intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ của quá trình sấy hồng ngoại đối với sản phẩm mít

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST
Báo xấu
21
lượt xem 2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của nghiên cứu này là để xác định quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít. Các quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít đã được thực hiện bởi các thí nghiệm. Kết quả thu được là xây dựng các bài toán tối ưu đa mục tiêu cho quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ của quá trình sấy hồng ngoại đối với sản phẩm mít

  1. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh HNKH-11 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY HỒNG NGOẠI ĐỐI VỚI SẢN PHẨM MÍT ĐOÀN THỊ HỒNG HẢI *, NGUYỄN VĂN DŨNG, LÊ TRẦN CẢNH, HỒ THỊ KHÁNH PHƯỢNG, Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh doanthihonghai@iuh.edu.vn, nguyenvandung@iuh.edu.vn, letrancanh@iuh.edu.vn, hothikhanhphuong@iuh.edu.vn. Tóm tắt: Mục đích của nghiên cứu này là để xác định quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít. Các quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít đã được thực hiện bởi các thí nghiệm. Kết quả thu được là xây dựng các bài toán tối ưu đa mục tiêu cho quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít. Phương pháp UPM (phương pháp điểm không tưởng), giải quyết vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu đã tìm ra các chế độ của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít như sau: nhiệt độ tối ưu của buồng sấy bức xạ hồng ngoại là nhiệt độ 63.430C, thời gian sấy là 7.13 tiếng và cường độ bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy 6.4kW/m2. Chi phí năng lượng cho 1kg sản phẩm là 3,43kWh/kg, độ ẩm sản phẩm mít đạt giá trị tối thiểu 5,13%, sự hao hụt carbonhydrate 7,72%, Từ khóa: Các UPM, Các phương pháp điểm không tưởng, Quá trình sấy bức xạ hồng ngoại; Thực phẩm khô bằng bức xạ hồng ngoại; Mít sấy bằng bức xạ hồng ngoại; Quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của mít; Tối ưu hóa quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít; Tối ưu hóa đa mục tiêu cho quá trình sấy hồng ngoại bức xạ của sản phẩm mít. RESEARCHDETERMINE THE TECHNOLOGICAL MODE OF INFRARED RADIATION DRYING PROCESS OF JACKFRUIT Abstract: The aim of this study was to determine the technological mode of the infrared radiation drying of jackfruit product. The infrared radiation drying process of jackfruit product was carried out by the experimental plans. Results obtained were to build the multi-objective optimization problem of the infrared radiation drying process of jackfruit product. By the UPM (utopian point method), solving the multi- objective optimization problem were found out the technological mode of the infrared radiation drying process of jackfruit product as follow: the optimal temperature of infrared radiation drying chamber was 63.430C, the time of the infrared radiation drying of jackfruit product was 7.13h and the infrared radiation intensity in drying process was 6.40kW/m2. Corresponding to these optimal factors, the energy consumption for 1 kg final product reached the minimum value of 3.43 kWh/kg, the residual water content in jackfruit product reached the minimum value of 5.13%, the loss of carbohydrate reached the minimum value of 7.72%. Keywords: The UPM, The utopian point method, The infrared radiation drying; Food infrared radiation drying; Jackfruit infrared radiation drying; The infrared radiation drying process of jackfruit; Optimization the infrared radiation drying; Optimization the infrared radiation drying process of jackfruit; Multi- objective optimization problem for infrared radiation drying process of jackfruit product. 1.GIỚI THIỆU Mít là cây ăn quả được trồng phổ biến trong khu vực Đông Nam Á (như Malaysia, Indonesia, Lào, Campuchia, Thái Lan và Việt Nam), Sri Lanka, Madagascar, và Brazil. Nói chung, chúng được trồng phổ biến ở Việt Nam và các nước nhiệt đới, (Haq và Nazmul, 2006). Ở Việt Nam, nó được trồng từ Bắc vào Nam, từ đồng bằng ven biển đến vùng núi. Ở phía nam, mít được trồng ở Đồng Nai, Bình Dương, Vĩnh Long, Đồng Tháp ... với mít tố nữ, công nghệ mít, mít dừa, mít Status, mít mật ong, mít Thái. Mít là một sản phẩm tự nhiên có chứa rất nhiều các chất dinh dưỡng quan trọng đối với sức khỏe con người chẳng hạn như protein, lipid, carbohydrate, muối khoáng. Ngoài ra, nó có chứa nhiều hợp chất hoạt tính sinh học có tác dụng rất tốt đối với sức khỏe con người như polysaccharides, vitamin và các enzym (Nazimah, và et al, -100-
  2. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 2008. Kalse và et al., 2012), các sản phẩm mít tại Việt Nam có thể thấy trong Hình 1. Tỷ lệ polysaccharides hoặc các thành phần carbohydrate trong mít là rất cao. Các thành phần cơ bản của sản phẩm mít ở Việt Nam được trình bày trong bảng 1, bảng 2 và bảng 3. (a) b) Hình 1. a) Quả mít; b) Cơm mít (múi mít) Bảng 1. Thành phần hóa học cơ bản của mít sản phẩm tại Việt Nam Thành phần Khối lượng trong 100g vật liệu ban đầu (g) Phần trăm khối lượng (%) Nước 72,34 72,34 Protein 1,56 1,56 Carbohydrate 25,2 25,2 Tro 0,9 0,9 Bảng 2. Các vitamin thành phần của sản phẩm mít ở Việt Nam Đơn Tính theo khối Đơn vị Tính theo khối Chất lượng nguyên liệu Chất lượng nguyên liệu vị ban đầu ban đầu Vitamin μg% 110,0 – 126,0 Vitamin C mg% 07,0 – 10,0 A Vitamin mg% 0,03 – 0,09 Folate, total mg% 12,0 – 14,0 B1 Vitamin mg% 0,05 – 0,42 Folate, food mg% 13,0 – 14,5 B2 Vitamin mg% 22,0 – 24,2 Folate, DFE mg% 13,7 – 14,6 B12 Vitamin mg% 0,865 – 0,920 β-carotene μg% 175,0 – 540,0 B6 Vitamin mg% 0,32 – 0,34 β- cryto-xanthin μg% 5,50 -5,0 E Nguồn: Jackfruit Improvement in the Asia-Pacific Region – A status Report -101-
  3. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Bảng 3. Thành phần chất khoáng có trong thịt mít tươi Tính theo khối Tính theo khối Chất Đơn vị lượng nguyên Chất Đơn vị lượng nguyên liệu ban đầu liệu ban đầu Phosphore mg% 38,0 – 41 Natrium mg% 2,0 – 41,0 Magnesium mg% 25,0 – 27,0 Iron mg% 7,0 – 10,0 Kalium mg% 191,0 – 407,0 Calcium mg% 12,0 – 14,0 Từ Bảng 1, Bảng 2 và 3, rõ ràng là sản phẩm mít rất giàu chất dinh dưỡng, với carbohydrate trong sản phẩm mít có tỷ lệ cao, khoảng 25,2%. Đây là một môi trường lý tưởng cho vi sinh vật sinh sôi và phát triển. Nếu sản phẩm mít không được bảo quản, nó sẽ dễ dàng bị phân hủy hoặc thủy phân và bị oxy hóa, nó sẽ không có giá trị sử dụng lâu dài (Shrinath Baliga, và et al., 2011a và 2011b). Hiện nay, có hai phương pháp thường được sử dụng để bảo quản mít sản phẩm, đó là phương pháp đông lạnh và phương pháp làm khô. Đối với phương pháp đông lạnh sản phẩm mít sau quá trình làm lạnh phải được bảo quản trong môi trường có nhiệt độ thích hợp từ -200C đến -180C và nhiệt độ này phải được duy trì trong suốt thời gian bảo quản và xuất khẩu. Như vậy nó sẽ làm tăng chi phí của quá trình bảo quản sản phẩm mít. Cho nên phương pháp sấy được sử dụng phổ biến hơn. Các sản phẩm mít sau khi sấy khô đặt trong túi nylon và ghép mí lon, nó được bảo quản trong môi trường có nhiệt độ bình thường là 250C. Do đó, nó sẽ không bị mất chi phí cho quá trình bảo quản (Dũng và các cộng sự, 2007. Haugvalstad và et al., 2005). Hiện nay, có nhiều phương pháp sấy khác nhau. Mặc dù có nhiều phương pháp để bảo quản sản phẩm mít, nhưng chọn phương pháp nghiên cứu sấy bức xạ hồng ngoại để bảo quản sản phẩm mít vì phương pháp này có thể làm giảm nhiệt độ của buồng sấy, thời gian của quá trình sấy khô và tiêu thụ năng lượng cũng như làm giảm sự hao hụt chất lượng sản phẩm, (Holman J., năm 1992; Gebhart B., 1992). Tuy nhiên, theo Shrinath Baliga & et al., (2011b), carbohydrate của sản phẩm mít sẽ dễ dàng bị mất trong quá trình sấy khô cũng như trong quá trình bảo quản. Vì vậy, vấn đề đặt ra ở đây là làm thế nào để xác định chế độ sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít để sản phẩm mít sau khi sấy có chất lượng tốt nhất, lượng nước còn lại của sản phẩm mít cuối cùng là dưới 6,0% (Nannur. R & et al., 2011), việc tiêu thụ năng lượng 1 kg sản phẩm đạt đến giá trị tối thiểu. Đây là một câu hỏi mà không có bất kỳ nghiên cứu nào được đề cập đến trong thời gian trước đây. Để trả lời vấn đề này, trong nghiên cứu này các bài toán tối ưu đa mục tiêu mô tả về mối quan hệ giữa các yếu tố khách quan, bao gồm: y1(kWh / kg) - mức tiêu thụ năng lượng của 1 kg sản phẩm mít sau khi sấy bức xạ hồng ngoại; y2(%) - Hàm lượng nước còn lại của sản phẩm sau khi sấy khô; y3(%) – hao hụt carbohydrate của sản phẩm mít; với yếu tố công nghệ, bao gồm: Z1(0C) – nhiệt độ của buồng sấy bức xạ hồng ngoại, Z2(h) - thời gian sấy bức xạ hồng ngoại; Z3(kW / m2)- Cường độ bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy được xây dựng bằng phương pháp thực nghiệm. Các vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu được thể hiện như sau: tìm Zopt= {Z1opt, Z2opt, Z3opt} ∈ΩZ trong lệnh yjmin= F (Z1opt, Z2opt, Z3opt) = min {fj (Z1, Z2, Z3)}. Sau đó tối ưu hóa bởi UPM (Dũng, 2011a, b, c & b, 2012a, b, c và d, 2013, 2014 & 2015), giải quyết vấn đề đa mục tiêu tối ưu hóa này được xác định các chế độ công nghệ cho quá trình đóng băng của mít sản phẩm. -102-
  4. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Hình 2. Ảnh hưởng của các yếu tố tác động đến quá trình sấy hồng ngoại 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Nguyên vật liệu Các nguyên liệu mít được thu hoạch ở Việt Nam. Nó được sơ chế để tạo ra sản phẩm mít như trong Hình 1. Các thành phần cơ bản của sản phẩm mít là trình bày trong Bảng 1, 2 và 3. Sau khi chế biến, sản phẩm mít được sử dụng để thực hiện các thí nghiệm để thiết lập chế độ công nghệ bức xạ hồng ngoại quá trình làm khô bằng phương pháp thực nghiệm. 2.2. Thiết bị Thiết bị sử dụng để nghiên cứu các chế độ cho quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít được liệt kê: • Thiết bị dùng để xác định trọng lượng của sản phẩm mít là cân điện tử: quy mô phạm vi (0 ÷ 350) g, sai số: ± 0.1g = ± 0,0001 kg. • Các hệ thống hồng ngoại sấy bức xạ (Hình 3) được điều khiển tự động bằng máy tính. Các nhiệt độ, cường độ bức xạ hồng ngoại sấy quá trình và các số liệu thời gian của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại được đo bằng máy tính. • Để xác định thành phần carbohydrate của sản phẩm mít trước và sau sấy khô và đo hàm lượng nước còn lại của sản phẩm mít, để xác định mức tiêu thụ năng lượng 1 kg sản phẩm mít được xác định bằng thiết bị HPLC/UVis và 1 số thiết bị khác (trung tâm sắc ký Hải Đăng) Hình 3. Hệ thống sấy bức xạ hồng ngoại -103-
  5. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 2.3. Phương pháp Sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm một số phương pháp như: • Xác định nhiệt độ của tia bức xạ hồng ngoại trong buồng sấy (Z1,0C); thời điểm quá trình sấy bức xạ hồng ngoại (Z2, h) và cường độ bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy khô (Z3, kW/m2) bằng hệ thống điều khiển tự động trên máy tính thông qua quá trình thực nghiệm. • Xác định mức tiêu thụ năng lượng (y1, kWh / kg) cho 1 kg sản phẩm mít sau quá trình sấy bằng Watt kế hoặc sử dụng công tơ điện qua phương trình (1). Figura & et al, 2007.Heldman & et al., 1992). Với: P (kW) - số wattmeter; G(kg) - Trọng lượng của sản phẩm cuối cùng; U (V) - số vôn kế; I (A) - số am pe kế; τ (s) - thời gian cos φ - hệ số công suất. • Xác định hàm lượng ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy khô (y2, %) bằng phương pháp bảo toàn khối lượng thông qua cảm biến độ ẩm và khối lượng: Trong đó: Gi (kg) - Trọng lượng của nguyên liệu ban đầu sử dụng để sấy bức xạ hồng ngoại; Ge(kg) - Trọng lượng của sản phẩm mít sau khi sấy bằng bức xạ hồng ngoại; Wi (%) – Lượng nước còn lại của sản phẩm mít. • Xác định thành phần carbohydrate bằng phương pháp HPLC/UVis (chất lỏng sắc ký hiệu suất cao / UV-vis), độ tổn thất các thành phần carbohydrate (y3, %) của sản phẩm mít trước và sau khi sấy bằng bức xạ hồng ngoại, được phân tích đánh giá bởi Trung tâm Sắc ký Hải Đăng theo phương trình (3). Trong đó: các carbohydrate của nguyên liệu ban đầu và sau khi sấy bức xạ hồng ngoại tương ứng m1(%) và m2(%) được tính theo trọng lượng khô. • Sử dụng Phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai để xây dựng các mô hình toán học về mối quan hệ giữa yj (j = 1 ÷ 3) và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy bức xạ hồng ngoại (Z1, Z2, Z3). Những mô hình toán học của yj (j = 1 ÷3) được viết như sau: Các biến x1, x2 và x3 đã được mã hoá bởi biến của Z1, Z2 và Z3 trình bày như sau: Trong đó: Số thí nghiệm được xác định: Với: k = 3; nk= 2k= 23= 8; n*= 2k = 2x3 = 6; n0= 4 Giá trị của các điểm sao: -104-
  6. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Điều kiện của ma trận trực giao: Và để giải quyết vấn đề tối ưu hóa 3 mục tiêu trong trường hợp này ta sử dụng phương pháp điểm không tưởng: sử dụng các công cụ toán học để giải quyết vấn đề tối ưu hóa đa mục tiêu để xác định các chế độ của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại để làm khô sản phẩm mít. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xây dựng các mô hình toán mô tả cho quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại Các hàm mục tiêu cần quan tâm của quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại là: Chi phí năng lượng cho 1 kg sản phẩm (y1, kWh/kg); Độ ẩm sản phẩm (y2, %); Độ tổn thất các thành phần carbohydrate của sản phẩm (y3, %). Chúng phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ (Z1, Z2, Z3) gồm: Nhiệt độ môi trường sấy (Z1, 0C); Thời gian sấy (Z2, h); Cường độ bức xạ riêng (Z3, kW/m2). Các hàm mục tiêu này đã được xác định bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2, với k = 3, n0 = 4 đã được trình bày ở phần trước. Trong đó, các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại được xác định như trong bảng 4. Bảng 4. Các mức các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy hồng ngoại Các mức Khoảng biến Yếu tố -α Thấp Trung bình Cao +α thiên (-1,414) -1 0 +1 (1.414) Zi Z1,(oC) 52,93 55 60 65 67,07 5 Z2,(h) 5,59 6 7 8 8,41 1 2 Z3(kW/m ) 3,59 4 5 6 6,41 1 Tiến hành thực nghiệm với các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại theo ma trận quy hoạch được trình bày ở bảng 4. Kết quả đã xác định được giá trị của các hàm mục tiêu: Chi phí năng lượng cho 1kg sản phẩm (y1, kWh/kg); Độ ẩm sản phẩm (y2, %); Độ tổn thất các thành phần carbohydrate của sản phẩm (y3, %) được trình bày ở bảng 5. Bảng 5. Số liệu thực nghiệm về y1 (kWh/kg), y2 (%) và y3 (%) theo ma trận thực nghiệm trực giao cấp 2; k = 3, n0 = 4 SỐ TN Giá trị biến thực Giá trị biến mã hóa Giá trị hàm mục tiêu o 2 N Z1( C) Z2(h) Z3(kW/m ) X0 X1 X2 X3 y1 y2 y3 1 65 8 6 1 1 1 1 3,95 4,61 8,82 2 55 8 6 1 -1 1 1 3,07 5,01 10,74 3 65 6 6 1 1 -1 1 2,97 8,59 7,78 2k 4 55 6 6 1 -1 -1 1 2,51 9,18 10,48 5 65 8 4 1 1 1 -1 3,05 7,58 12,34 6 55 8 4 1 -1 1 -1 2,74 7,24 13,34 7 65 6 4 1 1 -1 -1 2,64 7,86 12,57 8 55 6 4 1 -1 -1 -1 2,07 9,87 13,54 9 67,07 7 5 1 1,414 0 0 3,39 6,17 9,23 10 52,93 7 5 1 -1,414 0 0 2,84 7,18 11,48 11 60 8,41 5 1 0 1,414 0 3,84 7,93 11,40 2k 12 60 5,59 5 1 0 -1,414 0 2,78 8,74 9,05 13 60 7 6,41 1 0 0 1,414 3,39 6,05 7,70 14 60 7 3,59 1 0 0 -1,414 3,02 6,49 14,18 -105-
  7. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 15 60 7 5 1 0 0 0 3,22 4,88 10,02 no 16 60 7 5 1 0 0 0 3,15 5,39 9,54 17 60 7 5 1 0 0 0 3,26 5,46 9,74 18 60 7 5 1 0 0 0 3,07 4,98 9,51 Sau khi xử lý số liệu thực nghiệm, kiểm tra hệ số có ý nghĩa trong phương trình hồi quy bằng tiêu chuẩn Student, kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy theo tiêu chuẩn Fisher trên Microsoft Excel 2010. Các kết quả nhận được là các mô hình toán học như sau: Năng lượng tiêu thụ của 1 kg mít thành phẩm sau quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại: y1 = f1(x1, x2, x3) = 1.249 + 0.1x1 + 0.137x2 + 0.084x3 - 0.06x12 - 0.042x32 (10) Hàm lượng nước còn lại của sản phẩm mít cuối cùng sau quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại: y2 = f2(x1, x2, x3) = 5.677 – 0.341x1 – 1.016x2 – 0.482x3 – 0.655x2x3 + 0.561x12 + 1.394x22 + 0.357x32 (11) Sự hao hụt carbohydrate của sản phẩm mít sau khi sấy: y3 = f3(x1, x2, x3) = 9.926 – 0.813x1 + 0.349x2 – 1.928x3 – 0.331x1x2 + 0.417x12 + 0.353x22 + 0.712x32 (12) 3.2. Xây dựng và giải các bài toán tối ưu một mục tiêu của quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại Dễ dàng thấy rằng, tất cả các hàm mục tiêu: chi phí năng lượng cho 1 kg sản phẩm (y1, kWh/kg; độ ẩm sản phẩm (y2, %); độ tổn thất các thành phần carbohydrate của sản phẩm (y3, %) mô tả toàn bộ cho quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại. Nếu xét riêng lẽ từng mục tiêu một, rõ ràng đối tượng công nghệ sấy hồng ngoại đã hình thành các bài toán một mục tiêu. Bởi vì tất cả các mục tiêu đều đi tìm giá trị nhỏ nhất nên bài toán tối ưu một mục tiêu được phát biểu như sau: Hãy tìm nghiệm tối ưu xjopt = (x1jopt, x2jopt, x3jopt) ∈ Ωx = {-1.414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1.414}, j = 1 ÷ 3 để:  y j = f jmin (x1jopt , x 2jopt , x 3jopt ) = min f j (x1 , x 2 , x 3 )  (13) x x   x = {-1,414  x 1 , x 2 , x 3  1,414}, j = 1 ÷ 3 y  6  2 Có thể thấy rằng, khi giải các bài toán tối ưu (13) có cùng một gốc: (x1jopt, x2jopt, x3jopt) = (x1kopt, x2kopt, x3kopt) với k≠ j, việc tối ưu hóa đa mục tiêu đã không tồn tại nghiệm không tưởng, phương án không tưởng không tồn tại nên việc đi giải bài toán tối ưu đa mục tiêu (13) sẽ được giải quyết để tìm các gốc Pareto tối ưu và phương án Pareto tối ưu. Do đó, việc giải quyết các vấn đề tối ưu hóa một mục tiêu (13) đã được tìm thấy để đạt được: yjmin = minfj (x1, x2, x3), j = 1÷3, với miền đã xác định: x = {-1.414 ≤ x1, x2, x3 ≤ 1.414} Bằng phương pháp chia lưới được lập trình trên phần mềm Matlab R2008a, kết quả đã tìm được nghiệm tối ưu của các bài toán tối ưu một mục tiêu được trình bày ở bảng 6, với các hàm mục tiêu: Bảng 6. Nghiệm tối ưu của các bài toán tối ưu một mục tiêu Giá trị nghiệm tối ưu Giá trị hàm mục tiêu j jopt jopt jopt x1 x2 x3 yjmin 1 -1,414 -1,414 -1,414 1,58 2 0,304 0,667 1,287 4,60 3 1,414 -0,494 1,414 7,28 Trong bảng 6, nó là rõ ràng rằng các điểm không tưởng đã xác định được: f = (f1min, f2min, f3min) = (1,58; UT 4,60; 7,28). Tuy nhiên, phương án không tưởng không tồn tại và nghiệm không tưởng không tồn tại nên cần phải xây dựng và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu, để tìm Pareto tối ưu thỏa mãn tất cả các yêu cầu mà công nghệ đã đặt ra. Có nghĩa là tìm phương án tối ưu Pareto của bài toán tối ưu đa mục tiêu sao cho hiệu quả Pareto tối ưu yPs = (y1Ps, y2Ps, y3Ps) đúng gần điểm không tưởng nhất fUT. 3.3. Xây dựng và giải các bài toán tối ưu đa mục tiêu của quá trình sấy mít bằng bức xạ hồng ngoại để xác định chế độ công nghệ Rõ ràng là việc tối ưu hóa đa mục tiêu trong quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít đã xuất hiện trong trường hợp này. Các thông số công nghệ (x1, x2 và x3) của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít đã đồng thời chịu ảnh hưởng vào ba mục tiêu chức năng (yj, J = 1 ÷ 3) với các tên miền xác định Ωx= {-1,414 ≤ x1, x2, x3≤ 1,414}. Do đó, mô hình toán học tối ưu hóa ba mục tiêu để xác định chế độ công nghệ của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít được diễn tả lại như sau: Việc tìm kiếm nghiệm tối ưu x= (x1opt, x2opt, x3opt) ∈ Ωx= {-1,414 ≤ x1, x2, x3≤1,414} theo thứ tự: -106-
  8. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh y j = f jmin (x1jopt , x 2jopt , x 3jopt ) = min f j (x1 , x 2 , x 3 )  (14) x x   x = {-1,414  x1 , x 2 , x 3  1,414}, j = 1 ÷ 3 y  6  2 Mục đích của thí nghiệm là đạt được mục tiêu của quá trình sấy khô được biểu thị bằng 3 phương trình hồi quy từ (10) đến (12), nhưng không tìm thấy kết quả thỏa mãn tất cả các giá trị của hàm (y 1min, y2min, y3min). Do đó, ý tưởng của bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu (14) là tìm gốc Pareto tối ưu cho yPS = (y1PS, y2PS, y3PS) gần nhất với điểm không tưởng. Theo UPM (phương pháp điểm không tưởng), giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại (14) như sau: Thiết lập hàm mục tiêu S (y1, y2, y3) = S(x1, x2, x3) = S(x) như sau:  3 S ( x) = S ( x1 , x 2 , x3 ) =  ( y j − y j min ) (15) 2  j =1   x = − 1,414  x1 , x 2 , x3  1,414; x = ( x1 , x 2 , x 3 ) Bằng cách lựa chọn S(x) là hàm mục tiêu (15), bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu (14) được trình bày lại như sau: Tìm nghiệm tối ưu Pareto xS = (x1S, x2S, x3S∈ Ωx sao cho s(x) đạt tới giá trị nhỏ nhất:     (16) S ( x) = S (x ) = MinS ( x , x , x ) = Min  ( y − y s  3 2 min 1 2 3 )  j j min     j =1    x = − 1,414  x1 , x 2 , x3  1,414; x = ( x1 , x 2 , x 3 ) Bài toán tối ưu 3 mục tiêu cần phải xác định nghiệm tối ưu Pareto xS = (x1S, x2S, x3S∈ Ωx sao cho S (x1S, x2 , x3S) = Min {S (x1, x2, x3)}. Bằng phương pháp chia lưới lập trình trên phần mềm Matlab R2008a đã S giải (16) và tìm được nghiệm tối ưu Pareto và được trình bày ở bảng 7. Bảng 7. Nghiệm của bài toán tối ưu đa mục tiêu Giá trị nhỏ Giá trị nghiệm tối ưu Pareto của bài toán tối nhất của hàm Giá trị nhỏ nhất của hiệu quả tối ưu ưu đa mục tiêu mục tiêu chuẩn Pareto tổ hợp S x1S x2S x3S Smin(x) y1pS y2pS y3pS 0,686 0,127 1,396 1,999 3,46 5,13 7,72 Từ bảng 7 các biến mã hóa (x1 , x2 , x3 ) được biến đổi qua biến thực của (Z1 , Z2 , Z2 ) như sau: S S S opt opt opt Nhiệt độ môi trường sấy: Z1opt = 63,430C; Thời gian sấy: Z2opt = 7,13h; Cường độ bức xạ hồng ngoại: Z3opt = 6,40kW/m2 Vì lý do này, thông qua việc tính toán từ mô hình thực nghiệm từ phương trình (10) đến (12), thông số kỹ thuật của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít thỏa mãn tiêu chí tổ hợp tối ưu S được xác định như: nhiệt độ của buồng sấy Z1opt = 63.43oC, thời gian của quá trình sấy Z2opt =7.13h, cường độ bức xạ hồng ngoại của quá trình sấy Z3opt = 6.40 kW/m2. Tương ứng với mức tiêu thụ năng lượng 1 kg sản phẩm là y1PS = 3.46 kWh/kg; độ ẩm của sản phẩm sấy là y2PS = 5.13% (< 10.0%); sự hao hụt hàm lượng carbonhydrate là y3PS =7.72%. So với kết quả thực nghiệm từ bảng 5, những kết quả trên là phù hợp và đáp ứng được các mục tiêu của bài toán. 3.4. Thực nghiệm để kiểm tra gốc Pareto của bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu Thực hiện quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít tại gốc Pareto tối ưu: nhiệt độ của buồng sấy Z1opt = 63,43oC, thời gian sấy Z2opt = 7.13h, cường độ bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy Z3opt = 6.40kW/m2. Kết quả thực nghiệm được xác định là: năng lượng tiêu thụ của 1 kg sản phẩm cuối cùng là y1 = 3.43kWh/kg; độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy là y2= 5,13%; độ tổn thất hàm lượng carbohydrate là y3= 7,72 %. Do đó, điều rất đáng chú ý là các kết quả từ các bài toán tối ưu hóa của quá trình sấy có kết quả gần đúng với kết quả thực nghiệm. Khi thời gian của quá trình làm khô được cố định: x2 = 0.12 tương ứng Z2 = 7.13h, các mối quan hệ giữa y1, y2, y3, với 2 biến x1, x3 được biểu diễn hình học trong không gian 3D và 2D (Hình 4, 5, 6, 7, 8, 9). -107-
  9. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Hình 4. Mối quan hệ giữa y1 và x1, x3 trong 3D Hình 5. Mối quan hệ giữa y1 và x3 trong 2D Hình 6. Mối quan hệ giữa y2 và x1, x3 trong 3D Hình7. Mối quan hệ giữa y2 và x3 trong 2D Hình 8. Mối quan hệ giữa y3 và x1, x3 trong 3D Hình 9. Mối quan hệ giữa y3 và x3 trong 2D Tất cả các hình trên là các hàm mục tiêu hoàn toàn phù hợp với các kết quả thực nghiệm. Do đó, chứng tỏ mối quan hệ giữa các hàm mục tiêu với các hệ số tác động được mô tả rất tốt cho quá trình sấy bức xạ hồng ngoại của sản phẩm mít. 3.5. Xác định các thông số công nghệ tối ưu ảnh hưởng đến quá trình bảo quản sản phẩm mít Từ kết quả trên, cho phép thiết lập chế độ công nghệ trong quá trình sấy lạnh sản phẩm cà rốt ở Bảng 8 như sau: Bảng 8. Các thông số công nghệ của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít Ký hiệu và đơn vị Thông số công nghệ Giá trị tính Nhiệt độ môi trường sấy bức xạ Z1 (0C) 63,43 Thời gian của quá trình sấy bằng bức xạ hồng ngoại Z2 (h) 7,13 Cường độ bức xạ hồng ngoại tính trên một đơn vị diện tích Z3 (kW/m2) 6,40 Chi phí năng lượng cho 1kg sản phẩm mít sấy khô bằng y1, (kWh/kg) 3,43 bức xạ hồng ngoại Độ ẩm của sản phẩm mít sau khi sấy khô y2, (%) 5,13 Độ tổn thất hàm lượng carbohydrate của sản phẩm mít y3 (%) 7,72 sau khi sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại -108-
  10. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Qua bảng 8 cho thấy quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít được thực hiện ở chế độ công nghệ tối ưu thì sản phẩm mít sau khi sấy đạt chất lượng rất tốt (Hình 10 & 11). Quy trình công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít đã tìm hiểu ở trên, hoàn toàn có thể áp dụng để bảo quản sản phẩm mít nhằm kéo dài thời gian sử dụng và xuất khẩu. Hình 10. Sản phẩm mít ở dạng múi và dạng sợi sau khi sấy HN KẾT LUẬN Các mô hình toán học (10) đến (12) được thiết lập từ các thí nghiệm đã mô tả khá tốt mối quan hệ giữa nhiệt độ buồng sấy; thời gian của quá trình sấy; cường độ bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy sản phẩm mít với mức tiêu hao năng lượng của 1 kg mít thành phẩm; độ ẩm cuối của sản phẩm mít và sự hao hụt carbonhydrate của sản phẩm mít. Hệ phương trình (14) là các bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít. Mô hình toán học này được sử dụng phù hợp để tính toán và thiết lập chế độ công nghệ của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít. Giải quyết các bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu (14) xác định chế độ công nghệ của quá trình sấy bức xạ hồng ngoại sản phẩm mít. Các kết quả đã được trình bày trong bảng 8. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Haugvalstad, G.H., D. Skipnes and M. Sivertsvik, 2005. Food free from preservative. J. Food Eng., 30: 124-142. [2]. Heldman, D.R. and D.B. Lund, 1992. Handbook of Food Engineering. Marcel Dekker, Basel, New York, Hong Kong, pp: 3550. Holman, J., 1986. Heat Transfer. 1st Edn., McGraw Hill, New York. [3]. Hossain, A.K.M.A. and N. Haq, 2006. Jackfruit: Artocarpus Heterophyllus. Southampton Centre for Underutilised Crops, Southampton, UK, pp: 129. Luc, N.T., L.H. Du and N.T. Dzung, 2013. Optimization of the smoking process of pangasius fish fillet to increase the product quality. Adv. J. Food Sci. Technol. [4]. Obidul Huq, A.K., M.J. Alam, U.K. Prodhan and N. Rahman, 2013. Development of fiber and protein enriched biscuits by utilizing jackfruit seed flour: A preliminary study on sensory evaluation and chemical composition. Res. Rev. J. Food Sci. Technol. [5]. Ong, B.T., S.A.H. Nazimah, C.P. Tan, H. Mirhosseini, A. Osman, D. Mat Hashim and G. Rusul, 2008. Analysis of volatile compounds in five jack fruit (Artocarpus heterophyllus L.) cultivars using solidphase microextraction (SPME) and gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry (GC-TOFMS). J. Food Compos. Anal. [6]. Swami, S.B., N.J. Thakor, P.M. Haldankar and S.B. Kalse, 2012. Jackfruit and its many functional components as related to human health: A review. Compr. Rev. Food Sci. F., 11(6): 565-576 [7] Nguyen Tan Dzung, Optimization the infrared radiation drying process of jackfruit product to determine the optimal technological mode. Jokull Journal (Iceland), Vol 65, No. 10; Oct 2015, pp 38-50. [8]. Nguyễn Tấn Dũng, Lê Xuân Hải, Trịnh Văn Dũng, Tối ưu hóa đa mục tiêu với chuẩn tối ưu tổ hợp S ứng dụng xác lập chế độ công nghệ sấy thăng hoa cho thủy sản nhóm giáp xác đại diện là Tômsú, Tạp chí phát triển KH&CN, Tập 13, số K3- 2010. [9]. Dzung N.T, (2012a). Optimization the Freezing Process of Penaeus Monodon Determine Technological Mode of Freezing for Using in the Freeze Drying, Canadian Journal on Chemical Engineering & Technology, Vol.3, No.3, April 2012, ISSN: 1923-1652, p.45-53. [10]. Dzung N.T et al., (2012b). Optimization The Freeze Drying Process of Penaeus Monodon to Determine the Technological Mode, International Journal of Chemical Engineering and Application, Vol.3, No.3, June 2012, p.187-194. [11]. Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng, Trần Đức Ba, Nghiên cứu thiết lập mô hình toán truyền nhiệt tách ẩm trong điều kiện sấy thăng hoa, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ ĐHQG Tp.HCM, Tập -109-
  11. Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh 11, số 09 – 2009. [12]. Ludger O. Figura, Arthur A. Teixeira., Food Physics: Physical properties Measurement and Application, Germany June, 2007. [13]. Nguyen Tan Dzung et al., (2014). Optimization the freezing process of Royal jelly for using in the freeze drying. Wulfenia Journal (Austria), Vol 21, No. 1; Jan 2014, P.303-313. [14]. Nguyễn Tấn Dũng. Tối ưu hóa đa mục tiêu ứng dụng xác định chế độ công nghệ sấy thăng hoa tôm thẻ, Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ thủy sản, 2010. [15]. Nguyễn Thanh Hải và Cộng sự.,). Một phương pháp ra quyết định tập thể dựa trên phân loại dữ liệu mờ: GDM – FC, Tạp chí Khoa học & Công nghệ, 2006. [16]. David Harvey, Modern Analytical Chemistry, Depauw University, United States of America, 2000. [17]. Douglas A. S, Donald M. W, Holler F. J. Analytical Chemistry, Saunders College Publishing, United States of America, 1994. [18]. Figura LO, et al., Food Physics: Physical properties Measurement and Application, Germany, 2007. http:// mechmath.org/books /82246 [19]. Millman M.J, Liapis A.I, Marchello J.M., Method for determining specific heat capacity of the solid material, Int. J. Heat and Mass transfer, 1988. [20]. Murray R. Spiegel., Các công thức và các bảng toán học cao cấp (người dịch: Ngô Ánh Tuyết), NXB Giáo dục, 1997. [21]. Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh.,. Lập trình Matlab, NXB KHKT, Hà Nội, 2004. [22]. Nguyễn Tiến, Tự học Lập trình Visual Basic 6.0, NXB Thống Kê, 476 Tr, 2002. [23]. Akhnadarova X.L, Kapharop V.V., Tối ưu hóa thực nghiệm trong hóa học và kỹ thuật hóa học (Người dịch: Nguyễn Cảnh – Nguyễn Đình Soa), NXB ĐHBK Tp.HCM, 1994. [24]. Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa thực nghiệm, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2004. [25]. Lê Thái Thanh., Giáo trình phương pháp tính, NXB Giáo Dục, 2006. [26]. Bùi Minh Trí., Xác suất thống kê và qui hoạch thực nghiệm, NXB KHKT, Hà Nội, 2003. -110-
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2428 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0