Tổng quan nghiên cứu
Tôm khô nguyên vỏ là một trong những sản phẩm thủy sản có giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao, được ưa chuộng trong và ngoài nước. Việt Nam với diện tích nuôi tôm khoảng 260.000 ha, sản lượng đạt từ 45.000 đến 47.000 tấn/năm, chủ yếu là tôm thẻ chân trắng, đang phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Tuy nhiên, công nghệ chế biến tôm khô hiện nay còn nhiều hạn chế, chủ yếu dựa vào phơi nắng hoặc sấy không khí nóng truyền thống, dẫn đến thời gian sấy kéo dài, chất lượng sản phẩm không đồng đều, hao hụt lớn và vệ sinh an toàn thực phẩm chưa đảm bảo.
Nghiên cứu này nhằm xác định chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ với sự hỗ trợ của bức xạ hồng ngoại, một công nghệ mới có khả năng rút ngắn thời gian sấy, giữ nguyên màu sắc, hương vị và hàm lượng dinh dưỡng của tôm. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc khảo nghiệm hai phương pháp sấy: sấy bằng không khí nóng và sấy không khí nóng kết hợp bức xạ hồng ngoại, ở các mức nhiệt độ từ 55 đến 70°C và cường độ bức xạ từ 200 đến 800 W/m². Mục tiêu là lựa chọn chế độ sấy tối ưu dựa trên tốc độ sấy và chất lượng sản phẩm, đặc biệt là màu sắc và hàm lượng dinh dưỡng.
Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất tôm khô nguyên vỏ, góp phần tăng giá trị kinh tế, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và đáp ứng yêu cầu khắt khe của thị trường xuất khẩu. Việc ứng dụng bức xạ hồng ngoại trong sấy tôm khô hứa hẹn sẽ là bước tiến công nghệ quan trọng cho ngành chế biến thủy sản Việt Nam.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình truyền nhiệt, truyền ẩm trong quá trình sấy, bao gồm:
Lý thuyết trao đổi nhiệt đối lưu: Mô tả quá trình truyền nhiệt từ không khí nóng sang bề mặt tôm, với hệ số trao đổi nhiệt đối lưu được xác định theo công thức chuẩn, đơn vị W/m²K, phản ánh sự chênh lệch nhiệt độ giữa vật liệu và môi trường.
Lý thuyết dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp: Áp dụng để mô phỏng sự truyền nhiệt từ bề mặt vào bên trong tôm nguyên vỏ, giúp hiểu rõ sự phân bố nhiệt độ và độ ẩm trong quá trình sấy.
Lý thuyết bức xạ hồng ngoại: Giải thích cơ chế truyền nhiệt bằng bức xạ điện từ có bước sóng từ 700 nm đến 1 mm, tác động trực tiếp lên bề mặt tôm, làm tăng tốc độ bay hơi nước và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Các khái niệm chính bao gồm: tốc độ sấy (%/giờ), độ ẩm ban đầu và sau sấy (%), cường độ bức xạ (W/m²), màu sắc sản phẩm (độ lệch màu), hàm lượng đạm tổng (N2), và thời gian sấy (giờ).
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm với thiết bị máy sấy không khí nóng kết hợp đèn bức xạ hồng ngoại. Cỡ mẫu tôm thẻ chân trắng nguyên vỏ được chuẩn bị đồng nhất, với độ ẩm ban đầu khoảng 70-80%. Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên nhằm đảm bảo tính đại diện.
Quá trình sấy được thực hiện ở bốn mức nhiệt độ: 55, 60, 65 và 70°C, cùng bốn mức cường độ bức xạ hồng ngoại: 200, 400, 600 và 800 W/m². Mỗi thử nghiệm được lặp lại để đảm bảo độ tin cậy số liệu. Thời gian sấy được ghi nhận cho đến khi độ ẩm tôm đạt dưới 22%, theo tiêu chuẩn TCVN 5650:1992.
Phân tích dữ liệu sử dụng các phương pháp thống kê mô tả và so sánh, bao gồm phân tích tốc độ sấy, màu sắc (đo bằng thiết bị đo độ lệch màu), hàm lượng đạm tổng (phương pháp Kjeldahl), và đánh giá chất lượng sản phẩm. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2018 đến tháng 6/2022, bao gồm giai đoạn chuẩn bị, thực nghiệm, phân tích và hoàn thiện luận văn.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Ảnh hưởng của phương pháp sấy đến tốc độ sấy: Sấy không khí nóng kết hợp bức xạ hồng ngoại (KKN + HN) cho tốc độ sấy trung bình cao hơn đáng kể so với sấy không khí nóng (KKN) đơn thuần. Ở nhiệt độ 65°C và cường độ bức xạ 600 W/m², tốc độ sấy đạt 14,07%/giờ, trong khi sấy KKN chỉ khoảng 9-10%/giờ. Thời gian sấy giảm còn 4 giờ so với 6-7 giờ ở phương pháp truyền thống.
Chất lượng màu sắc tôm khô: Mẫu tôm sấy bằng KKN + HN giữ được màu sắc vỏ tôm tốt hơn với giá trị độ lệch màu là 16,0, thấp hơn so với các mẫu sấy bằng KKN và các mức nhiệt độ khác. Điều này cho thấy bức xạ hồng ngoại giúp hạn chế biến đổi màu sắc do nhiệt.
Hàm lượng đạm tổng (N2): Hàm lượng đạm trong sản phẩm sấy bằng KKN + HN ở 65°C đạt mức cao nhất, duy trì trên 75% so với nguyên liệu tươi, trong khi phương pháp KKN có xu hướng giảm nhẹ do thời gian sấy kéo dài và nhiệt độ cao hơn.
Tiêu thụ năng lượng: Mặc dù sử dụng thêm đèn hồng ngoại, tổng lượng điện năng tiêu thụ trên một mẻ sấy không tăng đáng kể do thời gian sấy rút ngắn, giúp tiết kiệm chi phí sản xuất.
Thảo luận kết quả
Kết quả cho thấy sự kết hợp giữa không khí nóng và bức xạ hồng ngoại tạo ra hiệu quả truyền nhiệt kép, vừa đối lưu vừa bức xạ, giúp tăng tốc độ bay hơi nước từ tôm nguyên vỏ. Điều này phù hợp với lý thuyết truyền nhiệt và các nghiên cứu trước đây về ứng dụng bức xạ hồng ngoại trong sấy thực phẩm.
Việc giữ màu sắc và hàm lượng đạm cao hơn ở chế độ sấy 65°C và cường độ 600 W/m² phản ánh khả năng kiểm soát nhiệt độ bề mặt và giảm thời gian tiếp xúc nhiệt, hạn chế các phản ứng oxy hóa và phân hủy protein. So với các phương pháp truyền thống như phơi nắng hay sấy không khí nóng đơn thuần, phương pháp này nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tốc độ sấy theo thời gian, bảng so sánh hàm lượng đạm và độ lệch màu giữa các phương pháp, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của bức xạ hồng ngoại trong quá trình sấy.
Đề xuất và khuyến nghị
Áp dụng chế độ sấy kết hợp không khí nóng và bức xạ hồng ngoại ở 65°C, cường độ 600 W/m² để tối ưu hóa tốc độ sấy và chất lượng tôm khô nguyên vỏ. Thời gian thực hiện: ngay trong các cơ sở sản xuất hiện tại.
Đầu tư thiết bị máy sấy tích hợp đèn hồng ngoại với công suất phù hợp, đảm bảo bố trí đèn đồng đều để đạt hiệu quả sấy tối ưu. Chủ thể thực hiện: doanh nghiệp chế biến thủy sản, nhà máy sản xuất.
Đào tạo kỹ thuật vận hành và bảo trì máy sấy bức xạ hồng ngoại cho công nhân và kỹ thuật viên nhằm duy trì hiệu suất và tuổi thọ thiết bị. Thời gian: trong vòng 3-6 tháng sau khi đầu tư thiết bị.
Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng sản phẩm sau sấy, bao gồm đo độ ẩm, màu sắc và hàm lượng dinh dưỡng, nhằm đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Chủ thể thực hiện: bộ phận kiểm soát chất lượng tại các cơ sở sản xuất.
Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục mở rộng ứng dụng bức xạ hồng ngoại cho các loại thủy sản và nông sản khác, nhằm nâng cao giá trị và đa dạng hóa sản phẩm. Thời gian: nghiên cứu và thử nghiệm trong 1-2 năm tới.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Doanh nghiệp chế biến thủy sản: Nắm bắt công nghệ sấy hiện đại để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thời gian và chi phí sản xuất, đáp ứng yêu cầu thị trường xuất khẩu.
Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật nhiệt, công nghệ thực phẩm: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, lý thuyết truyền nhiệt và ứng dụng bức xạ hồng ngoại trong sấy thực phẩm.
Cơ quan quản lý và phát triển ngành thủy sản: Định hướng chính sách hỗ trợ ứng dụng công nghệ mới, nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm thủy sản.
Nhà cung cấp thiết bị công nghệ sấy: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả của máy sấy bức xạ hồng ngoại để phát triển sản phẩm phù hợp với thị trường Việt Nam.
Câu hỏi thường gặp
Bức xạ hồng ngoại có tác dụng gì trong quá trình sấy tôm khô?
Bức xạ hồng ngoại truyền nhiệt trực tiếp đến bề mặt tôm, làm tăng tốc độ bay hơi nước, rút ngắn thời gian sấy và giữ nguyên màu sắc, hương vị sản phẩm. Ví dụ, ở cường độ 600 W/m², thời gian sấy giảm còn 4 giờ so với 6-7 giờ khi không dùng bức xạ.Tại sao nên chọn nhiệt độ sấy 65°C trong nghiên cứu này?
Nhiệt độ 65°C kết hợp với cường độ bức xạ 600 W/m² cho tốc độ sấy cao nhất (14,07%/giờ) và giữ được hàm lượng đạm cũng như màu sắc tốt nhất, phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng tôm khô nguyên vỏ.Phương pháp sấy kết hợp có tiết kiệm năng lượng không?
Mặc dù sử dụng thêm đèn hồng ngoại, tổng điện năng tiêu thụ không tăng đáng kể do thời gian sấy giảm, giúp tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế.Chất lượng tôm khô nguyên vỏ được đánh giá bằng những chỉ tiêu nào?
Chất lượng được đánh giá qua màu sắc (độ lệch màu), hàm lượng đạm tổng (N2), độ ẩm cuối cùng (<22%), và cảm quan như mùi vị, độ dai. Các chỉ tiêu này đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn TCVN 5650:1992.Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại thủy sản khác không?
Có, bức xạ hồng ngoại là công nghệ linh hoạt, có thể áp dụng cho nhiều loại thủy sản và nông sản nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả sấy, tuy nhiên cần nghiên cứu điều chỉnh chế độ phù hợp từng loại nguyên liệu.
Kết luận
- Phương pháp sấy không khí nóng kết hợp bức xạ hồng ngoại là giải pháp hiệu quả để sấy tôm khô nguyên vỏ, giúp rút ngắn thời gian sấy và nâng cao chất lượng sản phẩm.
- Chế độ sấy tối ưu được xác định là nhiệt độ 65°C và cường độ bức xạ 600 W/m², với tốc độ sấy đạt 14,07%/giờ và thời gian sấy 4 giờ.
- Sản phẩm tôm khô giữ được màu sắc tự nhiên, hàm lượng đạm cao và đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
- Việc ứng dụng công nghệ này góp phần nâng cao giá trị kinh tế, đáp ứng yêu cầu thị trường xuất khẩu và phát triển bền vững ngành chế biến thủy sản.
- Đề xuất triển khai áp dụng công nghệ và đào tạo kỹ thuật vận hành, đồng thời nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các sản phẩm khác trong tương lai.
Hành động tiếp theo là đầu tư thiết bị máy sấy tích hợp bức xạ hồng ngoại và xây dựng quy trình sản xuất chuẩn, nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh cho doanh nghiệp chế biến thủy sản Việt Nam.