Nghiên Cứu Mô Phỏng Và Xác Định Chế Độ Cấp Đông Hợp Lý Cho Cá Tra Việt Nam

Luận án tiến sĩ nghiên cứu nghiên cứu mô phỏng và xác định chế độ cấp đông hợp lý cho cá tra việt nam, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng trong lĩnh vực tại

• Tác giả: Đỗ Hữu Hoàng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Việt Dũng
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Nhiệt
• Đề tài: Chế Độ Cấp Đông Hợp Lý Cho Cá Tra Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về công nghệ làm lạnh và cấp đông cá da trơn
• 1.1.1. Hiện trạng sản xuất thủy sản của Việt Nam
• 1.1.2. Quy trình công nghệ chế biến và bảo quản đông lạnh cá da trơn tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long - Việt Nam
• 1.1.3. Tiêu hao năng lượng trong chế biến cá da trơn
• 1.1.4. Hao hụt sản phẩm trong quá trình cấp đông
• 1.1.5. Xác định thời gian cấp đông
• 1.1.6. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng cấp đông cá
• 1.1.7. Kết luận
• 1.2. Tổng quan về mô phỏng quá trình làm lạnh cấp đông thực phẩm
• 1.2.1. Vai trò của việc nghiên cứu mô phỏng quá trình lạnh đông
• 1.2.2. Thực trạng của việc nghiên cứu mô phỏng quá trình lạnh đông
• 1.2.3. Phương pháp giải tích

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Chế Độ Cấp Đông Hợp Lý Cho Cá Tra Việt Nam

Nghiên cứu chế độ cấp đông hợp lý cho cá tra Việt Nam là một lĩnh vực quan trọng trong ngành chế biến thủy sản. Cá tra, một trong những sản phẩm xuất khẩu chủ lực của Việt Nam, cần được bảo quản và chế biến một cách hiệu quả để đảm bảo chất lượng và giá trị kinh tế. Việc áp dụng công nghệ cấp đông hiện đại không chỉ giúp bảo quản sản phẩm lâu dài mà còn nâng cao giá trị xuất khẩu. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào các phương pháp cấp đông, quy trình công nghệ và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

1.1. Tình Hình Sản Xuất Cá Tra Tại Việt Nam

Cá tra Việt Nam đã trở thành một trong những sản phẩm thủy sản xuất khẩu hàng đầu. Theo thống kê, sản lượng cá tra đã tăng gấp 50 lần trong 10 năm qua, chiếm tới 90% thị phần toàn cầu. Tuy nhiên, ngành chế biến vẫn gặp nhiều thách thức về công nghệ và chất lượng sản phẩm.

1.2. Vai Trò Của Chế Độ Cấp Đông Trong Ngành Thủy Sản

Chế độ cấp đông đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản cá tra. Việc cấp đông giúp giữ nguyên chất lượng và hương vị của sản phẩm, đồng thời giảm thiểu tổn thất sau thu hoạch. Công nghệ cấp đông hiện đại như IQF (Individual Quick Freezing) đang được áp dụng rộng rãi.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Chế Biến Cá Tra

Ngành chế biến cá tra Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tổn thất. Tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch lên tới 20% là một vấn đề nghiêm trọng. Ngoài ra, công nghệ chế biến hiện tại vẫn còn nhiều hạn chế, ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

2.1. Tổn Thất Sau Thu Hoạch Trong Ngành Cá Tra

Tổn thất sau thu hoạch trong ngành cá tra chủ yếu xảy ra trong khâu chế biến và bảo quản. Việc áp dụng công nghệ cấp đông chưa hiệu quả dẫn đến chất lượng sản phẩm không ổn định và tỷ lệ hao hụt cao.

2.2. Chất Lượng Sản Phẩm Cá Tra Xuất Khẩu

Chất lượng sản phẩm cá tra xuất khẩu chưa đáp ứng được yêu cầu của các thị trường khó tính. Việc cải thiện công nghệ chế biến và cấp đông là cần thiết để nâng cao chất lượng và giá trị sản phẩm.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Chế Độ Cấp Đông Cá Tra

Nghiên cứu chế độ cấp đông cá tra sẽ được thực hiện thông qua các phương pháp mô phỏng và thực nghiệm. Các yếu tố như thời gian cấp đông, nhiệt độ và tốc độ gió sẽ được kiểm soát để đánh giá ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Mô hình mô phỏng sẽ giúp dự đoán thời gian và điều kiện cấp đông tối ưu.

3.1. Mô Hình Mô Phỏng Quá Trình Cấp Đông

Mô hình mô phỏng sẽ được xây dựng dựa trên các phương trình vi phân dẫn nhiệt. Mô hình này sẽ giúp dự đoán thời gian và nhiệt độ cấp đông cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

3.2. Thực Nghiệm Đánh Giá Chất Lượng Sản Phẩm

Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để đánh giá chất lượng sản phẩm sau khi cấp đông. Các chỉ tiêu như độ ẩm, màu sắc và hương vị sẽ được kiểm tra để xác định hiệu quả của chế độ cấp đông.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng vào thực tiễn sản xuất để cải thiện quy trình chế biến cá tra. Việc áp dụng công nghệ cấp đông hợp lý sẽ giúp giảm thiểu tổn thất và nâng cao chất lượng sản phẩm, từ đó tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

4.1. Cải Thiện Quy Trình Chế Biến Cá Tra

Nghiên cứu sẽ đề xuất các giải pháp cải thiện quy trình chế biến cá tra, từ khâu thu hoạch đến khâu cấp đông. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tổn thất.

4.2. Tăng Cường Giá Trị Xuất Khẩu Cá Tra

Việc nâng cao chất lượng sản phẩm sẽ giúp tăng cường giá trị xuất khẩu cá tra. Các doanh nghiệp cần chú trọng đến việc áp dụng công nghệ cấp đông hiện đại để đáp ứng yêu cầu của thị trường quốc tế.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Chế Độ Cấp Đông Cá Tra

Nghiên cứu chế độ cấp đông hợp lý cho cá tra Việt Nam là một bước quan trọng trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu tổn thất. Việc áp dụng công nghệ cấp đông hiện đại sẽ giúp cải thiện quy trình chế biến và tăng cường giá trị xuất khẩu. Cần có những nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện quy trình và công nghệ chế biến cá tra.

5.1. Tương Lai Của Ngành Chế Biến Cá Tra

Ngành chế biến cá tra cần tiếp tục nghiên cứu và áp dụng công nghệ mới để nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc cải thiện quy trình cấp đông sẽ là chìa khóa để phát triển bền vững ngành thủy sản Việt Nam.

5.2. Đề Xuất Chính Sách Hỗ Trợ Ngành Thủy Sản

Cần có chính sách hỗ trợ từ chính phủ để thúc đẩy nghiên cứu và phát triển công nghệ chế biến cá tra. Điều này sẽ giúp nâng cao năng lực cạnh tranh và giá trị xuất khẩu của sản phẩm.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật "Nghiên cứu mô phỏng và xác định chế độ cấp đông hợp lý cho cá tra Việt Nam" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Đỗ Hữu Hoàng, dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. TSKH. Đặng Quốc Phú và PGS. TS. Nguyễn Việt Dũng, chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt (mã số: 62520115) tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội vào năm 2014.

Về tính cấp thiết, cá tra (và basa) của Việt Nam là nguồn lợi thủy sản xuất khẩu chủ đạo tập trung tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Trong vòng 10 năm trước thời điểm nghiên cứu, sản lượng cá tra của Việt Nam đã tăng 50 lần, giá trị xuất khẩu tăng 65 lần và chiếm tới 90% thị phần thế giới, mang lại kim ngạch xuất khẩu gần hai tỷ USD. Mặc dù trang thiết bị cấp đông tại các nhà máy chế biến được đầu tư tương đối hiện đại, công nghệ cấp đông cá tra vẫn mang tính thủ công và phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm thực tế của công nhân vận hành. Tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch trong khâu chế biến, bảo quản và vận chuyển thủy sản tại Việt Nam ở mức trên 20%, cao hơn so với các nước trong khu vực. Bên cạnh đó, suất tiêu hao điện năng để chế biến 1 kg cá da trơn dao động từ 0,4 đến 0,45 kWh/kg sản phẩm, trong đó giai đoạn làm lạnh và cấp đông chiếm trên 70% tổng năng lượng tiêu thụ (riêng hệ thống máy nén chiếm 72,86%). Việc kiểm tra thời gian cấp đông tại các nhà máy hiện nay được thực hiện bằng các thao tác định tính như gõ hai miếng cá vào nhau hoặc khoan đo nhiệt độ tâm thủ công, dẫn tới chất lượng sản phẩm không đồng đều và tiêu tốn nhiều năng lượng. Xuất phát từ yêu cầu của Nghị quyết 48/NQ-CP ngày 23/9/2009 của Chính phủ về việc giảm một nửa tổn thất sau thu hoạch đối với nông, lâm, thủy hải sản đến năm 2020, việc nghiên cứu có hệ thống về chế độ cấp đông hợp lý dựa trên cơ sở khoa học là vấn đề cấp bách.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án bao gồm:

1. Xác định các thông số nhiệt vật lý phụ thuộc nhiệt độ của cá tra Việt Nam trong dải nhiệt độ từ -40°C đến 40°C bằng phương pháp thực nghiệm kết hợp xây dựng mô hình toán.
2. Xây dựng mô hình toán và áp dụng phương pháp số để mô phỏng quá trình truyền nhiệt và chuyển pha bên trong cá tra trong quá trình cấp đông bằng thiết bị cấp đông rời dạng IQF.
3. Dự đoán chính xác thời gian cấp đông và sự phân bố trường nhiệt độ trong sản phẩm, từ đó xác định chế độ cấp đông hợp lý (nhiệt độ môi trường làm lạnh và tốc độ gió) nhằm kiểm soát chất lượng và giảm suất tiêu hao điện năng.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là quá trình cấp đông cá tra (fillet) bằng thiết bị cấp đông rời dạng IQF. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung vào công nghệ chế biến cá da trơn tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long; phạm vi về thông số nhiệt độ khảo sát tính chất nhiệt vật lý được giới hạn trong dải từ -40°C đến 40°C.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Trong phần tổng quan tài liệu, tác giả đã phân loại và điểm lại các hướng nghiên cứu chính liên quan đến tính toán và mô phỏng quá trình làm lạnh đông thực phẩm:

1. Hướng nghiên cứu giải tích xác định thời gian cấp đông:

• Mô hình giải tích kinh điển của Plank (1913) giải bài toán dẫn nhiệt giả ổn định cho các dạng hình học cơ bản (tấm phẳng, hình trụ dài vô hạn, khối cầu).
• Các dạng công thức bán thực nghiệm và hiệu chỉnh hệ số hình học dựa trên phương trình Plank được phát triển bởi Nagaoka, Takagi, Hotani; F. L. Levy; Cleland & Earle (1984, 1986); Q. T. Phạm (1986). Các tác giả như McNabb (1990) và Hossain (1992) đã đưa ra các nghiệm chuỗi vô hạn hoặc đồ thị để xác định hệ số hình học $E$. Tác giả chỉ rõ hạn chế của nhóm phương pháp giải tích là giả định quá trình chuyển pha diễn ra tại một nhiệt độ cố định $T_f$, thông số nhiệt vật lý là hằng số và chỉ tìm được thời gian cấp đông chứ không mô tả được trường nhiệt độ bên trong vật thể, dẫn tới sai số thực tế có thể lên đến 50% đối với thực phẩm có dạng hình học phi tiêu chuẩn.

2. Hướng nghiên cứu mô phỏng bằng phương pháp số:

• Các phương pháp giải hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt phi tuyến kết hợp điều kiện biên: Phương pháp Sai phân hữu hạn (FDM), Phương pháp Thể tích hữu hạn (FVM) theo nghiên cứu của Patankar (1980) và Malan cùng cộng sự (2002), và Phương pháp Phần tử hữu hạn (FEM). Trong đó, FEM được đánh giá là phương pháp tối ưu đối với các vật thể có biên phức tạp và tính chất nhiệt vật lý phi tuyến.

3. Hướng nghiên cứu mô hình toán dự đoán tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm:

• Thành phần băng: Các mô hình của Chen (1985) dựa trên định luật Raoult, Schwartzberg (1976), Miles (1974), Tchigeov (1979) và Latyshev (1992).
• Nhiệt dung riêng: Các phương trình của Siebel (1892), Heldman & Singh (1981), Choi & Okos (1986), Schwartzberg (1976, 1981), Chen (1985), và mô hình hệ nhiệt động đa thành phần cân bằng có chuyển pha của trường phái Chumak.
• Enthalpy: Mô hình của Chang & Tao (1981), Chen (1985), Schwartzberg (1976), Q. T. Phạm (1994).
• Hệ số dẫn nhiệt: Các mô hình của Maxwell (1904), Kopelman (1966) cho hệ đẳng hướng và dị hướng, Levy (1981) áp dụng biểu thức Maxwell-Eucken hiệu chỉnh, Murakami & Okos (1989) theo mô hình song song và nối tiếp.
• Khối lượng riêng: Mô hình tổng quát của Choi & Okos (1986) tính theo phần trăm khối lượng các cấu tử.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết là: Cho đến thời điểm nghiên cứu, tại Việt Nam chưa có công trình nào xác định đầy đủ bộ thông số nhiệt vật lý phụ thuộc vào nhiệt độ (nhiệt dung riêng hiệu dụng, hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng, khối lượng riêng, hệ số dẫn nhiệt độ) của cá tra trong dải nhiệt độ từ -40°C đến 40°C. Đồng thời, việc mô phỏng truyền nhiệt cho đối tượng cá tra Việt Nam bằng phương pháp số có xét đến tính chất phi tuyến của nhiệt vật lý và điều kiện trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức trong thiết bị IQF chưa được thực hiện bài bản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng cơ sở lý thuyết dựa trên phương trình vi phân dẫn nhiệt tổng quát phi tuyến của Stefan (1889) viết cho một phân tố vật thể có chuyển pha: $$C(T)\rho(T)\frac{\partial T(r, \tau)}{\partial \tau} = \text{div}[\lambda(T)\cdot\text{grad}T(r, \tau)] + q_v(r, \tau)$$ Trong đó $C(T)$ là nhiệt dung riêng (kJ/kg·K), $\rho(T)$ là khối lượng riêng ($\text{kg/m}^3$), $\lambda(T)$ là hệ số dẫn nhiệt (W/m·K), $q_v(r, \tau)$ là nguồn nhiệt trong do chuyển pha của nước ($\text{W/m}^3$), $T(r, \tau)$ là nhiệt độ phân tố theo tọa độ không gian và thời gian. Điều kiện biên cho quá trình cấp đông cá tra trong thiết bị cấp đông rời IQF được xác định là điều kiện biên loại 3 có tính đối xứng: $$-\lambda\left(\frac{\partial T}{\partial n}\right)_w = \alpha (T_w - T_f)$$ với $\alpha$ là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa bề mặt cá và dòng không khí lạnh.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm sự kết hợp giữa thực nghiệm đo đạc và mô hình hóa toán học số trị:

• Phương pháp thực nghiệm: Tác giả sử dụng phương pháp không ổn định dạng xung nhiệt với que thăm dạng kép (nguồn nhiệt dạng đường) kết nối hệ thống tự động ghi số liệu qua máy tính để xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng $\lambda(T)$ và hệ số dẫn nhiệt độ $a(T)$. Thí nghiệm được tiến hành trên 3 mẫu cá tra có cùng kích thước hình học và khối lượng trong buồng thí nghiệm đối lưu kín có giải nhiệt độ làm việc từ -75°C đến 200°C (sai số điều khiển $\pm 0,3\text{ K}$, công suất máy nén $2 \times 1/2\text{ HP}$, môi chất R508a/R410a). Tốc độ không khí được đo bằng máy Testo 425 tại 27 điểm đo để chọn vùng có trường vận tốc ổn định ($V = 0,2 \pm 0,02\text{ m/s}$).
• Phương pháp số: Rời rạc hóa hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng phi tuyến bằng Phương pháp Phần tử hữu hạn (FEM). Sơ đồ tích phân theo thời gian sử dụng sơ đồ nửa ẩn Cranck-Nicolson ($\theta = 1/2$): $${[C] + 0,5\Delta\tau[K]}{T}^{p+1} = {[C] - 0,5\Delta\tau[K]}{T}^p + 0,5\Delta\tau({f}^{p+1} + {f}^p)$$
• Phương pháp tính toán thông số nhiệt vật lý: Sử dụng mô hình Choi & Okos (1986) cho khối lượng riêng; mô hình Levy (1981) kết hợp công thức Maxwell-Eucken cho hệ số dẫn nhiệt; mô hình Schwartzberg (1976) và Chen (1985) cho nhiệt dung riêng hiệu dụng; từ đó tính toán gián tiếp nhiệt dung riêng thực nghiệm theo công thức: $$C_e(T) = \frac{\lambda(T)}{a(T)\cdot\rho(T)}$$

Nguồn dữ liệu và tư liệu:

• Mẫu cá tra được phân tích thành phần hóa học tại Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP. Hồ Chí Minh.
• Số liệu đo đạc thực nghiệm trường vận tốc gió (27 điểm đo) và các thông số $\lambda(T), a(T)$ trong dải nhiệt độ từ -40°C đến 40°C.
• Các tài liệu thống kê tiêu thụ năng lượng của ngành thủy sản Việt Nam và các tiêu chuẩn nhiệt vật lý của ASHRAE.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Chương này trình bày hiện trạng sản xuất, công nghệ cấp đông cá da trơn tại Việt Nam và cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình làm lạnh đông:

• Về công nghệ và kinh tế: Cá tra chiếm 90% sản lượng cá da trơn xuất khẩu của Việt Nam. Quy trình chế biến cá fillet đông lạnh sử dụng thiết bị cấp đông rời IQF dạng thẳng hoặc xoắn là chủ yếu; tủ cấp đông tiếp xúc (CF) ít được sử dụng do làm tăng lượng nước và giảm chất lượng sản phẩm. Suất tiêu hao điện năng chế biến là 0,4 - 0,45 kWh/kg sản phẩm. Bảng 1.1 và Bảng 1.2 trong văn bản chỉ ra suất tiêu hao điện của ngành thủy sản là 637,11 kWh/tấn sản phẩm, tiêu hao dầu DO là 35,837 lít/tấn sản phẩm; suất tiêu hao năng lượng của Việt Nam là 3.883,2 MJ/tấn sản phẩm, cao hơn 68% so với mức trung bình của thế giới. Trong cơ cấu tiêu thụ điện, thiết bị sản xuất chiếm 96%, riêng máy nén lạnh chiếm 72,86%, quạt dàn lạnh chiếm 30% và tủ cấp đông chiếm 27%.
• Đánh giá các phương pháp kiểm tra thực tế: Phương pháp xác định thời gian cấp đông tại nhà máy chủ yếu dựa vào gõ miếng cá hoặc dùng que đo nhiệt độ tâm thủ công (2-3 giờ/lần). Phương pháp này mang tính chủ quan vì miếng cá có dạng hình học phi tiêu chuẩn, khó xác định tâm thấm nhiệt thực tế.
• Phân tích lý thuyết mô phỏng truyền nhiệt: Tổng kết các dạng mô hình giải tích của Plank, Nagaoka, Levy, Cleland, và Phạm. Đánh giá bản chất quá trình chuyển pha thực tế diễn ra trong một dải nhiệt độ thay vì tại một điểm nhiệt độ cố định như các giả thiết giải tích. Phân tích ba phương pháp số giải bài toán dẫn nhiệt phi tuyến: Sai phân hữu hạn (FDM), Thể tích hữu hạn (FVM) và Phần tử hữu hạn (FEM), từ đó luận chứng lựa chọn phương pháp Phần tử hữu hạn là phù hợp nhất.
• Lý thuyết nhiệt vật lý: Khảo sát các mô hình dự đoán thành phần nước liên kết ($W_{wb} = 0,4W_p$), thành phần băng, nhiệt dung riêng hiệu dụng, enthalpy, hệ số dẫn nhiệt và khối lượng riêng của thực phẩm đa cấu tử.

Chương 2: Xác định tính chất nhiệt vật lý của cá tra bằng thực nghiệm và mô hình toán

Chương này tập trung xác định các thông số nhiệt vật lý của cá tra Việt Nam bằng phương pháp đo thực nghiệm và xây dựng mô hình toán tương ứng:

• Kết quả phân tích thành phần hóa học mẫu cá tra tại Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP. Hồ Chí Minh: Nước chiếm 67,3%; Protein chiếm 16,3%; Chất béo chiếm 15,4%; Tro chiếm 1,02%; Carbohydrate là 0%; Đường là 0%.
• Nhiệt độ bắt đầu kết đông của cá tra: Căn cứ vào thành phần các chất tan tương đồng với các nhóm cá có hàm lượng nước từ 59% đến 81% (đều có $t_f = -2,2^\circ\text{C}$ như Bảng 2.6 trong văn bản), tác giả xác định điểm bắt đầu kết đông của cá tra là $t_f = -2,2^\circ\text{C}$.
• Kết quả khảo sát trường vận tốc khí trong tủ thí nghiệm: Đo đạc tại 27 điểm bằng thiết bị Testo 425 cho thấy vận tốc khí phân bố không đều (từ 0,18 m/s đến 2,5 m/s), vận tốc trung bình là 0,797 m/s. Điểm đo xa quạt nhất có vận tốc trung bình 0,2 m/s với sai số $\pm 0,02\text{ m/s}$ được lựa chọn để đặt mẫu nhằm đảm bảo tính ổn định của điều kiện biên.
• Kết quả thực nghiệm đo $\lambda(T)$ và $a(T)$, tính toán khối lượng riêng $\rho(T)$ và nhiệt dung riêng gián tiếp $C_e(T)$ trong khoảng -40°C đến 40°C được tổng hợp qua bảng số liệu sau:

Nhiệt độ $t$ (°C)	Hệ số dẫn nhiệt $\lambda_{tn}$ (W/m·K)	Hệ số dẫn nhiệt độ $a_{tn}$ ($\text{m}^2/\text{s}$)	Khối lượng riêng $\rho$ ($\text{kg/m}^3$)	Nhiệt dung riêng $C_e$ (J/kg·K)
40	0,436	$1,26 \times 10^{-7}$	1023	3380,9
35	0,439	$1,39 \times 10^{-7}$	1025	3080,9
30	0,471	$1,41 \times 10^{-7}$	1027	3253,6
25	0,464	$1,43 \times 10^{-7}$	1028	3156,1
20	0,459	$1,45 \times 10^{-7}$	1029	3075,4
15	0,476	$1,43 \times 10^{-7}$	1030	3230,5
10	0,448	$1,41 \times 10^{-7}$	1031	3080,6
5	0,452	$1,49 \times 10^{-7}$	1032	2938,6
-5	1,158	$1,66 \times 10^{-7}$	1003	7026,5
-10	1,300	$3,76 \times 10^{-7}$	992	3502,3
-15	1,400	$5,20 \times 10^{-7}$	989	2730,0
-20	1,410	$6,24 \times 10^{-7}$	988	2289,9
-25	1,478	$7,84 \times 10^{-7}$	988	1910,9
-30	1,505	$1,09 \times 10^{-6}$	989	1397,8
-35	1,534	$1,18 \times 10^{-6}$	989	1316,5
-40	1,573	$1,58 \times 10^{-6}$	989	1007,4

• Đánh giá quy luật biến thiên tính chất nhiệt vật lý:
  • Vùng $5^\circ\text{C} \le t \le 40^\circ\text{C}$: Nước chưa đóng băng, các thông số ít biến đổi; dao động nhỏ là do sai số ngẫu nhiên của phép đo.
  • Vùng $-5^\circ\text{C} < t < 5^\circ\text{C}$: Xảy ra quá trình chuyển pha, xuất hiện nhiệt ẩn đông đặc làm nhiệt dung riêng biểu kiến tăng vọt (đạt giá trị đỉnh tại điểm chuyển pha); hệ số dẫn nhiệt tăng mạnh do nước chuyển thành băng ($\lambda_{\text{băng}} \approx 4\lambda_{\text{nước}}$); khối lượng riêng giảm do thể tích riêng của băng tăng; hệ số dẫn nhiệt độ giảm xuống cực tiểu rồi tăng trở lại. Phương pháp que thăm xung nhiệt gây phá vỡ cấu trúc mẫu trong vùng này nên phải áp dụng mô hình giải tích để nội suy.
  • Vùng $-40^\circ\text{C} \le t \le -5^\circ\text{C}$: Phần lớn nước đã đóng băng, nhiệt giải phóng chủ yếu là nhiệt hiện nên nhiệt dung riêng giảm dần từ 7026,5 J/kg·K về 1007,4 J/kg·K; hệ số dẫn nhiệt tiếp tục tăng từ 1,158 W/m·K lên 1,573 W/m·K; hệ số dẫn nhiệt độ tăng mạnh từ $1,66 \times 10^{-7}\text{ m}^2/\text{s}$ lên $1,58 \times 10^{-6}\text{ m}^2/\text{s}$.
• Xây dựng mô hình toán dự đoán:
  • Mô hình khối lượng riêng Choi & Okos (1986): $\rho = 1023\text{ kg/m}^3$ tại 40°C, tăng lên $1033\text{ kg/m}^3$ tại 0°C, giảm xuống $989\text{ kg/m}^3$ tại -15°C và giữ ở mức $988\text{ kg/m}^3$ tại -40°C.
  • Mô hình hệ số dẫn nhiệt theo Levy (1981): Coi cá tra gồm hai thành phần (nước muối và cơ khô ở trên điểm băng; mỡ/băng và cơ khô ở dưới điểm băng). Kết quả tính toán cho thấy $\lambda = 0,466\text{ W/m}\cdot\text{K}$ tại 40°C; $0,462\text{ W/m}\cdot\text{K}$ tại -2,2°C; và tăng lên $1,590\text{ W/m}\cdot\text{K}$ tại -40°C.
  • Mô hình nhiệt dung riêng theo Chen (1985) và Schwartzberg (1976): Tại điểm bắt đầu kết đông $t_f = -2,2^\circ\text{C}$, nhiệt dung riêng theo Schwartzberg đạt $94,284\text{ kJ/kg}\cdot\text{K}$ (theo Chen đạt $94,127\text{ kJ/kg}\cdot\text{K}$); tại -40°C, nhiệt dung riêng giảm xuống $1,151\text{ kJ/kg}\cdot\text{K}$ (theo Chen đạt $1,625\text{ kJ/kg}\cdot\text{K}$).

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả và đóng góp mới sau:

1. Về mặt lý luận và học thuật:

• Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm về các thông số nhiệt vật lý cơ bản phụ thuộc nhiệt độ của cá tra Việt Nam trong dải nhiệt độ rộng từ -40°C đến 40°C bao gồm hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng $\lambda(T)$, hệ số dẫn nhiệt độ $a(T)$, khối lượng riêng $\rho(T)$ và nhiệt dung riêng hiệu dụng $C_e(T)$.
• Ứng dụng thành công mô hình cấu tử hai thành phần của Levy kết hợp biểu thức Maxwell-Eucken hiệu chỉnh và mô hình Schwartzberg để mô tả chính xác sự thay đổi đột ngột của các tính chất nhiệt vật lý trong vùng chuyển pha của cá tra.
• Thiết lập mô hình toán truyền nhiệt phi tuyến chuyển pha sử dụng phương pháp Phần tử hữu hạn (FEM) với điều kiện biên đối lưu cưỡng bức loại 3, phản ánh sát thực tế quá trình cấp đông cá tra trong thiết bị IQF.

2. Về mặt thực tiễn và ứng dụng:

• Xóa bỏ việc xác định chế độ cấp đông bằng cảm tính và kinh nghiệm thủ công tại các nhà máy chế biến cá da trơn vùng đồng bằng sông Cửu Long.
• Cung cấp công cụ tính toán số cho phép dự đoán chính xác thời gian cấp đông và phân bố trường nhiệt độ bên trong sản phẩm theo thời gian thực.
• Tạo tiền đề khoa học cho việc tối ưu hóa chế độ vận hành (tốc độ băng chuyền, nhiệt độ gió cấp, công suất quạt dàn lạnh và máy nén), góp phần hiện thực hóa mục tiêu tiết kiệm năng lượng điện (vốn chiếm trên 70% ở khâu làm lạnh đông) và giảm tổn thất sau thu hoạch theo Nghị quyết 48/NQ-CP của Chính phủ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu:

• Điều kiện thiết bị nghiên cứu tại Việt Nam chưa cho phép thực hiện phép đo nhiệt dung riêng trực tiếp trong vùng nhiệt độ kết đông bằng phương pháp nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC) kết hợp làm lạnh sâu bằng Heli lỏng, cũng như chưa thể đo trực tiếp hàm lượng nước đóng băng bằng phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Do đó, giá trị nhiệt dung riêng trong vùng lân cận điểm băng (-5°C đến 5°C) phải dựa trên tính toán mô hình lý thuyết và xác định gián tiếp qua $\lambda$ và $a$.
• Nghiên cứu chưa xem xét chi tiết quá trình hao hụt khối lượng do bốc hơi ẩm trên bề mặt trong mô hình số, vì trên thực tế quy trình công nghệ chế biến cá tra đều có công đoạn mạ băng bảo vệ sau khi cấp đông rời.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Ứng dụng thiết bị DSC chuyên dụng để đo đạc trực tiếp đường cong nhiệt dung riêng hiệu dụng và nhiệt ẩn chuyển pha trong dải nhiệt độ biến đổi pha đột ngột quanh điểm kết đông của cá tra.
• Phát triển mô hình hình học không gian 3 chiều chi tiết mô phỏng chính xác biên dạng thực của miếng cá fillet để đánh giá trường nhiệt độ không gian đầy đủ hơn.
• Triển khai thuật toán điều khiển tự động tối ưu hóa tốc độ băng tải IQF dựa trên mô hình mô phỏng truyền nhiệt tại quy mô công nghiệp.

Giá trị tham khảo

Luận án mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Điện lạnh và Công nghệ sau thu hoạch: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp đo thông số nhiệt vật lý bằng xung nhiệt, thuật toán giải phương trình dẫn nhiệt phi tuyến chuyển pha bằng phương pháp phần tử hữu hạn, và phương pháp xác định điều kiện biên đối lưu trong thiết bị chế biến thực phẩm.
• Kỹ sư thiết kế hệ thống lạnh và cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy chế biến thủy sản: Cung cấp bảng số liệu chuẩn về nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng của cá tra theo nhiệt độ để tính toán phụ tải nhiệt chính xác cho hầm đông, tủ đông IQF; từ đó định cỡ công suất máy nén và thiết bị bay hơi hợp lý, tránh lãng phí điện năng tiêu thụ.
• Các cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng, nông nghiệp: Cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn để đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong ngành công nghiệp chế biến thủy sản xuất khẩu tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long.

Câu hỏi thường gặp

1. Suất tiêu hao năng lượng trong chế biến thủy sản của Việt Nam chênh lệch như thế nào so với thế giới?
Theo số liệu thống kê trong luận án, suất tiêu hao năng lượng trung bình trong chế biến thủy sản của Việt Nam là 3.883,2 MJ/tấn sản phẩm, cao hơn 68% so với mức suất tiêu hao năng lượng trung bình của các nước trên thế giới. Suất tiêu hao điện năng riêng biệt là 637,11 kWh/tấn sản phẩm và dầu DO là 35,837 lít/tấn sản phẩm.

2. Thành phần cấu tạo hóa học cơ bản của mẫu cá tra Việt Nam dùng trong nghiên cứu gồm những gì?
Mẫu cá tra được phân tích tại Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP. Hồ Chí Minh có tỷ lệ phần trăm khối lượng: Nước chiếm 67,3%; Protein chiếm 16,3%; Chất béo chiếm 15,4%; Tro chiếm 1,02%; thành phần Carbohydrate và Đường đều bằng 0%.

3. Nhiệt độ bắt đầu kết đông ($t_f$) của cá tra được xác định là bao nhiêu và dựa trên cơ sở nào?
Nhiệt độ bắt đầu kết đông của cá tra được chọn là $t_f = -2,2^\circ\text{C}$. Giá trị này được lựa chọn dựa trên sự tương đồng về hàm lượng nước và cấu tử chất tan giữa cá tra với các nhóm cá có thành phần tương tự đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm công bố trong tài liệu tham khảo của luận án (như cá tuyết, cá trích, cá thu, cá hồi đều có $t_f = -2,2^\circ\text{C}$).

4. Vì sao phương pháp xung nhiệt bằng que thăm không thể đo đạc chính xác tính chất nhiệt vật lý của cá tra trong khoảng nhiệt độ từ -5°C đến 5°C?
Trong khoảng nhiệt độ từ -5°C đến 5°C diễn ra quá trình biến đổi pha lỏng - rắn của nước, phát sinh nhiệt ẩn đông đặc và làm biến đổi cấu trúc tế bào; việc cắm que thăm nhiệt và cấp xung nhiệt điện trở sẽ làm phá vỡ cấu trúc tinh thể băng đang hình thành trong mẫu, dẫn tới sai số rất lớn và không thể đo đạc chính xác bằng phương pháp xung nhiệt thông thường.

5. Tại sao nghiên cứu có thể bỏ qua hao hụt khối lượng do bốc hơi nước của cá tra trong quá trình cấp đông IQF?
Mặc dù sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước giữa bề mặt sản phẩm và không khí lạnh gây ra hiện tượng bốc hơi nước làm hao hụt khối lượng, nhưng trong thực tế công nghệ chế biến cá tra xuất khẩu, sản phẩm fillet sau khi ra khỏi băng chuyền IQF đều trải qua công đoạn mạ băng bảo vệ bề mặt trước khi bao gói kín, do đó yếu tố hao hụt khối lượng này được phép bỏ qua trong mô hình tính toán.

Kết luận

Luận án của tác giả Đỗ Hữu Hoàng đã giải quyết trọn vẹn bài toán xác định tính chất nhiệt vật lý của cá tra Việt Nam trong dải nhiệt độ từ -40°C đến 40°C thông qua kết hợp giữa phương pháp xung nhiệt thực nghiệm và các mô hình giải tích cấu tử hai pha của Levy, Choi & Okos, và Schwartzberg. Nghiên cứu đã chứng minh sự biến thiên phi tuyến rõ rệt của hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng hiệu dụng và hệ số dẫn nhiệt độ trong vùng chuyển pha quanh điểm bắt đầu kết đông $t_f = -2,2^\circ\text{C}$. Kết quả nghiên cứu là nền tảng khoa học quan trọng cho việc ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng truyền nhiệt, từ đó tối ưu hóa công nghệ cấp đông IQF, nâng cao chất lượng cá tra xuất khẩu và giảm thiểu suất tiêu hao điện năng trong các nhà máy chế biến thủy sản tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về công nghệ làm lạnh và cấp đông cá da trơn 1.1 Hiện trạng sản xuất thủy sản của Việt Nam Công nghiệp chế biến thủy sản của Việt Nam rất đa dạng và khác nhau về mặt vận hành và trình độ sản xuất. Trong đó một số lĩnh vực chế biến của ngành rất phụ thuộc vào mùa vụ của nguyên liệu. Hơn nữa công nghệ chế biến thủy sản xuất khẩu của Việt Nam từ nhiều năm nay vẫn chưa thoát khỏi tình trạng xuất khẩu nguyên liệu thô hoặc cao hơn là dạng bán thành phẩm. Ngoài ra vẫn còn nhiều mặt hàng thủy sản được bán qua khách hàng trung gian nên kim ngạch xuất khẩu chưa cao so với năng lực sản xuất.

Hơn nữa tổn thất sau thu hoạch trong khâu chế biến, bảo quản và vận chuyển thủy sản là trên 20% là tỉ lệ cao so với các nước trong khu vực. Sản phẩm thủy sản rất đa dạng và phong phú tập trung vào các dạng chính đó là đông lạnh, đồ hộp, khô, muối, nước mắm. Trong đó, thủy sản lạnh đông chiếm tỷ trọng lớn nhất trong sản phẩm xuất khẩu của Việt Nam [1-3,15]. Nguyên liệu thủy sản được vận chuyển từ ngư trường về xí nghiệp, tại đó nó được xử lý bằng cách tách bỏ nội tạng, mang, vây, vảy …làm sạch và rửa, tùy theo yêu cầu của mỗi sản phẩm mà có các cách thức xử lý khác nhau.

Xử lý nhằm loại bỏ những phần có giá trị thấp, những phần không ăn được, tạo ra các dạng của sản phẩm. Đối với sản phẩm đông lạnh, thì bán thành phẩm sau xử lý được đưa đi cấp đông ở nhiệt độ -40 ÷ -42oC và trữ đông ở -18 ÷ -25oC[1-3,15]. Tuy nhiên, công nghệ chế biến sản phẩm thủy sản của Khu vực đồng bằng sông Cửu Long chủ yếu mang tính thủ công, chỉ sử dụng một số máy móc thiết bị ở một vài công đoạn như cấp đông trong tủ cấp đông (đối với sản phẩm đông lạnh), đóng hộp và tiệt trùng (sản phẩm đồ hộp), sấy, cán, xé…(sản phẩm khô), bao gói hút chân không… Tính tới thời điểm hiện nay trên thế giới chưa có một sản phẩm thủy sản nào chỉ trong một thời gian ngắn mà được nhiều thị trường chấp nhận, ưa chuộng và có tốc độ phát triển nhanh như sản phẩm cá tra (và basa) của Việt Nam xem hình 1. Trong vòng 10 năm qua, sản lượng cá tracủa Việt Nam đã tăng 50 lần, giá trị xuất khẩu tăng 65% lần và hiện đang chiếm tới 90% thị phần thế giới [1-3,15].

Kim ngạch xuất khẩu Cá đông lạnh Giáp xác Thân mềm 300 250 200 150 100 50 0 Năm Hình 1.1 Kim ngạch xuất khẩu cá đông lạnh và giáp xác, thân mềm của Việt nam 2002 - 2011 (triệu USD)[1-3] 1 Hình 1.2 Tình hình xuất khẩu cá tra từ năm 2009 đến ngày 15/6/2013[1-3] Ở nước ta khu vực sản xuất cá da trơn là đồng bằng sông Cửu Long xuất khẩu sản phẩm cá tra đem lại nguồn thu to lớn và quan trọng cho đất nước bởi vậy duy trì và phát triển bền vững nguồn lợi từ xuất khẩu cá da trơn là rất quan trọng.2 Quy trình công nghệ chế biến và bảo quản đông lạnh cá da trơn tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long - Việt nam Theo [15] quy trình công nghệ chế biến và bảo quản cá fillet được trình bày trên hình 1. Tùy theo đặc điểm của sản phẩm chế biến và năng lực của nhà máy mà chủng loại và số lượng trang thiết bị chế biến được các doanh nghiệp trang bị tương đối khá đầy đủ, đảm bảo cho chế biến chủ yếu bao gồm: Thiết bị cấp đông chính như tủ đông tiếp xúc, tủ đông gió, tủ đông IQF dạng thẳng, tủ đông IQF dạng xoắn, hầm đông gió.Thiết bị chế biến như máy phân cỡ, thiết bị hấp, luộc, máy rửa nguyên liệu, máy sấy, máy xay, máy cắt, máy trộn, thiết bị chiên, thiết bị đóng gói, máy dò kim loại.Tùy qui mô của mỗi doanh nghiệp mà có trang bị các kho lạnh để bảo quản nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm lạnh. Đồng thời phân xưởng sản xuất nước đá cây hoặc thiết bị làm nước đá vảy cũng được lắp đặt phục vụ cho việc bảo quản lạnh thủy sản trong suốt quá trình sản xuất. Các máy móc thiết bị chế biến được sử dụng trên địa bàn khu vực nam bộ có nguồn gốc rất đa dạng như Việt Nam, Nhật (Mycom, Mitsubishi, Nissui, Hitachi, Nikka.), Đức (Gunner, Komet), Hà Lan (Grasso),Mỹ (Bally), Đan Mạch (Sabroe), Thụy Điển, Canada (Sandvik), Đài Loan (Sangchi, Mingjia, Cheafen), Malaysia, Bỉ (Isocab), Ý, Indonesia, Singapore(Marisco), Thái Lan, Pháp… trong đó thiết bị xuất xứ từ Nhật chiếm nhiều hơn cả.

[15] Mặc dù quy trình chế biến cá có một vài khác biệt trong quy trình chế biến tùy thuộc vào loại cá ở mức độ ”khâu” công nghệ. Nhưng nhìn chung quy trình chế biến cá da trơn đều có rất nhiều sự tương đồng với nhau về thiết bị và công nghệ được thể hiện như sau ở hình 1. Trong đó cá da trơn thường được chế biến thành các miếng fillet, sau đó được cấp đông bằng hệ thống cấp đông rời dạng IQF. Ở một vài xí nghiệp chế biến thủy sản đông lạnh tủ cấp đông tiếp xúc (CF) cũng được dùng để cấp đông bánh fillet cá da trơn.

Đối với phương pháp này các miếng fillet được xếp vào các khay nhôm, sau đó được châm nước và đưa vào cấp đông trong tủ đông tiếp xúc. Tuy nhiên phương pháp cấp đông này có nhược điểm là hàm lượng nước trong bánh cá cao, chất lượng sản phẩm không cao cũng như khi tiêu thụ phải rã đông cả bánh cá vì thế loại sản phẩm này không thể xuất được vào các thị trường khó tính. Do vậy phương pháp cấp đông bằng tủ tiếp xúc hiện nay được dùng hết sức hạn chế. Mặt khác trong cơ cấu thành phần cá da trơn của Việt Nam dành cho xuất khẩu, cá tra chiếm tới khoảng 90%, phần còn lại là cá basa.

Vì lý do nêu trên, trong khuôn khổ luận án này, đối tượng nghiên cứu là quá trình cấp đông cá tra bằng các thiết bị cấp đông rời dạng IQF.3 Quy trình công nghệ chế biến và bảo quản tôm và cá fillet[15] 1.3 Tiêu hao năng lượng trong chế biến cá da trơn Điện năng là năng lượng tiêu thụ chính trong các nhà máy chế biến cá da trơn tại khu vực đồng bằng sông cửu long, theo thống kê tại các nhà máy chế biến, suất tiêu thụ điện năng để chế biến 1kg các da trơn từ nguyên liệu đến thành phẩm dao động từ 0.4 đến 0,45 kWh/kgSP. Số liệu này tính trung bình chung, tuy nhiên giá trị này rất biến động tùy thuộc và sản lượng nguyên liệu cung cấp cho nhà máy. Cụ thể tiêu hao điện năng điển hình của thiết bị trong nhà máy chế biến được trình bày trên hình 1.4 [15] Tỷ lệ của các hộ theo tiêu thụ điên Chiếu sáng 2% Văn phòng 2% Thiết bị sản xuất 96% Máy nén 72.86% Tỷ lệ theo tiêu thụ điện Thiết bị phụ trợ 6% Máy đá vảy Kho lạnh 22% 10% Máy lạnh dân dụng, Tháp giải nhiệt và Máy điều hòa máy tính các thiết bị đi kèm 5% 2.08% hệ thống máy nén 9.39% Tủ cấp đông Băng chuyền Chiếu sáng Trạm bơm cấp 27% Các thiết bị khác Quạt dàn lạnh 30% 5.94% nước+ xử lý nước 1.4 Tỷ lệ tiêu thụ điện năng điển hình của các thiết bị tiêu thụ điện tại các nhà máy [15] Theo thống kê về suất tiêu hao năng lượng [18],[50],[51],[60],[61],[97] đánh giá suất tiêu hao năng lượng trong chế biến thủy sản giữa Việt nam, các nước đang phát triển và các nước phát triển như sau: 3 Bảng 1.1 Tiêu hao năng lượng trong chế biến thủy sản Suất tiêu Suất tiêu hao NL Stt Ngành Loại SP Đơn vị Đơn vị hao điện DO FO Than Thủy 1 637,11 kWh/tấn SP 35,837 lít/tấnSP sản Bảng 1.2 Đánh giá tỷ lệ suất tiêu hao năng lượng Suất tiêu hao năng Tỷ lệ chênh lệch Suất tiêu hao suất tiêu hao năng lượng trung bình các STT Ngành năng lượng Việt lượng giữa VN nước trên thế giới nam (MJ/tấn SP) (MJ/tấn SP) và thế giới(%) 1 Thủy sản 3.883,2 68 Từ các số liệu ở trên chúng ta thấy rằng để đảo bảo khả năng cạnh tranh sản phẩm thủy hải sản đông lạnh nói chung và cá da trơn nói riêng việc giảm tiêu hao năng lượng trong quá trình chế biến và bảo quản sản phẩm thủy hải sản đông lạnh là vấn đề cấp thiết, đặc biệt là trong giai đoạn làm lạnh và cấp đông trong giai đoạn này năng lượng sử dụng chiếm trên 70%.4 Hao hụt sản phẩm trong quá trình cấp đông Đối với sản phẩm thủy hải sản trong quá trình đông lạnh, đặc biệt là các sản phẩm có giá trị kinh tế cao hao hụt khối lượng trong quá trình cấp đông ảnh hưởng rất lớn đến giá thành sản phẩm. Hao hụt khối lượng sản phẩm trong cấp đông do bốc hơi nước từ bề mặt sản phẩm vào không khí do có sự chênh lệch của áp suất riêng phần của hơi nước trong quá trình cấp đông.

Đối với công nghệ cấp đông cá da trơn bằng IQF độ hao hụt khối lượng sản phẩm tỷ lệ với diện tích bề mặt sản phẩm và thời gian cấp đông. Khi tiết diện bề mặt sản phẩm càng lớn thì độ hao hụt càng lớn. Ảnh hưởng của thời gian cấp đông đến độ hao hụt khối lượng sản phẩm cấp đông được thể hiện trên đồ thị sau: 1,0 0,5 0 50 100 150 200 Hình 1.5 Ảnh hưởng của thời gian cấp đông đến hao hụt khối lượng. Tuy nhiên trên thực tế trong công nghệ làm lạnh và cấp đông cá da trơn, sản phẩm sau khi cấp đông được mạ băng trước khi đóng gói, do đó ảnh hưởng hao hụt khối lượng trong khuôn khổ nghiên cứu này có thể bỏ qua.5 Xác định thời gian cấp đông Hầu hết các nhà máy đều xác định thời gian cấp đông cá da trơn một cách thủ công, thông qua kiểm tra nhiệt độ tâm sản phẩm.

Thường trong một ca sản xuất, bộ phận kiểm tra chất lượng sẽ kiểm tra định kỳ, thông thường từ 2 hay 3 tiếng đồng hồ kiểm tra một lần 4 bằng cách khoan miếng cá sau cấp đông tại vị trí dày nhất đến tâm và đo nhiệt độ tại vị trí này (hình 1. Còn công nhân vận hành thiết bị cấp đông (IQF) sẽ kiểm tra bằng cách gõ 2 miếng cá lại với nhau, nếu cá cứng không mềm, hay lật miếng cá lên, nếu ở dưới màu trắng, không còn đường nước ở trong miếng cá là đạt. Nếu cá chưa đạt hay quá già (dư đạt), họ sẽ tăng hay giảm tốc độ của băng chuyền bằng biến tần.