Luận án Hoàn thiện công nghệ bảo quản quả vải, nhãn trong môi trường lạnh kết hợp bao gói khí cải biến bằng mô hình hô hấp - Bay hơi - cân bằng năng lượng

LỜI CAM ĐOAN . i

LỜI CẢM ƠN . ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT . vi

DANH MỤC CÁC BẢNG . ix

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ .x

MỞ ĐẦU . 1

TỔNG QUAN VỀ BẢO QUẢN RAU QUẢ . 7

1.1. Tổng quan về thị trường rau quả Việt Nam .7

1.2. Tổng quan về bảo quản rau quả tươi . 11

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản . 11

Các phương pháp bảo quản rau quả tươi. 15

Công nghệ nhiệt độ thấp kết hợp với bao gói khí cải biến . 23

1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu . 26

Tình hình nghiên cứu ngoài nước . 26

Tình hình nghiên cứu trong nước . 37

1.4. Kết luận . 38

CƠ SỞ LÝ THUYẾT . 39

2.1. Tổng quan về quá trình hô hấp của rau quả tươi . 39

Cường độ hô hấp và hệ số hô hấp . 40

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ hô hấp . 42

2.2. Xây dựng mô hình hô hấp . 42

Quá trình hô hấp. 42

Mô hình hô hấp Michaelis-Menten . 43

Các dạng mô hình hô hấp khai triển . 44

2.3. Mô hình trao đổi nhiệt-trao đổi chất . 46

Các giả thiết tính toán mô hình . 46

Mô hình toán quá trình hô hấp - trao đổi chất . 47

Phương trình cân bằng entanpy . 48

2.4. Phương pháp giải mô hình toán học . 57

Các bước giải mô hình toán học . 57

Phần mềm mô phỏng . 58

2.5. Kết luận . 59

pdf162 trang | Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 16/02/2022 | Lượt xem: 368 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Hoàn thiện công nghệ bảo quản quả vải, nhãn trong môi trường lạnh kết hợp bao gói khí cải biến bằng mô hình hô hấp - Bay hơi - cân bằng năng lượng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
í có thể kết hợp cả hai dạng kìm hãm cạnh tranh và kìm hãm phi cạnh tranh. Kiểu kìm hãm này gọi là Mô hình kìm hãm kết hợp (Combination - MMNC) và được mô tả như sau:                     22 2 2 2 2 2 2 2 11 muOmcO mO mO O K CO O K CO K OV R (2.8) Bốn mô hình kìm hãm này sẽ được thử nghiệm với dữ liệu thay đổi nồng độ từ cả thực nghiệm và từ các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học khác. Mục tiêu là đạt được mô hình phù hợp để mô tả ảnh hưởng của cả O2 và CO2 cường độ hô hấp. Trong nội dung nghiên cứu của luận án này, sẽ đánh giá các dạng mô hình nêu trên theo mức độ phù hợp với thực tế dùng cho quả vải và quả nhãn của Việt Nam. 2.3. Mô hình trao đổi nhiệt-trao đổi chất Trong quá trình bảo quản rau quả bằng bao gói khí cải biến (MAP) rất cần thiết kiểm soát các thông số vi khí hậu của môi trường khí bao quanh rau quả trong bao gói. Các thông số này gồm có: (1) nồng độ khí trong bao gói, (2) nhiệt độ trung bình của hỗn hợp khí trong bao gói và (3) độ ẩm tương đối và lượng nước ngưng tụ trong bao gói xuất hiện trong thời gian bảo quản. Trong đó các thông số (1), (2) giúp chúng ta xác định loại bao gói và nhiệt độ bảo quản được lựa chọn có thích hợp với loại rau quả được bảo quản hay không, thông số (3) giúp kiểm soát độ ẩm tương đối, lượng nước ngưng trong bao gói, là nhân tố thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật làm giảm chất lượng cũng như hỏng rau quả. Ngoài ra từ thông số này có thể xác định độ hao hụt tự nhiên một thông số gián tiếp đánh giá chất lượng và dự đoán thời gian bảo quản của rau quả [71]. Hiện nay có 3 cách tiếp cận để giải quyết vấn đề thoát hơi nước từ bề mặt quả, mỗi phương pháp đều có các ưu nhược điểm khác nhau. Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả đề xuất phát triển mô hình trao đổi nhiệt-trao đổi chất trên cơ sở kết hợp hệ phương trình vi phân nồng độ khí và các phương trình vi phân thay đổi nhiệt độ, độ ẩm theo đề xuất của Trumac-Onishenko [61] và tham khảo các phương trình cân bằng năng lượng của Y. Song và cộng sự [57]. Các giả thiết tính toán mô hình Mô hình trao đổi nhiệt-trao đổi chất mô phỏng quá trình hô hấp và bay hơi của rau quả tươi trong bao gói khí cải biến với các giả thiết sau [57]: 47  Sản phẩm (quả), lớp không khí tự do trong bao gói và môi trường xung quanh có nhiệt độ ban đầu bằng nhau.  Khi lớp không khí tự do trong bao gói có thể tích nhỏ, cân bằng nhiệt giữa đối tượng thí nghiệm và lớp không khí này giả thiết là đạt được trong khoảng thời gian ngắn.  Một lượng lớn (khoảng 70 ÷ 100%) năng lượng hô hấp tỏa ra bởi đối tượng thí nghiệm là nhiệt năng.  Nhiệt hô hấp là nguồn nhiệt trong và có thể xác định từ phương trình hô hấp cho một mol chất phản ứng.  Cường độ hô hấp của rau quả tươi là hàm của nồng độ O2 và CO2, và tuân theo mô hình Michaelis-Menten. Giả thiết này chỉ đúng với điều kiện hô hấp hiếu khí.  Nhiệt độ thay đổi bên trong lớp không khí tự do là rất nhỏ, do đó ảnh hưởng của nó đến các thông số mô hình hô hấp và độ thấm của màng bao gói có thể bỏ qua. Mô hình toán quá trình hô hấp - trao đổi chất Khí trong bao gói MAP có thể coi là hỗn hợp gồm năm thành phần chính sau N2, О2, CO2, Ar, và hơi nước. Nồng độ của bốn thành phần khí không ngưng trong bao gói có chứa rau quả tươi được hình thành bởi hai con đường: sự thấm khí qua màng bao gói và quá trình trao đổi khí giữa rau quả và môi trường khí cải biến do quá trình hô hấp. Độ thấm khí qua màng bao gói được biểu diễn thông qua định luật khuếch tán Fick dưới dạng [72]: L XX PAP dt dV atmpxx         100 ][ 100 ][ о (2.9) Trong đó:  X - thành phần khí không ngưng, X = [N2, O2, CO2, Ar];  [X]o, [X] - tương ứng là nồng độ khí x trong và ngoài bao gói;  Vx - thể tích riêng phần của khí x (m3);  Ap - diện tích bao gói (m2);  L - bề dày bao gói (m);  Patm - Áp suất khí quyển (atm);  Px - hệ số thấm khí X qua màng bao gói (ml.m-2.h-1.atm-1). 48 Kết hợp công thức (2.9) biểu diễn độ thấm khí qua thành bao gói và công thức biểu diễn hô hấp qua Michaelis-Menten (2.102.13), chúng ta thu được các phương trình cân bằng chất cho các thành phần khí không ngưng trong bao gói MAP dưới dạng bốn phương trình vi phân thông thường:                 2 2222 100 ][][100][ OS ioatmOp RW OO L PPA Vdt Od (2.10)                 2 20222 100 ][][100][ COS iatmCOp RW COCO L PPA Vdt COd (2.11)                 100 ][][100][ 20222 iatmNp NN L PPA Vdt Nd (2.12)                  100 ][][100][ 0 iatmArp ArAr L PPA Vdt Ard (2.13) Trong các phương trình (2.102.13), áp suất khí quyển được coi là không đổi, Рatm = const, còn nhiệt độ, độ chứa hơi hoặc độ ẩm tương đối, thể tích V, khối lượng khí trong bao gói MAP, lượng nước ngưng, nồng độ thể tích của các khí trong bao gói là các biến theo thời gian. Ngoài ra tại thời điểm ban đầu (t = 0), hỗn hợp không khí trong bao gói có nồng độ [O2]i = 20.9 và [CO2]i = 0.03 và bằng giá trị nồng độ của lớp không khí bên ngoài bao gói [O2]o = 20.9 và [CO2]o = 0.03 tại mọi thời điểm. Đối với nồng độ hơi nước trong không khí là thành phần khí thứ 5, đặc trưng bởi độ chứa hơi, sẽ xác định thông qua các phương trình đẳng áp-entanpy theo đề xuất của Trumac-Onishenko, kết hợp với các phương trình cân bằng năng lượng, cân bằng ẩm. Phương trình cân bằng entanpy Phương trình cân bằng entanpy được viết cho hệ bao gồm: Quả - Không khí bên trong bao gói (MAP) - không khí bên ngoài bao gói: Thay đổi entanpy của quả = thay đổi entanpy của không khí trong MAP + thay đổi entanpy của không khí ngoài MAP ∆ = ∆ + ∆ (2.14) Trong đó: - Hp : entanpy của quả, kJ - HMAP : entanpy của hỗn hợp khí trong bao gói MAP, kJ - Hair : entanpy của không khí bên ngoài bao gói, kJ. 49 2.3.3.1. Xác định ΔHMAP ()= ()∙ ℎ() (2.15) trong đó: m(τ) - khối lượng của các khí trong MAP (kg); τ - thời điểm tính (h). Biến thiên entanpy của không khí trong MAP được tính toán như sau: ∆ = ()∙ ℎ() ∙ ∆ + ∆ ∆ ∙ ℎ()∙ ∆ (2.16) Các đại lượng ∆ ∆ , m(τ), h(τ) sẽ được xác định qua mỗi bước tính toán trong phần mềm, do đó, để xác định ΔHMAP cần xác định () . Entanpy riêng phần của hỗn hợp MAP là hàm của 4 biến nồng độ xi và nhiệt độ T, độ chứa hơi di (môi trường MAP được bảo quản ở áp suất khí quyển, tạm coi là không đổi = 1 atm). Trong MAP, độ ẩm tương đối là thông số cần xác định, do đó chúng ta chuyển biến số T thành φ = φ (T,d). Khi đó entanpy h(τ) của MAP là hàm của 6 biến số độc lập: xi (i=1,4), d, φ. Từ đó ta có: ℎ() = ℎ ∙ + ℎ ∙ + ℎ ∙ (2.17) Xác định entanpy của hỗn hợp khí trong MAP: Entanpy của hỗn hợp khí (mol) được xác định theo công thức 2.18: ()= [ ∙ ()] (2.18) Trong đó: - Hm : Entanpy của 1 mol hỗn hợp khí trong MAP, kJ/mol - Hmi : Entanpy của 1 mol thành phần khí trong MAP, kJ/mol - xi : Nồng độ thể tích (mol) của khí i - i : khí thành phần (O2, CO2, N2, Ar, H2O). Entanpy riêng phần của hỗn hợp khí trong MAP được tính theo công thức: 50 ℎ() = () = ∙ () (2.19) Trong đó: - h(T) : entanpy riêng phần của hỗn hợp khí MAP, kJ/kg - Mmix : phân tử lượng của hỗn hợp khí MAP, kg - Mi : phân tử lượng của khí thành phần trong MAP, kg. Phân tử lượng của hỗn hợp khí được tính như sau: = (. ) = ∑ ∑ = 1 ∑ (2.20) Từ công thức 2.20 ta có mối liên hệ giữa nồng độ thể tích (mol) và nồng độ khối lượng được tính như sau: = ∑ = ∙ (2.21) với ci là nồng độ khối lượng của khí i. Thay công thức (2.21) vào công thức (2.19), ta có entanpy khối lượng của khí i : ℎ() = ∙ () = . () = ∙ () (2.22) Trong đó, hi(T) là entanpy riêng phần của khí i. Với thành phần thứ 5 là hơi nước (H2O), ta có: = với d là khối lượng hơi nước trong hỗn hợp khí (ẩm). ℎ() = ∙ () + (1 + )∙ ∙ () (2.23) 51 Mặt khác ta có: = ∙ = ∙ + ∙ (2.24) Thay = vào công thức (2.24), ta có: = (1 + )∙ ∙ (2.25) Từ công thức (2.23) và (2.25), ta có: * Đạo hàm h(T) theo xi: ℎ = () − (1 + )∙ ∙ ∙ () (2.26) * Đạo hàm h(T) theo d: ℎ = ∙ ()+ () (1 + ) ∙ − 1 (1 + ) ∙ ∙ () (2.27) Với nhiệt dung riêng Cp(T) được tính dựa trên nhiệt dung riêng các khí thành phần: () = ∙ () + (1 + )∙ ∙ () (2.28) Đối với d (kg) hơi nước (độ chứa hơi của không khí trong bao gói), ta có phương trình dựa trên phương trình khí lý tưởng: = ∙ = ∙ " ()∙ (2.29) Đối với (1+d) kg hỗn hợp không khí, ta có phương trình: 52 = 1 + ∙ (2.30) Kết hợp phương trình (2.29) và phương trình (2.30), ta có: = ∙ ∙ " () ∙ − ∙ " ()∙ (2.31) Ta có: = , lấy vi phân cho phương trình (2.31) theo T, kết quả: = . − . " (). + . " (). . . ∑ . . . . . " () (2.32) * Đạo hàm h(T) theo φ: ℎ = ℎ ∙ = ()∙ (2.33) Từ công thức (2.31), ta có: ∙ ∙ − ∙ ∙ ∙ " () = ∙ "()∙ (2.34) Lấy vi phân 2 vế của công thức (2.34) theo φ, ta có: − ∙ ∙ " ()− . ∙ ∙ " () ∙ = ∙ " ()+ ∙ " () ∙ ∙ (2.35) Từ (2.35) rút gọn ta được: = − " () ∙ " () (2.36) Phân áp suất bão hòa của hơi nước ở nhiệt độ Ti được xác định theo ASHRAE [73]: " () = + + . + . + . + . () (2.37) Trong đó, T tính theo nhiệt độ Kelvin (K): 53 c1 = –5.8002206×103; c2 = 1.3914993; c3 = –4.8640239×10-2 c4 = 4.1764768×10-5; c5 = –1.4452093.10-8; c6 = 6.5459673 Từ công thức (2.37) ta sẽ tính được như sau: " () = "()∙ − + + 2 ∙ ∙ + 3 ∙ ∙ + (2.38) Thay công thức (2.38) vào (2.36), ta có: = − 1 ∙ − + + 2 ∙ ∙ + 3 ∙ ∙ + (2.39) Như vậy ta có: ℎ = ()∙ = − () ∙ − + + 2 ∙ ∙ + 3 ∙ ∙ + (2.40) Kết hợp các công thức (2.17) , (2.26), (2.32) và (2.40) sẽ tính toán được ΔHMAP theo công thức (2.16). 2.3.3.2. Xác định ΔHP Lượng nước bay hơi từ bề mặt quả được tính theo phương trình cân bằng ẩm dung trong bao gói: () = 1 + ∙ ∆ ∆ − − ∆ ∆ (2.41) Trong đó: - d(τ): ẩm dung (độ chứa hơi) phụ thuộc vào thời gian, kg - ΔG: lượng ẩm thoát ra từ bề mặt quả trong thời gian Δτ, kg - mw: lượng ẩm truyền qua bao gói MAP vào môi trường bảo quản do có chênh lệch phân áp suất hơi nước trong và ngoài bao gói, kg/s - Δmcond: lượng ẩm ngưng tụ trong bao gói trong thời gian Δτ, kg Từ công thức (2.41) ta có: 54 ∆ ∆ = 1 + ∙ () + + ∆ ∆ (2.42) Tổng thay đổi ΔHp của quả được tính như sau: ∆ = ∙ ∙ ∆ + () ∙ ∙ ∙ ∙ ∆ − () ∙ ∙ ∙ ∙ ∆ − ()∙ 1 + ∙ () + + ∆ ∆ (2.43) ở đây, QS là nhiệt hô hấp được được dự đoán từ phương trình (2.44) và giả thiết rằng cường độ hô hấp là giá trị trung bình của cường độ tiêu thụ O2 và phát thải CO2 thì QS được tính như sau [57]: = 2816 6 ∙ + 2 ∙ (2.44) Trong đó các hệ số RO2 và RCO2 là lần lượt là cường độ hấp thụ O2 và phát thải CO2 và được tính theo các mô hình ở mục 2.2.3. Phương trình (2.44) được thiết lập bởi Kang và Lee [59], tuy nhiên Song và cộng sự có đưa thêm hệ số α vào phương trình, hệ số α được xem như là hệ số chuyển đổi năng lượng hô hấp thành nhiệt lượng α = 0.7 ÷ 1 [57]. 2.3.3.3. Xác định ΔHair * Entanpy do hơi nước thấm qua bao gói: Thể tích riêng phần của thành phần xi trong bao gói Vxi được xác định qua định luật Fick 1 và độ thấm khí qua bao gói MAP: = ∙ ∙ ∙[ − ] (2.45) Viết cho hơi nước, thể tích riêng phần của hơi nước trong bao gói tính như sau: = ∙ ∙ ∙ " ()− ∙ " () (2.46) 55 Trong đó: - : độ thấm hơi nước qua thành màng bao gói, ml.m.m -2.h-1.atm-1 - Ap: Diện tích bao gói, m2 - L: Độ dày bao gói, m - Ti, To: nhiệt độ trung bình bên trong và bên ngoài bao gói, oC - φi, φo: độ ẩm tương đối bên trong và bên ngoài bao gói, % Dựa theo định luật khí lý tưởng viết cho hơi nước, ta có lượng hơi nước chứa trong bao gói được tính như sau: = ∙ ∙ ∙ = ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ " ()− ∙ " () (2.47) Khi đó entanpy do hơi nước thấm qua bao gói được tính như sau: ∙ ℎ()= ∙ () = ()∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ " ()− ∙ " () (2.48) * Entanpy do nhiệt hiện truyền từ thành bao gói ra môi trường: = ℎ ∙ ∙( − ) (2.49) với hp là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu của bề mặt bao gói và được xác định bằng giả thiết là trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên của không khí trên bề mặt tấm [74]: ℎ = 3600 ∙ 0.59 ∙ − . + 1.32 ∙ − . + 1.42 ∙ − . (2.50) Trong đó, D1, D2 và D3 lần lượt là các kích thước của đỉnh, đáy và mặt bên của bao gói hình chữ nhật. * Entanpy do dòng khí O2, CO2, N2, Ar thẩm thấu qua bao gói: Dựa theo định luật khí lý tưởng, ta có tính được entanpy do dòng khí thẩm thấu: 56 ∆ = ∆ ∙ ℎ() = ∙ ∙ ∙[ − ] ∙ ∙ ∙ ∙ ℎ() (2.51) trong đó: - : Độ thấm khí xi qua thành màng bao gói, ml.m.m -2.h-1.atm-1 - xio: thành phần khí bên ngoài bao gói. Thay đổi entanpi của không khí truyền qua thành bao gói được tính như sau: ∆ = ∆ ∙ ∙ () + + ∙ ∙ [ − ] ∙ ∙ ∙ ∙ ℎ() (2.52) 2.3.3.4. Biến thiên nhiệt độ, độ ẩm không khí trong bao gói Phương trình cân bằng entanpy trong hệ: Quả - Không khí bên trong bao gói (MAP) - không khí bên ngoài bao gói sẽ được tính toán dựa theo các công thức (2.16), (2.43) và (2.52). Từ đó, ta xây dựng được phương trình vi phân của nhiệt độ bên trong bao gói: = ∙ − ℎ ∙ ∙( − )− 1 + ∙ () ∙ ()+ ()∙ ∙ ()+ ∙ () (2.53) Độ hao hụt tự nhiên được tính bằng sự hụt do thoát hơi nước và do tổn thất chất khô: ∆ ∆ = − ∆ ∆ − ∙ ∙ ∙ () (2.54) ở đây: - ΔGm : hao hụt khối lượng của quả trong thời gian bảo quản, kg - MC : phân tử khối của cacbon (~12 g/mol), g/mol - MCO2 : phân tử lượng của CO2 (~44 g/mol), g/mol - Vm : thể tích 1 mol CO2 ở nhiệt độ T, l/mol Độ ẩm không khí trong bao gói được xác định từ công thức (2.55) như sau: 57 = ∙ ∙ (1 + )∙ " ()∙ (2.55) 2.3.3.5. Xác định lượng nước ngưng tụ Lượng nước ngưng có thể có trong bao gói được xác định bằng cách so sánh d(T) với d"(T) ở cuối mỗi bước tích phân phương trình (2.55) theo điều kiện: ∆ = ()− "() (2.56) Khi đó ( + ∆ ) = "(), còn lượng nước ngưng được xác định như sau [75]: ∆ = () 1 + () ∙ ∆ (2.57) Lượng nước ngưng này được cộng dồn với lượng nước ngưng đã được xác định ở cuối bước tích phân trước đó: ( + ∆ )= ()+ ∆ (2.58) 2.4. Phương pháp giải mô hình toán học Các bước giải mô hình toán học Bước 1. Tập hợp số liệu thực nghiệm nồng độ O2 và CO2 theo thời gian Bước 2. Xác định các hàm số: [O2] = f(τ) ; [CO2] = g(τ) Bước 3. Xác định vi phân hàm f(τ), g(τ) đã xác định ở bước 2 theo thời gian Bước 4. Sử dụng mô hình dự đoán nồng độ khí Bước 5. Nhận dạng các tham số mô hình hô hấp Bước 6. Kiểm chứng mô hình đối với hệ kín Bước 7. Lựa chọn màng bao gói Bước 8. Dự đoán nồng độ khí trong bao gói Bước 9. Dự đoán nhiệt độ, độ ẩm, độ hao hụt 58 Phần mềm mô phỏng Để thực hiện mô phỏng các phương trình toán học đã trình bày, nghiên cứu sinh đã tự xây dựng chương trình tính toán mô phỏng dựa trên nền tảng phần mềm MATLAB (MATLAB R2019b, MathWorks®, USA). Cấu trúc chương trình được xây dựng dựa trên các chương trình con thể hiện trên hình 2.6. Hình 2.6 Cấu trúc chương trình mô phỏng Ghi chú: input Nhập thông số đầu vào: thời gian, nồng độ, cường độ hô hấp package Nhập thông số đầu vào khối lượng quả, thể tích, độ thấm fun(1-4) Các hàm số dạng mô hình Michaelis-Menten fit Nhận dạng các tham số mô hình Michaelis-Menten Results_1 Hiển thị kết quả nhận dạng tham số mô hình Michaelis-Menten hpvp_(1-4) Xây dựng phương trình dự đoán nồng độ khí O2 và CO2 respiration Xử lý mô hình dự đoán nồng độ khí O2 và CO2 Results_2 Hiển thị kết quả dự đoán nồng độ khí O2 và CO2 pH2O+ptvp_2 Xây dựng phương trình cân bằng nhiệt, cân bằng chất mois Xử lý phương trình cân bằng nhiệt, cân bằng chất Results_3 Hiển thị kết quả dự đoán nhiệt độ, độ ẩm, độ hao hụt Giao diện của phần mềm thể hiện trên hình 2.7. input fit respiration Results_1 Results_2 mois Results_3 fun(1-4) hptvp_(1-4) pH2O+ptvp_2 package 59 Hình 2.7 Giao diện phần mềm mô phỏng 2.5. Kết luận Trên cơ sở kết hợp mô hình hô hấp theo dạng Michaelis-Menten (2.42.7) với các hệ số của mô hình được xác định từ thực nghiệm và phương trình khuếch tán khí qua thành bao gói, và độ thấm khí xác định theo công thức (2.9) chúng ta có hệ 4 phương trình (2.10÷2.13) dùng để dự đoán nồng độ khí trong bao gói và các phương trình (2.53), (2.55) để xác định sự biến thiên nhiệt độ và độ ẩm trong bao gói MAP. Liên kết toàn bộ các phương trình trên chúng ta được hệ phương trình vi phân và các phương trình đại số dùng để mô phỏng các thông số trong bao gói bảo quản MAP. Hệ các phương trình vi phân và đại số này được lập trình bằng ngôn ngữ Matlab hình thành mô hình hô hấp - bay hơi - cân bằng năng lượng cho rau quả ở trong bao gói MAP. Mô hình này là hết sức cần thiết để thiết kế lựa chọn bao gói cũng như kiểm soát các thông số trong quá trình bảo quản, góp phần hoàn thiện công nghệ MAP cho các ứng dụng thực tế. 60 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Phương pháp xác định cường độ hô hấp Cường độ hô hấp không phải là một đại lượng có thể xác định trực tiếp bằng các phép đo. Thường người ta xác định cường độ hô hấp bằng cách đo nồng độ CO2 và O2 của môi trường xung quanh sản phẩm được bảo quản, sau đó nhờ mối quan hệ với hai đại lượng này mà tính toán ra được cường độ hô hấp. Ba phương pháp hay được sử dụng phổ biến nhất hiện nay để xác định nồng độ O2, CO2, đó là: phương pháp hệ kín, phương pháp hệ hở (dòng liên tục), phương pháp hệ màng [47]. (a) Hệ kín b) Hệ hở (c) Hệ màng Hình 3.1 Các phương pháp xác định cường độ hô hấp [43] Phương pháp hệ kín (Closed system) Phương pháp hệ kín đòi hỏi sự ghi lại nồng độ O2 và CO2 theo thời gian trong một bình kín chứa rau quả. Cường độ hô hấp thu được bởi tích số của thể tích tự do và tỉ lệ thay đổi nồng độ khí chia cho khối lượng rau quả trong khoảng thời gian t [48], [76], [77], [55]. Giá trị thực nghiệm được xác định bằng thực nghiệm theo công thức (3.1) và (3.2) [62]:          S O W VOO R 100 ][][ 122 2 (3.1)          S CO W VCOCO R 100 ][][ 2 1 2 2 (3.2) Phương pháp này thích hợp với các loại rau quả có cường độ hô hấp thấp. Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp sắc ký khí, lượng khí lấy mẫu để phân tích khá lớn sẽ ảnh hưởng đến áp suất của bình kín. Hiện nay, phương pháp hệ kín thường sử dụng các máy phân tích khí chuyên dụng cho bảo quản MAP để hạn chế các ảnh hưởng này (xem mục 3.4.1). 61 Phương pháp hệ hở (Flow-though system) Phương pháp này đòi hỏi phải bảo quản rau quả trong một bình thủy tinh có một cửa vào và một cửa ra xuyên qua. Tại cửa vào, người ta bơm liên tục không khí có chứa O2 và CO2 theo tỷ lệ nhất định vào trong bình và cứ sau mỗi khoảng thời gian nhất định người ta đo được thành phần không khí ở cửa ra. Cường độ hô hấp được tính bởi tích số giữa tốc độ và độ chênh lệch nồng độ khí (O2 hoặc CO2) giữa đầu vào đầu ra chia cho khối lượng rau quả [78] [79], [80]. Cường độ hô hấp được tính toán theo công thức (3.3) và (3.4) với F là lưu lượng không khí [47].   S outin O W FOO R    100 ][][ 22 2 (3.3)   S inout CO W FCOCO R    100 ][][ 22 2 (3.4) Phương pháp này áp dụng chỉ với rau quả có cường độ hô hấp cao, khối lượng sản phẩm. Với các loại quả có cường độ hô hấp thấp hoặc thực nghiệm ở nhiệt độ thấp thường cho kết quả kém chính xác và tốn nhiều thời gian và chi phí (cho hệ thống tạo nồng độ khí cố định-CA). Phương pháp hệ màng (Permeable system) Phương pháp hệ màng tương tự như hệ kín ngoại trừ một bao gói bằng màng thấm được sử dụng để thay thế cho bình kín, các thông số màng bao gói này đã biết từ trước [81] [82]. Đây là hình thức bảo quản rau quả bằng phương pháp bao gói trong khí quyển cải biến như đã nói ở trên.   LW OOAP R S inout pO O    100 ][][ 222 2 (3.5)   LW COCOAP R S outin PCO CO    100 ][][ 222 2 (3.6) Thực hiện đo cường độ hô hấp theo phương pháp hệ màng có thuận lợi là điều kiện thí nghiệm phù hợp với bảo quản thực tế, tuy nhiên, cần có các thiết bị đo chính xác, thời gian thí nghiệm tương đối dài và cần có các thí nghiệm về đo độ thấm khí của màng bao gói. Lựa chọn phương pháp thí nghiệm Trong điều kiện thí nghiệm ở Việt Nam, phương pháp đo cường độ hô hấp trong hệ kín là phương pháp phù hợp nhất, do có độ chính xác khá cao, thời gian thí nghiệm ngắn, thiết bị dễ thực hiện. Để khắc phục nhược điểm chịu ảnh hưởng của áp suất, phương pháp kín được đo bằng các máy phân tích khí chuyên dụng, đồng thời tại vị trí đo được dán các tấm cao su septum nhằm mục đích (1) làm kín các điểm lấy mẫu 62 và (2) co dãn theo áp suất không khí bên trong bình, đảm bảo áp suất trong bình luôn cân bằng với áp suất khí quyển. Vì vậy, phương pháp hệ kín là phương pháp được lựa chọn để thí nghiệm đo cường độ hô hấp trong khuôn khổ luận án này. 3.2. Đối tượng thí nghiệm Đối tượng thí nghiệm được lựa chọn là quả vải và quả nhãn. Mỗi loại quả được thí nghiệm 3 nhiệt độ, mỗi nhiệt độ có 3 mẫu thí nghiệm và được tiến hành liên tục trong 3 năm 2017, 2018, 2019 để xác định, xây dựng mô hình, kiểm chứng mô hình. Dựa trên mô hình cường độ hô hấp đã kiểm chứng, lựa chọn thí nghiệm quả trong bao gói ở nhiệt độ nhất định (trong dải nhiệt độ tối ưu), mỗi loại quả sử dụng 3 loại bao gói để kiểm chứng mô hình hô hấp trong bao gói. Đối tượng 1: Quả vải (Litchi chinensis Sonn.) Vải được trồng vùng chuyên canh tại huyện Lục Ngạn, Bắc Giang. Thí nghiệm tiến hành với quả tươi được thu hái tại cây, chưa qua xử lý hóa chất và chuyển về khu vực thí nghiệm trong thời gian < 2 giờ, thời gian từ khi thu hoạch đến khi thí nghiệm đảm bảo < 24 giờ. Các mẫu thí nghiệm được thí nghiệm ở độ chín 2 [17]. Đối tượng 2: Quả nhãn (Dimocarpus longan) Quả nhãn lấy từ vùng trồng nhãn xã Đại Thành, Quốc Oai, Hà Nội. Thí nghiệm tiến hành với quả tươi được thu hái tại cây, chưa qua xử lý hóa chất và chuyển về khu vực thí nghiệm trong thời gian < 2 giờ, thời gian từ khi thu hoạch đến khi thí nghiệm đảm bảo < 24 giờ. Các mẫu thí nghiệm được thí nghiệm ở độ chín 2 (90%) [80], [83], [84]. 3.3. Số lượng và tổ chức thí nghiệm Thí nghiệm đối với quả vải Thí nghiệm 1: Thí nghiệm trong bình kín - Tiến hành ở 3 chế độ nhiệt độ 2oC, 5oC và 8oC. Khối lượng mỗi mẫu thí nghiệm là 0.5 kg đặt trong hộp nhựa có nắp gioăng kín dung tích 5500 ml. - Thí nghiệm này dùng để xác định tham số cho mô hình cường độ hô hấp của quả vải dưới dạng nghiệm của phương trình Michaelis-Menten. - Thí nghiệm này được lặp lại 3 lần cho một chế độ nhiệt độ và được thực hiện trong 3 năm 2017-209. Tổng số 27 chế độ thí nghiệm. Thí nghiệm 2: Thí nghiệm trong bao bì MAP - Nghiên cứu

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_hoan_thien_cong_nghe_bao_quan_qua_vai_nhan_trong_moi.pdf
Tài liệu liên quan