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
159 trang |
Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 14/03/2022 | Lượt xem: 361 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- luan_an_nghien_cuu_dac_tinh_trao_doi_nhiet_am_va_xac_dinh_ca.pdf