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

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 Mô tả thông số Ghi chú 1 Que thăm nhiệt độ tự ghi MPIII 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. Thiết bị đo nhiệt độ tại tâm quả vải 2 Bộ ghi nhiệt độ 8 kênh OctRTD 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. Thiết bị kiểm tra nhiệt độ nước, không khí 3 Bộ đo nhiệt độ hiện số 06 kênh Dải đo -50oC đến +100oC, độ phân giải 0,1oC. Thiết bị kiểm tra nhiệt độ nước, không khí 51 - 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. 52 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. 53 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 hiệu Tên gọi Ký hiệu Tên gọi 1 Vách cách nhiệt 10 Cửa cấp 2 Vách áo băng 11 Thiết bị hút ẩm 3 Nguồn lạnh 12 Thiết bị phun ẩm 4 Luồng không khí đẳng nhiệt 13 Thiết bị cấp gió tươi 5 Quạt gió 14 Nắp đậy bình tích lạnh 6 Buồng hòa trộn 15 Gân tăng cứng bình tích lạnh 7 Bình tích lạnh 16 Cửa đẳng nhiệt 8 Không gian bảo quản 17 Kênh gió 9 Cửa hút 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. 54 Bảng 2.4 Thông số thiết bị thí nghiệm bảo quản lạnh Stt Mô tả thông số Đơn vị Giá trị 1 Dung tích không gian bảo quản lạnh (400 x 550 x 600 mm) Lít 132 2 Độ dày panel cách nhiệt PU mm 100 3 Kích thước bình tích lạnh W x H x D mm 95 x 165 x 26 4 Số lượng bình tích lạnh Cái 59 5 Khối lượng nước kg 21 6 Công suất điện tiêu thụ của máy nén W 150 7 Môi chất lạnh - R134a 8 Khối lượng môi chất lạnh g 120 9 Lưu lượng quạt gió m3·h-1 120 10 Công suất tiêu thụ điện của quạt gió W 35 11 Lưu lượng gió tươi ml·h-1 300 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 55 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 Tên thiết bị Mô tả thông số Ghi chú 1 Hioki Smart Site có model 2301 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. Thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm của môi trường bảo quản 2 Que thăm nhiệt độ tự ghi MPIII 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. Thiết bị đo nhiệt độ tại tâm quả vải 3 Bộ ghi nhiệt độ 8 kênh OctRTD 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. Thiết bị kiểm tra nhiệt độ nước, không khí 4 Cặp nhiệt 6 đầu Dải đo -50oC đến +100oC, độ phân giải 0,1oC. Thiết bị kiểm tra nhiệt độ nước, không khí 5 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. 56 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. 57 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: 1 2 1 (m m ) 100W m m − ⋅ = − ( 2.9) 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 được viết như sau [78]: 2 2 2 0 1 CO CO CO 1 0 (y y ) V R 100 m ( ) − ⋅ = ⋅ ⋅ τ − τ ( 2.10) 58 2 2 2 0 1 O O O 1 0 (y y ) V R 100 m ( ) − ⋅ = ⋅ ⋅ τ − τ ( 2.11) Hình 2.10 Bình kín đựng quả vải để xác định cường độ hô hấp Dụng cụ thí nghiệm 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%. Hình 2.11 Máy phân tích khí model 6600 xác định nồng độ O2 và CO2 Quy trình lấy mẫu 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 đo hô hấp Để xác định cường độ hô hấp, người ta sẽ làm như sau: 59 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. 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 vải chiếm chỗ, khối lượng quả vải; - Đưa mẫu vào tủ bảo quản lạnh để ổn định trong 08 h; Bảng 2.6 Mẫu thí nghiệm Stt Mẫu thí nghiệm Thông số mẫu 1 Mẫu số 1 Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: môi trường không khí + 280C 2 Mẫu số 2 Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: + 200C 3 Mẫu số 3 Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: + 150C 4 Mẫu số 4 Quả vải: + Số lượng: khoảng 30 quả (1 kg) + Nhiệt độ: + 100C 5 Mẫu số 5 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 60 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. Hình 2.12 Tiến hành lấy số liệu thí nghiệm 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. 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; 61 + 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. 62 Bảng 2.7 Khối lượng quả vải trong quá trình bảo quản lạnh +4,50C, 92% RH Stt Thời gian bảo quản Khối lượng, kg 1 Ban đầu 3,17 2 Sau 12 ngày 3,07 3 Sau 19 ngày 3,06 4 Sau 30 ngày 3,04 5 Sau 37 ngày 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. 63 i1 2 N xx x ... xx N N + + + = = ∑ ( 2.12) 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. 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]: N N2 2 x ii i 1 i 1 1 1d (x x) N N = = σ = ⋅ = ⋅ −∑ ∑ ( 2.13) 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 2 x ii 1 1d (x x) N 1 N 1 σ = ⋅ = ⋅ − − − ∑ ∑ ( 2.14) 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. 64 - 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. 65 Chương 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH 3.1. Phát triển mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý 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: 2 p tC t∂⋅ρ ⋅ = λ∇ ∂τ ( 3.1) 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. 3.1.1. Xác định khối lượng riêng hiệu dụng 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: i i 1 Xρ = ρ∑ ( 3.2) 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: w w 1 Xρ = ρ ( 3.3) ρw = 997,18 + 3,1439·10-3· t - 3,37574·10-3·t2 ( 3.4) v c h v c h w w w v c h w w w 1 1 1 ; ; X X X ρ = ρ = ρ = ρ ρ ρ ( 3.5) 66 Hình 3.1 Cấu trúc quả vải 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: v c h v c h w w w v c h w w w 1 1 1X X X X X X ρ = ⋅ + ⋅ + ⋅ ρ ρ ρ ( 3.6) 3.1.2. Xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng 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, c