Đ¾I HâC ĐÀ NÀNG TR¯àNG Đ¾I HàC BÁCH KHOA NGUYàN THà TÂM THANH NGHIÊN CĄU ĄNG DĀNG TĆ TR¯àNG Đ NÂNG CAO HIàU QUÀ CÂP ĐÔNG FILLET CÁ TRA VIàT NAM LUÀN ÁN TIÀN S) ĐÀ NẴNG - 2023 Đ¾I HâC ĐÀ NÀNG TR¯àNG Đ¾I HàC BÁCH KHOA NGUYàN THà TÂM THANH NGHIÊN CĄU ĄNG DĀNG TĆ TR¯àNG Đ NÂNG CAO HIàU QUÀ CÂP ĐÔNG FILLET CÁ TRA VIàT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuÁt nhiát Mã sá: 9520115 LUÀN ÁN TI¾N S) Ng°ái h°ßng d¿n khoa hãc: PGS. Võ Chí Chính TS. Nguyßn Thành Văn ĐÀ NẴNG - 2023 LàI CAM ĐOAN Tác giÁ xin cam đoan đây là công trình nghiên cāu cÿa bÁn thân tác giÁ. Các kÁt quÁ nghiên cāu và các kÁt luÁn trong luÁn án này là trung thực, và không sao chép tă bất kỳ mát nguồn nào và d°ßi bất kỳ hình thāc nào.
Viãc tham khÁo các nguồn tài liãu (nÁu có) đã đ°ợc thực hiãn trích d¿n và ghi nguồn tài liãu tham khÁo đúng quy đánh. Nguyán Thá Tâm Thanh i TÓM TÂT Cấp đông là quá trình làm nhanh thực phÁm đÁn nhiãt đá bÁo quÁn đß đ°a vào bÁo quÁn lâu dài. Trong quá trình cấp đông, các tinh thß băng đ°ợc hình thành tă n°ßc không liên kÁt trong thực phÁm. Khi cấp đông vßi thái gian lâu, do chênh lãch nhiãt đá bên trong và bên ngoài thực phÁm nên phân áp suất n°ßc bên trong lßn h¢n và n°ßc có xu h°ßng chuyßn dách tă bên trong ra bên ngoài, t¿o thành các tinh thß lßn chèn ép và làm rách màng tÁ bào thực phÁm, cấu trúc bá phá vỡ.
Khi rã đông, n°ßc bên trong thực phÁm chÁy ra bên ngoài làm hao hụt thực phÁm cũng nh° làm giÁm các tính chất ban đ¿u cÿa nó. Ng°ợc l¿i khi quá trình làm l¿nh dián ra nhanh, trong thß tích thực phÁm t¿o nên nhiều tâm kÁt đông, n°ßc ít dách chuyßn, các tinh thß t¿o nên mán h¢n, cấu trúc thực phÁm đ°ợc bÁo toàn. Nh° vÁy chất l°ợng thực phÁm sau cấp đông phụ thuác rất nhiều vào thái gian cấp đông, hay nói cách khác là tác đá truyền nhiãt. Các kÁt quÁ nghiên cāu lý thuyÁt đ°ợc trình bày trong luÁn án này đã giÁi quyÁt đ°ợc các bài toán c¢ bÁn liên quan đÁn sự phân bá tă tr°áng trong buồng cấp đông, bài toán truyền nhiãt 3 truyền chất kÁt hợp và xác đánh thái gian cấp đông lý thuyÁt trong tr°áng hợp cấp đông gió thông th°áng.
Đái vßi quá trình cấp đông có hß trợ tă tr°áng, c¢ sã lý thuyÁt và các mô hình toán về sự Ánh h°ãng cÿa tă tr°áng đÁn các tính chất nhiãt vÁt lý cÿa thực phÁm trong quá trình cấp đông v¿n ch°a đ°ợc nghiên cāu nên ch°a đÿ c¢ sã đß mô phßng lý thuyÁt quá trình này. Thay vào đó, đß đánh giá Ánh h°ãng cÿa tă tr°áng đÁn quá trình cấp đông, mát sá thực nghiãm đã đ°ợc tiÁn hành ã 03 ph°¢ng pháp cấp đông khác nhau (cấp đông gió không có tă tr°áng, có hß trợ tă tr°áng dao đáng và có hß trợ tă tr°áng t*nh) d°ßi 03 māc nhiãt đá cấp đông (-30ðC, -35ðC, -40ðC). KÁt quÁ thực nghiãm này đã đ°ợc đ°a vào tính toán và phân tích hồi quy phi tuyÁn nhằm xác đánh ph°¢ng trình đ°áng cong cấp đông theo nhiãt đá không thā nguyên. Tă kÁt quÁ này, sử dụng ph°¢ng pháp lặp và ph°¢ng pháp đồng d¿ng nhiãt đß tính toán hã sá truyền nhiãt.
KÁt quÁ cuái cùng cho thấy khi cấp đông có tă tr°áng t*nh, hã sá truyền nhiãt là lßn nhất và cao h¢n khoÁng 9,4% so vßi cấp đông gió thông th°áng. KÁt quÁ thực nghiãm đ¢n yÁu tá cho thấy tă tr°áng có Ánh h°ãng đÁn thái gian cấp đông, cụ thß là giúp giÁm thái gian cấp đông và chi phí điãn năng khi ã cùng điều kiãn nhiãt đá và vÁn tác không khí. Điều này cũng cho thấy h°ßng đi đúng trong nghiên cāu đ°a tr°áng điãn tă vào hß trợ cho cấp đông fillet cá tra nhằm giÁm thái gian cấp đông, giÁm chi phí năng l°ợng và nâng cao chất l°ợng sÁn phÁm. Tă kÁt quÁ thí nghiãm đ¢n yÁu tá, 29 thí nghiãm đa yÁu tá đã đ°ợc thiÁt lÁp theo ph°¢ng pháp quy ho¿ch thực nghiãm trực giao cấp 2 nhằm đánh giá Ánh h°ãng cÿa các thông sá công nghã đÁn thái gian cấp đông, tỷ lã hao hụt khái l°ợng và đá màu cÿa sÁn phÁm fillet cá tra.
KÁt quÁ phân tích sá liãu đã xây dựng đ°ợc 03 ph°¢ng trình hồi quy t°¢ng quan giữa các hàm mục tiêu và biÁn đ¿u vào, đồng thái cho thấy các thông sá này Ánh h°ãng lßn đÁn quá trình cấp đông. Song song đó, ph°¢ng pháp tái °u hóa đa mục tiêu cũng đ°ợc áp dụng đß xác đánh giá trá hợp lý cÿa các thông sá công nghã khi tiÁn ii hành cấp đông có sự hß trợ tă tr°áng t*nh, cụ thß là nhiãt đá cấp đông -42,7ðC, vÁn tác không khí 5,8 m/s, chiều dày fillet cá tra 15,4 mm và mÁt đá tă thông tái °u đ¿t 564,5 Gauss. Đái vßi tă tr°áng dao đáng, do mÁt đá tă thông thay đổi theo thái gian nên các thí nghiãm đa yÁu tá ch°a thực hiãn đ°ợc. Thông qua kÁt quÁ nghiên cāu cÿa luÁn án này, có thß nhÁn thấy rằng, ngoài viãc giúp giÁm thái gian cấp đông, tă tr°áng còn giúp đÁm bÁo chất l°ợng sÁn phÁm đÁn sau khi rã đông, đ°ợc chāng minh cụ thß thông qua các thông sá nh° màu sÃc, đá cāng, đá dẻo, đá dai và tỷ lã hao hụt khái l°ợng sau rã đông.
Về màu sÃc, so sánh giữa ph°¢ng pháp cấp đông có hß trợ tă tr°áng và cấp đông gió thông th°áng, giá trá L* thấp h¢n 15%, giá trá a* và b* cao h¢n l¿n l°ợt là 49,9% và 23,8% cho thấy sÁn phÁm đ°ợc cấp đông có hß trợ tă tr°áng giữ đ°ợc các chất carotenoid (carotene và xanthophyll) ổn đánh h¢n. Về tính chất c¢ lý, các phân tích thử cÃt cho thấy đá cāng và āng suất cÃt cÿa fillet cá tra khi cấp đông có hß trợ tă tr°áng lßn h¢n khoÁng 6,1% so vßi ph°¢ng pháp cấp đông gió thông th°áng. Đồng thái, các phân tích TPA cho thấy so vßi các sÁn phÁm đ°ợc cấp đông gió thông th°áng thì các sÁn phÁm đ°ợc cấp đông có hß trợ tă tr°áng giữ đ°ợc đá đàn hồi, đá dẻo và đá dai cao h¢n l¿n l°ợt là 2,9%, 27,5% và 33,2%. Mặt khác, phân tích tỷ lã hao hụt khái l°ợng sau khi rã đông cÿa các m¿u cá đ°ợc cấp đông có hß trợ tă tr°áng cũng thấp h¢n 55,7% cũng phÁn ánh t°¢ng tự kÁt quÁ đo c¢ lý và cho thấy khi cấp đông có hß trợ tă tr°áng, các tinh thß băng đ°ợc hình thành vßi kích th°ßc nhß h¢n và đồng đều nên khi rã đông s¿ giúp giữ đ°ợc vá ngon cÿa sÁn phÁm.
iii ABSTRACT Freezing is a long-term process of preserving food, helping food between its nutrients and a long shelf life. During the freezing process, ice crystals are formed from unbound water in the lattice of the material and from the water in each cell, so the product is frozen. As a result, these ice crystals tend to develop into relatively large crystals within the material; therefore, they tend to damage structures by disruption of cell walls as well as disrupt the integrity of frozen products. When defrosted, water inside the food flows outside causing drip loss as well as reducing its original properties.
On the contrary, when the freezing process takes place rapidly, in the volume of food creates many freezing centers, less water shifts, the crystals make up smoother, therefore the food structure is preserved. Thus, the quality of food after freezing depends a lot on the freezing time, or in other words, the rate of heat transfer. The theoretical research results presented in this thesis have solved the basic problems related to the distribution of the magnetic field (MF) in the freezing chamber, the problem of heat and mass transfer and the determination of the theoretical freezing time in the case of air blast freezing. For the magnetic assisted freezing process, the theoretical basis and mathematical models of the effect of the MFs on the thermophysical properties of food during freezing have not yet been reported, so there is not enough basis to simulate this process theory.
Instead, to assess the effects of the MFs on the freezing process, several experiments were conducted in 03 different freezing methods (air blast freezing (ABF), oscillating magnetic field (OMF) and static magnetic field (SMF) assisted freezing process) in condition of 03 freezing temperatures (-30ðC , -35ðC, -40ðC). The experimental results were included in nonlinear regression and analysis to determine the equation of the freezing curve according to the dimensionless temperature. From this result, the unique iterative algorithm was used to calculate the heat transfer coefficient. The final result shows that on SMF process, the heat transfer coefficient is the largest and up to 9.4% higher than the ABF process.
The results of single-factor experiments show that the magnetic field affects freezing time, in particular it helps to reduce freezing time and energy costs at the same conditions of air temperature and velocity. This also shows the right direction in research to bring magnetic fields into support for freezing Pangasius fillet in order to reduce freezing time, reduce energy costs and improve product quality. From the results of single-factor experiments, 29 multi-factor experiments were established according to the method of orthogonal experiment planning level 2 to evaluate the effects of technological parameters on freezing time and freezing loss and color of Pangasius fillets. The results of data analysis have built three regression equations correlated between the target functions and input variables, and at the same time showed that these parameters have a great influence on the freezing process.
In parallel, the multi-target optimization method is also applied to determine the fair value iv of the technological parameters when conducting freezing with the support of static magnetic fields. For oscillating magnetic fields, because the flux density changes over time, multi-factor experiments have not been performed. Through the research results of this thesis, it can be seen that, in addition to reducing freezing time, the magnetic field also helps to ensure product quality until after thawing, which is specifically demonstrated through parameters such as color, hardness, stringiness, gumminess, chewiness and thawing loss. In terms of color, the comparison between SMF and ABF method, the L* value 15% lower, the value a* and b* higher 49.8%, respectively, showed that the magnetic-assisted frozen product kept the carotenoids (carotene and xanthophyll) more stable.
Regarding mechanical-physical properties, the shear test analysis showed that the hardness and peak stress of the Pangasius fillet when frozen with SMF was about 6.1% greater than that of ABF method. At the same time, the TPA analysis shows that compared to ABF products, the SMF products retain more stringiness, gumminess and chewiness 2. On the other hand, analysis of the weight loss rate after thawing of frozen samples with SMF was also 55.7% lower ABF samples, similarly reflecting the results of mechanical 3 physical measurement and showed when frozen static magnetic field, ice crystals are formed with smaller and uniform sizes, so defrosting helps to retain the delicious taste of the product. v LàI CÀM ¡N Tôi xin trân trãng cÁm ¢n PGS.
Võ Chí Chính và TS.