Tổng quan nghiên cứu

Cá ngừ đại dương là một trong những đối tượng khai thác xa bờ chủ lực của ngành thủy sản Việt Nam, với sản lượng khai thác hàng tháng dao động từ 600 đến 1.000 tấn, đóng góp kim ngạch xuất khẩu khoảng 700 triệu USD mỗi năm. Việc bảo quản cá ngừ sau đánh bắt nhằm duy trì độ tươi và giá trị dinh dưỡng là thách thức lớn do đặc tính dễ hư hỏng của sản phẩm thủy sản. Công nghệ cấp đông được ứng dụng rộng rãi nhằm kéo dài thời gian bảo quản, tuy nhiên, quá trình này có thể gây tổn thương cấu trúc mô tế bào do sự hình thành tinh thể đá lớn khi thời gian cấp đông kéo dài.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ như nhiệt độ cấp đông, tốc độ khuấy trộn chất tải lạnh lỏng, độ dày màng bao gói polyamides (PA) và độ dày miếng cá đến thời gian cấp đông và chất lượng cá ngừ đại dương phi lê cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ tháng 4/2019 đến tháng 10/2020 tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Hà Nội. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình cấp đông, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất, góp phần phát triển ngành chế biến thủy sản xuất khẩu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết truyền nhiệt và kết tinh trong thực phẩm đông lạnh: Thời gian cấp đông ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước tinh thể đá, từ đó tác động đến cấu trúc mô tế bào và chất lượng sản phẩm. Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ và tính chất của chất tải lạnh.
  • Mô hình chất tải lạnh lỏng: Chất tải lạnh lỏng được điều chế từ ethanol có nhiệt độ hoạt động ổn định đến -35ºC, độ nhớt thấp (~7 cP), không ăn mòn vật liệu và an toàn vệ sinh thực phẩm, giúp tăng hiệu quả truyền nhiệt so với công nghệ cấp đông bằng gió cưỡng bức.
  • Khái niệm về màng bao gói polyamides (PA): Màng PA có tính chất chống thấm khí, hơi nước tốt, chịu được nhiệt độ thấp, ảnh hưởng đến tốc độ truyền nhiệt và chất lượng sản phẩm đông lạnh.
  • Phương pháp đánh giá cảm quan QIM (Quality Index Method): Đánh giá chất lượng cảm quan dựa trên các chỉ số về màu sắc, mùi, cấu trúc thịt, giúp định lượng mức độ tươi và biến đổi chất lượng sản phẩm trong quá trình bảo quản.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Cá ngừ đại dương (Thunnus obesus) được thu nhận, bảo quản ở 0-4ºC, sơ chế thành phi lê dạng thanh kích thước 18x6 cm với các độ dày khác nhau (1,5-3,5 cm). Mẫu được đóng gói chân không bằng màng PA với độ dày từ 80 µm đến 120 µm.
  • Phương pháp phân tích: Thời gian cấp đông được đo khi nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -18ºC. Các chỉ tiêu đánh giá gồm tỷ lệ nước tách ra sau rã đông, cấu trúc mô tế bào quan sát qua kính hiển vi, màu sắc (thông số L, a, b, ∆E), và chất lượng cảm quan theo phương pháp QIM.
  • Thiết bị nghiên cứu: Hệ thống cấp đông siêu tốc sử dụng chất tải lạnh lỏng điều chế từ ethanol, có khả năng điều chỉnh nhiệt độ và tốc độ khuấy trộn. Nhiệt kế tự ghi nhiệt độ xuyên tâm, kính hiển vi quang học, máy ảnh phân tích màu sắc.
  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 4/2019 đến tháng 10/2020 tại Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch, Hà Nội.
  • Phân tích số liệu: Sử dụng phân tích phương sai ANOVA và kiểm định LSD (5%) trên phần mềm SPSS 20 để đánh giá sự khác biệt giữa các nghiệm thức.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cấp đông đến thời gian cấp đông và tỷ lệ nước tách ra
    Thời gian cấp đông giảm rõ rệt khi nhiệt độ chất tải lạnh lỏng hạ từ -23ºC xuống -35ºC, tương ứng giảm từ 39 phút xuống còn 19 phút (giảm 51%). Tỷ lệ nước tách ra sau rã đông cũng giảm đáng kể, cho thấy cấu trúc mô tế bào được bảo vệ tốt hơn khi cấp đông nhanh hơn.

  2. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn tuần hoàn chất tải lạnh lỏng
    Tăng tốc độ khuấy trộn từ 600 vòng/phút lên 3000 vòng/phút làm giảm thời gian cấp đông từ khoảng 30 phút xuống còn 18 phút, đồng thời giảm tỷ lệ nước tách ra sau rã đông từ 8% xuống còn 4%. Điều này chứng tỏ tốc độ khuấy trộn cao giúp tăng hiệu quả truyền nhiệt và cải thiện chất lượng sản phẩm.

  3. Ảnh hưởng của độ dày màng bao gói PA
    Màng PA có độ dày từ 80 µm đến 120 µm ảnh hưởng đến thời gian cấp đông và chất lượng sản phẩm. Độ dày màng tăng làm tăng thời gian cấp đông trung bình từ 20 phút lên 28 phút, đồng thời làm tăng tỷ lệ nước tách ra sau rã đông. Màng bao gói dày hơn làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cá ngừ.

  4. Ảnh hưởng của độ dày miếng cá ngừ
    Độ dày miếng cá tăng từ 1,5 cm lên 3,5 cm làm thời gian cấp đông tăng từ 15 phút lên 40 phút, tỷ lệ nước tách ra sau rã đông tăng từ 3% lên 10%. Kích thước miếng cá lớn làm giảm tốc độ truyền nhiệt, dẫn đến hình thành tinh thể đá lớn hơn và tổn thương mô tế bào nhiều hơn.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy nhiệt độ cấp đông và tốc độ khuấy trộn chất tải lạnh lỏng là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến thời gian cấp đông và chất lượng cá ngừ đại dương phi lê. Việc giảm nhiệt độ cấp đông và tăng tốc độ khuấy giúp rút ngắn thời gian cấp đông, hạn chế sự hình thành tinh thể đá lớn, bảo vệ cấu trúc mô tế bào, giảm tỷ lệ nước tách ra sau rã đông, từ đó nâng cao chất lượng cảm quan và giá trị dinh dưỡng sản phẩm.

Độ dày màng bao gói PA và kích thước miếng cá cũng có ảnh hưởng đáng kể. Màng bao gói quá dày làm giảm hiệu quả truyền nhiệt, kéo dài thời gian cấp đông và làm giảm chất lượng sản phẩm. Tương tự, miếng cá dày làm tăng thời gian cấp đông theo bậc bình phương của độ dày, gây tổn thương mô tế bào nghiêm trọng hơn.

So sánh với công nghệ cấp đông IQF truyền thống, cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng với các thông số tối ưu cho thấy thời gian cấp đông ngắn hơn 20-30%, tỷ lệ nước tách ra thấp hơn khoảng 30%, đồng thời giữ được màu sắc và cấu trúc mô tế bào tốt hơn. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thời gian cấp đông theo nhiệt độ và tốc độ khuấy, bảng so sánh tỷ lệ nước tách ra và điểm QIM giữa các nghiệm thức.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu nhiệt độ cấp đông
    Đề xuất sử dụng nhiệt độ chất tải lạnh lỏng trong khoảng -32ºC đến -35ºC để rút ngắn thời gian cấp đông xuống dưới 20 phút, giảm thiểu tổn thương mô tế bào và nâng cao chất lượng sản phẩm. Thời gian thực hiện: ngay trong giai đoạn vận hành sản xuất. Chủ thể thực hiện: nhà máy chế biến thủy sản.

  2. Tăng tốc độ khuấy trộn tuần hoàn chất tải lạnh lỏng
    Khuyến nghị điều chỉnh tốc độ khuấy trộn từ 2400 đến 3000 vòng/phút để tăng hiệu quả truyền nhiệt, giảm thời gian cấp đông và tỷ lệ nước tách ra. Thời gian thực hiện: trong quá trình vận hành thiết bị cấp đông. Chủ thể thực hiện: kỹ thuật viên vận hành.

  3. Kiểm soát độ dày màng bao gói PA
    Sử dụng màng PA có độ dày từ 80 µm đến 100 µm để đảm bảo cân bằng giữa khả năng bảo quản và hiệu quả truyền nhiệt, tránh kéo dài thời gian cấp đông. Thời gian thực hiện: trong khâu đóng gói sản phẩm. Chủ thể thực hiện: bộ phận đóng gói và kiểm soát chất lượng.

  4. Quản lý kích thước miếng cá ngừ
    Khuyến cáo cắt miếng cá có độ dày không vượt quá 2,5 cm để giảm thời gian cấp đông và hạn chế tổn thương mô tế bào, nâng cao chất lượng sản phẩm sau rã đông. Thời gian thực hiện: trong khâu sơ chế. Chủ thể thực hiện: bộ phận sơ chế.

  5. Đào tạo và nâng cao nhận thức nhân viên
    Tổ chức các khóa đào tạo về quy trình cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng, các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và cách kiểm soát quy trình nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả. Thời gian thực hiện: định kỳ hàng năm. Chủ thể thực hiện: ban quản lý nhà máy.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm
    Luận văn cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu chi tiết về công nghệ cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng, giúp mở rộng kiến thức và ứng dụng trong lĩnh vực bảo quản thủy sản.

  2. Doanh nghiệp chế biến và xuất khẩu thủy sản
    Các doanh nghiệp có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu quy trình cấp đông, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí năng lượng và tăng sức cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

  3. Cơ quan quản lý và phát triển công nghiệp thực phẩm
    Thông tin trong luận văn hỗ trợ xây dựng chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn áp dụng công nghệ cấp đông tiên tiến, góp phần phát triển ngành công nghiệp chế biến thủy sản bền vững.

  4. Nhà cung cấp thiết bị và vật liệu bao gói
    Các nhà cung cấp có thể tham khảo để phát triển và cung cấp các sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của công nghệ cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng, như màng bao gói PA có đặc tính tối ưu.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng có ưu điểm gì so với công nghệ truyền thống?
    Công nghệ này giúp rút ngắn thời gian cấp đông, tạo tinh thể đá nhỏ hơn, bảo vệ cấu trúc mô tế bào, giảm tỷ lệ nước tách ra sau rã đông và tiết kiệm năng lượng so với cấp đông bằng gió cưỡng bức.

  2. Nhiệt độ cấp đông tối ưu cho cá ngừ đại dương phi lê là bao nhiêu?
    Nhiệt độ chất tải lạnh lỏng từ -32ºC đến -35ºC được khuyến nghị để đạt thời gian cấp đông nhanh dưới 20 phút, đảm bảo chất lượng sản phẩm tốt nhất.

  3. Tại sao tốc độ khuấy trộn chất tải lạnh lỏng lại quan trọng?
    Tốc độ khuấy trộn cao giúp tăng hiệu quả truyền nhiệt, giảm thời gian cấp đông và hạn chế sự hình thành tinh thể đá lớn, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

  4. Độ dày màng bao gói ảnh hưởng thế nào đến quá trình cấp đông?
    Màng bao gói quá dày làm giảm khả năng truyền nhiệt, kéo dài thời gian cấp đông và làm tăng tỷ lệ nước tách ra, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cá ngừ sau rã đông.

  5. Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu cho các loại thủy sản khác không?
    Kết quả nghiên cứu trên cá ngừ đại dương phi lê có thể làm cơ sở để mở rộng ứng dụng cho các loại thủy sản khác có đặc tính tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh thông số kỹ thuật phù hợp từng loại sản phẩm.

Kết luận

  • Nhiệt độ cấp đông và tốc độ khuấy trộn chất tải lạnh lỏng là hai yếu tố quyết định rút ngắn thời gian cấp đông và nâng cao chất lượng cá ngừ đại dương phi lê.
  • Độ dày màng bao gói PA và kích thước miếng cá ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả truyền nhiệt và chất lượng sản phẩm sau cấp đông.
  • Công nghệ cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng điều chế từ ethanol cho thấy ưu thế vượt trội so với công nghệ IQF truyền thống về thời gian cấp đông và bảo quản cấu trúc mô tế bào.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu quy trình cấp đông, giảm chi phí năng lượng và nâng cao giá trị sản phẩm thủy sản xuất khẩu.
  • Đề xuất triển khai áp dụng các thông số kỹ thuật tối ưu trong sản xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng cho các loại thủy sản khác.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu nên phối hợp triển khai thử nghiệm quy mô công nghiệp, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành để ứng dụng hiệu quả công nghệ cấp đông bằng chất tải lạnh lỏng.