Thạc Sĩ Nghiên cứu mô phỏng và xác định chế độ cấp đông hợp lý cho cá tra Việt Nam

LUẬN ÁN TIẾN SỸ
NĂM 2014
MỤC LỤC


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
1.1 Thực trạng và yêu cầu nâng cao chất lượng chế biến cá da trơn
Cá tra và basa là loài cá da trơn có xuất xứ từ sông Mê Kông đã được ngư dân miền
nam Việt Nam gây giống và nuôi thả. Cá có chứa các chất béo chưa bão hòa - là chất rất có
lợi cho hoạt động màng tế bào của cơ thể người. Chất béo omega-3 của cá giúp làm giảm
nồng độ mỡ xấu trong máu, tạo chất xám trong não giúp trẻ phát triển tốt và tăng trí thông
minh. Chất béo omega-6 của cá làm tăng khả năng tập trung trí nhớ, chống lão hóa. Protein
của cá cung cấp nhiều acid amin thiết yếu cho cơ thể con người và được hấp thu gần như
hoàn toàn. Ngoài ra cá còn cung cấp một số chất khoáng rất quan trọng cho sự sống của
con người như chất sắt, phốt-pho, can-xi, kẽm, . Vitamin trong cá cũng rất dồi dào, nhất là
nhóm B như B2, B12 và cả vitamin PP [113]. Do có giá trị dinh dưỡng cao như vậy nên cá
da trơn của Việt Nam được nhiều nước ưa chuộng và đã được xuất khẩu tới rất nhiều thị
trường trên thế giới [1-3,114-115].
Trong 12 năm qua, lĩnh vực sản xuất cá da trơn đã có sự phát triển “thần tốc”. Sản
lượng cá da trơn tăng 50 lần, kim ngạch xuất khẩu tăng 65%. Hiện nay cá da trơn Việt
Nam đã có mặt trên 130 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới, chiếm tới 90% sản lượng
cá da trơn trên toàn cầu.
Tuy nhiên chính sự phát triển nhanh chóng này đã dấy lên những vấn đề bất cập
như: chất lượng sản phẩm không ổn định, còn dư lượng chất bảo quản, kháng sinh, các vấn
đề ô nhiễm môi trường, vấn đề cạnh tranh thị trường, giá cả, Điều này gây ảnh hưởng
nghiêm trọng tới năng lực xuất khẩu cá da trơn của nước ta. Thực tế đã cho thấy, năm
2008, do đã nhiều lần vi phạm quy định về chất lượng thực phẩm nên sản phẩm thủy sản
(cá, mực) của Việt Nam đã bị Nhật Bản áp dụng lệnh kiểm tra 100%. Nga là thị trường lớn
thứ 2 nhập khẩu cá tra VN (chiếm 14,4%) sau EU (39,2%), nhưng cuối năm 2006, Nga đã
áp dụng quy định mới về kiểm soát thủy sản nhập khẩu, với một số chỉ tiêu an toàn thực
phẩm còn nghiêm ngặt hơn quy định của Codex (tiêu chuẩn châu Âu). Theo đó, Nga chỉ
nhập khẩu sản phẩm theo công suất nhà máy và phải được cơ quan chuyên ngành VN cấp
chứng thư, không chấp nhận hàng gia công, nhằm bảo đảm chất lượng an toàn [1-3].
Từ những nhận xét trên cho thấy việc nâng cao chất lượng, áp dụng quy trình công
nghệ tiên tiến và sản xuất có quy mô lớn là một yêu cầu bắt buộc nhằm bảo đảm duy trì
và phát triển bền vững nguồn lợi từ xuất khẩu thủy sản của đất nước.
1.2 Việc nghiên cứu hoàn thiện (tối ưu) quá trình lạnh và kết đông cá da
trơn là một nhu cầu hết sức cấp thiết
Chất lượng sản phẩm thủy, hải sản phụ thuộc vào cá nguyên liệu, quy trình
công nghệ chế biến, trong đó quá trình làm lạnh và cấp đông sản phẩm có một vai trò
quan trọng. Các sản phẩm thủy, hải sản sau đánh bắt, thu hoạch nếu không được làm lạnh
hoặc cấp đông kịp thời sẽ phân hủy rất nhanh trong vòng từ 6-24h ở điều kiện nhiệt độ
ngoài trời. Không những thế, quá trình chế biến lạnh đông cá da trơn còn quyết định chất
lượng dinh dưỡng của sản phẩm đầu ra, ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng xuất khẩu của
hàng hóa.
Đó là chưa kể đến công nghệ cấp đông cá da trơn chưa hợp lý dẫn tới lãng phí
điện năng tiêu thụ làm tăng giá thành và giảm tính cạnh tranh của sản phẩm. Do vậy việc
nghiên cứu nâng cao chất lượng chế biến cá da trơn thông qua việc hoàn thiện công nghệ
cấp đông cá da trơn có một ý nghĩa thực tiễn rất lớn.
Tuy nhiên, hiện tại ở Việt Nam, chưa có nghiên cứu chuyên sâu về quá trình làm lạnh
thủy sản ngay sau khi thu hoạch, các hệ thống kết đông thực phẩm được thiết kế theo một
quy trình chung, không tính toán cho một sản phẩm riêng biệt. Vì vậy hiệu quả sử dụng
năng lượng chưa cao và đặc biệt là chất lượng sản phẩm không ổn định, độ tổn hao sản
phẩm lớn tới gần 20% [15]. Như trên đã nêu thì đây là một bài toán thực tế cấp bách chưa
có lời giải.
Để giải quyết được bài toán này cần phải xác định được trường nhiệt độ trong sản
phẩm khi làm lạnh và cấp đông, thời gian làm lạnh và cấp đông, đánh giá được ảnh hưởng
của các nhân tố tới quá trình làm lạnh và kết đông sản phẩm. Từ đó đề ra được quy trình
làm lạnh và cấp đông hợp lý sao cho chất lượng sản phẩm được đảm bảo ổn định, đồng
thời giảm tiêu hao năng lượng và chi phí nhân công, mang lại hiệu quả kinh tế trong công
nghệ chế biến thủy sản của đất nước. Trong khuôn khổ của luận án này quy trình vừa nêu
trên được hiểu là quy trình tối ưu. Nghiên cứu quá trình tối ưu trong đông lạnh thực phẩm
chỉ có thể thực hiện thông qua việc xây dựng mô hình mô phỏng quá trình.
Hiện nay các mô hình cấp đông thực phẩm phổ biến trên thế giới được xây dựng trên
cơ sở phương trình vi phân dẫn nhiệt phi tuyến không ổn định, không đẳng hướng với điều
kiện biên loại 3. Để xây dựng và giải được hệ phương trình này, bắt buộc phải biết được
mối tương quan của các tính chất nhiệt vật lý cơ bản của đối tượng cấp đông với nhiệt độ:
c(t), ρ(t), λ(t) [7-10]. B
ởi vậy việc xây dựng mô hình đông lạnh thực phẩm và khảo sát các
đặc tính nhiệt vật lý của mô hình để đưa ra một quy trình tối ưu là hết sức cần thiết và cấp
bách.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu mô phỏng quá trình cấp đông cá tra fillet và ảnh hưởng của các thông
số công nghệ đến quá trình cấp đông. Trên cơ sở đó xây dựng các cơ sở khoa học tin cậy
(các mô hình toán) cho phép đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian cấp đông và suất
tiêu hao năng lượng trong quá trình cấp đông. Từ đó đưa ra quy trình cấp đông hợp lý đảm
bảo về thời gian cấp đông (chất lượng) và suất tiêu hao năng lượng là bé nhất. Đây chính là
các mục tiêu cơ bản của luận án.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là cá da trơn tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long , Việt
Nam,đối tượng chủ yếu là cá tra, với mục đích đảm bảo thời gian cấp đông hợp lý và tối
thiểu suất tiêu hao năng lượng trong quá trình cấp đông cá tra nói riêng và cá da trơn nói
chung.
Ý nghĩa khoa học:
- Phát triển phương pháp que thăm kép – xung nhiệt và chế tạo thành công thiết bị đo hệ số dẫn nhiệt l(T), hệ số dẫn nhiệt độ a(T) ở dưới nhiệt độ điểm đông;
- Xây dựng cơ sở dữ liệu các thông số nhiệt vật lý của cá tra trong dải nhiệt độ [-400C ¸ 400C];
- Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh và cấp đông cá tra, dùng để dự đoán thời gian cấp đông và đánh giá ảnh hưởng của các thông số của môi trường cấp đông tới quá trình cấp đông.
5.2 Ý nghĩa thực tiễn :
- Xây dựng được bảng các tính chất nhiệt vật lý của cá da trơn phụ thuộc vào nhiệt độ, là các thông số cần thiết dùng để tính toán thiết kế các quá trình chế biến nhiệt của cá da trơn (sấy, làm lạnh, cấp đông).
- Dự đoán thời gian cấp đông của cá tra, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian cấp đông, từ đó đề xuất quy trình cấp đông cá da trơn phù hợp (hợp lý) vừa đảm bảo chất lượng nhưng lại tiết kiệm năng lượng áp dụng trong quy mô công nghiệp;
- Xây dựng cơ sở tính toán thiết kế hệ thống lạnh phù hợp. Bố cục luận văn được chia thành 5 chương, Luận án dày 117 trang với 13 phụ lục và 115 TLTK .