho lạnh lớn hơn.

Luận án cũng đã đề xuất các tiêu chí đối với việc thiết kế lắp đặt kho lạnh

119

dùng để bảo quản quả vải. Kết quả này có ý nghĩa ứng dụng rất lớn.

Chương 5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1. Kết luận

Từ kết quả nghiên cứu ở các chương, luận án đã hoàn thành các mục tiêu đề ra

và đạt được các kết quả chủ yếu được thể hiện trong các kết luận sau.

5.1.1. Ý nghĩa khoa học đạt được

1. Phát triển thành công mô hình tính toán dùng để dự đoán tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng cơ bản gồm có nhiệt dung riêng đẳng áp (C), 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 chính là các lớp chính của quả vỏ, cùi, hạt. Tính chất nhiệt vật lý của từng lớp được xác định thông hàm lượng nước được xác định qua thực nghiệm.

2. Đã 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. Kết quả so sánh giữa mô phỏng và thí nghiệm kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ trong 2 trường hợp: (i) trong môi trường nước lạnh, (ii) trong môi trường không khí đối lưu, cho sai số trong trường hợp (i) về nhiệt độ là 0,76oC, về thời gian làm lạnh là 86 s. Kết quả của trường hợp (ii) về trường nhiệt độ 0,28oC về thời gian làm lạnh 1052 s. Như vậy, mô hình mô phỏng và mô hình tính chất nhiệt vật lý có độ tin cậy cao đối với quả vải. Mô hình này có thể được áp dụng cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm rút ngắn thời gian nghiên cứu, khối lượng và chi phí thực nghiệm để phát triển công nghệ bảo quản quả vải;

3. Trên cơ sở sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu và thuật toán lát cắt vàng luận án cũng đã đề xuất phương án gián tiếp xác định α để hiệu chỉnh mô hình mô phỏng phù hợp với đối tượng quả có vỏ thô ráp;

4. Luận án cũng đã phát triển được một phương pháp xác định vị trí của cặp nhiệt bên trong quả vải tương đương hình cầu. Với giả thiết vị trí cặp nhiệt là chưa biết và nó được xác định tại một số phần tử thể tích khác nhau. Phương pháp này đã loại bỏ được một số sai số tích lũy có thể xảy ra trong tính toán.

120

5. 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. Đây là tham số đặc biệt quan trọng trong quá trình chế biến và bảo quản quả vải Lục Ngạn của Việt Nam. Kết quả này có độ tin cậy cao, có thể dùng trong các nghiên cứu và tính toán khác cho quá trình chế biến – bảo quản quả vải;

6. 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 kín, đẳng áp, bảo toàn năng lượng. Sai số giữa mô hình tính toán và thực nghiệm cao nhất là 1,3%. Từ mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên có thể dự báo được thời gian bảo quản lạnh tối đa phục vụ cho xuất khẩu quả vải.

5.1.2. Ý nghĩa thực tiễn đạt được

1. Sử dụng mô hình mô phỏng để đề xuất tốc độ nước tuần hoàn < 0,2 m·s-1 của quá trình làm lạnh quả vải trong môi trường nước đá là thích hợp. Đối với làm lạnh sơ bộ bằng không khí đối lưu, tốc độ không khí có ảnh hưởng rõ rệt tới thời gian làm lạnh. Làm lạnh sơ bộ bằng không khí đối lưu sẽ mất nhiều thời gian hơn và tăng chi phí năng lượng, đồng thời sẽ phải xây dựng nhiều kho lạnh lớn. Do đó làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước đá sẽ phù hợp hơn với sản xuất quy mô công nghiệp và nhất là ở điều kiện Việt Nam.

2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu về: tính toán tính chất nhiệt vật lý, mô phỏng quá trình làm lạnh, mô hình hô hấp, nhiệt tỏa do hô hấp và mô hình độ hao hụt của quả vải chúng ta có thể xác định được nhu cầu về năng suất lạnh cho từng khâu trong quá trình từ làm lạnh sơ bộ cho tới quá trình bảo quản lạnh. Chuỗi lạnh này gồm các khâu làm lạnh sơ bộ, vận tải, tái lạnh. Đây là cơ sở khoa học và phương pháp tính toán cho việc xác định các thông số công nghệ cơ bản của một chuỗi lạnh dành cho việc chế biến và bảo quản quả vải. Từ đó có thể nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản cho quả vải.

3. Luận án đã xây dựng được phần mềm tính nhiệt tỏa do hô hấp và lưu lượng không khí cần thiết cho quá trình bảo quản. Từ đó có cơ sở tính toán năng suất lạnh cho hệ thống, với lưu lượng không khí cần thiết là cơ sở để thiết kế và tổ chức thông gió cho kho lạnh.

4. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số tới độ hao hụt tự nhiên, cường độ hô hấp là cơ sở để xây dựng thành công một mẫu tủ lạnh phù hợp với việc bảo quản quả vải với các thông số có dải nhiệt độ làm việc 0 ÷ 30oC. Độ đồng đều nhiệt độ đạt được ± 0,5oC, độ dao động nhiệt độ ± 0,5oC và tốc độ không khí lạnh ≤ 0,5 m.s-1 cũng như độ ẩm tương đối cao 90 ÷ 98%. Với mẫu tủ lạnh chế tạo, đặc biệt đã tiến hành các thí nghiệm bảo quản quả vải cho kết quả: có thể bảo quản tới 37 ngày với chất lượng tốt. Đây là tiền đề tốt để phát triển mở rộng ứng dụng ra các kho lạnh lớn hơn.

5. Luận án cũng đã đề xuất các tiêu chí đối với việc thiết kế lắp đặt kho lạnh

121

dùng để bảo quản quả vải. Kết quả này có ý nghĩa ứng dụng rất lớn.

5.2. Kiến nghị 5.2.1. Về các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo

1. Dựa trên các yêu cầu và các tiêu chí của kho lạnh bảo quản quả vải đã được nghiên cứu, nghiên cứu sinh đề xuất phát triển mẫu kho lạnh thử nghiệm trong luận án để áp dụng vào thực tế. Mẫu kho lạnh bảo quản có khả năng kiểm soát độ hao hụt tự nhiên kiến nghị áp dụng trong thực tế là kho lạnh cỡ nhỏ.

2. Trên cơ sở có được mẫu kho áp dụng trong thực tế, tiến hành nghiên cứu tối

ưu khả năng chất tải trong một đơn vị thể tích kho.

3. Phát triển mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh, hô hấp, độ hao hụt tự nhiên để tối ưu hóa các thông số công nghệ của mẫu kho lạnh cỡ nhỏ để giảm thiểu năng lượng tiêu hao trong quá trình bảo quản và cũng để tìm ra phương pháp phù hợp thiết kế kho lạnh dùng cho bảo quản rau quả trong thực tế sử dụng.

5.2.2. Về các nghiên cứu khoa học tiếp theo

1. Nghiên cứu phát triển mô hình truyền nhiệt có nguồn nhiệt bên trong với điều kiện biên loại 3 kết hợp với điều kiện biên loại 4. Với cấp độ chính xác cao hơn phù hợp với nghiên cứu tối ưu các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải sau thu hoạch.

2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ethylen, CO2, O2 tới cường độ hô hấp của quả vải sau thu hoạch.

3. Luận án này đã được thực hiện để nghiên cứu quá trình truyền nhiệt, tỏa ẩm của quả vải. Các nghiên cứu trong tương lai có thể được mở rộng tới việc xem xét ảnh hưởng của các yếu tố khác: như thay đổi kích thước vật lý do co ngót trong quá trình làm lạnh và phân bố nhiệt tỏa do hô hấp theo cấu trúc tế bào.

122

4. Quả vải bảo quản lạnh nhằm phục vụ một phần nhu cầu rộng rãi của thị trường về hoa quả tươi. Trên thực tế, quả vải còn dùng cho sản xuất đồ uống đóng chai, đây là một phần nhu cầu không thể thiếu. Vì vậy, việc xây dựng mô hình thông số nhiệt vật lý của quả vải dưới điểm băng nhằm hỗ trợ nghiên cứu chi tiết về quá trình cấp đông quả vải và bảo quản đông lạnh là điều cần thiết trong tương lai.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

[1] Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn (2003) 10 TCN 418 – 2000. Tuyển tập tiêu chuẩn nông nghiệp Việt Nam, tập 6 tiêu chuẩn rau quả, quyển 2, Hà Nội, 2003

[2] Đinh Văn Thuận (1996) Xác định bằng thực nghiệm các đặc trưng truyền dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt và vấn đề tính toán hợp lý cách nhiệt kho lạnh trong điều kiện Việt Nam. Luận án Phó tiến sĩ Khoa học kỹ thuật, chuyên ngành Nhiệt năng công nghiệp, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1996 [3] Đỗ Hữu Hoàng (2014) Nghiên cứu mô phỏng và xác định chế độ cấp đông hợp lý cho cá tra Việt Nam. Luận án Tiến sĩ Khoa học kỹ thuật, chuyên ngành kỹ thuật nhiệt 62520115, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2014

[4] Hà Đăng Trung, Nguyễn Quân (1997) Cơ sở kỹ thuật điều tiết không khí. Nhà

xuất bản Khoa học & Kỹ thuật

[5] Hoàng Thị Hiền, Bùi Sỹ Lý (2004) Thông gió. Nhà xuất bản xây dựng, Hà

Nội, 2004

[6] Hồ Hữu Phùng, Nguyễn Việt Dũng (2012) Mô hình hô hấp – bay hơi của rau quả tươi trong môi trường bao gói khí cải biến. Tạp chí Năng lượng nhiệt số 108, 11/2012

[7] Nghị định thư về Khoa học và Công nghệ (2013) Hợp tác xây dựng Trung tâm công nghệ Cell Alive System (CAS) bảo quản nông sản, hải sản, thực phẩm Việt Nam. Bộ Khoa học và Công nghệ. Viện nghiên cứu phát triển vùng - Công ty ABI Nhât Bản, 2013

[8] Nghị quyết 48/NQ-CP ngày 23/9/2009 của Chính phủ về cơ chế chính sách

giảm tổn thất sau thu hoạch đối với nông sản, thủy sản

[9] Nguyễn Đình Thọ (2002) Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến khả năng truyền dẫn nhiệt qua kết cấu bao che của một không gian có làm lạnh nhân tạo. Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành nhiệt năng công nghiệp, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2002

[10] Nguyễn Đức Lợi (2007) Hướng dẫn thiết kế Hệ thống lạnh. Nhà xuất bản

Khoa học kỹ thuật, 2007

[11] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (2007) Kỹ thuật lạnh cơ sở. Nhà xuất bản

Giáo dục

[12] Nguyễn Hồng Sơn (2016) Báo cáo kết quả thực hiện công tác 2016 và triển khai kế hoạch năm 2017 lĩnh vực trồng trọt. Cục trồng trọt, Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, ngày 15 tháng 12 năm 2016

123

[13] Nguyễn Phan Thiết, Nguyễn Thị Bích Thủy (2012) Ảnh hưởng của 1- Methylcyclopropene đến chất lượng bảo quản vải thiều (Litchi chinensis Sonn.). Tạp chí Khoa học và Phát triển 2012 Tập 10, số 5: 798 – 804

[14] Nguyễn Việt Dũng (2013) Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp bộ mã số: B2010-01-355: Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ bảo quản xoài và đu đủ tươi sử dụng nhiệt độ thấp kết hợp công nghệ khí điều biến. Bộ giáo dục và đào tạo, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2013

[15] Nguyễn Việt Dũng (2015) Phương pháp xác định đặc tính của quá trình làm lạnh và cấp đông xoài Cam Ranh. Tạp chí Năng lượng nhiệt, 123-05/2015, ISSN0868-3336. Tr.21-25

[16] Phạm Anh Tuấn, Phạm Thị Thanh Tinh (2014) Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bảo quản quả vải thiều bằng phương pháp kiểm soát khí quyển (CA – Controlled Atmosphere. Khoa học công nghệ, Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, kỳ 2, tháng 8/2014

[17] Quyết định số 1895/QĐ-TTg ngày 17/12/2012 về việc phê duyệt Chương trình phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao thuộc Chương trình quốc gia phát triển công nghệ cao đến năm 2020.

[18] ThS. Cao Văn Hùng (2006) Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước mã số KC 06.25NN: nghiên cứu ứng dụng công nghệ bao gói điều biến khí (modified atmosphere packaging – MAP) nhằm nâng cao giá trị một số loại rau quả xuất khẩu và tiêu dùng trong nước. Viện cơ điện Nông nghiệp và sau thu hoạch 4-2006

[19] Trần Văn Phú (1997) Những vấn đề chọn lọc lý thuyết truyền nhiệt truyền

chất. Giáo trình sau đại học, Đại học Bách Khoa Hà Nội,1997, trang 25 - 36

[20] TS. Cao Văn Hùng, ThS. Nguyễn Thị Tú Quỳnh, ThS. Lê Đức Thông, ThS. Tạ Phương Thảo, KS. Đặng Xuân Mai, KS. Vũ Đức Hưng (2008) Tài liệu tập huấn kỹ thuật sơ chế bảo quản quả. Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, Trung tâm khuyến nông – khuyến ngư Quốc gia

[21] Vũ Duy Trường (1992) Nghiên cứu một số tính chất vật lý của không khí ẩm có ảnh hưởng đến quá trình biến đổi năng lượng và trao đổi nhiệt. Tạp chí giao thông vận tải và bưu điện, số 1 năm 1992, trang 49 – 51

[22] Vũ Duy Trường (1992) Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến hệ số trao đổi nhiệt đối lưu. Tạp chí giao thông vận tải và bưu điện, số 8, tháng 8 năm 1992, trang 37 – 39

[23] Vũ Huy Khuê (2015) Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất và các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lạnh đông cá Thu. Luận văn tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2015, trang 15 -17

[24] Vũ Thị Thúy, Nguyễn Thị Bích Thủy (2011) Ảnh hưởng của độ chín thu hoạch đến chất lượng và thời gian bảo quản quả vải thiều. Tạp chí khoa học và phát triển 2011: Tập 9, số 2: 265-270 Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội

Tài liệu tiếng Anh

124

[25] 2002 Asean Rok Postharvest Program Supported by ASEAN Secretariat/MOFAT of ROK August 26-October 19 (2002) Post harvest

Technology of Fresh Produce for ASEAN Countries. Korea Food Research Institute Seongnam, Kyonggi 463-746 Republic Of Korea

suppressed

and Technology 121,

[26] Ahmad Sattar Khan, Naveed Ahmad, Aman Ullah Malik And Muhammad Amjad (2012) Cold Storage Influences the Postharvest Pericarp Browning and Quality of Litchi. International Journal Of Agriculture & Biology [27] Ali, Sajid; Khan, Ahmad Sattar; Malik, Aman Ullah (2016a) Postharvest L - cysteine application delayed pericarp browning, lipid peroxidation and maintained antioxidative activities of litchi fruit. In Postharvest Biology pp. 135–142. DOI: 10.1016/j.postharvbio.2016.07.015

[28] Ali, Sajid; Khan, Ahmad Sattar; Malik, Aman Ullah; Shahid, Muhammad (2016b) Effect of controlled atmosphere storage on pericarp browning, bioactive compounds and antioxidant enzymes of litchi fruits. In Food chemistry 206, pp. 18–29. DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.03.021

[29] Amendola, Mariangela; Dussán-Sarria, Saul; Rabello, Anderson A. (2009) Determination of the convective heat transfer coefficient of fig fruits submitted to forced air precooling. In Rev. bras. eng. agríc. ambient. 13 (2), pp. 176–182. DOI: 10.1590/S1415-43662009000200011

[30] Ardhana Singh, D.S. Mishra (2013) Studies on physical changes in litchi (Litchi chinensis Sonn.) fruits during fruit growth under tarai conditions of Uttarakhand. Pantnagar Journal of Research, Vol.11(2), May -August 2013, pp.239-242

[31] ASHRAE Refrigeration Handbook (SI) (2002). Thermal Properties of foods.

USA, Tullie Circle, N.E. Atlanta, Chapter 8

[32] Bagshaw J, Underhill S, Dahler J (1994) Lychee hydrocooling. Queensland

Fruit and Vegetable News June 16, 12-13

[33] Baird CD, Gaffney JJ (1976) A numerical procedure for calculating heat transfer in bulk loads of fruits or vegetables. ASHRAE Transactions 1976; 82:525-40

[34] В.З.ЖАДАН (1985) ВЛАГООБМЕН ВПЛОДО-ОВОЩЕ-ХРАНИЛИЩАХ.

МОСКВА АГРОПРОМИЗДАТ, 1985

In HVAC&R Res. (2), 2

[35] Becker, Bryan; Misra, Anil; Fricke, Brian (1996a) Bulk Refrigeration of Fruits and Vegetables Part I. Theoretical Considerations of Heat and Mass Transfer. pp. 122–134. DOI: 10.1080/10789669.1996.10391338

125

[36] Becker, Bryan R.; Fricke, Brian A. (2004) Heat transfer coefficients for forced-air cooling and freezing of selected foods. International Journal of Refrigeration 27 (5), pp. 540–551. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2004.02.006 [37] Ben-Amor, Rihab; Dhouibi, Mohamed Habib; Aguayo, Encarna (2016) Hot water treatments combined with cold storage as a tool for Ectomyelois ceratoniae mortality and maintenance of Deglet Noor palm date quality. In

and Technology 112, pp. 247–255. DOI:

Postharvest Biology 10.1016/j.postharvbio.2015.09.005

[38] Beukema, K. J. (1980) Heat and mass transfer during cooling and storage of agricultural products as influenced by natural convection. Wageningen: Centre for Agricultural Publishing and Documentation (Verslagen van Landbouwkundige onderzoekingen - Wageningen, 897)

[39] Bhushan, Bharat; Pal, Ajay; Narwal, Rajesh; Meena, Vijay Singh; Sharma, Pritam Chand; Singh, Jitendra (2015) Combinatorial approaches for controlling pericarp browning in Litchi (Litchi chinensis) fruit. In Journal of food science and technology 52 (9), pp. 5418–5426. DOI: 10.1007/s13197- 015-1712-8

[40] Brennan, James G. (2006). Food processing handbook. Weinheim: Wiley-

VCH

[41] Brooker, D.B. (1967) Mathematical model of the psychrometric chart. Trans.

Am. Soc. agric. Engrs 10: 558-560, 563

[42] Brosnan, Tadhg; Sun, Da-Wen (2001) Precooling

techniques and applications for horticultural products - A review. In International Journal of Refrigeration 24 (2), pp. 154–170. DOI: 10.1016/S0140-7007(00)00017-7

Technology pp. 8–13. 73,

[43] Bryant, P. H. (2012) A model of postharvest moisture loss under air currents to reduce pericarp browning of litchi (Litchi chinensis Sonn.). In Postharvest DOI: and Biology 10.1016/j.postharvbio.2012.05.006

[44] Cabral, Thalita Azevedo; Cardoso, Leandro de Morais; Pinheiro-Sant’Ana, Helena Maria (2014) Chemical composition, vitamins and minerals of a new cultivar of lychee (Litchi chinensis cv. Tailandes) grown in Brazil. In Fruits 69 (6), pp. 425–434. DOI: 10.1051/fruits/2014031

[45] Caleb, Oluwafemi James; Opara, Umezuruike Linus; Witthuhn, Corli R. (2012) Modified Atmosphere Packaging of Pomegranate Fruit and Arils. A Review. In Food Bioprocess Technol 5 (1), pp. 15–30. DOI: 10.1007/s11947- 011-0525-7

[46] Campbell, G.S. (1977) An Introduction to Environmental Biophysics.

Springer–Verlag, New York

[47] Carson, James K. (2006) Review of effective thermal conductivity models for foods. In International Journal of Refrigeration 29 (6), pp. 958–967. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2006.03.016

[48] Charm, S.E. (1978) The Fundamentals of Food Engineering, 3rd edn., AVI

Publishing, Westport, CT, 1978

J Food Science 55

126

[49] Chau, K. V.; Gaffney, J. J. (1990) A Finite-Difference Model for Heat and Mass Transfer in Products with Internal Heat Generation and Transpiration. (2), pp. 484–487. DOI: 10.1111/j.1365- In 2621.1990.tb06792.x

[50] Chen, C.S. (1985) Thermodynamic analysis of the freezing and thawing of foods: Enthalpy and apparent specific heat. Journal of Food Science 50:1158 [51] Choi, Y. and Okos, M.R. (1986) Effects of temperature and composition on the thermal properties of foods. In Food Processing and Process Applications Vol. I Transport Phenomenon, LaMaguer, M. and Jelen, P. (Eds.), Elsevier, New York, 1986

[52] Churchill SW (1983) Free convection around immersed bodies. In ‘Heat exchanger design handbook’ (Ed. EU Schlunder) 31 pp. (Taylor and Francis, New York)

[53] Corradini, Maria G.; Normand, Mark D.; Peleg, Micha (2005) Calculating the efficacy of heat sterilization processes. In Journal of Food Engineering 67 (1-2), pp. 59–69. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2004.08.001

[54] Crank, J. (1975) The mathematics of diffusion (2nd ed.). Oxford: Clarendon

Press

[55] Cuesta, Francisco J.; Lamúa, Manuel (2009) Fourier series solution to the heat conduction equation with an internal heat source linearly dependent on temperature: Application to chilling of fruit and vegetables. In Journal of Food Engineering 90 (2), pp. 291–299. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2008.06.036 [56] da Silva, Wilton Pereira; e Silva, Cleide M. D. P. S.; O. Farias, Vera Solange de; e Silva, Diogo D. P. S. (2010) Calculation of the convective heat transfer coefficient and cooling kinetics of an individual fig fruit. In Heat and Mass Transfer 46 (3), pp. 371–380. DOI: 10.1007/s00231-010-0577-7

[57] Dequan Sun, Guobin Liang, Jianghui Xie, Xintao Lei, Yiwei Mo (2010) Improved preservation effects of litchi fruit by combining chitosan coating with ascorbic acid treatment during postharvest storage. African Journal of Biotechnology Vol. 9(22), pp. 3272-3279, 31 May, 2010

[59] Dinçer, İbrahim (2017) Refrigeration systems and applications. Thrid

edition. Chichester West Sussex UK: John Wiley & Sons Inc

in [60] Dincer, Ibrahim (1997) New effective Nusselt-Reynolds correlations for food- cooling applications. In Journal of Food Engineering 31 (1), pp. 59–67. DOI: 10.1016/S0260-8774(96)00004-0 [61] Dinçer, İbrahim (1997) Heat

food cooling applications. transfer Washington, D.C., London: Taylor & Francis (Series in chemical and mechanical engineering)

[62] Dincer, Ibrahim (1995) Thermal Cooling Data For Figs Exposed To Air

Cooling. Int. Comm. Heat Mass Transfer Vol. 22, No. 4, pp. 559-566, 1995

[63] Erdogdu, Ferruh (2008) Optimization in food engineering. Boca Raton, Fla.:

127

CRC; London: Taylor & Francis

[64] Estela, de Rezende Queiroz; Celeste, Maria Patto de Abreu; Denise, Alvarenga Rocha; Mariana, Aparecida Braga (2015) Anti-nutritional compounds in fresh and dried lychee fractions (Litchi chinensis Sonn.). In Afr. J. Agric. Res. 10 (6), pp. 499–504. DOI: 10.5897/AJAR2014.8750 [65] Fricke, Brian; Becker, Bryan (2001) Evaluation of Thermophysical Property (4), pp. 311–330. DOI: In HVAC&R Res. 7 for Foods.

Models 10.1080/10789669.2001.10391278

[66] Fricke, Brian A.; Becker, Bryan R. (2002) Calculation of heat transfer coefficients for foods. In International Communications in Heat and Mass Transfer 29 (6), pp. 731–740. DOI: 10.1016/S0735-1933(02)00363-9 [67] G. N. Dul'nev and V. V. Novikov (1977) EFFECTIVE CONDUCTIVITY OF SYSTEMS WITH INTERPENETRATING COMPONENTS. The name of Plenum Publishing Corporation, 227 West 17th Street, New York, N. Y.0011, Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 33, No. 2, pp. 271-274, August, 1977

[68] Hoang Khanh Duy, Nguyen Viet Dung, Vu Huy Khue (2013). Effective Specific Heat for Freezing food. Journal of Science & Technology- technical universities ISSN0868-3980 No 93.P.44-48

[69] Holcroft, Deirdre M.; Mitcham, Elizabeth J. (1996) Postharvest physiology and handling of litchi (Litchi chinensis Sonn.). In Postharvest Biology and Technology 9 (3), pp. 265–281. DOI: 10.1016/S0925-5214(96)00037-3 [70] Holdsworth, S. D.; Simpson, Ricardo (2008a) Thermal processing of packaged foods. 2nd ed. New York: Springer (Food engineering series) [71] He, Y., (2005) Rapid thermal conductivity measurement with a hot disk

sensor, Part I. Theoretical considerations. Thermochim. Acta 436, 122–129

[72] Heldman, D.R. and Singh, R.P. (1981) Food Process Engineering. 2nd ed.,

Van Nostrand Reinhold. New York, 1981

[74]

[73] Huang, Chao-Chia (2010) Technology on reducing post-harvest losses and maintaining quality of fruits and vegetables. Proceedings of 2010 AARDO workshop. Taichung: Taiwan Agricultural Research Institute Council of Agriculture (Special publications of TARI, no. 147) I.G. Chumak, V.P. Onhishenco, Nguyen Viet Dzung, A.E. Lagutine (2007) Mathematical modeling of thermal and moisture processes at storage of fruit and vegetable raw material in modified atmosphere packages. J. of Refrigeration Engineering and Technology 2007, 4 (108), pp. 51-57

Environmental pp. 719–725. Sciences 11,

[75] Jiang, Shen; Chao, Li; Hui, Miao; Chao, Deng (2011) Experiment on Different Storage Temperature Impact on Litchi's Quality Change. In Procedia DOI: 10.1016/j.proenv.2011.12.112

[76] Johnson GI, Cooke AW, Sardsud U (2002) Postharvest disease control in

128

lychee. Acta Horticulturae 575, in press

[77] Ketsa S, Leelawatana K (1992) Effect of precooling and polyethylene film liners in corrugated boxes on quality of lychee fruits. Acta Horticulturae 321, 742-746

[78] Kays, S. J. (1991) Metabolic Processes in Harvested Products Respiration. In Post Harvest Physiology of Perishable Plant Products. New York: Van Nostrand Reinhold Publication

[79] Ketsa S, Leelawatana K (1992) Effect of precooling and polyethylene film liners in corrugated boxes on quality of lychee fruits. Acta Horticulturae 321, 742-746

[80] Kore, Vijaykumar T.; Chakraborty, I. (2014) A Review of Non-Chemical Alternatives to SO2 Fumigation to Prevent Pericarp Browning of Litchi. In International Journal of Fruit Science 14 (2), pp. 205–224. DOI: 10.1080/15538362.2013.818392

pp. 97–104. 79, In

[81] Kumar, Vinod; Purbey, Sushil Kumar; Anal, Ajit Kumar Dubedi (2016) Losses in litchi at various stages of supply chain and changes in fruit quality parameters. DOI: Protection Crop 10.1016/j.cropro.2015.10.014

[82] Kumar, Deepak; Mishra, Daya Shankar; Chakraborty, Binayak; Kumar, Prabhat (2013) Pericarp browning and quality management of litchi fruit by antioxidants and salicylic acid during ambient storage. In Journal of food science and technology 50 (4), pp. 797–802. DOI: 10.1007/s13197-011- 0384-2

[83] Law, Victor J. (2013) Numerical methods for chemical engineers using

Excel, VBA, and MATLAB. Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group

[84] Liang, Yu Shen; Wongmetha, Orathai; Wu, Peih Suan; Ke, Lih Shang (2013) Influence of hydrocooling on browning and quality of litchi cultivar Feizixiao during storage. In International Journal of Refrigeration 36 (3), pp. 1173– 1179. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2012.11.007

[85] Lichter, Amnon; Dvir, Orit; Rot, Ilana; Akerman, Miryam; Regev, Rafi; Wiesblum, Aharon et al. (2000) Hot water brushing. An alternative method to SO2 fumigation for color retention of litchi fruits. In Postharvest Biology and Technology 18 (3), pp. 235–244. DOI: 10.1016/S0925-5214(99)00077-0 [86] Lilley, David (2010) NME. Some Useful Excel/VBA Codes for Numerical Methods in Engineering. In : 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. Orlando, Florida. Reston, Virigina: American Institute of Aeronautics and Astronautics

[87] Luther R.Wilhelm (1976) Numerical calculation of psychrometric properties

129

in SI units. Transactions of the ASAE, pp. 318-325

[88] Mangaraj, S.; Goswami, T. K. (2011) Modeling of Respiration Rate of Litchi Fruit under Aerobic Conditions. In Food Bioprocess Technol 4 (2), pp. 272– 281. DOI: 10.1007/s11947-008-0145-z

[89] Mangaraj, S.; Goswami, T. K.; Giri, S. K.; Tripathi, M. K. (2012) Permselective MA packaging of litchi (cv. Shahi) for preserving quality and extension of shelf-life. In Postharvest Biology and Technology 71, pp. 1–12. DOI: 10.1016/j.postharvbio.2012.04.007

[90] Menzel, C.; Waite, G. (2005) Litchi and longan. Botany, production and uses

/ edited by C.M. Menzel and G.K. Waite. Wallingford: CABI

[91] M. M. Molla, M. N. Islam, T. A. A. Nasrin, M. A. J. Bhuyan (2010) Survey on Postharvest Practices and Losses of Litchi in Selected Areas of Bangladesh. Bangladesh J. Agril. Res. 35(3) : 439-451, September 2010 [92] Mohsenin, N. N. (1980) Physical properties of plants and animal materials.

Gordon Breach Sci. Press, New York, USA

[93] National Ozone Unit (2014) HCFC-22 based refrigeration and equipment and HCFC-22 consumption in Vietnam seafood processing and cold storage sector. Consultant’s report. 2014

[94] Neog, M.; Saikia, L. (2010) Control of post-harvest pericarp browning of litchi (Litchi chinensis Sonn). In Journal of food science and technology 47 (1), pp. 100–104. DOI: 10.1007/s13197-010-0001-9

[95] Nguyen Viet Dung, Dang Van Lai (2015) Modeling of the “Tôm sú” shrimp freezing process using the Galerkin’s finite element method. Journal of Science and Technology ISSN2354-1083, 106B-2015, pp.19-24

[96] Nguyen Viet Dung (2008) Development of technological refrigerating processes for mango fruits by thermo physical modeling methods. Ph.D. Thesis for Odessa State Academy of Refrigeration - Odessa, 2008

[97] Nguyen Viet Dung (2014). Effective Specific Heat for Camranh Mango. Journal of Science & Technology- technical universities ISSN0868-3980 No 102.P.112-116

[98] N.R. Markarian, J.-A. Landry and Clément Vigneault (2006) Development of a model for simulating ambient conditions in fresh fruit and vegetable storage facility. Journal of Food, Agriculture & Environment Vol.4 (1): 34- 40. 2006

[99] Olesen Trevor, Neil Wiltshire, Cameron McConchie (2003) Improved post- harvest handling of lychee. A report for the Rural Industries Research and Development Corporation

[100] Olesen, Trevor; Nacey, Lakshmi; Wiltshire, Neil; O’Brien, Susan (2004) Hot water treatments for the control of rots on harvested litchi (Litchi chinensis Sonn.) fruit. In Postharvest Biology and Technology 32 (2), pp. 135–146. DOI: 10.1016/j.postharvbio.2003.10.009

130

[101] Özilgen, Mustafa; Özilgen, Mustafa (2011) Food process modeling and statistical quality control: Handbook of food process modeling and statistical

quality control. With extensive MATLAB applications/Mustafa Özilgen. 2nd ed. Boca Raton, FL: CRC Press

[102] Patankar SV (1980) Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere

Publishing Corporation, New York

[103] Peter Golob, Graham Farrell, John E. Orchard (2002) Crop Post-Harvest: Science and Technology Volume 1 Principles and Practice. Blackwell Science Ltd, a Blackwell Publishing Company

[104] Philippa Bryant (2004) Optimising the Postharvest Management Of Lychee (Litchi chinensis Sonn.) – A Study of Mechanical Injury and Desiccation. Department of Crop Sciences Faculty of Agriculture The University of Sydney

[105] P. NÉVADBA (1982) Methods For The Measurement Of Thermal Conductivity And Diffusivity Of Foodstuffs. Journal of Food Engineering 1 (1982) 93-113

[106] Pornchaloempong P, Sargent SA, Moretti CL (1997) Cooling method and shipping container affect lychee fruit quality. Proceedings of the Florida State Horticultural Society 110, 197-200

[107] Press, William H. (1992) Numerical recipes in FORTRAN. The art of scientific computing / William H. Press … [et al.]. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press

[108] Qian, Wang; Wei, Xu; Shaobi, Dai (2011) Development and application of ice bank precooling equipment used in litchi producing area. In : 2011 International Conference on New Technology of Agricultural. 2011 International Conference on New Technology of Agricultural Engineering (ICAE). Zibo, China: IEEE, pp. 1116–1120

[109] Ray PK (1998) Post-harvest handling of litchi fruits in relation to colour retention – a critical appraisal. Journal of Food Science and Technology 35, 103-116

[110] Richard Stroshine (2000) Physical properties of agricultural metarials and food products. Agricultural And Biological Engineering Deparment, Purdue University, West Lafayette, Indiana

[111] Riederer, Markus; Arand, Katja; Burghardt, Markus; Huang, Hua; Riedel, Michael; Schuster, Ann-Christin et al. (2015) Water loss from litchi (Litchi chinensis) and longan (Dimocarpus longan) fruits is biphasic and controlled by a complex pericarpal transpiration barrier. In Planta 242 (5), pp. 1207– 1219. DOI: 10.1007/s00425-015-2360-y

[112] Robert E. Paull, Ching Cheng Chen, Nancy Jung Chen (2014) Lychee: Postharvest Quality-Maintenance Guidelines. Fruit, Nut, and Beverage Crops. Fruit, Nut, and Beverage Crops June 2014 F_N-29

131

[113] R S Munbodh (2015) Effect of hydro cooling and packaging on the shelf life of cold stored destalked litchis cultivar Taiso. Food and Agricultural

Research and Extension Institute (FAREI), University Of Mauritius Research Journal – Volume 21 – 2015

[114] Siebel, J.E. (1892) Specific heat of various products. Ice and Refrigeration, 2,

pp 256 - 257

[115] S. Mangaraj, T. K. Goswami, MK Tripathi, SK Giri1 and RK Pajnoo (2013) Neural Network Modeling of Respiration Rate of Litchi. Octa Journal of Biosciences

[116] Sweat, V. E. (1974) Experimental Values Of Thermal Conductivity Of Selected Fruits And Vegetables. In J Food Science 39 (6), pp. 1080–1083. DOI: 10.1111/j.1365-2621.1974.tb07323.x

[117] Tashtoush, Bourhan (2000b) Natural losses from vegetable and fruit products in cold storage. In Food Control 11 (6), pp. 465–470. DOI: 10.1016/S0956- 7135(00)00012-8

[118] Taylor, John R. (1997) An introduction to error analysis. The study of uncertainties in physical measurements/John R. Taylor. 2nd ed. Sausalito, Calif.: University Science

[119] Thompson, A. K. (2015) Fruit and vegetables. Harvesting, handling and storage/A.K. Thompson. Third edition. Chichester: Wiley-Blackwell [120] Wang Handong (2006) Estimation of Thermal Properties of Lychee. Journal 2006. Polytechnic, Shenzhen No.3,

of DOI:10.13899/j.cnki.szptxb.2006.03.008

[121] Wang, S.; Tang, J.; Cavalieri, R. P. (2001) Modeling fruit internal heating rates for hot air and hot water treatments. In Postharvest Biology and Technology 22 (3), pp. 257–270. DOI: 10.1016/S0925-5214(01)00085-0

Website

[122] Website.http://www.baohaiquan.vn/Pages/Rau-qua-vuot-gao-dung-thu-3-ve-

xuat-khau-nong-san.aspx

[123] Website.http://vtv.vn/kinh-te/bac-giang-thu-5300-ty-dong-tu-vu-vai-thieu-

2017-20170804104016735.htm

[124] Website.http://baochinhphu.vn/Hoat-dong-dia-phuong/Bac-Giang-thu-5000-

ty-dong-tu-vu-vai-thieu-2016/284387.vgp

[125] Website.http://baochinhphu.vn/Hoat-dong-dia-phuong/Bac-Giang-thang-vu-

vai-thieu-2015/230978.vgp

[126] Website.http://dantri.com.vn/kinh-doanh/vu-mua-vang-cua-vai-thieu-bac-

giang-1407762099.htm

[127] Website.http://www.bacgiang.gov.vn/ves-portal/20102/Bac-Giang:-Thu-

hoach-va-tieu-thu-tren-115.000-tan-vai-thieu.html

[128] Website.http://www.nhandan.com.vn/khoahoc/khoa-hoc/item/23877902-bao-

quan-vai-thieu-bang-cong-nghe-cas.html

132

[129] Website. https://www.gso.gov.vn/default.aspx?tabid=621&ItemID=16174

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

[1] Lê Xuân Tuấn, Nguyễn Việt Dũng, Hà Mạnh Thư (2015) Phương pháp xử lý nhiệt để kéo dài thời gian bảo quản quả vải thiều. Tạp chí Năng lượng nhiệt số 124-7/2015, ISSN 0868-3336

[2] Lê Xuân Tuấn, Nguyễn Việt Dũng, Hà Mạnh Thư (2016) Nghiên cứu thực nghiệm xác định cường độ hô hấp và nhiệt thải đối với quả vải Lục Ngạn. Tạp chí Năng lượng nhiệt số 130-7/2016, ISSN 0868-3336

[3] Lê Xuân Tuấn, Nguyễn Việt Dũng (2016) Tủ bảo quản vắc xin sinh phẩm model BKT-57. Tạp chí Năng lượng nhiệt số 131-9/2016, ISSN 0868-3336 [4] Lê Xuân Tuấn, Nguyễn Việt Dũng, Hà Mạnh Thư (2016) Nghiên cứu thực nghiệm xác định cường độ hô hấp và nhiệt thải đối với quả vải Lục Ngạn. Hội thảo về Công nghệ nhiệt và Kỹ thuật lạnh, 60 năm trường Đại học Bách khoa Hà Nội

[5] Lê Xuân Tuấn, Nguyễn Việt Dũng (2016) Hệ thống lạnh bảo quản ổn định nhiệt ẩm. Cục sở hữu trí tuệ, Công báo sở hữu công nghiệp tập A số 343- 10/2016, trang 12, ISSN 0868-2534

133

[6] Tuan Xuan LE, Thu Manh HA, Dung Viet NGUYEN (2017) Determination of the Natural Convective Heat transfer Coefficient of ‘LucNgan’ Litchi fruits to ice-water Precooling. The 3rd ASEAN Smart Grid Congress and the 5th International Conference on Sustainable Energy, HoChiMinh city, VIETNAM, 2017, ISSN 978-604-73-5710-9

PHỤ LỤC

Nhiệt độ nước đá, oC 4.1

4.16

4.29

4.31

4.38

134

Phụ lục 1 Biến thiên nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh bằng nước đá đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,28oC của quả vải có đường kính 32mm và tại chiều dày quả 15,2mm Thời gian, H:min 19:47 19:48 19:49 19:50 19:51 19:52 19:53 19:54 19:55 19:56 19:57 19:58 19:59 20:00 20:01 20:02 20:03 20:04 20:05 20:06 20:07 20:08 20:09 Nhiệt độ thí nghiệm, oC 31.31 30.86 27.28 24 20.82 18.03 15.67 13.72 12.12 10.82 9.74 8.86 8.14 7.54 7.05 6.64 6.3 6.02 5.77 5.55 5.35 5.16 4.99 Nhiệt độ mô phỏng, oC 31.31 31.07 28.72 25.01 21.26 17.97 15.24 13.01 11.23 9.80 8.67 7.76 7.05 6.48 6.02 5.67 5.38 5.15 4.98 4.83 4.72 4.63 4.56 4.46

135

Phụ lục 2 Biến thiên nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,27oC của quả vải có đường kính 32mm và tại chiều dày quả 16,1mm Thời gian, s 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900 4200 4500 4800 5100 5400 5700 6000 6300 6600 6900 7200 7500 7800 8100 8400 8700 9000 9300 9600 Nhiệt độ thí nghiệm, oC 29 28.97 28.85 28.36 27.79 27.14 26.44 25.71 24.97 24.21 23.45 22.7 21.95 21.22 20.5 19.8 19.13 18.46 17.82 17.19 16.59 16 15.43 14.89 14.36 13.85 13.36 12.89 12.53 12.39 12.15 11.7 11.4 Nhiệt độ không khí, oC 4.2 4.2 4.1 4.1 4 4 4.2 4.3 4.2 3.8 4 4.2 4.2 4.3 4.4 4.3 4.3 4 4 4.1 4.3 4.4 4.4 4.3 4.2 4.2 4.2 4 4.2 4.2 4.3 4.4 4.4 Nhiệt độ mô phỏng, oC 29.00 28.72 27.95 27.16 26.38 25.64 24.92 24.22 23.55 22.89 22.27 21.66 21.07 20.50 19.96 19.43 18.92 18.42 17.94 17.48 17.04 16.61 16.19 15.79 15.40 15.02 14.66 14.31 13.97 13.64 13.33 13.02 12.72

136

Thời gian, s 9900 10200 10500 10800 11100 11400 11700 12000 12300 12600 12900 13200 13500 13800 14100 14400 14700 15000 15300 15600 15900 16200 16500 16800 17100 17400 17700 18000 18300 18600 18900 19200 19500 19800 20100 Nhiệt độ thí nghiệm, oC 11.13 11.01 10.87 10.72 10.57 10.42 10.13 9.87 9.76 9.65 9.53 9.41 9.29 9.18 9.06 8.87 8.6 8.38 8.31 8.25 8.17 8.1 8.02 7.95 7.76 7.59 7.43 7.39 7.35 7.3 7.25 7.2 7.15 7.1 7.05 Nhiệt độ mô phỏng, oC 12.44 12.16 11.90 11.64 11.39 11.15 10.92 10.69 10.48 10.27 10.07 9.87 9.68 9.50 9.32 9.15 8.99 8.83 8.67 8.52 8.38 8.24 8.11 7.98 7.85 7.73 7.62 7.50 7.39 7.29 7.19 7.09 6.99 6.90 6.81 Nhiệt độ không khí, oC 4.5 4.6 4.1 4.1 4.2 4.2 4.2 4.3 4.3 4.4 4.4 4.4 4.5 4.6 4 4.2 4.1 4.1 4.1 4.2 4.2 4.3 4.3 4.3 4.4 4.4 4.6 4 4.2 4.1 4.1 4.1 4.2 4.2 4.3

137

Thời gian, s 20400 20700 21000 21300 21600 21900 22200 22500 22800 23100 23400 23700 24000 24300 24600 24900 25200 25500 25800 26100 26400 26700 27000 27300 27600 27900 28200 28500 28800 29100 29400 29700 30000 30300 30600 Nhiệt độ thí nghiệm, oC 6.99 6.84 6.69 6.6 6.58 6.55 6.53 6.49 6.46 6.43 6.4 6.37 6.34 6.3 6.18 6.08 6.02 6.01 6 5.98 5.96 5.94 5.92 5.9 5.88 5.86 5.85 5.81 5.72 5.65 5.63 5.62 5.61 5.6 5.59 Nhiệt độ mô phỏng, oC 6.73 6.64 6.56 6.49 6.41 6.34 6.27 6.20 6.14 6.07 6.01 5.95 5.90 5.84 5.79 5.74 5.69 5.64 5.59 5.55 5.51 5.46 5.42 5.39 5.35 5.31 5.28 5.24 5.21 5.18 5.15 5.12 5.09 5.06 5.03 Nhiệt độ không khí, oC 4.3 4.3 4.4 4.4 4.5 4.6 4.1 4.3 4.2 4.1 4.1 4.2 4.2 4.3 4.3 4.3 4.4 4.4 4.9 4.5 4.1 4.3 4.2 4.1 4.1 4.2 4.2 4.3 4.3 4.2 4.3 4.5 4.4 4.4 4.5

138

Thời gian, s 30900 31200 31500 31800 32100 32400 32700 33000 33300 33600 33900 34200 34500 34800 35100 35400 Nhiệt độ thí nghiệm, oC 5.58 5.57 5.55 5.55 5.54 5.53 5.49 5.43 5.38 5.37 5.37 5.36 5.36 5.35 5.35 5.34 Nhiệt độ mô phỏng, oC 5.01 4.98 4.96 4.94 4.91 4.89 4.87 4.85 4.83 4.81 4.79 4.78 4.76 4.74 4.73 4.71 Nhiệt độ không khí, oC 5 4.5 4.2 4.2 4.1 4.2 4.2 4.3 4.3 4.4 4.4 4.4 4.5 4.9 4.6 4.2

139

Phụ lục 3 Biến thiên nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu cưỡng bức ω = 0,5 m.s-1 có nhiệt độ 4,35 oC của quả vải có đường kính 31 mm và tại chiều dày quả 14,97 mm Nhiệt độ Thời gian, thí nghiệm, oC s 31.25 0 27.09 300 22.41 600 19.04 900 16.55 1200 14.63 1500 12.59 1800 10.68 2100 9.37 2400 8.7 2700 8.23 3000 7.87 3300 7.6 3600 7.38 3900 7.2 4200 7.05 4500 6.93 4800 6.84 5100 6.76 5400 6.61 5700 6.27 6000 5.99 6300 5.9 6600 5.86 6900 5.84 7200 5.83 7500 Nhiệt độ không khí, oC 4.6 4.5 4.4 4.5 4.5 4.8 4.2 4.2 4.1 4.1 4.2 4.2 4.3 4.3 4.4 4.4 4.5 4.5 4.9 4.3 4.2 4.1 4.1 4.2 4.2 4.2 Nhiệt độ mô phỏng, oC 31.25 29.22 24.69 20.81 17.65 15.10 13.04 11.38 10.03 8.94 8.06 7.35 6.77 6.31 5.93 5.63 5.38 5.19 5.03 4.90 4.79 4.71 4.64 4.58 4.54 4.50

Phụ lục 4 Khả năng bám dính nước lên bề mặt vỏ của quả vải Năm 2014