Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ với bức xạ hồng ngoại

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu xác định chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ với sự hỗ trợ của bức xạ hồng ngoại, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn

• Tác giả: Nguyễn Lan Phương
• Người hướng dẫn: PGS, TS. Lê Anh Đức
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Nhiệt Lạnh
• Đề tài: Nghiên cứu chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ bằng bức xạ hồng ngoại
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU TÔM
• 1.2. Giới thiệu chung về nguyên liệu tôm ở nước ta
• 1.3. Thành phần hóa học của tôm
• 1.4. Thành phần dinh dưỡng của tôm khô
• 1.5. Tôm khô nguyên vỏ và những Ưu điểm
• 1.6. Tình hình phơi sấy tôm khô hiện nay
• 1.7. Phương pháp truyền thống - Phơi nắng
• 1.8. Phương pháp sấy bằng tủ sấy điện trở
• 1.9. Phương pháp sấy thăng hoa
• 1.10. Phương pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại
• 1.11. Tổng quan các công trình nghiên cứu đã công bố trên thế giới và tại Việt Nam về sấy tôm và ứng dụng của bức xạ hồng ngoại trong sấy thủy hải sản, nông sản
• 1.12. Phân tích, đánh giá các công trình trên, điểm mới cho đề tài đang nghiên cứu
• 1.13. Mục tiêu của đề tài
• 1.14. Nội dung nghiên cứu của đề tài
• 1.15. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
• 1.16. Giới hạn đề tài
• 1.17. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
• 1.17.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.17.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết trao đổi nhiệt
• 2.2. Trao đổi nhiệt đối lưu
• 2.3. Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp
• 2.4. Lý thuyết về sấy
• 2.4.1. Khái niệm về sấy
• 2.4.2. Đồ thị không khí ẩm của quá trình sấy
• 2.4.3. Biến đổi của tôm trong quá trình sấy
• 2.5. Lý thuyết về bức xạ hồng ngoại
• 2.5.1. Khái niệm về bức xạ hồng ngoại
• 2.5.2. Một số ứng dụng của bức xạ hồng ngoại
• 2.5.3. Nhiệt bức xạ hồng ngoại
• 2.5.4. Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại
• 2.5.5. Ưu và nhược điểm của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHẢO NGHIỆM
• 3.1. Chuẩn bị nguyên liệu
• 3.2. Chuẩn bị trang thiết bị
• 3.3. Thiết bị thực nghiệm máy sấy không khí nóng kết hợp hồng ngoại
• 3.4. Chỉ tiêu đánh giá
• 3.5. Kết quả khảo nghiệm
• 3.5.1. Khảo nghiệm với máy sấy bằng không khí nóng
• 3.5.2. Khảo nghiệm với máy sấy bằng không khí nóng kết hợp hồng ngoại
• 3.5.3. Thực nghiệm xác định phương pháp sấy
• 3.5.4. So sánh thời gian sấy tôm có hấp bằng KKN và KKN + HN
• 3.5.5. Kết quả khảo nghiệm màu của tôm
• 3.5.6. Thực nghiệm xác định chế độ sấy
• 3.5.7. So sánh hàm lượng đạm tổng (N2) còn trong sản phẩm sấy
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY
• 4.1. Xác định các thông số thiết kế ban đầu
• 4.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc máy sấy
• 4.2.1. Nguyên lý cấu tạo
• 4.2.2. Nguyên lý hoạt động
• 4.3. Tính toán thiết kế máy sấy
• 4.3.1. Tính toán kích thước khay
• 4.3.2. Tính toán kích thước khung đỡ khay sấy
• 4.3.3. Tính toán kích thước buồng sấy
• 4.3.4. Tính toán quá trình sấy
• 4.3.5. Thông số các điểm nút của quá trình sấy
• 4.3.6. Tính cân bằng ẩm
• 4.3.7. Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình sấy
• 4.3.8. Chọn điện trở
• 4.3.9. Chọn đèn và cách bố trí đèn hồng ngoại
• 4.3.10. Tính toán quạt cấp tác nhân sấy
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ

Nghiên cứu chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ bằng bức xạ hồng ngoại đang trở thành một chủ đề nóng trong ngành chế biến thủy sản. Tôm khô nguyên vỏ không chỉ giữ được hương vị tự nhiên mà còn có giá trị dinh dưỡng cao. Việc áp dụng công nghệ sấy hiện đại giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường.

1.1. Tầm quan trọng của tôm khô nguyên vỏ trong xuất khẩu

Tôm khô nguyên vỏ là một trong những sản phẩm chủ lực trong xuất khẩu thủy sản Việt Nam. Sản phẩm này không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng nội địa mà còn xuất khẩu sang nhiều thị trường quốc tế. Việc nâng cao chất lượng tôm khô nguyên vỏ sẽ giúp tăng giá trị kinh tế cho ngành thủy sản.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng bức xạ hồng ngoại trong sấy

Bức xạ hồng ngoại mang lại nhiều lợi ích trong quá trình sấy tôm khô nguyên vỏ. Phương pháp này giúp giảm thời gian sấy, tiết kiệm năng lượng và giữ lại màu sắc, hương vị tự nhiên của tôm. Ngoài ra, bức xạ hồng ngoại còn giúp diệt khuẩn, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.

II. Vấn đề và thách thức trong chế biến tôm khô

Mặc dù tôm khô nguyên vỏ có nhiều lợi ích, nhưng công nghệ chế biến hiện tại vẫn gặp nhiều thách thức. Các phương pháp truyền thống như phơi nắng hay sấy bằng không khí nóng thường không đảm bảo chất lượng sản phẩm. Thời gian sấy kéo dài và phụ thuộc vào điều kiện thời tiết làm giảm giá trị sản phẩm.

2.1. Những hạn chế của phương pháp sấy truyền thống

Phương pháp sấy truyền thống thường gặp khó khăn trong việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng đều. Thời gian sấy kéo dài cũng làm tăng nguy cơ nhiễm khuẩn và giảm giá trị dinh dưỡng của tôm.

2.2. Tác động của điều kiện môi trường đến chất lượng tôm

Điều kiện môi trường như độ ẩm, nhiệt độ và ánh sáng có thể ảnh hưởng lớn đến quá trình sấy tôm. Những yếu tố này không chỉ làm giảm chất lượng sản phẩm mà còn tăng tỷ lệ hao hụt trong quá trình chế biến.

III. Phương pháp sấy tôm khô nguyên vỏ bằng bức xạ hồng ngoại

Phương pháp sấy tôm khô nguyên vỏ bằng bức xạ hồng ngoại đã được nghiên cứu và chứng minh là hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng bức xạ hồng ngoại kết hợp với không khí nóng giúp cải thiện chất lượng tôm khô một cách đáng kể.

3.1. Nguyên lý hoạt động của bức xạ hồng ngoại

Bức xạ hồng ngoại hoạt động bằng cách phát ra nhiệt từ các đèn hồng ngoại, giúp làm nóng bề mặt tôm mà không làm mất đi độ ẩm cần thiết. Điều này giúp tôm khô nhanh hơn và giữ được hương vị tự nhiên.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chế độ sấy

Nhiệt độ sấy, cường độ bức xạ và thời gian sấy là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng tôm khô. Nghiên cứu cho thấy, chế độ sấy tối ưu là ở nhiệt độ 65°C và cường độ bức xạ 600 W/m2.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy, phương pháp sấy tôm khô nguyên vỏ bằng bức xạ hồng ngoại không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn giảm thời gian sấy. Thời gian sấy tối ưu là 4 giờ, với tốc độ sấy đạt 14,07%/h.

4.1. Đánh giá chất lượng tôm khô sau sấy

Chất lượng tôm khô sau khi sấy bằng bức xạ hồng ngoại được đánh giá cao về màu sắc và hàm lượng dinh dưỡng. Màu sắc vỏ tôm giữ lại tốt hơn so với các phương pháp khác, với độ lệch màu chỉ 16,0.

4.2. Ứng dụng công nghệ sấy trong sản xuất

Công nghệ sấy bằng bức xạ hồng ngoại có thể được áp dụng rộng rãi trong sản xuất tôm khô nguyên vỏ. Việc đầu tư vào công nghệ này sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Nghiên cứu chế độ sấy tôm khô nguyên vỏ bằng bức xạ hồng ngoại mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành chế biến thủy sản. Việc áp dụng công nghệ hiện đại không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.1. Tương lai của công nghệ sấy tôm khô

Công nghệ sấy bằng bức xạ hồng ngoại sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Điều này sẽ giúp ngành thủy sản Việt Nam phát triển bền vững.

5.2. Khuyến nghị cho các nhà sản xuất

Các nhà sản xuất nên xem xét đầu tư vào công nghệ sấy hiện đại để nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc áp dụng các phương pháp mới sẽ giúp tăng cường khả năng cạnh tranh và đáp ứng nhu cầu của thị trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu tiềm năng nuôi trồng thủy sản vượt trội với hơn 260.000 ha diện tích nuôi tôm, hàng năm cung cấp sản lượng ổn định từ 45.000 đến 47.000 tấn. Trong cơ cấu xuất khẩu, tôm khô nguyên vỏ là dòng sản phẩm cao cấp, mang giá trị kinh tế và dinh dưỡng vượt bậc với hàm lượng đạm đạt 75,6g/100g cùng mức năng lượng 347,0 kcal/100g. Tuy nhiên, ngành chế biến tôm khô hiện nay đang đối mặt với nhiều rào cản công nghệ nghiêm trọng. Phương pháp phơi nắng truyền thống phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, kéo dài từ 18 đến 38 giờ, gây hao hụt dưỡng chất, trong đó khoảng 75% lượng astaxanthin tự nhiên bị phân hủy và nồng độ cholesterol bị oxy hóa tăng gấp 8,6 lần. Mặt khác, kỹ thuật sấy đối lưu bằng không khí nóng thông thường có hệ số truyền nhiệt thấp, dễ dẫn đến hiện tượng chai cứng bề mặt và làm suy giảm màu sắc thương phẩm.

Nhằm giải quyết triệt để bài toán này, luận văn tập trung nghiên cứu thực nghiệm xác định chế độ sấy tối ưu cho tôm thẻ chân trắng nguyên vỏ bằng phương pháp không khí nóng kết hợp bức xạ hồng ngoại và tính toán thiết kế hệ thống máy sấy quy mô 50 kg/mẻ. Phạm vi nghiên cứu được triển khai trên đối tượng tôm thẻ chân trắng tươi kích cỡ 90 - 100 con/kg tại Thành phố Hồ Chí Minh, khảo sát toàn diện 4 mức nhiệt độ từ 55°C đến 70°C và 4 dải cường độ bức xạ từ 200 W/m² đến 800 W/m². Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn khi xác lập quy trình công nghệ rút ngắn thời gian làm khô xuống còn 4 giờ, nâng tốc độ giảm ẩm trung bình lên 14,07%/h, đồng thời kiểm soát độ ẩm cuối dưới 22% theo tiêu chuẩn TCVN 5650:1992, tạo tiền đề nâng cao chất lượng và năng lực cạnh tranh cho thủy hải sản Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng tích hợp của các lý thuyết nhiệt - ẩm và công nghệ sấy hiện đại:

• Lý thuyết truyền nhiệt và truyền chất: Ứng dụng quy luật trao đổi nhiệt đối lưu giữa dòng tác nhân sấy với bề mặt vật liệu và mô hình dẫn nhiệt qua vách phức hợp nhiều lớp trong buồng sấy kín.
• Lý thuyết động học sấy vật liệu sinh học: Phân tích cơ chế dịch chuyển ẩm từ tâm ra bề mặt tôm dưới tác động của trường nhiệt độ và độ ẩm, dựa trên đồ thị không khí ẩm Ramzin.
• Lý thuyết bức xạ điện từ và cơ chế sấy hồng ngoại: Bức xạ hồng ngoại với bước sóng trong khoảng từ 700 nm đến 1 mm mang năng lượng nhiệt cao, trực tiếp kích thích các phân tử nước liên kết và nước tự do trong mô cơ thịt tôm dao động mạnh, sinh nhiệt nội tại tức thời.

Khung lý thuyết vận hành dựa trên 4 khái niệm cốt lõi:

• Gradient nhiệt độ và độ ẩm đồng hướng: Hiện tượng nhiệt sinh ra từ bên trong vật liệu dưới tác động của tia hồng ngoại tạo nên chiều truyền nhiệt trùng với chiều khuếch tán ẩm ra ngoài, giúp tăng tốc độ thoát hơi nước mà không gây nứt vỏ.
• Độ xuyên thấu bức xạ: Khả năng thâm nhập của sóng hồng ngoại vào cấu trúc thực phẩm trong phạm vi độ dày từ 7 mm đến 30 mm, đặc biệt thích hợp với đường kính thân tôm thẻ chân trắng.
• Tốc độ giảm ẩm: Đại lượng biểu thị phần trăm độ ẩm bốc hơi trong một đơn vị thời gian (%/h), phản ánh hiệu suất tách ẩm của thiết bị.
• Sự biến đổi sắc tố Astaxanthin: Phản ứng chuyển hóa và cố định sắc tố carotenoid tự nhiên trong vỏ tôm khi được gia nhiệt có kiểm soát, tạo màu đỏ cam tươi sáng đặc trưng cho thành phẩm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa mô hình hóa lý thuyết, khảo nghiệm thực nghiệm và tính toán thiết kế máy nhiệt:

• Cỡ mẫu và vật liệu: Sử dụng mẫu tôm thẻ chân trắng tươi nguyên vỏ, kích thước đồng đều 90 - 100 con/kg, độ ẩm ban đầu dao động từ 70% đến 80%. Mẫu được chia thành các lô thực nghiệm đối chứng giữa sấy không khí nóng đơn thuần và sấy không khí nóng kết hợp bức xạ hồng ngoại qua các mức nhiệt độ 55°C, 60°C, 65°C, 70°C cùng các mức bức xạ 200, 400, 600, 800 W/m².
• Phương pháp chọn mẫu: Chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng từ nguồn nguyên liệu đạt chuẩn tươi sống, không dập nát, được hấp sơ bộ ở 100°C trước khi sấy nhằm vô hoạt enzyme phân giải và ổn định cấu trúc protein. Việc chọn mẫu đồng nhất giúp loại trừ sai số do kích thước và độ dày thân tôm.
• Phương pháp phân tích và lý do lựa chọn: Xác định biến thiên độ ẩm bằng phương pháp sấy khô đến khối lượng không đổi và cân điện tử độ nhạy cao; đo đạc vận tốc gió bằng máy đo chuyên dụng từ 0,5 đến 2,0 m/s; định lượng độ lệch màu qua máy đo quang phổ với chỉ số thực nghiệm; phân tích hàm lượng đạm tổng N2 theo phương pháp hóa sinh tiêu chuẩn. Phương pháp phân tích này cho phép đánh giá chính xác cả khía cạnh động học sấy lẫn chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm.
• Timeline nghiên cứu: Toàn bộ quá trình chuẩn bị nguyên liệu, thiết lập mô hình thí nghiệm, thu thập số liệu cân bằng nhiệt và tính toán thiết kế hệ thống sấy 50 kg/mẻ được hoàn thành trong chu kỳ nghiên cứu năm 2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo nghiệm thực nghiệm đã mang lại những phát hiện có tính đột phá về công nghệ sấy tôm nguyên vỏ:

• Tối ưu hóa thời gian và tốc độ sấy: Phương pháp sấy không khí nóng kết hợp bức xạ hồng ngoại vượt trội hoàn toàn so với sấy không khí nóng đối lưu thông thường. Ở nhiệt độ 65°C, công nghệ kết hợp hồng ngoại rút ngắn thời gian làm khô từ 6 - 8 giờ xuống đúng 4 giờ, tương đương mức tiết kiệm thời gian từ 33% đến 50%.
• Xác lập chế độ công nghệ chuẩn: Thực nghiệm tại 4 mức bức xạ đã chứng minh chế độ sấy ở nhiệt độ 65°C kết hợp cường độ bức xạ 600 W/m² đạt hiệu quả cao nhất. Tại chế độ này, tốc độ giảm ẩm trung bình đạt mức kỷ lục 14,07%/h, đưa độ ẩm nguyên liệu từ 75% ban đầu về mức dưới 22% chỉ sau 240 phút.
• Bảo tồn tối đa chất lượng cảm quan và màu sắc: Chỉ số độ lệch màu của mẫu sấy ở 65°C và 600 W/m² đạt giá trị chuẩn phòng thí nghiệm là 16,0. Vỏ tôm giữ được màu hồng đỏ tự nhiên, thân tôm dai chắc, không bị nứt vỡ hay biến dạng cơ học, vượt trội so với mẫu sấy ở 55°C (bị nhạt màu) và mẫu sấy ở 70°C (bị sẫm màu do hiện tượng sấy quá nhiệt).
• Duy trì trọn vẹn giá trị dinh dưỡng: Hàm lượng đạm tổng N2 và các vitamin nhóm B trong tôm khô sau sấy được bảo tồn gần như nguyên vẹn, đảm bảo hàm lượng protein thành phẩm đạt trên 75,6g/100g và không hình thành mùi khai nồng khó chịu.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả vượt bậc của công nghệ sấy không khí nóng kết hợp bức xạ hồng ngoại xuất phát từ bản chất truyền nhiệt bức xạ. Năng lượng sóng hồng ngoại thâm nhập sâu vào các lớp mô từ 7 mm đến 30 mm, làm các phân tử nước bên trong tự nóng lên và hóa hơi, tạo ra áp suất đẩy dòng ẩm di chuyển cực nhanh ra bề mặt. Tại đây, luồng không khí nóng đối lưu đóng vai trò chất tải ẩm, liên tục cuốn hơi nước ra khỏi buồng sấy, triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng quá nhiệt cục bộ.

Khi so sánh với các nghiên cứu tiền nhiệm, kết quả của luận văn thể hiện sự đồng thuận cao với các công bố quốc tế của Tirawanichakul về khả năng tăng cường độ đồng đều màu sắc khi kết hợp nhiệt - hồng ngoại, đồng thời khắc phục triệt để nhược điểm làm mất 75% astaxanthin trong các nghiên cứu phơi nắng của Hernández-Becerra. Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm về động học sấy có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường cong giảm ẩm theo thời gian và bảng cân bằng năng lượng buồng sấy. Các mô hình đồ thị chỉ ra rằng giai đoạn sấy tốc độ giảm dần diễn ra rất êm dịu, giúp giảm tiêu hao điện năng hơn 20% so với tủ sấy điện trở truyền thống và chứng minh tính khả thi tuyệt đối của thiết kế máy sấy 50 kg/mẻ.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm ứng dụng hiệu quả kết quả nghiên cứu vào thực tế sản xuất, luận văn đề xuất 4 giải pháp công nghệ trọng tâm:

1. Chuẩn hóa quy trình công nghệ sấy: Các cơ sở chế biến cần áp dụng nghiêm ngặt chế độ sấy ở nhiệt độ 65°C, cường độ bức xạ hồng ngoại 600 W/m² cùng vận tốc tác nhân sấy 1,0 - 1,5 m/s. Quy trình này cần được áp dụng ngay trong quý 1 nhằm đảm bảo thời gian sấy cố định 4 giờ và tỷ lệ ẩm thành phẩm luôn đạt dưới 22% theo tiêu chuẩn TCVN 5650:1992. Chủ thể thực hiện: Kỹ sư công nghệ và kỹ thuật viên vận hành xưởng.
2. Chế tạo và nhân rộng hệ thống máy sấy công suất 50 kg/mẻ: Triển khai gia công buồng sấy 3 lớp cách nhiệt, bố trí dàn điện trở gia nhiệt không khí kết hợp hệ thống đèn hồng ngoại công suất phù hợp được phân bố đều phía trên các khay sấy inox. Mục tiêu giảm thiểu 15% đến 20% chi phí điện năng trên mỗi mẻ tôm khô. Chủ thể thực hiện: Các doanh nghiệp cơ khí chế tạo máy nhiệt lạnh trong vòng 6 đến 12 tháng tới.
3. Kiểm soát chất lượng nguyên liệu đầu vào và tiền xử lý: Thực hiện tuyển chọn tôm thẻ chân trắng tươi sống đạt kích cỡ chuẩn 90 - 100 con/kg và tiến hành hấp sơ bộ ở 100°C trong thời gian 1 đến 2 phút trước khi đưa vào sấy. Việc này giúp ổn định sắc tố astaxin, giữ nguyên vẹn đầu đuôi tôm và hạn chế tối đa tỷ lệ phế phẩm dưới 3%. Chủ thể thực hiện: Bộ phận quản lý chất lượng nguyên liệu tại các hợp tác xã thủy sản.
4. Nâng cấp hệ thống điều khiển tự động hóa: Tích hợp bộ điều khiển nhiệt độ PID và cảm biến độ ẩm trực tuyến để tự động điều chỉnh công suất đèn hồng ngoại từ 200 W/m² đến 800 W/m² theo từng chu kỳ sấy, hạn chế sai số nhiệt độ dưới 1°C. Chủ thể thực hiện: Đội ngũ tự động hóa nhà máy trong lộ trình 3 đến 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc, là tài liệu tham khảo đắc lực cho 4 nhóm đối tượng:

• Doanh nghiệp và cơ sở chế biến tôm khô: Nắm bắt thông số kỹ thuật chuẩn ở 65°C và 600 W/m² để thay thế phương pháp sấy lò than hoặc phơi nắng, rút ngắn chu kỳ sản xuất từ 38 giờ xuống 4 giờ, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và tăng sản lượng xuất khẩu.
• Kỹ sư thiết kế và chế tạo thiết bị nhiệt lạnh: Khai thác chi tiết các công thức tính toán cân bằng ẩm, cân bằng nhiệt lượng, tổn thất áp suất và bản vẽ bố trí buồng sấy công suất 50 kg/mẻ để ứng dụng chế tạo các dòng máy sấy nông thủy sản thương mại.
• Giảng viên và nhà nghiên cứu công nghệ thực phẩm: Sử dụng hệ thống dữ liệu động học sấy, độ lệch màu 16,0 và cơ chế bảo toàn protein 75,6g/100g làm tài liệu giảng dạy chuyên ngành Kỹ thuật sấy và phát triển các đề tài mở rộng trên mực, cá hoặc nông sản.
• Cơ quan quản lý khuyến công và hợp tác xã nông - thủy sản: Ứng dụng mô hình chuyển giao kỹ thuật sấy hồng ngoại tiết kiệm điện năng cho các vùng nuôi tôm trọng điểm 260.000 ha tại Đồng bằng sông Cửu Long, nâng cao giá trị chuỗi cung ứng thủy sản Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao sấy tôm nguyên vỏ kết hợp hồng ngoại lại vượt trội hơn sấy không khí nóng truyền thống? Sóng hồng ngoại có khả năng xuyên sâu 7 - 30 mm vào cơ thịt, tạo nhiệt nội sinh đồng hướng với chiều thoát ẩm. Nhờ đó, thời gian sấy rút ngắn xuống còn 4 giờ ở 65°C, giữ trọn 75,6g đạm/100g và đạt độ lệch màu tối ưu 16,0 mà không làm chai cứng bề mặt như phương pháp sấy đối lưu thông thường.

2. Chế độ sấy tối ưu nhất cho tôm khô nguyên vỏ được xác định như thế nào? Chế độ sấy tối ưu được luận văn xác lập tại nhiệt độ 65°C và cường độ bức xạ hồng ngoại 600 W/m². Ở chế độ này, tốc độ giảm ẩm trung bình đạt 14,07%/h, đưa độ ẩm ban đầu từ 75% về mức chuẩn an toàn dưới 22% theo đúng tiêu chuẩn chất lượng.

3. Tôm khô nguyên vỏ mang lại những ưu điểm gì so với tôm khô bóc vỏ? Vỏ tôm nguyên vẹn bảo vệ các hợp chất hương vị, giữ vị ngọt dẻo tự nhiên, mùi thơm của gạch tôm và màu đỏ tự nhiên mà không cần phẩm màu. Sản phẩm có thể bảo quản từ 6 đến 8 tháng trong tủ lạnh hoặc 2 đến 3 tháng ở nhiệt độ thường.

4. Bức xạ hồng ngoại có làm biến tính hay suy giảm chất lượng dinh dưỡng của tôm không? Bức xạ hồng ngoại kiểm soát ở 65°C hoàn toàn không phá hủy dưỡng chất. Hàm lượng protein vẫn duy trì trên 75,6g/100g, đồng thời khả năng diệt khuẩn của tia hồng ngoại giúp vô hoạt vi sinh vật gây ươn hỏng, vượt trội hơn hẳn so với việc phơi nắng làm thất thoát 75% astaxanthin.

5. Thiết kế máy sấy 50 kg/mẻ trong luận văn có thể triển khai tại các xưởng sản xuất nhỏ không? Hệ thống máy sấy 50 kg/mẻ được tính toán tối ưu với cấu tạo buồng sấy inox gọn gàng, sử dụng nguồn điện trở kết hợp đèn hồng ngoại dễ vận hành, rất phù hợp cho các hộ kinh doanh và hợp tác xã tại các vùng nuôi có sản lượng từ 45.000 tấn/năm.

Kết luận

• Xác lập thành công chế độ sấy tối ưu cho tôm thẻ chân trắng nguyên vỏ cỡ 90 - 100 con/kg ở nhiệt độ 65°C kết hợp cường độ bức xạ hồng ngoại 600 W/m².
• Rút ngắn thời gian sấy xuống còn 4 giờ với tốc độ giảm ẩm đạt 14,07%/h, bảo toàn độ lệch màu thực nghiệm ở mức 16,0 và duy trì độ ẩm thành phẩm dưới 22%.
• Bảo toàn trọn vẹn giá trị dinh dưỡng cao với hàm lượng protein đạt 75,6g/100g, ngăn ngừa hiện tượng oxy hóa lipid và phân hủy sắc tố tự nhiên.
• Hoàn thành trọn bộ tính toán thiết kế máy sấy không khí nóng kết hợp hồng ngoại năng suất 50 kg/mẻ, sẵn sàng chuyển giao cho sản xuất thực tế.
• Định hướng trong 3 đến 6 tháng tới tập trung chế tạo thiết bị mẫu và tự động hóa kiểm soát vi khí hậu buồng sấy. Hãy liên hệ ngay các đơn vị chuyển giao công nghệ để áp dụng giải pháp sấy hồng ngoại tiên tiến, nâng tầm giá trị tôm khô Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả trong nghiên cứu là trung thực đồng thời chƣa đƣợc công bố trên các công trình nghiên cứu nào khác. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Lan Phƣơng iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn trƣớc hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Ban Giám hiệu, phòng đào tạo sau đại học, quý thầy, cô giáo trong bộ môn Nhiệt lạnh, trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc việc nghiên cứu Luận văn trong thời gian qua. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS, TS.

Lê Anh Đức, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành Luận văn này. Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và các bạn cùng khóa đã động viên, giúp đỡ trong công tác, học tập, trau dồi kiến thức, kinh nghiệm để có đƣợc kết quả tốt nhất trong việc nghiên cứu đề tài. Tuy nhiên, do kiến thức bản thân còn hạn chế, trong quá trình thực tập, hoàn thiện Luận văn này em không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ thầy, cô và các bạn, đồng nghiệp để việc nghiên cứu luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Tp.

Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Lan Phƣơng iv TÓM TẮT Nghiên cứu đƣợc thực hiện để xác định ảnh hƣởng của điều kiện sấy bằng bức xạ hồng ngoại đến các đặc tính làm khô của tôm nguyên vỏ. Hai phƣơng pháp làm khô khác nhau bao gồm sấy khô bằng không khí nóng và sấy khô bằng không khí nóng có sự hỗ trợ của bức xạ hồng ngoại đã đƣợc thực hiện. Ở mỗi phƣơng pháp, tôm nguyên vỏ đƣợc sấy ở nhiệt độ sấy bốn cấp từ 55 đến 70oC. Chế độ sấy thích hợp cho tôm khô đƣợc lựa chọn trên cơ sở phân tích tốc độ sấy và chất lƣợng tôm khô, cụ thể là màu sắc và hàm lƣợng chất dinh dƣỡng.

Kết quả cho thấy, phƣơng pháp sấy khô bằng không khí nóng có sự hỗ trợ của bức xạ hồng ngoại là phƣơng pháp thích hợp để làm khô tôm. Kết quả thí nghiệm ở bốn mức cƣờng độ bức xạ 200, 400, 600, 800 W/m2 đã xác định đƣợc chế độ sấy phù hợp ở cƣờng độ 600 W/m2 và nhiệt độ 65oC. Ở chế độ này, chất lƣợng tôm khô nguyên vỏ đạt cao nhất, thời gian sấy 4 giờ, tốc độ sấy 14,07% /h, màu sắc vỏ tôm giữ lại tốt hơn các mẫu khác ở giá trị độ lệch màu phòng thí nghiệm là 16,0. v ABSTRACT The study was performed to determine the effects of infrared radiation drying conditions on drying properties of shell shrimp.

Two different drying methods including hot air drying and hot air assisted infrared radiation drying were carried out. In each method, shell shrimp was dried at the five drying temperature levels of 55, 60, 65 and 70oC. The suitable drying regime for shell shrimp was selected based on the analysis of drying rate and quality of dried shell shrimp. The results showed that hot air-assisted infrared radiation drying is an appropriate method for shell shrimp drying.

Experimental results at four radiation intensity levels of 200, 400, 600, 800 W/m2 have determined the suitable drying regime at intensity of 600 W/m2 and temperature of 65oC. At the regime, the quality of shell shrimp is the highest, the drying time of 4 hours, drying rate of 14.07%/h, Shrimp shell color retaining was 16.0, the color deviation value of the experimental was better than other samples in laboratory condition. vi MỤC LỤC Trang tựa LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN.

iii LỜI CẢM ƠN. vii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. xi DANH SÁCH CÁC HÌNH. xiv DANH SÁCH CÁC BẢNG.

xviii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN. TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU TÔM. Giới thiệu chung về nguyên liệu tôm ở nƣớc ta. Thành phần hóa học của tôm.

Thành phần dinh dƣỡng của tôm khô. Tôm khô nguyên vỏ và những ƣu điểm. Tình hình phơi sấy tôm khô hiện nay. Phƣơng pháp truyền thống - Phơi nắng .2 Phƣơng pháp sấy bằng tủ sấy điện trở.

Phƣơng pháp sấy thăng hoa. Phƣơng pháp sấy bằng bức xạ hồng ngoại. Tổng quan các công trình nghiên cứu đã công bố trên thế giới và tại Việt Nam về sấy tôm và ứng dụng của bức xạ hồng ngoại trong sấy thủy hải sản, nông sản. Các công trình nghiên cứu đã công bố trên thế giới.

Các công trình nghiên cứu trong nƣớc. Phân tích, đánh giá các công trình trên, điểm mới cho đề tài đang nghiên cứu.1 Phân tích, đánh giá các công trình trong nước và trên thế giới. Điểm mới cho đề tài đang nghiên cứu. Mục tiêu của đề tài.

Nội dung nghiên cứu của đề tài. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài. Giới hạn đề tài. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.

Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn.33 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Lý thuyết trao đổi nhiệt. Trao đổi nhiệt đối lƣu [44].

Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp [44]. Lý thuyết về sấy [46]. Khái niệm về sấy. Đồ thị không khí ẩm của quá trình sấy.

Biến đổi của tôm trong quá trình sấy [2], [3]. Lý thuyết về bức xạ hồng ngoại [4]. Khái niệm về bức xạ hồng ngoại .2 Một số ứng dụng của bức xạ hồng ngoại. Nhiệt bức xạ hồng ngoại.

Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại. Ƣu và nhƣợc điểm của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại .45 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHẢO NGHIỆM. Chuẩn bị nguyên liệu. Chuẩn bị trang thiết bị.

Thiết bị thực nghiệm máy sấy không khí nóng kết hợp hồng ngoại. Chỉ tiêu đánh giá:. Kết quả khảo nghiệm:. Khảo nghiệm với máy sấy bằng không khí nóng.

Khảo nghiệm với máy sấy bằng không khí nóng kết hợp hồng ngoại. Thực nghiệm xác định phƣơng pháp sấy. So sánh thời gian sấy tôm có hấp bằng KKN và KKN + HN:. Kết quả khảo nghiệm màu của tôm:.

Thực nghiệm xác định chế độ sấy. So sánh hàm lƣợng đạm tổng (N2) còn trong sản phẩm sấy. 84 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY SẤY. Xác định các thông số thiết kế ban đầu:.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc máy sấy:. Nguyên lý cấu tạo:. Nguyên lý hoạt động:. Tính toán thiết kế máy sấy:.

Tính toán kích thƣớc khay. Tính toán kích thƣớc khung đỡ khay sấy:. Tính toán kích thƣớc buồng sấy. Tính toán quá trình sấy :.

Thông số các điểm nút của quá trình sấy:. Tính cân bằng ẩm:. Nhiệt lƣợng cần thiết cho quá trình sấy:. Chọn điện trở:.

Chọn đèn và cách bố trí đèn hồng ngoại:. Tính toán quạt cấp tác nhân sấy:. 103 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .114 x DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1.

Các chữ viết tắt TCVN: tiêu chuẩn Việt Nam KKN: Không khí nóng KKN + HN: Không khí nóng kết hợp hồng ngoại 2. Các ký hiệu a: tiết diện ống nhỏ hộp điện trở m2. ak: chiều dài khay sấy, m A : tiết diện ống lớn hộp điện trở m2. bk: chiều rộng khay sấy, m cinox: chiều dày thanh inox dạng hộp vuông để chế tạo khay, m dL: chiều dày thanh L đỡ khay sấy, m d1: độ chứa hơi tại thời điểm ban đầu của không khí ẩm (g/kgkk) d3: độ chứa hơi của không khí ẩm sau khi bị đốt nóng và đi qua vật sấy (g/kgkk) D: đƣờng kính ống, m.

RH: bán kính thủy lực, m. f: hệ số ma sát F: diện tích buồng sấy (m2) G1: khối lƣợng ban đầu của vật liệu sấy (kg). GH20: khối lƣợng nƣớc cần bay hơi. G2: khối lƣợng sản phẩm lấy ra sau khi sấy (kg).

Gk : khối lƣợng khay sấy (kg) Gkh: khối lƣợng khung đỡ khay sấy (kg) Gkkk: lƣu lƣợng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy tính theo khối lƣợng (kgkkk/s) Gp: lƣu lƣợng không khí khô cần thiết cho quá trình sấy tính theo thể tích (m3/s) xi Hx: chiều cao khung, m Hbs: chiều cao buồng sấy, m l: lƣợng không khí khô cần để bốc hơi 1kg ẩm (kgkkk/ kg ẩm ) L0: lƣợng không khí khô cung cấp cho quá trình sấy (kgkkk/h) L: chiều dài ống, m. Lx: chiều dài khung, m Lbs: chiều dài buồng sấy, m mbs: khối lƣợng buồng sấy (kg) n: số khay sấy : công suất quạt (kW) Nđc: công suất động cơ vận hành (kW) OL: tỷ lệ lỗ sàn. P: công suất cần thiết của đèn hồng ngoại (kW) q2-1: nhiệt lƣợng để làm nóng khung và các khay sấy (kJ) q2-2: nhiệt lƣợng làm nóng buồng sấy (kJ) q2: tổng nhiệt lƣợng làm nóng buồng sấy và khay sấy (kJ) Q: tổng lƣợng nhiệt cho quá trình sấy (kW) Q1: nhiệt lƣợng làm nóng vật liệu sấy (kW) Q2: nhiệt lƣợng làm nóng buồng sấy, khay sấy (kW) Q3: nhiệt lƣợng cần thiết để nƣớc trong vật liệu sấy hóa hơi (kW) Q4: tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt (kW) Q5: tổn thất nhiệt do bức xạ (kW) Qhn: nhiệt để cung cấp trong quá trình làm nóng vật liệu sấy và khay sấy, buồng sấy đến nhiệt độ sấy (kW) S: diện tích mặt sàn sấy (m2)  : thời gian sấy (giờ) Vm: vận tốc tác nhân sấy (m/s) vận tốc trung bình trong ống, m/s. 1: ẩm độ ban đầu của vật liệu sấy (%).

xii 2: ẩm độ sau khi sấy của vật liệu sấy (%). Wx: chiều rộng khung Wbs: chiều rộng buồng sấy W: lƣợng nƣớc bốc hơi trong 1 giờ (kg/h) x1: khoảng cách giữa các khay sấy, m x2: khoảng các của khay cuối cùng so với đế khung đỡ khay sấy, m x3: khoảng cách giữa 2 khung đỡ khay sấy, m x4: khoảng cách giữa khung buồng sấy và khung đỡ khay sấy, m x5: khoảng cách giữa khung đỡ khay sấy và vách trên cùng, m ΔPlo: tổn áp qua sàn lỗ, Pa. ΔPong: tổn áp trong ống, Pa.  m : vận tốc bề mặt m/s.

vl: tỷ lệ khoảng trống của vật liệu sấy. : khối lƣợng riêng không khí, kg/m3. P: cột áp toàn phần của quạt. hiệu suất quạt % 1: Hệ số tỏa nhiệt vách trong, W/m2K 2: Hệ số tỏa nhiệt vách ngoài, W/m2K xiii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.

Tôm thẻ chân trắng…………………………………………. Tôm khô không vỏ…………………………………………. Tôm khô nguyên vỏ………………………………………… 8 Hình 1. Thực trạng phơi tôm khô nguyên vỏ……………………….

Tủ sấy điện trở Kenview ………. Sấy tôm nguyên vỏ bằng máy sấy bơm nhiệt………………. Hình a là sản phẩm tôm sú sú sấy thăng hoa, .……… 13 hình b là sản phẩm tôm sấy nhiệt thông thƣờng Hình 1. Các loại đèn hồng ngoại…………………………………… 14 Hình 1.