nghiên cứu thực nghiệm cấp đông cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.68 MB, 122 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Công trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN THẾ BẢO </b>

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Chủ tịch: TS. Trần Văn Hưng

2. Thư ký: TS. Võ Kiến Quốc 3. Phản biện 1: TS. Hà Anh Tùng

4. Phản biện 2: PGS. TS. Lê Minh Nhựt 5. Ủy viên: TS. Lê Quang Huy

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

<b>CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b> ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc </b>

<b>NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ </b>

Họ và tên học viên: NGUYỄN TRỌNG TÍN MSHV: 2070042 Ngày, tháng, năm sinh: 07/05/1997 Nơi sinh: TP. HCM Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT Mã số: 8520115

<b>Nghiên cứu thực nghiệm cấp đơng cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm (Experimental research on ultrasound-assisted freezing of striped catfish) </b>

<b>NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: </b>

- Nghiên cứu tổng quan về vật liệu cấp đơng, sóng siêu âm

- Nghiên cứu tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về cấp đơng có hỗ trợ sóng siêu âm

- Tính tốn, thiết kế và chế tạo thiết bị cấp đơng có hỗ trợ sóng siêu âm - Thực nghiệm cấp đơng có hỗ trợ sóng siêu âm với vật liệu là cá tra phi lê - Kết luận và đề xuất

<b>II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023 </b>

<b>III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/12/2023 </b>

<b>IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN THẾ BẢO </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CÁM ƠN </b>

Trước hết, tơi xin được bày tỏ lịng biết ơn chân thành, sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Thế Bảo, giảng viên hướng dẫn đề tài, đã luôn động viên và tạo động lực để tơi có thể hồn thành luận văn.

Ngồi ra, tôi xin gửi lời cám ơn đến các Thầy, Cô trong Bộ môn Công Nghệ Nhiệt Lạnh trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã ln hỗ trợ, truyền đạt những kiến thức vô cùng quý giá để tơi có thể tích lũy đầy đủ kiến thức cần thiết để có thể hồn thành luận văn.

Tơi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp của tôi tại Khoa Công Nghệ Nhiệt Lạnh, trường cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng đã luôn bên cạnh và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2023 (Ký tên và ghi rõ họ tên)

<b>Nguyễn Trọng Tín </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

iii

<b>TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ </b>

<i><b>Đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm cấp đơng cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm” được </b></i>

thực hiện tại bộ mơn Cơng Nghệ Nhiệt Lạnh, khoa Kỹ thuật Cơ Khí – trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM, từ 02/2023 đến 12/2023.

Mục tiêu của đề tài là tập trung vào nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của sóng siêu âm đến q trình cấp đơng cá tra phi lê.

Luận văn đã đạt được các kết quả như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về cá tra, sóng siêu âm, cơ chế hỗ trợ của sóng siêu âm trong q trình cấp đơng.

- Tính tốn, thiết kế, chế tạo mơ hình thực nghiệm với năng suất 1kg/mẻ.

- Thực nghiệm ảnh hưởng của cơng suất phát sóng 0, 75, 100, 125, 150 và 175W ở tần số 20kHz đến thời gian cấp đông, tỷ lệ tách nước vật liệu.

- Thực nghiệm ảnh hưởng tỷ lệ phát sóng siêu âm gián đoạn đến thời gian cấp đông, điện năng tiêu thụ.

- Xác định ảnh hưởng của sóng siêu âm đến chất lượng dinh dưỡng, biến đổi màu sắc của vật liệu sau cấp, rã đơng.

- Phương trình hàm hồi quy xác định thời gian cấp đông và hàm lượng protein vật liệu sau cấp, rã đông:

Hàm thời gian cấp đông (phút):

t = 279,333 – 4,38667P – 70,8333A + 0,0232P<small>2</small>+ 0,05PA + 87,5A<small>2</small>

Hàm điều kiện:

75 ≤ P ≤ 125 (W) (R<small>2</small> = 99,9429) 0,2 ≤ A ≤ 0,6

Hàm hàm lượng protein (g/100g cá):

Protein = -38,0556 + 1,056P + 4,08333A – 0,00538667P<small>2</small> – 5,41667A<small>2</small>

Hàm điều kiện:

75 ≤ P ≤ 125 (W) (R<sup>2</sup> = 99,8459) 0,2 ≤ A ≤ 0,6

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

- Chế độ cấp đông phù hợp để thời gian cấp đông là ngắn nhất và hàm lượng protein là cao nhất:

t<small>min </small>= 59,8276 (phút)

Hàm lượng protein<small>max</small>= 14,4621 (g/100g cá)

(Ứng với các thông số đầu vào: P = 97,5 W và A = 0,407)

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>ABSTRACT </b>

<i><b>Title: "Experimental research on ultrasound-assisted freezing of striped catfish” </b></i>

was conducted at the Department of Heat and Refrigeration Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology. Vietnam National University Ho Chi Minh City, from February 2023 to December 2023. The goal of the thesis is to focus on experimental research on the effects of ultrasound on the freezing process of striped catfish fillets.

The thesis has achieved the following results:

- General research on striped catfish, ultrasound, support mechanism of ultrasound waves on the freezing process.

- Calculate, design, and manufacture an experimental model with a yield of 1kg/batch.

- Experiment on the effects of ultrasound power of 0, 75, 100, 125, 150 and 175W at 20kHz frequency on freezing time and water holding capacity.

- Experimental effects of intermittent ultrasound rate on freezing time, power consumption.

- Determine the effects of ultrasound on nutritional quality and color changes of materials after freezing and thawing.

- Regression equation to determine freezing time and protein content of material after freezing and thawing:

Regression equation of freezing time (mins):

t = 279,333 – 4,38667P – 70,8333A + 0,0232P<small>2</small>+ 0,05PA + 87,5A<small>2</small>

With:

75 ≤ P ≤ 125 (W) (R<sup>2</sup> = 99,9429) 0,2 ≤ A ≤ 0,6

Regression equation of protein content of material (g/100g material):

Protein = -38,0556 + 1,056P + 4,08333A – 0,00538667P<sup>2</sup> – 5,41667A<sup>2</sup>With:

75 ≤ P ≤125 (W) (R<small>2</small> = 99,8459)

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

vii

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

<i><b>Tôi cam đoan luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thực nghiệm cấp đơng cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm” là cơng trình nghiên cứu của tơi. </b></i>

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2023 (Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Trọng Tín

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

2. Mục tiêu của đề tài ... 1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ... 2

4. Ý nghĩa khoa học của đề tài ... 2

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ... 2

6. Tính cấp thiết của đề tài ... 2

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

1.2.3. Cơ chế phát sóng siêu âm trong q trình cấp đơng ... 12

1.2.4. Tính chất cơ bản của sóng siêu âm ... 13

1.2.5. Bộ phận phát sóng siêu âm ... 14

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngồi nước ... 15

1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước ... 15

1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ... 19

1.4 Phương pháp cấp đông vật liệu ... 19

<b>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 20</b>

2.1 Lý thuyết về cấp đông ... 20

2.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cấp đông ... 21

2.3 Chất lượng thực phẩm biến đổi trong quá trình cấp đơng ... 23

2.4 Tính tốn, lựa chọn vỏ tủ cấp đông và tổn thất nhiệt ... 24

2.4.1 Các thơng số thiết kế ban đầu ... 24

2.4.2 Kích thước tủ cấp đông ... 25

2.4.3 Cấu trúc vỏ tủ cấp đông ... 25

2.4.4 Chiều dày cách nhiệt ... 25

2.4.5 Khay cấp đơng... 26

2.4.6 Tính tốn tổn thất nhiệt tủ cấp đông ... 26

2.4.7 Phụ tải nhiệt cho thiết bị ... 27

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

2.4.8 Năng suất lạnh cho máy nén ... 27

2.6 Buồng cấp đơng có hỗ trợ của sóng siêu âm ... 31

2.7 Các yếu tố ảnh hưởng của sóng siêu âm khi hỗ trợ cấp đơng ... 32

<b>CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 33</b>

3.1 Nội dung nghiên cứu ... 33

3.2 Phương pháp nghiên cứu ... 33

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ... 33

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ... 34

<b>CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 45</b>

4.1 Kết quả kiểm tra khả năng làm việc thiết bị cấp đông ... 45

4.1.1 Kết quả kiểm tra khả năng làm việc của thiết bị cấp đông khi không tải 454.1.2 Kết quả kiểm tra khả năng làm việc của thiết bị cấp đơng khi có tải ... 46

4.2 Xác định chế độ cấp đông phù hợp ... 62

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 65</b>

5.1 Kết luận ... 65

5.2 Kiến nghị ... 66

<b>DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ... 67</b>

<b>LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ... 104</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH </b>

Hình 1.1. Hình ảnh cá tra minh họa ... 4

Hình 1.2. Phân loại tần số sóng âm ... 8

Hình 1.3. Phân loại sóng siêu âm ... 8

Hình 1.4. Cơ chế hỗ trợ của sóng siêu âm trong cấp đơng ... 12

Hình 1.5. Hiệu ứng xâm thực sóng siêu âm ... 13

Hình 1.6. Bộ phận phát sóng siêu âm: (A) Cấu trúc; (B) dạng tròn bậc; (C) dạng tấm bậc; (D) dạng ống trịn ... 15

Hình 2.1. Sơ đồ ngun lý hệ thống 2 cấp bình trung gian ống xoắn ... 28

Hình 2.2. Các loại hệ thống cấp đơng có hỗ trợ siêu âm. (A) Hệ thống cấp đơng ngâm trong chất tải lạnh, (B) Hệ thống cấp đông bán ngâm trong chất tải lạnh, (C) Hệ thống cấp đơng khơng ngâm trong chất tải lạnh. ... 32

Hình 3.1. Máy nén cấp 1 ... 34

Hình 3.2. Máy nén cấp 2 ... 35

Hình 3.3. Dàn nóng giải nhiệt gió ... 35

Hình 3.4. Dàn lạnh đối lưu gió ... 36

Hình 3.5. Buồng cấp đơng... 36

Hình 3.6. Nguồn sóng siêu âm ... 36

Hình 3.7. Cân khối lượng ... 37

Hình 3.8. Đồng hồ đo nhiệt độ ... 37

Hình 3.9. Máy đo màu ... 37

Hình 3.10. Đồng hồ đo cơng suất ... 38

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

xiii

Hình 3.11. Rơ le thời gian ln phiên ... 38

Hình 3.12. Cơng tơ điện 1 pha ... 38

Hình 3.13. Sơ đồ cấu tạo máy cấp đơng có hỗ trợ của sóng siêu âm ... 39

Hình 3.14. Bản vẽ 3D thiết bị cấp đơng ... 40

Hình 3.15. Hình ảnh thực tế thiết bị cấp đơng ... 41

Hình 4.1. Thời gian cấp đơng với các mức cơng suất sóng siêu âm ... 47

Hình 4.2. Đường cong cấp đơng với các mức cơng suất sóng siêu âm ... 48

Hình 4.3. Thời gian mỗi giai đoạn cấp đông với các mức công suất sóng siêu âm .. 49

Hình 4.4. Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến tỷ lệ tách nước vật liệu ... 50

Hình 4.5. Ảnh hưởng tỷ lệ phát sóng gián đoạn đến thời gian cấp đông vật liệu ... 52

Hình 4.6. Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hàm lượng protein sau rã đơng ... 55

Hình 4.7. Ảnh hưởng của sóng siêu âm đến điện năng tiêu thụ ... 56

Hình 4.8. Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến chỉ tiêu thời gian cấp đơng ... 58

Hình 4.9. Mối quan hệ giữa công suất siêu âm và tỷ lệ gián đoạn đến thời gian cấp đơng ... 58

Hình 4.10. Đồ thị quan hệ giữa công suất siêu âm và tỷ lệ gián đoạn đến thời gian cấp đơng ... 59

Hình 4.11. Mức độ ảnh hưởng của các hệ số hồi quy đến chỉ tiêu hàm lượng protein ... 60

Hình 4.12. Mối quan hệ giữa công suất siêu âm và tỷ lệ gián đoạn đến hàm lượng protein vật liệu sau cấp, rã đông ... 61

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Hình 4.13. Đồ thị quan hệ giữa cơng suất siêu âm và tỷ lệ gián đoạn đến hàm lượng protein ... 62

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>DANH MỤC CÁC BẢNG </b>

Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng có trong 100 gram cá tra ... 5

Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật thiết bị cấp đông ... 40

Bảng 4.1. Kết quả kiểm tra hệ thống làm việc không tải ... 45

Bảng 4.2. Chỉ số màu của mẫu vật liệu tươi và các mẫu vật liệu sau cấp đông ... 52

Bảng 4.3. Chỉ số màu của mẫu vật liệu tươi và các mẫu vật liệu sau rã đông ... 53

Bảng 4.4. Bảng ma trận thí nghiệm ... 57

Bảng 4.5. Các hệ số hồi quy trong hàm thời gian cấp đông ... 57

Bảng 4.6. Các hệ số hồi quy trong hàm hàm lượng protein... 60

Bảng 4.7. Bảng thông số đầu vào tối ưu cho hàm mục tiêu tmin ... 63

Bảng 4.8. Bảng thông số đầu vào tối ưu cho hàm mục tiêu proteinmax ... 63

Bảng 4.9. Bảng thông số đầu vào tối ưu cho hàm mục tiêu tmin và proteinmax ... 64

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Cùng với sự tăng trưởng kinh tế, gia tăng dân cư, nhu cầu về thủy sản ngày càng lớn để đáp ứng thị hiếu tiêu dùng. Việt Nam từ khi mở rộng xuất khẩu thì nghề ni cá da trơn nói chúng và cá tra nói riêng đã bước sang một trang mới và trở thành đối tượng xuất khẩu mang về nguồn ngoại tệ cao. [1]

Vì vậy, để đảm bảo chất lượng sản phẩm cần phải nghiên cứu phương pháp giảm thời gian cấp đông sản phẩm, trong đó việc sử dụng sóng siêu âm hỗ trợ trong cấp đông thực phẩm đã được chứng minh tính hiệu quả qua nhiều nghiên cứu. Đó là

<i><b>lý do tác giả chọn đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu thực nghiệm cấp đơng cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm”. </b></i>

- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thực nghiệm thiết bị cấp đơng cá tra phi lê có hỗ trợ của sóng siêu âm với năng suất 1kg trên một mẻ cấp đông.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

- Đánh giá mức độ ảnh hưởng của sóng siêu âm đến thời gian cấp đông, màu sắc và chất lượng dinh dưỡng của cá tra phi lê sau cấp, rã đông.

- Xác định chế độ cấp đơng có hỗ trợ sóng siêu âm phù hợp.

<b>3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu </b>

Nghiên cứu thực nghiệm cấp đông cá tra phi lê có hỗ trợ của sóng siêu âm

- Vật liệu cấp đông: Cá tra phi lê mỗi miếng có khối lượng 250g  5%, chiều dày 15mm  5% và khối lượng cá tra phi lê cho mỗi mẻ cấp đơng 1kg.

- Sóng siêu âm: Cơng suất từ 0 – 175W, tần số 20kHz.

<b>4. Ý nghĩa khoa học của đề tài </b>

- Góp phần làm phong phú thêm cơ sở khoa học trong việc cấp đông cá tra.

- Đưa ra được mức độ ảnh hưởng của sóng siêu âm đến chất lượng sản phẩm trong q trình cấp đơng có hỗ trợ sóng siêu âm.

<b>5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài </b>

- Ứng dụng công nghệ siêu âm hỗ trợ trong quá trình cấp đơng. - Rút ngắn được thời gian cấp đông cá tra Việt Nam.

- Nâng cao chất lượng sản phẩm cá tra phi lê cấp đông tại Việt Nam.

<b>6. Tính cấp thiết của đề tài </b>

Cá tra Việt Nam mang hương vị Việt về một loài cá da trơn, thơm ngon, giàu dinh dưỡng đến với bạn bè quốc tế. Thị trường xuất khẩu của cá tra Việt Nam rộng lớn với nhiều quốc gia trên thế giới: Trung Quốc, Mỹ, Mexico, Brazil, Thái Lan, Canada, Colombia, Hồng Kông và EU,…[1]

Cá tra là nguồn lợi thủy sản lớn của Việt Nam với kim ngạch xuất khẩu như sau:

Năm 2008, lần đầu tiên kim ngạch XK (xuất khẩu) cá tra đạt mức 1,4 tỷ USD, cột mốc xuất khẩu kỷ lục của cá tra Việt Nam, mở ra một trang mới trong “kỷ nguyên XK tỷ USD” và duy trì phong độ trong suốt hơn 10 năm qua. Mặc dù suốt 5 năm từ năm 2012 - 2017, tổng giá trị XK cá tra trung bình đã thấp hơn so với thời kỳ đỉnh cao (vào năm 2011) và đạt mức từ 1,56 - 1,78 tỷ USD nhưng lịch sử đã lặp lại vào năm 2018 - 2019 khi kim ngạch XK đạt hơn 2 tỷ USD. Đầu năm 2020, đại dịch Covid-19 bùng phát và một lần nữa, nốt trầm lại lắng xuống, tổng kim ngạch XK năm

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

2020 - 2021 sụt giảm đáng kể và chỉ đạt lần lượt là 1,49 - 1,61 tỷ USD. Sau 2 năm Covid hồnh hành, những tín hiệu lạc quan bắt đầu quay trở lại khi tổng giá trị XK năm 2022 đánh dấu cột mốc mới đạt hơn 2,4 tỷ USD. [1]

<i><b>Từ những lý do đó, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm cấp đơng cá tra có hỗ trợ sóng siêu âm” là hết sức cần thiết. </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN </b>

<b>1.1 Vật liệu cấp đông 1.1.1 Nguồn gốc </b>

Tên tiếng anh: Striped Catfish

Tên khoa học: Pangasianodon hypophthalmus Sauvage 1878 Tên gọi khác: Iridescent Shark

Ngành: Chordata Lớp: Actinopterygii Bộ: Siluriformes Họ: Pangasiidae Giống: Pangasius

Lồi: Pangasianodon hypophthalmus Sauvage 1878 [3]

Hình 1.1. Hình ảnh cá tra minh họa [3]

Cá tra đã được nuôi và phát triển chủ yếu ở 10 tỉnh đồng bằng sông Cửu Long của Việt Nam, bao gồm: An Giang, Đồng Tháp, Tiền Giang, Cần Thơ, Vĩnh Long, Bến Tre, Hậu Giang, Sóc Trăng, Trà Vinh, Kiên Giang. Theo báo cáo của Tổng cục Thủy sản, năm 2020, tổng diện tích thả ni cá tra của Đồng bằng Sơng Cửu Long ước tính đạt 5700 ha và tổng sản lượng thu hoạch ước tính đạt 1,56 triệu tấn. [4]

Cá tra thuộc bộ siluriformes - cá da trơn, chúng chuyên sống trong các vùng nước ngọt và vẫn có thể sống được ở mơi trường nước lợ, vây lưng của các lồi cá

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

này nằm gần đầu, thơng thường cao và có hình tam giác, khoảng 5-7 tia vây và 1-2 gai. Vây hậu môn hơi dài, với 26 - 46 tia. Thơng thường chúng có hai cặp râu hàm trên và một cặp râu cằm, mặc dù ở cá tra trưởng thành chỉ có các râu hàm trên. Thân hình đặc chắc. Vây béo (mỡ) nhỏ cũng tồn tại. Ở Việt Nam, cá tra sống chủ yếu trong lưu vực sông Cửu Long và lưu vực các sông lớn cực nam [5]

<b>1.1.3 Thành phần dinh dưỡng </b>

Theo các nhà khoa học, Cá tra nhiều omega-3, 6, 9, DHA và EPA, vitamin E... có lợi cho tim mạch, giúp phát triển trí não, hỗ trợ ngăn chặn lão hóa. Các chất dinh dưỡng có nhiều trong thịt Cá tra bao gồm: Protein, Vitamin B12, Axit béo omega-3, Axit béo omega-6, DHA, EPA, phốt pho, kali… rất tốt cho sức khỏe, giúp bảo vệ mạch máu, tăng cường trí não, phục hồi cơ bắp. Trong 100 gram thịt cá tra cung cấp rất nhiều thành phần dinh dưỡng. [6]

Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng có trong 100 gram cá tra [6]

<b>Thành phần dinh dưỡng Hàm lượng Đơn vị </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>Omega – 3: </b>

Cá tra chứa nhiều omega-3 – đây là loại axit béo cơ thể con người thường hay bị thiếu hụt, vì con người khơng thể tự tổng hợp được mà phải cung cấp từ thức ăn. Trong Omega 3 có 3 loại axit béo chính là axit alpha-linolenic (ALA), axit eicosapentaenoic (EPA) và axit docosahexaenoic (DHA). Chính vì vậy Omega 3 khá quan trọng, chúng góp phần giúp sáng mắt, phòng ngừa các bệnh về tim mạch, hỗ trợ phát triển trí não, ngăn chặn lão hóa da… Ngồi ra kết quả thử nghiệm lâm sàng gần đây nhất của Đại học Oxford đã chỉ ra rằng với một lượng axit béo omega-3 sẽ giúp giấc ngủ của con người sâu hơn cải thiện sức khỏe tổng thể.

DHA có trong cá tra giúp mắt và hệ thống thần kinh giúp trẻ thơng minh, sáng mắt và phát triển hồn thiện chức năng. Ngồi ra DHA ở trẻ em cịn tốt nhất, giúp cho trẻ phát triển trí thơng minh một cách tồn diện.

EPA có trong cá tra hình thành các axit béo khơng bão hịa Prostagladin trong máu, giúp tuần hồn máu ln được thơng thống giúp não phát triển tốt hơn khi khơng đủ chất EPA. Ngồi ra ăn nhiều cá tra sẽ ngừa được các bệnh về tim mạch sau này.

<b>Omega – 6: </b>

Thịt cá tra cũng chưa lượng lớn Omega 6. Đây là loại chất béo không no, bao gồm: Linoleic acid (LA), Gamma linolenic acid (GLA), Dihomo-gamma linolenic acid

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

(DGLA), Arachidonic acid (AA). Chúng là những chất rất cần thiết cho cơ thể con người, nhưng bản thân cơ thể con người không thể nào tổng hợp được chúng ngoài cách phải được cung cấp từ thức ăn bên ngồi. Omega 6 có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch, giảm mức cholesterol xấu (LDL), tăng mức cholesterol tốt (HDL), giảm nguy cơ ung thư.

<b>Vitamin B12: </b>

Cá tra cũng là một nguồn vitamin B12 dồi dào. Một phần ăn 100 gram cá tra có thể cung cấp tới 121% nhu cầu Vitamin B12 của 1 người cần trong 1 ngày. Vitamin B12 có rất nhiều lợi ích cho sức khỏe bao gồm: cải thiện sức khỏe tâm thần, bảo vệ chống lại bệnh tim và phòng ngừa và điều trị bệnh thiếu máu…

<b>Selen: </b>

Trong thịt cá tra cũng có một lượng khơng nhỏ Selen. Đây là một trong những khoáng chất vi lượng thiết yếu cho cơ thể của bạn, chúng đóng một vai trò quan trọng đối với sức khỏe của hệ thống miễn dịch của bạn, giúp giảm căng thẳng ngăn ngừa q trình oxy hóa trong cơ thể của bạn, làm giảm viêm và tăng cường khả năng miễn dịch. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng 1 lượng nhỏ selen trong máu tăng lên có liên quan đến việc tăng cường phản ứng miễn dịch, giúp cơ thể chống chọi tốt hơn với bệnh tật. Ngoài ra, Selen giúp cơ thể bạn cân bằng, ngăn chặn những rối loạn chuyển hố và phịng chống một số bệnh mãn tính nguy hiểm khác góp phần xây dựng một cơ thể khỏe mạnh.

<b>Thiamine (Vitamin B1): </b>

Thiamine (hay còn gọi là: Vitamin B1, thiamin) là loại Vitamin rất cần thiết cho cơ thể. Chúng giúp cho cơ thể sử dụng carbohydrate làm năng lượng, hỗ trợ q trình chuyển hóa glucose, và nó đóng một vai trị quan trọng trong chức năng thần kinh, cơ và tim. Việc thiết hụt Thiamine sẽ khiến cho cơ thể trở nên mệt mỏi, cáu kỉnh, trí nhớ kém, chán ăn, rối loạn giấc ngủ, khó chịu ở bụng và giảm cân.

<b>Vitamin E: </b>

Trong Cá tra cũng chứa nhiều Vitamin E, đây là chất dinh dưỡng giúp duy trì làn da và đơi mắt khỏe mạnh, đồng thời tăng cường khả năng bảo vệ tự nhiên của cơ thể chống lại bệnh tật và nhiễm trùng (hệ thống miễn dịch). Ngoài ra Vitamin E, giúp làn

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

da mịn màng, tươi trẻ, hạn chế nếp nhăn. Tình trạng da khơ sạm, nhăn nheo, thiếu sức sống, tóc khơ và dễ gãy rụng thường là do thiếu vitamin E gây nên. Do đó, trong hầu hết các sản phẩm chăm sóc da và tóc, nhà sản xuất thường đưa vitamin E vào trong thành phần.

Phốt pho (Phosphorus) là dưỡng chất quan trọng cho cơ thể chúng ta trong việc hình thành xương và răng. Ngồi ra, phốt pho cịn đóng một vai trị quan trọng trong cách cơ thể sử dụng và chuyển hóa carbohydrate và chất béo. Nó cũng cần thiết cho cơ thể để tổng hợp ra protein cho sự phát triển, duy trì và phục hồi các tế bào và mô cơ thể.

<b>Định nghĩa </b>

Siêu âm là các sóng âm có tần số vượt ra khỏi giới hạn nghe của tai người. Tuy giới hạn nghe của người thay đổi tùy vào tuổi tác, nghề nghiệp và nhiều yếu tố khác, giới hạn trên của ngưỡng nghe đồng thời cũng là giới hạn dưới của siêu âm thường được chọn là 20 kHz. [7]

Hình 1.2. Phân loại tần số sóng âm [8]

Hình 1.3. Phân loại sóng siêu âm [7]

Sóng siêu âm là một rung động được truyền qua một môi trường chẳng hạn như khơng khí, nước và kim loại.

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Sóng siêu âm có tần số cụ thể hoặc số lần dao động trong một giây. Vận tốc của siêu âm tại một thời điểm và nhiệt độ cụ thể là không đổi trong một môi trường.

Xét theo ứng dụng của siêu âm, ta có hai nhóm siêu âm chính, bao gồm: [9]

- Siêu âm công suất thấp, tần số cao: một số ví dụ về ứng dụng này bao gồm máy đo siêu âm, siêu âm trong chẩn đốn hình ảnh y học, máy dị siêu âm, … Mục đích chung của những ứng dụng này là sử dụng siêu âm làm phương tiện thăm dị, tìm kiếm và cung cấp thơng tin (ví dụ định vị đường nứt, hình dạng cơ quan, sự truyền tín hiệu) - Siêu âm công suất cao, tần số thấp: siêu âm được sử dụng để thay đổi vĩnh viễn các đặc tính vật lý, hóa học hay sinh học của vật liệu hay hệ thống mà siêu âm được áp dụng. Nhiều ứng dụng của siêu âm công suất cao bao gồm hàn kim loại và polyme, gia cơng và tạo hình kim loại trong chất rắn và chất lỏng, làm sạch, nhũ hóa và phân tán, khử khí, khử bọt, kết tụ hạt, cấp đông, khử nước và tăng cường các phản ứng hóa học. Trong y học, các ứng dụng khác của siêu âm công suất cao đang phát triển nhanh chóng trong đó năng lượng siêu âm cường độ cao được sử dụng để phẫu thuật không xâm lấn, tán sỏi và nhiều liệu pháp khác.

Ngày nay, sóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y học, sinh học, hóa học, cơng nghiệp thực phẩm, gia cơng cơ khí, ... góp phần nâng cao năng suất lao động, tăng hiệu quả kinh tế cho các lĩnh vực tương ứng. [9]

Siêu âm được áp dụng trong ngành thực phẩm có thể được chia thành hai loại: [10] - Siêu âm chẩn đoán (dải tần số 5-10 MHz)

- Siêu âm cơng suất (dải tần 20-100 kHz)

Siêu âm chẩn đốn là một cơng cụ phân tích để kiểm tra khơng phá hủy, kiểm sốt q trình và đánh giá chất lượng bao gồm xác định các đặc tính của thực phẩm như độ cứng, hàm lượng dầu và tổng chất rắn hịa tan và kiểm tra vật liệu đóng gói thực phẩm.

Siêu âm công suất được sử dụng trong cấp đông, sấy, chiết xuất và lọc thực phẩm như một biện pháp phụ trợ. Hơn thế nữa, nó có thể được sử dụng trong quá trình khử trùng thực phẩm, nhũ hóa và làm mềm thịt

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>1.2.2 Ứng dụng của sóng siêu âm trong lĩnh vực cấp đơng </b>

Cấp đơng có hỗ trợ bằng sóng siêu âm UAF (Ultrasound-assisted freezing) là một công nghệ bảo quản thực phẩm phổ biến và đáng chú ý nhằm bảo tồn các đặc tính cảm quan và giá trị dinh dưỡng. Sự lan truyền của sóng siêu âm trong môi trường tạo ra các hiệu ứng vật lý và hóa học khác nhau và những hiệu ứng này đã được khai thác để cải thiện hiệu quả của quá trình cấp đơng thực phẩm. Điều này cung cấp một cái nhìn tổng quan về những phát triển gần đây liên quan đến cơ chế, các yếu tố ảnh hưởng, trang thiết bị của UAF. Các ứng dụng của sóng siêu âm cường độ cao là để cải thiện hiệu quả của q trình cấp đơng, kiểm sốt kích thước và sự phân bố kích thước của các tinh thể đá dẫn đến cải thiện chất lượng của thực phẩm đông lạnh. [10]

Quá trình tạo mầm băng được định nghĩa là sự hình thành tinh thể mới và nó là yếu tố then chốt trong việc tối ưu hóa q trình cấp đông và mang lại chất lượng tốt nhất cho thực phẩm đông lạnh [11]. Tuy nhiên, sự tạo mầm là tự phát và ngẫu nhiên, nhiệt độ mà quá trình tạo mầm diễn ra khơng thể được dự đốn một cách chắc chắn. Sóng siêu âm có thể bắt đầu tạo mầm trong dung dịch cũng như trong thực phẩm rắn. Quá trình tạo mầm có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng siêu âm công suất.

<b> Ứng dụng kiểm sốt kích thước và hình dạng của tinh thể băng: </b>

Kích thước và sự phân bố kích thước của các tinh thể băng là những thông số quan trọng trong thực phẩm đông lạnh và một số nghiên cứu đã được thực hiện trên các khía cạnh này [12,13]. Nói chung, kích thước nhỏ hơn và sự phân bố đều của các tinh thể băng trong các mẫu đông lạnh là có lợi cho chất lượng của thực phẩm đông lạnh [14].

<b> Ứng dụng cải thiện tốc độ cấp đông: </b>

Tốc độ cấp đông là một thông số quan trọng để ảnh hưởng đến chất lượng của thực phẩm đơng lạnh vì nó quyết định kích thước của đá, mức độ mất nước của tế bào và tổn thương cấu trúc mơ. Nói chung, cấp đơng nhanh có thể duy trì chất lượng thực phẩm đơng lạnh tốt hơn so với cấp đông chậm. Siêu âm công suất đã chứng minh

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

khả năng làm tăng tốc độ q trình cấp đơng của thực phẩm [15]. Hu và cộng sự [12] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm đến tốc độ đóng băng trong q trình đơng lạnh ngâm. Kết quả cho thấy rằng việc ứng dụng siêu âm công suất trong giai đoạn chuyển pha của quá trình cấp đông đã làm tăng đáng kể tốc độ cấp đông và thời gian cấp đông được rút ngắn hơn 11% khi áp dụng các mức công suất siêu âm 288 W và 360 W.

<b> Ứng dụng nâng cao chất lượng thực phẩm đông lạnh: </b>

Các kết quả nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng việc áp dụng siêu âm cơng suất trong q trình cấp đơng có thể cải thiện cấu trúc vi mô của thực phẩm đông lạnh. Sun và Li [13] nhận thấy rằng mô của khoai tây được cấp đông bằng phương pháp cấp đông có hỗ trợ siêu âm thể hiện cấu trúc tế bào vượt trội hơn so với các mẫu được cấp đơng mà khơng sử dụng sóng siêu âm. Việc bảo tồn tốt hơn cấu trúc tế bào do sóng siêu âm mang lại có thể là do một số yếu tố khác nhau. Đầu tiên, tốc độ cấp đông nhanh do ứng dụng siêu âm công suất mang lại dẫn đến sự hình thành các tinh thể băng nhỏ hơn, do đó giảm thiểu thiệt hại cho cấu trúc tế bào. Thứ hai, các bong bóng được tạo ra bởi sóng siêu âm hỗ trợ q trình tạo mầm nội bào mà có thể khơng xảy ra trong q trình cấp đơng cổ điển truyền thống. Các bong bóng cũng giúp tăng tỷ lệ tạo mầm ở vùng ngoại bào và do đó giúp sản phẩm đơng lạnh giữ được hình dạng ban đầu.

<b> Ứng dụng trong đông đặc dung dịch: </b>

Làm đông đặc các loại thực phẩm dạng lỏng như nước trái cây là một quá trình quan trọng trong ngành cơng nghiệp thực phẩm. Vì quá trình này được thực hiện trong một hệ thống khép kín và dưới nhiệt độ đóng băng, nhiều thuộc tính cảm quan tự nhiên và giá trị dinh dưỡng được giữ lại tốt hơn. Quá trình này liên quan đến sự kết tinh phân đoạn của nước thành các tinh thể đá và sau đó tách các tinh thể này ra khỏi chất lỏng đông đặc. Nói chung, các tinh thể đá lớn được mong muốn vì chúng dễ tách khỏi dung dịch đậm đặc hơn. [16]

<b> Ứng dụng trong rã đông: </b>

Rã đơng là một q trình tốn thời gian và q trình rã đơng khơng tối ưu có thể đẩy nhanh các thay đổi sinh lý và sự phát triển của vi sinh vật, cả hai đều có thể

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

dẫn đến sự suy giảm chất lượng của thực phẩm đơng lạnh. Vì những lý do này, một số công nghệ rã đông mới và cải tiến bao gồm áp suất cao, vi sóng, sưởi ấm bằng điện trở và siêu âm đang được khám phá. Làm tan băng bằng sóng siêu âm đang được khám phá như một công nghệ sáng tạo mới. [17]

<b> Ứng dụng trong theo dõi q trình đơng lạnh: </b>

Siêu âm cường độ thấp hiện là một trong những phương pháp phân tích được sử dụng rộng rãi nhất. Vận tốc của sóng siêu âm, hệ số suy giảm và trở kháng âm thanh được sử dụng để thu nhận thông tin về các đặc tính hóa lý và cấu trúc của nguyên liệu thực phẩm. Ngoài ra, độ suy giảm sóng siêu âm trong một nguyên liệu thực phẩm nhất định có mối tương quan chặt chẽ với cách thức sản xuất nguyên liệu [18].

<b>1.2.3. Cơ chế phát sóng siêu âm trong q trình cấp đơng </b>

Sóng âm được tạo ra do chuyển đổi năng lượng từ điện thành các sóng phát ra từ các đầu dị, có cấu trúc cơ bản là áp điện (piezoelectric). Sóng âm thanh chỉ truyền qua vật chất mà khơng truyền qua được chân khơng, vì khơng có hiện tượng rung.

Một trong những đặc điểm cơ bản nhất là tần số sóng âm phụ thuộc vào bản chất của vật có độ rung khác nhau. Đơn vị đo tần số là Hertz, tức là số chu kỳ dao động trong một giây. [19]

Hình 1.4. Cơ chế hỗ trợ của sóng siêu âm trong cấp đơng [20]

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Hình 1.5. Hiệu ứng xâm thực sóng siêu âm [10]

Về cơ chế của UAF (Hình 1.4), người ta cho rằng q trình cấp đơng có thể được tăng tốc bởi sự hỗ trợ của sóng siêu âm nhờ quá trình tạo mầm và tăng cường quá trình truyền nhiệt và truyền chất [21]. Quá trình tạo mầm có hỗ trợ sóng siêu âm gây ra chủ yếu bao gồm hai giai đoạn: tạo mầm sơ cấp và tạo mầm thứ cấp. Giai đoạn tạo mầm sơ cấp được bắt đầu khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ tạo mầm. Lượng lớn ẩn nhiệt được giải phóng trong giai đoạn này. Người ta cho rằng sự hỗ trợ của sóng siêu âm góp phần thúc đẩy quá trình tạo mầm. Hơn nữa, chính các bong bóng được tạo ra đóng vai trị là hạt nhân đối với q trình tạo mầm băng khi kích thước của các bong bóng đạt đến ngưỡng tới hạn. Chuyển động của bong bóng ổn định có thể dẫn đến các kênh vi dịng và các dịng xốy, sau đó tăng cường truyền nhiệt và truyền chất và góp phần tạo mầm. Trong quá trình tạo mầm thứ cấp, dựa trên các tinh thể băng có sẵn, sự chiếu xạ của sóng siêu âm có thể phá vỡ các đi gai của băng tồn tại từ trước này thành nhiều mảnh nhỏ hơn, do sự sụp đổ của bong bóng và lực cắt bắt nguồn từ dịng chảy vi mơ, dẫn đến nhiều vị trí tạo mầm được tạo ra. Sự sụp đổ và chuyển động của bong bóng có thể tăng hệ số truyền nhiệt và chất. Bên cạnh đó, các rung động cơ học của sóng siêu âm vẫn có gây ra hiệu ứng sinh nhiệt trong quá trình cấp đơng.

Sóng siêu âm chỉ truyền trong mơi trường giãn nở, trừ mơi trường chân khơng. Theo đó, sóng âm sẽ tạo nên một sức ép làm thay đổi áp lực mơi trường. Tại một vị trí nào

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

đó trong mơi trường, ở nửa chu kì đầu của sóng, áp lực tại đó tăng và nửa chu kì sau lại giảm gây ra hiệu ứng cơ học của siêu âm. Sự chênh lệch áp suất giữa 2 pha là rất lớn và tỉ lệ với tần số siêu âm.

Tốc độ lan truyền của siêu âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ môi trường truyền âm, không phụ thuộc vào tần số.

Năng lượng siêu âm là động năng dao động và thế năng đàn hồi của các phần tử trong môi trường.

Năng lượng của siêu âm dưới dạng cơ học, khi được hấp thu, năng lượng sẽ giảm dần theo độ sâu [22].

Có các loại bộ phận phát sóng siêu âm (bộ phận chuyển đổi): từ giảo (magnetostrictive transducer) và áp điện (piezoelectric transducer). Tuy nhiên, bộ chuyển đổi áp điện (pzt) là kiểu chung nhất và được sử dụng trong nhiều ứng dụng. Bộ phận biến đổi áp điện cũng có hiệu quả nhất, đạt được tốt hơn 95% hiệu suất [23]

Bộ phận phát sóng siêu âm có cấu trúc gồm 3 phần: bộ phận ghép nối, bộ phận khuếch đại và bộ phận phát xạ [24]

- Bộ phận ghép nối: có vai trị ghép nối các tinh thể dao động (PZT) có biên độ dao động nhỏ thành một cụm dao động có biên độ lớn hơn. Tinh thể dao động có vai trị chuyển đổi dao động điện sang dao động cơ học. Hình dạng của bộ phận ghép nối phụ thuộc vào hình dạng của PZT.

- Bộ phận phát xạ: có vai trị phân phối sóng ra mơi trường.

- Bộ phận khuếch đại: có vai trò kết nối giữa bộ phận ghép nối với bộ phận phát xạ, ngồi ra cịn có chức năng khuếch đại biên độ dao động.

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<b>Delgado và cộng sự. [21] đã khảo sát ảnh hưởng của sóng siêu âm đến q </b>

trình đơng lạnh ngâm với mẫu cắt tiếp tuyến hoặc cắt xuyên tâm quả táo trong hỗn hợp etylen glicol (C<small>2</small>H<small>6</small>O<small>2</small>) và nước (1: 1, v / v). Kết quả cho thấy rằng ứng dụng của sóng siêu âm (40 kHz, 0,23 W / cm<small>2</small>) trong 120 giây (p<0,05) giảm đáng kể thời gian cấp đông lên đến 8% so với đông lạnh ngâm không sử dụng siêu âm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Liên quan đến ảnh hưởng của sóng siêu âm đến khả năng duy trì chất lượng

<b>dinh dưỡng và màu sắc trong q trình cấp đơng. Franco và cộng sự [25] đã nghiên </b>

cứu ảnh hưởng của sóng siêu âm (40 kHz, 50W) đến chất lượng của chuối trong quá trình làm lạnh. Kết quả cho thấy rằng khả năng cải thiện chống oxy hóa và giữ lại được thành phần phenolic một cách hiệu quả, từ đó duy trì được màu sắc và chất dinh dưỡng tốt hơn. Ngoài ra, cơng nghệ làm lạnh có hỗ trợ sóng siêu âm có khả năng chống được vi khuẩn tốt hơn.

<b>Tiếp đó, Islam và cộng sự. [26] cho thấy rằng giảm hơn 40% thời gian đông </b>

lạnh (p<0,05) được quan sát thấy trong tất cả các mẫu nấm thử nghiệm trong q trình đơng lạnh ngâm có hỗ trợ siêu âm (20 kHz, 0,39 W / cm<small>2</small>) trong một dung dịch chứa 50% ethylene glycol và 50% nước (v / v).

<b>Chow và cộng sự [27] khảo sát quá trình tạo mầm sơ cấp và thứ cấp của băng </b>

được nghiên cứu trong dung dịch sacaroza được tạo ra bằng sóng siêu âm ở tần số 20kHz. Họ phát hiện ra rằng sự tạo mầm chính của nước đá trong dung dịch sacaroza có thể đạt được ở nhiệt độ tạo mầm cao hơn khi áp dụng hỗ trợ siêu âm. Các quan sát bằng kính hiển vi cho thấy các tinh thể băng trên bề mặt có thể bị phá vỡ thành các mảnh nhỏ hơn bằng sóng siêu âm.

<b>Bên cạnh đó, Zhang và cộng sự [28] ứng dụng siêu âm để kiểm soát sự thay </b>

đổi pha từ nước lạnh sang đá. Kết quả cho thấy việc ứng dụng siêu âm có thể làm tăng đáng kể xác suất tạo mầm trong nước lạnh. Tuy nhiên, việc lựa chọn cường độ siêu âm là rất quan trọng quyết định đến hiệu quả của quá trình.

<b>J. Tu và cộng sự [29] đã nghiên cứu quá trình cấp đơng củ sen có hỗ trợ của </b>

sóng siêu âm với tần số 30kHz, và công suất lần lượt 90, 150 và 210W. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hỗ trợ sóng siêu âm ở cơng suất 150W có tốc độ cấp đông nhanh, cải thiện độ cứng và giảm sự mất nước, tăng khả năng bảo vệ vi cấu trúc của củ sen.

<b>Tiếp đó, Kiani và cộng sự (2011) [30] đã nghiên cứu cơ chế siêu âm (25 kHz, </b>

0,25 W/cm<small>2</small>) để cấp đông mẫu lỏng (dung dịch sucrose) và rắn (gel agar), người ta thấy rằng siêu âm hoạt động hiệu quả hơn để bắt đầu quá trình tạo mầm băng trong mẫu lỏng, chứ khơng phải trong các mẫu rắn. Có mối quan hệ tuyến tính giữa nhiệt

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

độ trong quá trình phát sóng siêu âm và nhiệt độ tạo mầm trong các mẫu chất lỏng. Hơn nữa, sóng siêu âm cũng có tác động đáng kể đến tốc độ truyền nhiệt trong q trình cấp đơng mẫu chất lỏng (có tính chất đồng đều).

Liên quan đến hướng và tần số phát sóng của bộ phát sóng siêu âm ảnh hưởng

<b>đến hiệu quả cấp đông. You Tian và cộng sự [31] đã tiến hành thực hiện các nghiên </b>

cứu khác nhau với khoai tây. Kết quả cho thấy rằng việc ứng dụng kết hợp các tần số 20kHz và 28kHz đồng thời với hướng đặt vng góc cho hiệu quả tốt nhất.

<b>Bên cạnh đó, Xu [32] cùng nhóm nghiên cứu của mình đã nghiên cứu ảnh </b>

hưởng của sóng siêu âm ở tần số 20kHz, cường độ phát sóng (0,09, 0,17, 0,26 và 0,37 W/cm<sup>2</sup>) và nhiệt độ bắt đầu phát sóng (-0,5, -1, -1,5 và -2<sup>0</sup>C) đến nhiệt độ tạo mầm trong q trình cấp đơng củ cải trong bể siêu âm chứa dung dịch CaCl<small>2</small>. Kết quả cho thấy, sóng siêu âm giúp kiểm sốt nhiệt độ tạo mầm và nhiệt độ tạo mầm có mối quan hệ tuyến tính với nhiệt độ bắt đầu phát sóng ứng với cường độ phát sóng 0,26 W/cm<sup>2</sup>và nhiệt độ bắt đầu phát sóng -0,5<small>0</small>C.

<b>Nhóm tác giả Xin, Zhang và Adhikari [33] nghiên cứu hỗ trợ của sóng siêu </b>

âm ở tần số 20kHz và 30kHz ứng với công suất 0, 125, 150, 175 và 195W với tỷ lệ gián đoạn 60s bật /60s tắt trong quá trình cấp đông bông cải. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sóng siêu âm giúp rút ngắn đáng kể thời gian cấp đông đặc biệt ở mức 150W (30kHz) và 175W (20kHz). Bên cạnh đó nhóm tác giả cũng khẳng định việc xác định các thơng số liên quan đến sóng siêu âm như tần số, công suất, nhiệt độ bắt đầu phát sóng và thời gian phát sóng phù hợp là rất quan trọng đối với chất lượng và thời gian cấp đông vật liệu.

<b>Islam, Zhang, Fang and Sun (2015) [34] đã tiến hành cấp đông trực tiếp nấm </b>

mà không nhúng vào trong chất tải lạnh, nhờ vậy vật liệu khơng bị nhiễm bẩn. Sóng siêu âm hỗ trợ cấp đơng có tần số 20kHz, cường độ phát sóng 0, 0.13, 0.27, 0.39W/cm<small>2</small>. Kết quả cho thấy ở cường độ 0.39 W/cm<small>2</small>, nấm giữ được độ cứng như ban đầu.

Liên quan đến cấp đơng cá hồi phi lê có hỗ sóng siêu âm. Trong quá trình

<b>nghiên cứu Kono và cộng sự [35] đã xác nhận rằng tốc độ cấp đơng, sự hình thành, </b>

kích thước và sự phân bố của tinh thể đá đóng vai trị quan trọng đối với chất lượng

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

của vật liệu cấp đơng. Họ nhận thấy rằng đường kính của tinh thể đá (20 – 450 μm) làm giảm đáng kể tốc độ cấp đông. Để giảm thiểu tác hại các tinh thể đá đối với mô tế bào của thực phẩm, tăng chất lượng của thực phẩm cần phải cải thiện làm giảm kích thước và tăng tính đồng đều của tinh thể đá.

<b>Kế đó, Qiu và cộng sự [36] đã khảo sát sự ảnh hưởng của phương pháp hỗ trợ </b>

sóng siêu âm với tần số 25 kHz và công suất 150W, 200W và 250W đến chất lượng của cá mè trắng Hoa Nam. Kết quả cho thấy rằng sóng siêu âm ở cơng suất 250W thúc đẩy q trình oxy hóa protein, ở cơng suất 200W thì khả năng giữ nước và ổn định protein là tốt hơn so với các dãy công suất khác.

Liên quan đến nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của sóng siêu âm đến hình

<b>thành tinh thể đá trong quá trình cấp đông. Sun và cộng sự. [37] đã nghiên cứu ảnh </b>

hưởng của hỗ trợ sóng siêu âm (30 kHz, 0,03 W/g) trên vi cấu trúc của cá chép (Cyprinus carpio) trong thời gian bảo quản (-18 ± 1°C, 180 ngày). Họ quan sát thấy cấu trúc cơ tốt hơn trong các mẫu đơng lạnh ngâm có hỗ trợ siêu âm, có thể được bởi hiệu ứng “cavitation” (xâm thực) do sóng siêu âm gây ra. Sau bảo quản đông lạnh (180 ngày), kích thước trung bình của các tinh thể đá thấp hơn 43,22% so với các mẫu đơng lạnh khơng có hỗ trợ sóng siêu âm.

<b>Bên cạnh đó, Yuke He và cộng sự [38] đã thực nghiệm cấp đông cá ngừ phi </b>

lê khi có hỗ trợ sóng siêu âm ở tần số 20kHz. Họ nhận thấy rằng khi cấp đơng có hỗ trợ của sóng siêu âm sẽ giúp làm giảm tỷ lệ tách nước, làm tăng độ đàn hồi đồng thời đảm bảo thành phần protein tốt hơn của vật liệu.

đối với cá đỏ dạ thuộc họ cá lù đù (Large Yellow Croaker) ở cùng công suất là 175W với các tần số khác nhau: đơn (20kHz), đôi (20kHz và 28kHz), đa (20kHz, 28kHz, 40kHz). Kết quả cho thấy so với các phương pháp cấp đông khác, kết hợp các tần số siêu âm khác nhau có thể cải thiện khả năng giữ nước (WHC) và giúp phân phối nước trong tế bào đồng đều hơn, ngồi ra, có thể giảm kích thước của các tinh thể đá một cách hiệu quả.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<b>1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước </b>

<b>Minh Hieu Ngo cùng với các cộng sự [40] đã thực nghiệm cấp đông sâm Bố </b>

Chính có hỗ trợ của sóng siêu âm ở các chế độ liên tục và gián đoạn với tần số 20kHz, công suất 50-200W. Kết quả cho thấy rằng q trình cấp đơng có hỗ trợ sóng siêu âm ở công suất 100W và tỉ lệ gián đoạn phát sóng là 60s bật và 90s tắt thì thời gian cấp đông, nhiệt độ tạo mầm, vi cấu trúc vật liệu, thay đổi màu sắc vật liệu là tốt nhất.

Hiện nay tình hình nghiên cứu trong nước về cấp đơng có hỗ trợ của sóng siêu âm vẫn cịn rất hạn chế.

Các nghiên cứu cho thấy sóng siêu âm hỗ trợ trong q trình cấp đơng giúp đẩy nhanh q trình kết tinh, giảm kích thước tinh thể và rút ngắn thời gian cấp đông. Tuy nhiên, khơng phải ở cường độ và thời gian phát sóng siêu âm nào cũng tạo ra ảnh hưởng tích cực đến q trình cấp đơng. Nếu chọn cường độ sóng siêu âm quá lớn hoặc quá nhỏ và thời gian phát sóng dài sẽ có ảnh hưởng khơng có lợi cho q trình cấp đơng do hiệu ứng nhiệt làm tan chảy các tinh thể đá sau đó tinh thể này kết tinh trở lại làm tăng thời gian cấp đơng. Mỗi loại vật liệu khác nhau thì ảnh hưởng của sóng siêu âm như tần số, cơng suất và thời gian phát sóng khác nhau. Do đó, cần có nghiên cứu riêng cho từng loại vật liệu.

<b>1.4 Phương pháp cấp đơng vật liệu </b>

Theo TCVN 12370-2018 có các phương pháp cấp đông cá tra phi lê như sau: tủ đơng tiếp xúc, tủ đơng gió, băng chuyền IQF. Với giới hạn quy mô nghiên cứu sẽ tiến hành

<b>lựa chọn phương pháp cấp đông vật liệu bằng hệ thống đơng gió. </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

<b>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT </b>

<b>2.1 Lý thuyết về cấp đông </b>

Cấp đông là phương pháp giúp cho sản phẩm thực phẩm ở trạng thái lạnh đông (tâm sản phẩm đạt -18ºC) trong khoảng thời gian ngắn. Cấp đông là công đoạn có tính quyết định đến chất lượng của sản phẩm và hiệu quả của q trình cấp đơng tùy thuộc vào thời gian cấp đông nhanh hay chậm. Với đặc tính chung của thực phẩm tươi sống có hàm lượng nước cao 80 - 95%, trạng thái ban đầu nước được phân bố tương đối đồng đều trong các mô tế bào là thành phần tạo nên cấu trúc đặc trưng cho mỗi loại sản phẩm, tuy vậy trong q trình cấp đơng sự kết tinh của nước có xu hướng từ ngồi vào bên trong tâm của sản phẩm, thời gian kết tinh càng chậm dẫn đến sự di chuyển và dồn nén các phân tử nước dần vào hướng tâm, đồng thời với sự giãn nở thể tích và kết tinh là nguyên nhân phá vỡ cấu trúc tự nhiên của sản phẩm [41, 42]. Hiện tượng này dẫn đến cấu trúc mô tế bào bị phá vỡ làm giảm chất lượng sản phẩm và vi sinh vật dễ dàng xâm nhập, gây hư hỏng nhanh chóng. Mặt khác, khi rã đơng sản phẩm khơng cịn giữ được trạng thái cấu trúc ban đầu, nước tự do khi thốt ra ngồi sẽ kéo theo các chất dinh dưỡng hòa tan và chất lượng sản phẩm càng giảm [43]

Các q trình sinh hóa và vật lý xảy ra trong q trình đơng lạnh thực phẩm rất phức tạp và bản thân việc nghiên cứu quá trình đơng lạnh có thể là một việc đầy thách thức. Các vấn đề mà thực phẩm trải qua quá trình đông lạnh được liệt kê dưới đây:

 Đông lạnh các loại thực phẩm giúp kéo dài đáng kể thời gian bảo quản của sản phẩm.

 Nước là thành phần chính của thực phẩm, có thể chiếm lên đến 95% tổng khối lượng.

 Sự hình thành các tinh thể đá khi nước đóng băng là một trong những vấn đề chính cần tránh.

 Sự hình thành các tinh thể đá phá vỡ kết cấu của thực phẩm và có thể phá vỡ thành tế bào và có thể giải phóng các enzym thối hóa.

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

Khi nhiệt độ thực phẩm xuống thấp các quá trình trên sẽ bị ức chế và kìm hãm, làm cho tốc độ các phản ứng hoá sinh sẽ giảm. Khi nhiệt độ càng thấp, tốc độ phân giải càng giảm mạnh bắt nguồn từ các nguyên nhân sau:

 Cấu trúc tế bào bị co rút;

 Độ nhớt dịch tế bào tăng;

 Sự khuếch tán nước và các chất tan của tế bào giảm;

 Hoạt tính của enzim có trong tế bào giảm. Nhiệt độ thấp ức chế tốc độ của các phản ứng hoá sinh trong thực phẩm. Nhiệt độ thấp tốc độ giảm, người ta tính rằng cứ giảm 10°C thì tốc độ phản ứng hố sinh giảm xuống còn từ 1/2 đến 1/3. Nhiệt độ thấp tác dụng đến các men phân giải nhưng không tiêu diệt được nó. Nhiệt độ giảm xuống 0°C hoạt động của hầu hết các enzim bị đình chỉ. Nhiệt độ càng thấp khả năng phân giải giảm.

Như vậy khi nhiệt độ thấp quá trình phân giải của thực phẩm sẽ bị chậm lại hoặc chấm dứt hoàn toàn là do:

 Hoạt động của các men phân giải bị đình chỉ.

 Sự phát triển của các vi sinh vật bị ức chế, đại bộ phận các vi sinh vật ngừng hoạt động trong khoảng -3°C đến -10°C. Tuy nhiên ở -10°C vi khuẩn micrococuss vẫn sống nhưng phát triển chậm. Các loại nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn, có thể tới -15°C. Để nấm mốc sống được thì lượng nước trong tế bào phải đảm bảo ít nhất là 15%. Khi nhiệt độ giảm xuống -18°C thì nước mới đóng bằng tới 86%, đạt yêu cầu

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

trên. Vì vậy nhiệt độ bảo quản tốt nhất từ -18°C trở xuống mới làm cho toàn bộ vi sinh vật và nấm mốc ngừng hoạt động hồn tồn.

Trạng thái của nước trong sản phẩm đông lạnh thể hiện độ ổn định và chất lượng của sản phẩm thuỷ sản cấp đơng. Do có tính chất đặc trưng, nên chúng đóng vai trị quan trọng trong phản ứng phân huỷ tế bào ở nhiệt độ lạnh và nhiệt độ lạnh đông. Nước trong sản phẩm thuỷ sản đông lạnh được phân thành hai loại là nước tự do và nước liên kết.

Mỗi nguyên liệu có thành phần axit béo và hàm lượng protein là khác nhau do đó có một nhiệt dung riêng và hàm nhiệt là khác nhau. Kết quả là để kết tinh nước thì mỗi sản phẩm có nhiệt lượng cần thiết để cấp đông 1kg mỗi loại thực phẩm rất khác nhau. Bên cạnh đó, sản phẩm có hàm lượng dầu càng cao thì hàm lượng nước tự do càng ít; và hầu hết nhiệt được lấy đi trong quá trình cấp đơng là thay đổi nước thành băng; do đó, nếu có ít nước, thì lượng nhiệt sẽ cần phải được lấy đi để cấp đơng cá là ít hơn. Điều này tác động trực tiếp đến thời gian cấp đơng và sự hình thành các tinh thể đá trong sản phẩm đông lạnh. Khi tốc độ cấp đông nhanh sẽ tạo ra các mầm tinh thể đá nhỏ và đồng nhất. [2]

Chất lượng sản phẩm đông lạnh liên quan chặt chẽ với tốc độ cấp đông. Tốc độ cấp đông không chỉ phụ thuộc vào nguyên liệu mà còn phụ thuộc vào chế độ công nghệ cấp đông. Với các chế độ cơng nghệ cấp đơng có hệ số truyền nhiệt lớn sẽ cho nhiệt độ giảm nhanh với thời gian làm lạnh ngắn; khi đó thì các biến đổi hố học diễn ra với tốc độ rất chậm, ít hư hỏng, chất lượng thực phẩm được đảm bảo. Số lượng và kích thước của tinh thể đá bị tác động trực tiếp bởi phương pháp cấp đông và ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng của thực phẩm đông lạnh. Chế độ cơng nghệ cấp đơng có hệ số truyền nhiệt cao giúp tốc độ cấp đông nhanh sẽ tạo ra các mầm tinh thể đá nhỏ và đồng nhất, số lượng và kích thước của tinh thể đá được xem là một tham số quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của phương pháp cấp đông lên sự thay đổi chất lượng của sản phẩm đông lạnh. Bên cạnh đó, tốc độ đối lưu càng cao thì thời gian cấp đông càng nhanh do hệ số toả nhiệt đối lưu tăng, kết quả hệ số truyền nhiệt tăng. [2]

</div>