Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ bảo quản lạnh quả vải

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết
quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai khác công bố
trong bất kỳ công trình nào.

Ngày
Tập thể hướng dẫn

PGS. TS. Hà Mạnh Thư PGS. TS. Nguyễn Việt Dũng

i

tháng năm 2018
Tác giả

Lê Xuân Tuấn


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả những người đã tạo điều kiện và giúp đỡ
tôi hoàn thành luận án này.
Tôi rất biết ơn người hướng dẫn chính của tôi là PGS.TS. Hà Mạnh Thư người
đã hướng dẫn, khuyến khích, động viên giúp tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và
viết bản luận án này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Việt Dũng người đã
hướng dẫn nhất quán, cung cấp kiến thức cơ bản cho tôi trong suốt thời gian thực
hiện chương trình tiến sĩ. Sự hỗ trợ và động viên của thầy đã nâng cao trình độ
nghiên cứu của tôi.
Tôi cũng xin cảm ơn các thành viên trong đơn vị của tôi là ThS. Phạm Thái
Sơn, ThS. Đỗ Mạnh Hùng đã bám sát tiến độ và đưa ra các đề xuất có giá trị trong
suốt chương trình nghiên cứu giúp tôi.

Tôi cảm ơn sự hỗ trợ từ các nguồn tài chính của Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội, từ đề án 911 của Chính phủ và quỹ tài chính khác.
Tôi cảm ơn Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng đã tạo điều kiện cho tôi tham
gia thực hiện nhiệm vụ hợp tác Quốc tế về Khoa học & Công nghệ theo Nghị định
thư với Nhật Bản: “Hợp tác xây dựng Trung tâm công nghệ CAS bảo quản nông
sản, thực phẩm Việt Nam”.
Tôi cảm ơn phòng kiểm chuẩn thiết bị, Khoa an toàn sinh học & Quản lý chất
lượng, Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương đã cung cấp các thiết bị đo lường đặc biệt
giúp tôi có bộ số liệu chính xác cao.
Tôi xin cảm ơn Bộ môn Bảo quản nông sản, Viện Cơ điện Nông nghiệp và
Công nghệ sau thu hoạch đã hướng dẫn tôi trong lĩnh vực nghiên cứu về cường độ
hô hấp của các loại hoa quả.
Tôi xin lời cảm ơn sâu sắc tới các đồng nghiệp từ Viện Khoa học & Công
nghệ Nhiệt - Lạnh đã hỗ trợ tôi trong công việc nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin dành kết quả của luận án này cho gia đình yêu quý của tôi.
Tác giả

Lê Xuân Tuấn

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................x
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ............................................................. xi
MỞ ĐẦU.................................................................................................................1
Chương 1 TỔNG QUAN .........................................................................................6
1.1. Sản xuất quả vải của Việt Nam......................................................................6
1.1.1. Thực trạng sản xuất và chế biến rau quả..................................................6
1.1.2. Tình hình sản xuất quả vải của Việt Nam................................................8

1.2. Qui trình chế biến và các phương pháp bảo quản quả vải ............................10
1.2.1. Qui trình chế biến quả vải và những tồn tại ...........................................10
1.2.2. Các phương pháp bảo quản quả vải.......................................................11
1.2.2.1. Phương pháp bảo quản hóa học .....................................................11
1.2.2.2. Phương pháp bảo quản vật lý.........................................................12
1.2.2.3. Kết luận..........................................................................................16
1.3. Các nghiên cứu về quá trình làm lạnh quả vải..............................................16
1.3.1. Quá trình làm lạnh sơ bộ.......................................................................16
1.3.1.1. Làm lạnh sơ bộ bằng nước đá ........................................................17
1.3.1.2. Làm lạnh sơ bộ bằng không khí đối lưu ..........................................18
1.3.1.3. Kết luận..........................................................................................19
1.3.2. Quá trình làm lạnh và bảo quản.............................................................19
1.3.3. Mô phỏng quá trình làm lạnh ................................................................20
1.4. Các nghiên cứu về tính chất nhiệt vật lý ......................................................22
1.4.1. Xác định tính chất nhiệt vật lý bằng thực nghiệm..................................22
1.4.1.1. Đo nhiệt dung riêng đẳng áp ..........................................................22
1.4.1.2. Đo hệ số dẫn nhiệt..........................................................................27
1.4.2. Dự đoán tính chất nhiệt vật lý bằng tính toán ........................................29
1.4.2.1. Dự đoán nhiệt dung riêng hiệu dụng ..............................................31
1.4.2.2. Enthalpy của quả vải......................................................................32
1.4.2.3. Hệ số dẫn nhiệt...............................................................................33
1.4.2.4. Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hỗn hợp ................................33
1.5. Các nghiên cứu xác định độ hao hụt tự nhiên ..............................................34
1.5.1. Độ hao hụt tự nhiên ..............................................................................34
1.5.2. Xác định độ hao hụt bằng định luật Dalton ...........................................36
1.5.2.1. Định luật Fick ................................................................................36
1.5.2.2. Định luật Dalton ............................................................................36
1.5.3. Xác định độ hao hụt do mất nước theo giả thiết ....................................38
quá trình đẳng áp - đẳng enthalpy ...................................................................38
1.6. Xác định cường độ hô hấp và nhiệt tỏa do hô hấp của quả vải .....................40

1.7. Kết luận chương 1 .......................................................................................42
1.7.1. Tổng kết các nghiên cứu tổng quan.......................................................42
1.7.2. Đề xuất hướng nghiên cứu ....................................................................42
Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................44
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................44
2.2. Những nội dung và phương pháp nghiên cứu chính.....................................44

iii


2.2.1. Nội dung nghiên cứu.............................................................................44
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................45
2.3. Cơ sở lý thuyết mô phỏng quá trình làm lạnh ..............................................47
2.4. Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình hao hụt tự nhiên.....................................48
2.5. Nghiên cứu thực nghiệm .............................................................................48
2.5.1. Quy trình thu hái và phân loại quả vải...................................................48
2.5.2. Xác định đường kính tương đương........................................................49
2.5.3. Nghiên cứu thực nghiệm các quá trình làm lạnh....................................50
2.5.3.1. Thí nghiệm làm lạnh sơ bộ bằng nước đá .......................................50
2.5.3.2. Thí nghiệm về quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu ..............51
2.5.3.3. Thí nghiệm xác định lượng nước bám trên vỏ quả ..........................56
2.5.3.4. Thí nghiệm xác định thành phần nước của các lớp quả vải.............56
2.5.4. Nghiên cứu quá trình bảo quản lạnh quả vải..........................................57
2.5.4.1. Xác định cường độ hô hấp..............................................................57
2.5.4.2. Xác định chỉ tiêu chất lượng quả vải ..............................................60
2.5.4.3. Xác định độ hao hụt tự nhiên..........................................................61
2.6. Phương pháp đánh giá sai số thí nghiệm......................................................62
2.7. Kết luận chương 2 .......................................................................................63
Chương 3 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH..............................................65
3.1. Phát triển mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý ........................................65

3.1.1. Xác định khối lượng riêng hiệu dụng ....................................................65
3.1.2. Xác định hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng.......................................................66
3.1.3. Xác định nhiệt dung riêng hiệu dụng đẳng áp........................................67
3.1.4. Xác định Enthalpy ................................................................................68
3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh .........................................68
3.2.1. Giả thiết cho mô hình............................................................................68
3.2.2. Mô hình toán học của quá trình làm lạnh ..............................................69
3.2.3. Phương pháp giải và lưu đồ thuật toán ..................................................70
3.3. Kết quả và thảo luận....................................................................................74
3.3.1. Thông số nhiệt vật lý sử dụng trong tính toán mô hình..........................74
3.3.2. Kiểm chứng mô hình ............................................................................74
3.3.3. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải và thảo luận ...................77
3.3.3.1. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải trong nước đá .........77
3.3.3.2. Kết quả mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải trong không khí
đối lưu ........................................................................................................79
3.3.3.3. Thảo luận .......................................................................................82
3.4. Phương pháp gián tiếp xác định hệ số trao đổi nhiệt ....................................83
3.4.1. Phương pháp.........................................................................................83
3.4.2. Thuật toán tối ưu phiếm hàm f ..............................................................83
3.4.3. Đánh giá hiệu quả phương pháp và thảo luận ........................................87
3.4.3.1. Hiệu chỉnh α cho quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá ..............87
3.4.3.2. Hiệu chỉnh α cho quá trình làm lạnh ..............................................89
bằng không khí đối lưu tự nhiên ..................................................................89
3.4.3.3. Thảo luận .......................................................................................91
3.5. Ứng dụng mô hình mô phỏng ......................................................................92
3.6. Kết luận chương 3 .......................................................................................94

iv

Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH ĐỘ HAO HỤT TỰ NHIÊN
VÀ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LẠNH CHO QUẢ VẢI.......................................96
4.1. Độ hao hụt tự nhiên .....................................................................................96
4.1.1. Xác định cường độ hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ ................................97
4.1.2. Xác định lượng nhiệt tỏa do hô hấp.......................................................99
4.2. Xây dựng mô hình xác định độ hao hụt do bay hơi nước ...........................100
4.2.1. Giả thiết cho mô hình..........................................................................100
4.2.2. Xây dựng mô hình ..............................................................................101
4.3. Xác định độ hao hụt tự nhiên.....................................................................106
4.4. Kiểm chứng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên....................................106
4.5. Xác định các thông số công nghệ lạnh dành cho quả vải............................109
4.5.1. Xác định suất tiêu hao đá trong chuỗi lạnh chế biến quả vải................109
4.5.1.1. Suất tiêu hao đá trong quá trình làm lạnh sơ bộ ...........................109
4.5.1.2. Suất tiêu hao đá trong quá trình vận chuyển.................................110
4.5.1.3. Năng suất lạnh cần thiết để tái lạnh quả vải.................................112
4.5.2. Đề xuất các mẫu kho bảo quản phù hợp cho quả vải Việt Nam ...........114
4.5.2.1. Phân tích các hệ thống kho lạnh bảo quản ...................................114
4.5.2.2. Đề xuất kho lạnh thử nghiệm bảo quản vải...................................116
4.6. Kết luận chương 4 .....................................................................................118
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................120
5.1. Kết luận.....................................................................................................120
5.1.1. Ý nghĩa khoa học đạt được..................................................................120
5.1.2. Ý nghĩa thực tiễn đạt được ..................................................................121
5.2. Kiến nghị ..................................................................................................122
5.2.1. Về các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo ................................................122
5.2.2. Về các nghiên cứu khoa học tiếp theo .................................................122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................123
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.............................................133
CỦA LUẬN ÁN..................................................................................................133
PHỤ LỤC............................................................................................................134

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu
A
a
Aw, Ap, Ae, B
Ap1, Ap2, B1
Bi
Cp
Dh
Dw
Dd
E
F
g
m
⋅

m
mf
ma
mkk
Md
Me
N
Nu

Q
Pm
Pa
km
ke
r
rw, rp, re
R

Tên gọi
Diện tích bề mặt quả
Hệ số dẫn nhiệt độ
Các hằng số trong phương trình dẫn nhiệt
Tiêu chuẩn Biot
Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp
Chiều cao quả vải
Chiều rộng quả vải
Chiều dài quả vải
Năng lượng
Diện tích
Gia tốc trọng trường
Khối lượng
Tốc độ thoát hơi nước trên một đơn vị diện tích
bề mặt
Lượng hơi nước của quả vải tỏa ra trong quá
trình hô hấp
Lượng hơi nước mà môi trường bảo quản hấp
thụ
Khối lượng không khí trong kho
Khối lượng ẩm khuếch tán vào trong không khí

Khối lượng hơi nước khuếch tán vào trong
không khí
Số phần tử tính toán
Tiêu chuẩn Nusselt
Nhiệt tỏa
Áp suất hơi nước trên bề mặt quả
Phân áp suất hơi nước trong không khí
Hệ số truyền chất
Hệ số thoát ẩm
Tọa độ trong quả vải
Vị trí bán kính tại các điểm nút p, w, e
Bán kính quả vải

vi

Đơn vị
m2
m2·s-1

J·kg-1·K-1
m
m
m
kJ
m2
m·s-2
kg
kg·m-2·s-1
kg
kg

kg
kg
kg

kJ
Pa
Pa
kg·m-2·Pa-1
m·s-1
m
m
m


Ra
RCO2
RTrans
RSpray
RCond
RVent
Rµ
Pr
qope
qp
qresp
qv
qloss
t
T
tb; t ∞

Tiêu chuẩn Rayleigh
Cường độ hô hấp
Tỏa ẩm do hô hấp
Tỏa ẩm do phun ẩm
Tốc độ ngưng tụ hơi nước trên thiết bị bay hơi
Tỏa ẩm do thông gió
Hằng số phổ biến của chất khí
Tiêu chuẩn Prandtl
Nhiệt vận hành
Nhiệt hấp thụ bởi sản phẩm
Nhiệt hô hấp
Nhiệt do thông gió
Nhiệt tổn thất qua bao che
Nhiệt độ
Nhiệt độ tuyệt đối
Nhiệt độ: bề mặt, không khí lạnh

tW, tP, tE

Nhiệt độ ở phân tố thể tích tính toán: điểm liền
kề phía sau, điểm nút P, điểm liền kề phía
trước
Giá trị nhiệt độ thực nghiệm đo tại điểm i

o

t sim
i

Nhiệt độ mô phỏng tại điểm i

o

V
∆r
X
yO2
yCO2
W
∆W
i
Ký tự Hy lạp
α
αcon
αra
αtrans
αf
αn
β

Thể tích
Chiều dày vùng nghiên cứu
Thành phần khối lượng
Nồng độ khí O2
Nồng độ khí CO2
Độ hao hụt tự nhiên tuyệt đối
Độ hao hụt tự nhiên tương đối
Enthalpy

t iexp

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu hỗn hợp
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu
Hệ số trao đổi nhiệt bức xạ
Hệ số trao đổi nhiệt do khuếch tán ẩm
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên
Hệ số giãn nở thể tích

vii

mlCO2·kg-1·h-1
kg·s-1
kg·s-1
kg·s-1
kg·s-1
J·kg-1·K-1
kW
kw
kw
kw
kw
o
C
K
o
C

C

o

C
C

ml
m
%
%
%
kg
%
kJ·kg-1
W·m-2·K-1
W·m-2·K-1
W·m-2·K-1
W·m-2·K-1
W·m-2·K-1
W·m-2·K-1
K-1


ε
λ
ρ
σi

Hệ số tia quá trình
Hệ số dẫn nhiệt

Khối lượng riêng
Độ lệch chuẩn tại điểm i

µ
δC

Lượng vật chất
Độ chênh lệch nồng độ ẩm
Tốc độ
Thời gian
Độ nhớt động học

ω
τ
υ
Chỉ số dưới
1
2
as
CHO
fa
f
pr
s
w
Chỉ số trên
1
2
c
F

h
v
w

Thời điểm đầu
Thời điểm cuối
Tro
Carbohydrate
Chất béo
Quả vải
Protein
Thành phần chất khô
Nước
Thời điểm đầu
Thời điểm cuối
Cùi quả vải
Quả vải
Hạt quả vải
Vỏ quả vải
Nước

viii

kJ·kg-1
W·m-1·K-1
kg·m-3
kg
m·s-1
s
2 -1

m ·s


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CA
CAS
FEM
FVM
FAO
MAP
Quả vải thiều tươi
TCVN
TDMA

Khí kiểm soát (Control Atmosphere)
Hệ thống tế bào sống (Cells Alive System)
Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)
Phương pháp thể tích hữu hạn (Finite Volume Method)
Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc
(Food and Agriculture Organization of the United Nations)
Bao gói khí điều biến (Modified Atmosphere Packaging)
Quả vải
Tiêu chuẩn Việt Nam
Thuật toán ma trận ba đường chéo
(Three Diagonal Matrix Algorithm)

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thống kê một số trái cây chính năm 2016 [12][129] ................................6
Bảng 1.2 Giá trị dinh dưỡng trên 100 g cùi của quả vải [39]...................................8
Bảng 1.3 Diện tích, sản lượng và doanh thu từ quả vải của tỉnh Bắc Giang
[123][124][125][126][127] ....................................................................................9
Bảng 1.4 Ảnh hưởng các phương pháp làm lạnh sơ bộ tới tỷ lệ mất nước quả vải .18
Bảng 1.5 Đặc tính lý hóa của quả vải Lục Ngạn [18] ............................................29
Bảng 1.6 Thông số vật lý của quả vải [115]...........................................................30
Bảng 2.1 Xác định đường kính tương đương trong các thí nghiệm.........................49
Bảng 2.2 Thiết bị thí nghiệm dùng để làm lạnh sơ bộ bằng nước đá ......................50
Bảng 2.3 Ký hiệu và tên gọi các thiết bị trong sơ đồ nguyên lý cấu tạo..................53
Bảng 2.4 Thông số thiết bị thí nghiệm bảo quản lạnh ............................................54
Bảng 2.5 Các thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió sử dụng trong thử nghiệm .55
Bảng 2.6 Mẫu thí nghiệm.......................................................................................59
Bảng 2.7 Khối lượng quả vải trong quá trình bảo quản lạnh +4,50C, 92% RH......62
Bảng 3.1 Kết quả đánh giá mô hình .......................................................................76
Bảng 3.2 Kết quả đánh giá kết quả mô phỏng với thực nghiệm quá trình
làm lạnh quả vải bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC ................................................79
Bảng 3.3 Kết quả kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ bằng không khí ................81
Bảng 3.4 Kết quả kiểm chứng quá trình làm lạnh sơ bộ .........................................81
Bảng 3.5 So sánh kết quả xác định bằng phương pháp gián tiếp với Silva .............87
Bảng 3.6 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên tại vị trí thể tích thứ 71
trong quá trình làm lạnh bằng nước đá..................................................................88
Bảng 3.7 Kết quả kiểm chứng xác định α gián tiếp của nước đá............................89
Bảng 3.8 Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tại vị trí thể tích thứ 1
trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên .....................................90
Bảng 3.9 Kết quả kiểm chứng xác định α gián tiếp của không khí đối lưu
tự
nhiên......................................................................................................................91
Bảng 4.1 So sánh mô hình cường độ hô hấp với Paull ...........................................99
Bảng 4.2 So sánh độ hao hụt tự nhiên trong quá trình bảo quản lạnh quả vải

với kết quả tính theo mô hình ...............................................................................108
Bảng 4.3 Chất lượng mẫu số 1: quả vải bảo quản có làm lạnh sơ bộ năm 2014...117
Bảng 4.4 Chất lượng mẫu số 2: quả vải bảo quản có làm lạnh sơ bộ năm 2014...118
Bảng 4.5 Chất lượng quả vải bảo quản không làm lạnh sơ bộ năm 2015 .............118

x


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Qui trình chế biến quả vải sau thu hoạch ................................................11
Hình 1.2 Bảo quản MAP quả vải ...........................................................................14
Hình 1.3 Biến đổi thành phần của quả vải theo thời gian bảo quản .......................15
Hình 1.4 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước lạnh 5 ± 2oC tới
nhiệt độ tâm quả đạt 7,1oC.....................................................................................18
Hình 1.5 Các dạng lưới mô phỏng .........................................................................21
Hình 1.6 Chia lưới cho vật hình cầu ......................................................................21
Hình 1.7 Bộ thí nghiệm đo nhiệt dung riêng theo phương pháp hỗn hợp................23
Hình 1.8 Bộ thí nghiệm NDR theo Moline..............................................................24
Hình 1.9 Sơ đồ thiết bị đo nhiệt dung riêng theo phương pháp DSC ......................26
Hình 1.10 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng nước từ nhiệt độ 28oC đến 2oC .31
Hình 1.11 Thời gian làm lạnh sơ bộ quả vải bằng không khí lạnh
từ nhiệt độ 22oC đến 2oC .......................................................................................31
Hình 1.12 Hiện tượng truyền ẩm của quả vải.........................................................35
Hình 1.13 Sơ đồ quá trình hô hấp xảy ra trong tế bào quả vải ...............................40
Hình 2.1 Nội dung và phương pháp nghiên cứu .....................................................46
Hình 2.2 Kích thước quả vải ..................................................................................49
Hình 2.3 Vị trí cắm que thăm nhiệt độ vào vùng hạt quả vải ..................................50
Hình 2.4 Hộp đựng quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí....................51
Hình 2.5 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản (Tbq) quả vải
trong 200 phút trước khi đưa quả vào bảo quản ....................................................52

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo ..........................................................................53
Hình 2.7 Bố trí 04 đầu đo để kiểm tra độ đồng đều nhiệt độ ..................................54
Hình 2.8 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản không tải ...............................54
Hình 2.9 Độ ổn định nhiệt độ môi trường bảo quản tbq khi làm lạnh và bảo quản ..55
Hình 2.10 Bình kín đựng quả vải để xác định cường độ hô hấp .............................58
Hình 2.11 Máy phân tích khí model 6600 xác định nồng độ O2 và CO2..................58
Hình 2.12 Tiến hành lấy số liệu thí nghiệm............................................................60
Hình 2.13 Hộp đựng quả vải và xác định khối lượng bằng cân phân tích ..............61
Hình 3.1 Cấu trúc quả vải......................................................................................66
Hình 3.2 Chia lưới trong mô phỏng quả vải...........................................................70
Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải .........................75
Hình 3.4 Đánh giá kết quả mô phỏng với số liệu thí nghiệm của Dincer
cho trường nhiệt độ ở tâm quả vả trong quá trình làm lạnh ...................................76
Hình 3.5 Đánh giá kết quả mô hình mô phỏng xây dựng với mô hình mô phỏng
của Olesen cho trường nhiệt độ tại tâm quả vải .....................................................77
Hình 3.6 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 32 mm tại tâm và bề mặt
trong quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC, tốc độ nước 0,2
m·s-1 từ nhiệt độ quả vải ban đầu 31,31oC xuống 7,05oC........................................78
Hình 3.7 Trường nhiệt độ mô phỏng của quả vải có đường kính 32 mm trong
quá trình làm lạnh bằng nước đá có nhiệt độ 4,28 oC và tốc độ 0,2 m·s-1 ...............78
Hình 3.8 Biến thiên nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh sơ bộ bằng
nước đá có nhiệt độ 4,28oC................................................................................... 79

xi


Hình 3.9 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 32 mm tại tâm và bề mặt
trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu có nhiệt độ 4,27oC, với
tốc độ 0,5 m·s-1 từ nhiệt độ quả vải ban đầu 29oC xuống 7,05oC ............................80
Hình 3.10 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 31 mm tại R = 14,97 mm

trong quá trình làm lạnh bằng không khí có nhiệt độ 4,35oC, tốc độ 0,5 m·s-1 từ
nhiệt độ quả vải ban đầu 31,25oC xuống 7,05oC ....................................................80
Hình 3.11 Nhiệt độ tại vị trí 16,1 mm của quả vải trong quá trình làm lạnh bằng
không khí đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,27oC và Dtđ = 32 mm ..............................81
Hình 3.12 Tối ưu hóa phiếm hàm theo phương pháp lát cắt vàng ..........................84
Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán xác định r và α gián tiếp...........................................86
Hình 3.14 Biến thiên nhiệt độ tại vị trí 15,2 mm của quả vải trong quá trình làm
lạnh bằng nước đá đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,28oC và Dtđ = 32 mm ................87
Hình 3.15 Xác định vị trí cặp nhiệt và hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên...........88
Hình 3.16 Nhiệt độ quả vải trong quá trình làm lạnh bằng nước đá có nhiệt độ
4,28oC....................................................................................................................89
Hình 3.17 Biến thiên nhiệt độ tại vị trí 16,1 mm của quả vải trong quá trình làm
lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,27oC và Dtđ = 32 mm..............90
Hình 3.18 Xác định vị trí cặp nhiệt trong quá trình làm lạnh bằng không khí
từ vị trí thể tích 1 tới 100 .......................................................................................90
Hình 3.19 Nhiệt độ tại vị trí quả vải trong quá trình làm lạnh bằng không khí
đối lưu tự nhiên có nhiệt độ 4,27oC........................................................................91
Hình 3.20 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 32 mm tại tâm và bề mặt trong
quá trình làm lạnh sơ bộ bằng nước đá có nhiệt độ 4,28oC, với các tốc độ nước khác
nhau từ nhiệt độ quả vải ban đầu 31,31oC xuống 7,05oC ..........................................93
Hình 3.21 Biến thiên nhiệt độ quả vải có đường kính 32 mm tại tâm và bề mặt
trong quá trình làm lạnh bằng không khí đối lưu có nhiệt độ 4,27oC, với các
tốc độ không khí khác nhau từ nhiệt độ quả vải ban đầu 29oC xuống 7,05oC ........93
Hình 4.1 Cường độ hô hấp quả vải ở các nhiệt độ khác nhau ................................97
Hình 4.2 Cường độ hô hấp quả vải phụ thuộc nhiệt độ ..........................................98
Hình 4.3 Giao diện phần mềm tính nhiệt tỏa do hô hấp .......................................100
Hình 4.4 Sơ đồ trao đổi nhiệt không khí trong kho bảo quản quả vải...................101
Hình 4.5 Quá trình biến đổi trạng thái của không khí khi đi qua các lớp quả vải.102
Hình 4.6 Các phương án biến đổi trạng thái của không khí khi đi qua các lớp ....104
Hình 4.7 Đồ thị i - d xác định quá trình nhiệt ẩm trong không gian bảo quản......105

Hình 4.8 Hồi qui tia quá trình trong dải nhiệt độ bảo quản 0oC ÷ 25oC...............105
Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo tủ bảo quản .....................................................107
Hình 4.10 Hao hụt khối lượng quả vải bảo quản..................................................107
Hình 4.11 Độ hao hụt tự nhiên của quả vải bảo quản trong kho lạnh ..................108
Hình 4.12 Chuỗi lạnh chế biến và vận tải quả vải................................................109
Hình 4.13 Kho lạnh cưỡng bức dàn lạnh quạt gió................................................114
Hình 4.14 Sơ đồ công nghệ kho lạnh có dàn lạnh quạt gió...................................114
Hình 4.15 Kho lạnh có hệ thống phân phối không khí lạnh kiểu kênh ..................116
Hình 4.16 Kho lạnh có hệ thống phân phối không khí lạnh kiểu ống....................116

xii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Quả vải (Litchi chinensis Sonn) là loại quả có giá trị thương phẩm cao, màu
sắc đẹp và giàu hàm lượng dinh dưỡng [13]. Vì vậy quả vải được xác định là một
trong 11 loại quả chủ lực của Việt Nam dùng để xuất khẩu và nội tiêu. Theo Tổng
cục thống kê [129], năm 2016 sản lượng quả vải trong cả nước đạt 312.556,3 tấn,
trong đó dẫn đầu là Bắc Giang với sản lượng khoảng 142.000 tấn, tiếp đến là Hải
Dương khoảng 25.000 tấn, Quảng Ninh khoảng 8.000 tấn …[12]. Đến nay huyện
Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang trở thành nơi trồng quả vải lớn nhất nước với tổng diện
tích đạt khoảng 30.000 ha, sản lượng hàng năm dao động từ 100.000 ÷ 190.000 tấn
và tổng doanh thu đạt trên 5.000 tỷ đồng.
Tuy nhiên, với đặc tính hô hấp thường biến [39][25], ưa bảo quản lạnh, khả
năng mất nước khá cao (độ hao hụt của quả vải ở nhiệt độ thường trong 24 h sau thu
hoạch có thể lên đến 3 ÷ 5% khối lượng), dẫn tới nhanh héo và nâu hóa vỏ, nên quả
vải là loại quả rất khó bảo quản [39]. Không những thế, quả vải còn có tính thời vụ
rõ rệt, với mỗi mùa thu hoạch chỉ tối đa khoảng 45 ngày, nên tạo áp lực lưu thông
rất lớn. Chính vì vậy quả vải của Việt Nam chủ yếu mới được dùng nội tiêu trong

nước, chỉ khoảng 10 ÷ 15% sản lượng tương đương 20.000 ÷ 30.000 tấn quả được
xuất thô sang Trung Quốc. Tuy nhiên lượng xuất khẩu này luôn bị ép giá và không
chủ động được về thị trường, do chúng ta chưa có công nghệ bảo quản dài ngày loại
sản phẩm này. Không những thế việc “được mùa mất giá” luôn là một điệp khúc với
những người sản xuất vải cho thị trường trong nước. Do đó, sản xuất quả vải ở Việt
Nam trong 10 năm gần đây tuy đã có bước phát triển vượt bậc nhưng lại thiếu tính
bền vững.
Bộ Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, Bộ Khoa học & Công nghệ cùng
nhiều cơ quan hữu quan khác đã tìm cách đưa quả vải của Việt Nam tiếp cận các thị
trường tiêu thụ cao cấp như châu Âu, Nhật Bản, Úc, đặc biệt tháng 10 năm 2014
Việt Nam chính thức được Mỹ cấp phép cho xuất khẩu quả vải vào thị trường Mỹ.
Đây là một cơ hội, tuy nhiên lại tạo ra một thách thức rất lớn với ngành công nghiệp
chế biến và bảo quản vải tươi, do yêu cầu của đối tác về chất lượng và thời gian
bảo quản rất khắt khe. Bởi vậy sản lượng vải đã xuất khẩu cho các thị trường nói
trên mới đạt khoảng vài trăm tấn cho mỗi thị trường và bản chất vẫn là những lô
xuất khẩu chào hàng thử nghiệm.
Do đó vấn đề nghiên cứu phát triển công nghệ bảo quản quả vải là một trong
những vấn đề có tính thời sự, không chỉ dừng ở cấp ngành hay địa phương mà đã
được nâng lên cấp quốc gia. Theo quyết định số 1895/QĐ-TTg của Thủ tướng
Chính phủ, ngày 17 tháng 12 năm 2012 về việc phê duyệt chương trình phát triển
nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao đến năm 2020, trong các nhiệm vụ chủ yếu

1


được giao có nhiệm vụ phát triển công nghệ lạnh trong bảo quản, chế biến sản phẩm
nông nghiệp cụ thể là: nghiên cứu phát triển công nghệ bảo quản quả tươi [17],
trong đó có quả vải ở quy mô tập trung.
Để bảo quản vải tươi ở quy mô tập trung, dù sử dụng phương pháp nào cũng
không thể thiếu được khâu bảo quản lạnh. Vì vậy để nâng cao năng lực chế biến bảo

quản quả vải sau thu hoạch một trong những biện pháp quan trọng là hoàn thiện
công nghệ chế biến và bảo quản quả vải ở nhiệt độ thấp. Để bảo quản quả vải tươi ở
điều kiện này, trước hết cần phải nghiên cứu quá trình làm lạnh sơ bộ, tính chất
nhiệt vật lý của quả vải để xác định năng suất lạnh cần thiết cho các thiết bị, dự
đoán được thời gian làm lạnh từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ bảo quản. Khi quả vải
đã được đưa vào bảo quản lạnh thì một thông số khác là độ hao hụt về khối lượng
của quả vải lại là vấn đề cần phải nghiên cứu để kiểm soát và dự đoán thời gian bảo
quản, nâng cao chất lượng bảo quản. Để làm được việc này, đặc tính hô hấp của quả
vải phụ thuộc vào nhiệt độ là thông số hết sức quan trọng cũng như đặc điểm biến
đổi nhiệt ẩm của trạng thái không khí trong kho bảo quản. Tuy nhiên rất đáng tiếc ở
nước ta cho tới nay các vấn đề trên chưa được sự quan tâm một cách thích đáng của
giới chuyên môn nên chưa được nghiên cứu một cách hệ thống, đồng bộ theo một
phương pháp luận hiện đại. Do đó các giải pháp phát triển công nghệ lạnh cho bảo
quản vải chỉ mang tính cục bộ, hạn chế về ứng dụng.
Xuất phát từ thực tế nêu trên nghiên cứu sinh (NCS) đã tiến hành nghiên cứu
đề tài “Nghiên cứu đặc tính trao đổi nhiệt ẩm và xác định các thông số công nghệ
bảo quản lạnh quả vải’’ với mục đích là đề xuất cơ sở lý luận cho quá trình làm lạnh
và bảo quản lạnh ở quy mô tập trung cho loại quả hô hấp thường biến có vỏ dày, hạt
lớn ưa bảo quản lạnh là quả vải.

2. Giới thiệu luận án
2.1. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chung là xây dựng cơ sở khoa học cho việc phát triển công nghệ chế
biến, bảo quản lạnh quả vải.
Để thực hiện được mục tiêu đó, những nội dung chính sau đây sẽ được nghiên
cứu: (i) xây dựng mô hình tính toán tính chất nhiệt vật lý của quả vải, (ii) mô phỏng
quá trình làm lạnh quả vải, (iii) xây dựng mô hình hô hấp của quả vải, (iv) xây dựng
mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên của quả vải trong quá trình bảo quản với quy
mô tập trung.
2.2. Đối tượng & phạm vi nghiên cứu

Đối tượng được lựa chọn để nghiên cứu là quả vải huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc
Giang, Việt Nam có độ chín 3.

2


Quả vải có khối lượng trung bình 15 ÷ 25 g, đường kính 25 ÷ 35 mm, chiều
cao 26 ÷ 40 mm và hàm lượng nước trong cùi quả chiếm 80 ÷ 84%.
Quả vải được nghiên cứu trong phạm vi liên quan tới tính chất nhiệt vật lý,
quá trình truyền nhiệt và tỏa ẩm, quá trình hô hấp xảy ra khi làm lạnh sơ bộ và bảo
quản lạnh sau thu hoạch.
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Xây dựng mô hình dự đoán (tính toán) tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng của
quả vải Lục Ngạn dựa vào thành phần chính của quả vải, trên cơ sở giả thiết coi quả
vải là hệ nhiệt động cân bằng đa thành phần;
- Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh sơ bộ và làm lạnh chính của
quả vải, trên cơ sở giải hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng dẫn nhiệt không ổn
định sử dụng các thông số nhiệt vật lý hiệu dụng kết hợp với điều kiện biên loại 3
đối xứng, cho hệ nhiệt động cân bằng không đồng chất nhưng đẳng hướng;
- Tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng mô hình trên quả vải của 3 mùa vụ
trong 3 năm liên tiếp. Xác định hệ số trao đổi nhiệt đối lưu trong quá trình làm lạnh
sơ bộ quả vải bằng phương pháp gián tiếp;
- Trên cơ sở các nghiên cứu đó xác định được thời gian làm lạnh, nhu cầu cấp
lạnh cần thiết cho một đơn vị khối lượng quả. Từ đó xác định nhu cầu lạnh (đá cây)
cho một đơn vị khối lượng vải bảo quản;
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định mô hình cường độ hô hấp và nhiệt hô hấp
của quả vải phụ thuộc nhiệt độ thông qua mô hình nhiệt động của tốc độ phản ứng
Arrhenius. Thí nghiệm được thực hiện cho quả vải trong 3 mùa vụ của 3 năm liên
tiếp;
- Phát triển mô hình xác định độ hao hụt khối lượng của quả vải (độ hao hụt tự

nhiên) trong quá trình bảo quản trên cơ sở sử dụng giả thiết quả vải trong kho bảo
quản và không khí trong kho là một hệ nhiệt động tựa cân bằng, đẳng áp, dựa trên
cách tiếp cận của Jadan xây dựng tia quá trình ε cho không khí tuần hoàn trong kho
lạnh bảo quản quả vải;
- Xây dựng mô hình thí nghiệm kho lạnh bảo quản quả vải với các thông số kỹ
thuật thích hợp để bảo quản quả vải từ 30 ngày trở lên và để kiểm chứng mô hình
hao hụt khối lượng cũng như dùng để nghiên cứu phát triển các mẫu kho bảo quản
lạnh cũng như đánh giá về chất lượng quả vải sau bảo quản;
- Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã đạt được đề xuất các mẫu kho lạnh với
các thông số công nghệ thích hợp dùng cho bảo quản quả vải.

3


2.4. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình mô phỏng quá trình kết hợp với
nghiên cứu bằng thực nghiệm để giải quyết các bài toán đặt ra;
- Vận dụng các kiến thức và hiểu biết thực tế để giải quyết các vấn đề đặt ra
trong luận án. Trong đó kiến thức được vận dụng bao gồm các kiến thức về: nhiệt
động, truyền nhiệt, nhiệt động hóa học, xử lý nhiệt ẩm không khí trong kho bảo
quản, quá trình sinh lý xảy ra trong quá trình bảo quản quả vải và kiến thức về toán
ứng dụng.
2.5. Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu đạt được
Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã làm rõ bản chất của
quá trình truyền nhiệt và tỏa ẩm đối với quả vải. Từ đó mô phỏng quá trình làm
lạnh, hao hụt tự nhiên của quả vải để xác định các đặc tính kỹ thuật và công nghệ.
Sử dụng các phần mềm tính toán phục vụ cho công nghệ chế biến và bảo quản quả
vải nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế. Cụ thể như sau:
- Xây dựng mô hình dự đoán (tính toán) tính chất nhiệt vật lý của quả vải;
- Mô phỏng quá trình làm lạnh quả vải;

- Xác định hệ số trao đổi nhiệt bằng phương pháp gián tiếp trong quá trình làm
lạnh;
- Xây dựng mô hình hô hấp, xác định được độ hao hụt tự nhiên của quả vải
trong quá trình bảo quản với quy mô tập trung;
- Xây dựng phần mềm tính nhiệt tỏa do hô hấp của quả vải phục vụ cho việc
tính toán thiết kế kho lạnh bảo quản cũng như các quá trình công nghệ khác.
2.6. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài nghiên cứu đạt được
- Từ mô hình tính toán thông số nhiệt vật lý và làm lạnh sơ bộ có thể xác định
được nhu cầu đá cần cho quá trình làm lạnh sơ bộ, nhu cầu lạnh cho quá trình bảo
quản. Trên cơ sở đó, có thể đề xuất xây dựng các nhà máy sản xuất đá phục vụ cho
vùng nguyên liệu khoảng 140.000 tấn/năm;
- Xây dựng các thông số cường độ hô hấp và nhiệt tỏa hô hấp của quả vải tươi
phụ thuộc vào nhiệt độ. Đây là thông số rất cần thiết dùng cho công nghệ chế biến
và bảo quản vải tươi;
- Đề xuất các yêu cầu về các thông số công nghệ cần thiết để thiết kế kho lạnh
dùng cho bảo quản vải.

4


2.7. Các đóng góp mới của luận án
1. Xây dựng được mô hình mô phỏng quá trình làm lạnh của quả vải trên cơ sở
hệ phương trình vi phân dẫn nhiệt không ổn định, đối với đối tượng không đồng
chất nhưng đẳng hướng với điều kiện biên loại 3 viết cho hệ tọa độ cầu, trên cơ sở
phát triển phương pháp tính toán tính chất nhiệt vật lý hiệu dụng gồm có nhiệt dung
riêng đẳng áp (Cp), hệ số dẫn nhiệt (λ), enthalpy riêng phần (i), khối lượng riêng (ρ)
của quả vải, trên cơ sở coi quả vải như hệ nhiệt động cân bằng, đa thành phần,
không có chuyển pha. Trong đó các thành phần hệ là các lớp quả.
2. Mô hình cường độ hô hấp đã được xây dựng dựa trên mô hình Arrhenius
của tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ, dựa trên cơ sở xử lý hàng trăm số liệu

của hơn 20 thí nghiệm được tiến hành liên tiếp cho quả vải của 3 mùa vụ 3 năm liên
tiếp 2014 ÷ 2016 ở 5 nhiệt độ khác nhau.
3. Luận án đã phát triển thành công mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên cho
quả vải trong quá trình bảo quản dựa trên nguyên lý hệ nhiệt động cân bằng, đẳng
áp.
4. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã xác định được các thông số công nghệ
cần thiết cho chuỗi lạnh bảo quản quả vải từ khâu làm lạnh sơ bộ, vận chuyển, tái
lạnh và bảo quản lạnh.
5. Đề xuất yêu cầu kho lạnh phù hợp để kéo dài thời gian bảo quản và tăng
chất lượng quả vải sau bảo quản. Xây dựng mẫu thiết bị thí nghiệm để nghiên cứu
thực nghiệm quá trình bảo quản.
2.8. Bố cục của luận án
Luận án được trình bày trong 5 chương với các nội dung:
+ Chương 1 trình bày nghiên cứu tổng quan;
+ Chương 2 trình bày nội dung và phương pháp nghiên cứu;
+ Chương 3 mô phỏng các quá trình làm lạnh;
+ Chương 4 xây dựng mô hình xác định độ hao hụt tự nhiên và phát triển công
nghệ lạnh cho quả vải;
+ Chương 5 trình bày kết luận và kiến nghị.

5


Chương 1

TỔNG QUAN

1.1. Sản xuất quả vải của Việt Nam
1.1.1. Thực trạng sản xuất và chế biến rau quả
Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều. Với

vị trí địa lý trải dài trên 2.000 km từ Bắc vào Nam dọc theo bờ biển Đông, trong đó
núi và cao nguyên chiếm tới khoảng ¾ diện tích nên Việt Nam có nhiều vùng khí
hậu rất đa dạng. Miền Bắc có 4 mùa rõ rệt dưới ảnh hưởng của gió mùa, miền Nam
có khí hậu cận xích đạo, nóng ẩm quanh năm, trên miền núi và cao nguyên lại có
khí hậu gần ôn đới. Với điều kiện tự nhiên như vậy nên Việt Nam có thảm thực vật
rất phong phú với khoảng 14.500 loài thực vật từ ôn đới, tới nhiệt đới thuộc khoảng
200 họ. Trong các loài thực vật này có gần 100 loại quả. Tuy nhiên chỉ có 11 loại
quả là có giá trị dinh dưỡng và kinh tế hơn cả mà Việt Nam đang tập trung để sản
xuất dành cho nội tiêu và xuất khẩu gồm: quả vải - nhãn, chôm chôm, dứa, xoài,
măng cụt, thanh long, bưởi, cam, sầu riêng, vú sữa, dừa. Trong đó quả vải là một
trong những loại quả chủ lực của miền Bắc dành cho xuất khẩu.
Kể từ đầu thập kỷ 90, khi chúng ta bắt đầu quá trình mở cửa và hội nhập với
kinh tế Thế giới, sản lượng rau quả của Việt Nam phát triển nhanh chóng. Về nguồn
hàng, diện tích cây ăn quả lâu năm của cả nước theo Tổng cục thống kê [129] được
trình bày trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1 Thống kê một số trái cây chính năm 2016 [12][129]
Stt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Tên các loại quả
Chuối

Xoài
Thanh long
Cam
Dứa
Nhãn
Bưởi, bòng
Chôm chôm
Sầu riêng
Vải

Diện tích
136.400.000 ha
84.770.000 ha
44.000 ha
72.100 ha
40.900 ha
73.900 ha
54.700 ha
26.000 ha
32.300 ha
64.200 ha

Năng suất
161,9 tạ/ha
73,4 tạ/ha
228,2 tạ/ha
123,6 tạ/ha
163 tạ/ha
78,2 tạ/ha
116,8 tạ/ha

149 tạ/ha
145 tạ/ha
49,7 tạ/ha

Tổng sản lượng
1.968.700.000 tấn
707.800.000 tấn
817.800 tấn
594.700 tấn
579.900 tấn
504.900 tấn
474.500 tấn
341.700 tấn
336.900 tấn
312.500 tấn

Việc Việt Nam đã tham gia vào các tổ chức hợp tác khu vực và thế giới như
ASEAN, APEC, WTO tạo ra cơ hội tốt để ngành công nghệ chế biến rau quả phát
triển mở rộng xuất khẩu ra thị trường Thế giới.
Xuất khẩu rau quả sang các thị trường tăng trưởng mạnh, theo số liệu thống kê
cho thấy năm 2016 [129] kim ngạch xuất khẩu rau quả lớn gấp gần 5,5 lần so với

6


năm 2010, tăng gần 32,7%/năm. Đây là tốc độ tăng cao hơn tốc độ tăng tổng kim
ngạch xuất khẩu của cả nước trong cùng thời gian.
Từ đầu năm đến 15/9/2017, kim ngạch xuất khẩu rau quả đạt trên 2,49 tỷ USD
tăng 46,7% so với cùng kỳ năm 2016, cao gấp trên 2,3 lần tốc độ tăng tổng kim
ngạch xuất khẩu của cả nước trong cùng thời gian. Đây là tín hiệu khả quan để cả

năm 2017, kim ngạch xuất khẩu hàng rau quả có thể đạt kỷ lục mới, vượt qua mốc
3,6 tỷ USD [129]. Sự tăng trưởng mạnh mẽ giúp mặt hàng rau quả lần đầu tiên vượt
qua mặt hàng gạo trở thành nhóm hàng nông sản xuất khẩu lớn thứ 3 của Việt Nam
[122].
Tuy nhiên nhìn chung ngành xuất khẩu hoa quả của nước ta còn rất khiêm tốn
so với tiềm năng sản xuất. Phần lớn rau quả Việt Nam, trong đó có quả vải được
xuất khẩu thô, không qua chế biến vào thị trường Trung Quốc nên giá trị gia tăng
không cao và rất phụ thuộc vào mùa vụ.
Điều này một lần nữa khẳng định tồn tại rất nhiều bất cập trong lĩnh vực sản xuất,
chế biến bảo quản rau quả sau thu hoạch nói chung và bảo quản quả vải nói riêng. Một
trong những vấn đề tồn tại chính là công nghệ chế biến và bảo quản rau quả của nước ta
chưa phát triển nên lượng hao hụt khối lượng sau thu hoạch của rau quả Việt Nam rất lớn
từ 25 ÷ 30% [18] đồng thời chất lượng bảo quản sau thu hoạch cũng không cao, thời gian
bảo quản ngắn. Vấn đề trên được lý giải bởi các nguyên nhân cụ thể sau:
- Việc nghiên cứu ứng dụng và triển khai công nghệ sau thu hoạch trong đó có
khâu bảo quản và vận chuyển chưa đáp ứng kịp thời và đầy đủ;
- Phần lớn quá trình thu hoạch và chế biến được thực hiện thủ công;
- Hiện nay, các sản phẩm rau quả Việt Nam chủ yếu được sử dụng dưới dạng
tươi sống, năng lực chế biến chỉ đạt 2% sản lượng dưới các hình thức rau quả đóng
hộp, nước quả đóng lon;
- Cả nước chỉ có khoảng 260 nhà máy chế biến hoa quả, trong đó chỉ có 60 cơ
sở là có quy mô công nghiệp tương đối lớn. Phần lớn sản phẩm là nước quả, đồ hộp,
mứt, hoa quả khô và một lượng không đáng kể là sản phẩm hoa quả đông lạnh.
Tổng năng suất của các nhà máy này là khoảng 300.000 tấn/năm;
- Việc áp dụng công nghệ mới đặc biệt là công nghệ bảo quản lạnh cho hoa
quả ở Việt Nam chưa được đầu tư một cách thích đáng;
- Tổng sản lượng hoa quả đông lạnh ước tính chỉ khoảng 20.000 tấn/năm,
trong khi đó quá trình vận chuyển và sơ chế hoa quả từ nơi thu hoạch đến nơi tiêu
thụ kéo dài từ 6 ÷ 48 h trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của nước ta nên độ hao hụt
lớn.

Với những lý do trên, để nâng cao chất lượng chế biến và kéo dài thời gian
bảo quản, giảm mức độ hư hỏng sau thu hoạch của rau quả nói chung và quả vải nói
riêng xuống dưới 10% như Nghị Quyết 48/NQ-CP của Chính phủ, ban hành ngày
23/09/2009 đã yêu cầu, rất cần thiết phát triển công nghệ chế biến sau thu hoạch [8].
Trong đó một trong những khâu quyết định là phát triển công nghệ lạnh chế biến và

7


bảo quản rau quả.
1.1.2. Tình hình sản xuất quả vải của Việt Nam
Quả vải là trái cây cận nhiệt đới, là một mặt hàng xuất khẩu có giá trị thương
phẩm cao do màu vỏ hấp dẫn của nó và có hương vị đặc trưng, ngọt [1]. Quả vải có
hình dạng ôvan, bên ngoài là vỏ thô sần sùi bao xung quanh tiếp theo là lớp áo hạt
mọng nước ăn được và một hạt ở trung tâm quả [64][90]. Thịt quả màu trắng,
hương vị thơm, ngọt rất đặc trưng nên được ưa chuộng ở phần lớn các thị trường
nhập khẩu rau quả. Không những thế, quả vải còn chứa rất nhiều loại vitamin và
khoáng chất có giá trị cao đối với sức khỏe con người. Thành phần dinh dưỡng của
quả vải được thể hiện ở Bảng 1.2.
Bảng 1.2 Giá trị dinh dưỡng trên 100 g cùi của quả vải [39]
Stt
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17

Mô tả thông số quả vải
Hàm lượng nước
Năng lượng
Protein
Chất béo
Carbohydrate
Chất xơ
Tro
Canxi
Sắt
Phốt pho
Kali
Natri
Vitamin C
Thiamin
Nicotinic acid

Riboflavin
Hàm lượng đường tổng

Đơn vị

%
kcal
g
g
g
g
g
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
mg
%

Giá trị
81,9 ÷ 84,83
63 ÷ 64
0,68 ÷ 1,0
0,3 ÷ 0,58
13,31 ÷ 16,4
0,23 ÷ 0,4
0,37 ÷ 0,5
8 ÷ 10
0,4
30 ÷ 42
170

1÷3
24 ÷ 60
28
0,4
0,05 ÷ 0,07
10,2 ÷ 12,77

Trên thế giới có khoảng 150 giống vải khác nhau, phần lớn tập trung ở khu
vực nam - đông nam châu Á, giữa Trung Quốc và Ấn Độ. Tuy nhiên theo đánh giá
của các chuyên gia quốc tế, chỉ có khoảng 15 giống vải có giá trị thương phẩm thực
sự, trong đó có giống vải của Việt Nam [39].
Do quả vải của Việt Nam có giá trị thương phẩm lớn, nên sản xuất quả vải ở
Việt Nam đã có bước phát triển vượt bậc trong những năm qua để đáp ứng nhu cầu
ngày càng tăng cao cho xuất khẩu và nội tiêu. Với diện tích cây vải trên cả nước
năm 2016 khoảng 64.200 ha, năng suất khoảng 49,7 tạ/ha với tổng sản lượng quả

8


vải đạt 312.556,3 tấn [12]. Dẫn đầu là Bắc Giang với sản lượng khoảng 142.000
tấn, tiếp đến là Hải Dương khoảng 25.000 tấn, Quảng Ninh khoảng 8.000 tấn …
Cây vải thiều được phát triển mạnh tại Bắc Giang, huyện Lục Ngạn từ những năm
1980, đến nay Lục Ngạn trở thành nơi trồng và tiêu thụ quả vải lớn nhất nước. Diện
tích cây vải thiều chiếm khoảng gần 80% so với tổng diện tích cây ăn quả trong
toàn huyện đạt khoảng 30.000 ha với sản lượng hàng năm dao động từ 100.000 ÷
190.000 tấn và tổng doanh thu đạt trên 5.000 tỷ đồng.
Bảng 1.3 Diện tích, sản lượng và doanh thu từ quả vải của tỉnh Bắc Giang
[123][124][125][126][127]
Năm

Diện tích

Sản lượng

Doanh thu

2013

17.500 ha

140.000 tấn

1.296 tỷ đồng

2014

17.500 ha

190.000 tấn

2.368 tỷ đồng

2015

32.000 ha

160.000 tấn

3.000 tỷ đồng

2016

30.000 ha

142.000 tấn

5.000 tỷ đồng

2017

30.000 ha

100.000 tấn

5.300 tỷ đồng

Bảng 1.3 cho thấy sự phát triển nhanh chóng của vùng cung cấp vải nguyên
liệu lớn nhất Việt Nam ở tỉnh Bắc Giang. Qua đó cũng cho thấy sản xuất quả vải
tăng nhanh về quy mô và doanh thu nhưng thiếu tính bền vững. Hơn 70% sản lượng
vải được dùng cho thị trường nội địa dưới dạng tươi. Xuất khẩu chỉ đạt 10.000 ÷
20.000 tấn quả tươi, chủ yếu sang Trung Quốc. Xuất khẩu sang các thị trường khó
tính như Nhật, Mỹ, Châu Âu, Úc … chỉ đạt vài chục tới vài trăm tấn, mang tính giới
thiệu sản phẩm. Ngoài ra chỉ có khoảng chục nghìn tấn vải được chế biến đông lạnh
và sấy khô. Lý do hạn chế xuất khẩu quả vải, chính vì loại quả rất khó bảo quản và
ưa lạnh.
Quả vải được thu hoạch ở các giai đoạn phát triển có màu xanh lá cây, màu
hồng và màu đỏ [20][24]. Tuy nhiên, sau khi thu hoạch vỏ quả bị biến đổi rất nhanh
và chuyển sang màu nâu sẫm được gọi là hiện tượng nâu hóa, trong điều kiện tự
nhiên quá trình này có thể diễn ra trong vòng 48 h [26]. Cùng với đó là hiện tượng
hao hụt tự nhiên do mất nước của quả vải rất mãnh liệt, trong vòng 24 h sau thu

hoạch nếu không được bảo quản đúng cách, con số này có thể lên tới 3 ÷ 5% khối
lượng. Tất cả những yếu tố trên làm giảm giá trị thương phẩm của quả vải một cách
nhanh chóng nếu không được bảo quản thích hợp. Không những thế quả vải là loại
quả hô hấp thường biến nên phải thu hoạch khi đã đạt độ chín sinh lý với cường độ
hô hấp đạt điểm cao nhất, do đó để bảo quản quả vải dù dùng phương pháp gì cũng
không thể tách rời việc làm lạnh. Ở điều kiện thường quả vải chỉ có thể bảo quản
được tối đa trong vòng 3 ÷ 5 ngày. Thêm vào đó khác với nhiều loại quả khác, vùng
nguyên liệu của quả vải chỉ tập trung tại một số tỉnh Bắc bộ như Bắc Giang, Bắc
Ninh, Hải Dương ... và có chung một thời vụ rất ngắn từ khoảng giữa tháng 6 tới hết

9


tháng 7. Vì vậy hiện nay tỷ lệ tổn thất sau thu hoạch của quả vải là rất lớn, lên đến
khoảng 25% [43].
Do đó có thể nói để phát triển bền vững quả vải không thể tách rời việc nâng
cao chất lượng khâu chế biến và bảo quản lạnh quả vải. Đây là vấn đề đang tồn tại
của sản xuất quả vải Việt Nam.

1.2. Qui trình chế biến và các phương pháp bảo quản quả vải
1.2.1. Qui trình chế biến quả vải và những tồn tại
Quy trình công nghệ hiện đại dùng để chế biến và bảo quản quả vải sau thu
hoạch được thể hiện ở Hình 1.1. Quy trình này gồm 6 công đoạn chủ yếu, trong đó
công đoạn 1 thuộc lĩnh vực cơ khí nông nghiệp, công đoạn 2 thuộc về công nghệ sơ
chế xử lý rau quả sau thu hoạch. Công đoạn 3, 4, 5 liên quan chặt chẽ tới công nghệ
lạnh dùng để chế biến và bảo quản quả vải và là các công đoạn quyết định cho chất
lượng và thời gian bảo quản quả vải.
Do đó một lần nữa có thể khẳng định việc nâng cao chất lượng bảo quản, giảm
hao hụt và kéo dài thời gian bảo quản quả vải không thể tách rời việc nghiên cứu
hoàn thiện công nghệ lạnh.

Nếu như công đoạn 1, 2 đã được nhiều các tác giả trong và ngoài nước nghiên
cứu, thì đối với công đoạn 3, 4, 5 cả trong và ngoài nước đều có rất ít nghiên cứu và
một số nghiên cứu đó chủ yếu là thực nghiệm, thiếu tính hệ thống. Một trong những
lý do chính là do quả vải được sản xuất chủ yếu ở các nước đang phát triển với sản
lượng không cao, công nghệ chế biến còn lạc hậu. Hơn nữa quả vải mới được thị
trường rau quả thế giới chú ý trong vòng khoảng 10 năm trở lại đây. Do đó gần đây
các nước mới bắt đầu tập trung nghiên cứu phát triển công nghệ chế biến bảo quản
quả vải.
Vì vậy, nội dung nghiên cứu của luận án này với mục đích nghiên cứu một
cách có hệ thống cơ sở khoa học của các quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh quả
vải ở quy mô công nghiệp thuộc công đoạn 3, 4, 5 có một ý nghĩa khoa học và thực
tiễn không những chỉ đối với trong nước mà còn đóng góp cho sự phát triển công
nghệ chế biến bảo quản quả vải trên thế giới.
Chi tiết về thực trạng của vấn đề bảo quản quả vải và nội dung của việc nghiên
cứu phát triển công nghệ lạnh bảo quản quả vải, sẽ được trình bày cụ thể ở phần tiếp
theo của luận án này.

10


1

Quả vải
thu hái và
phân loại

2

Xử lý vi
sinh vật

3

Làm lạnh
sơ bộ

4

Vận
chuyển

5

Làm lạnh
bảo quản

6

Tiêu thụ

Công nghệ
thu hoạch

- Xử lý chống nấm mốc
- Xử lý ruồi đục quả
- Xử lý chống nâu hóa

Công nghệ
xử lý sau
thu hoạch

- Bằng nước lạnh
- Bằng không khí đối lưu

- Bằng xe lạnh
- Bằng xe thường

Công
nghệ lạnh

- Làm khô sau sơ chế
- Bảo quản lạnh

Hình 1.1 Qui trình chế biến quả vải sau thu hoạch
1.2.2. Các phương pháp bảo quản quả vải
Như trên đã trình bày, quả vải là loại quả hô hấp thường biến [25][39], chất
lượng quả không được cải thiện thêm khi ngắt khỏi cây mẹ, nên cần được thu hoạch
khi đã đạt độ chín hoàn toàn. Vì vậy sau khi thu hoạch cần được đưa vào sơ chế và
bảo quản ngay [24]. Nhìn chung công nghệ bảo quản quả vải nói riêng và rau quả
nói chung có thể được chia ra thành 2 nhóm chính [40][103]: nhóm bảo quản bằng
phương pháp hoá học sử dụng hoá chất để diệt vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo
quản còn nhóm bảo quản bằng các phương pháp vật lý thì hạn chế tối đa sử dụng
hoá chất.
1.2.2.1. Phương pháp bảo quản hóa học
a. Bảo quản bằng SO2
Phương pháp xử lý bằng SO2 [58] và H2SO3 [69] hay còn gọi là phương pháp
xông lưu huỳnh hoặc kỹ thuật sulfit hóa là phương pháp truyền thống đã được sử
dụng từ lâu. Khí sulfurơ (SO2) và H2SO3 là một chất khử mạnh có tác dụng tiêu diệt
các loại vi sinh vật khá mạnh, đồng thời làm giảm lượng oxy trong các tổ chức tế

11


bào của quả. H2SO3 tan vào các phức chất protein - lipit của tế bào vi sinh vật làm
chết tế bào, cản trở sự hô hấp của vi sinh vật. Ngoài ra H2SO3 còn tham gia vào việc
kết hợp với các sản phẩm trung gian cản trở tới quá trình trao đổi chất của vi sinh
vật. Do đó, SO2 và H2SO3 là những chất kìm hãm sự phát triển của các loại vi sinh
vật cũng như kìm hãm hoạt động của enzym oxy hóa khử. Đặc biệt SO2 còn được
coi là chất ức chế enzym polyphenoloxidase nên được dùng phổ biến để xử lý
chống nâu hóa vỏ quả vải. Sau khi xử lý bằng SO2 quả vải được bảo quản trong kho
lạnh nhiệt độ thấp [58]. Đây là phương pháp rẻ tiền dễ thực hiện. Tuy nhiên có một
hạn chế rất lớn là gây tồn dư hóa chất trên trái cây gây ảnh hưởng tới sức khỏe
người tiêu dùng. Do đó hiện nay phương pháp này không còn được sử dụng nữa.
b. Bảo quản quả vải bằng chitosan và các axit hữu cơ
So với phương pháp cổ điển nêu trên phương pháp mới này sử dụng các hợp
chất hữu cơ [82], không gây ảnh hưởng tới sức khỏe của con người.
Jacques Joas (2005) đã nghiên cứu bằng cách xử lý quả vải với chitosan và các
axit hữu cơ sau đó bảo quản trong kho lạnh. Tác giả đã thử nghiệm sử dụng các axit
hữu cơ citric hay tartaric kết hợp với lớp phủ chitosan [57] và cả hai loại hóa chất
này đều vô hại đối với sức khỏe con người. Bảo quản quả vải bằng hóa chất là công
nghệ bảo quản đơn giản, chi phí thấp và có tác dụng tốt trong quá trình bảo quản
[13][27][57][58].
Ngoài ra Mahajan (2009), Blankenship và Dole (2003) đã nghiên cứu bảo
quản quả vải kết hợp với hóa chất 1-MCP [13] nồng độ 300 ÷ 1.000 ppm trong kho
lạnh 5oC để giữ màu sắc và giảm tỷ lệ hao hụt tự nhiên.
Tuy nhiên phương pháp này vẫn có hạn chế là các sản phẩm sau bảo quản
thường vẫn còn lưu lại mùi hóa chất, lượng hóa chất tồn dư nên khó đáp ứng được
yêu cầu của thị trường khó tính khi xuất khẩu như Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu.
1.2.2.2. Phương pháp bảo quản vật lý
Ưu điểm của phương pháp này là hạn chế tối đa việc sử dụng hóa chất trong

quá trình bảo quản, thay vào đó là sử dụng các tác động vật lý như nhiệt độ
[53][85], độ ẩm, nồng độ khí (O2, CO2) và etylen (C2H2) để giữ chất lượng và kéo
dài thời gian bảo quản của sản phẩm.
Rau quả có đặc điểm là sau khi thu hoạch tiếp tục quá trình sống, mà đặc trưng
quá trình này là quá trình hô hấp, sinh ra năng lượng để tiếp tục nuôi sống quả.
Phương trình hô hấp được biểu thị đơn giản bằng dạng phương trình oxy hóa đường
glucoza như sau:
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + Năng lượng
(1.1)
Như vậy, có thể thấy hô hấp chính là quá trình giải phóng năng lượng đã được
quả tích lũy trong thời gian sinh trưởng để nuôi sống quả sau thu hoạch. Vì năng
lượng tích lũy trong rau quả sau thu hoạch là có hạn nên để kéo dài thời gian bảo
quản cần phải hạn chế hô hấp ở mức độ vừa đủ để quả tiếp tục sống nhưng không

12


lãng phí năng lượng, đó chính là bản chất của phương pháp vật lý. Đặc trưng cho hô
hấp chính là cường độ hô hấp R (Respiration) là tốc độ phản ứng của phương trình
(1.1) được xác định theo lượng CO2 sinh ra hoặc lượng O2 mà quả hấp thụ trong
một đơn vị thời gian (mlCO2·kg-1·h-1 hoặc mlO2·kg-1·h-1).
Mặt khác từ nhiệt động hóa học có thể thấy cường độ hô hấp R sẽ giảm trong
các trường hợp:
(i) bảo quản rau quả ở nhiệt độ thấp;
(ii) giảm nồng độ của chất phản ứng O2 và tăng nồng độ của sản phẩm phản
ứng CO2.
Ứng với (i) chính là công nghệ bảo quản lạnh rau quả, ứng với (ii) chính là
công nghệ bảo quản rau quả trong môi trường khí kiểm soát CA hoặc khí điều biến
MAP.
Kết hợp với các phương pháp trên có thể sử dụng phương pháp chiếu xạ hoặc

xử lý nhiệt để diệt vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản.
a. Công nghệ bảo quản quả vải trong môi trường khí kiểm soát (CA)
Bản chất của phương pháp CA (Control Atmosphere) là quả vải được bảo
quản trong một kho lạnh kín gần như tuyệt đối [16][28][58][69][71][80][112][119].
Trong đó nồng độ O2 và CO2 được duy trì theo một tỉ lệ nhất định bằng một hệ
thống thiết bị điều khiển nồng độ khí.
Theo các nghiên cứu của Datta và các cộng sự (1963), Kader (1993) và
Cameren (1995), nếu bảo quản vải ở trong môi trường có nhiệt độ 7°C và nồng độ
O2 ≤ 5% CO2 = 3 ÷ 5% có tác dụng giảm nâu hoá vỏ quả, làm giảm tốc độ tổn thất
vitamin C và nồng độ chất rắn hoà tan.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể tạo ra điều kiện bảo quản khá tối ưu
để nâng cao chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản. Tuy nhiên nhược điểm chính
là: (1) công nghệ này rất đắt tiền do phải có thêm hệ thống điều khiển nồng độ khí
cũng như vỏ kho cần kín gần tuyệt đối, (2) quả sau khi đưa ra khỏi kho để đi tiêu
thụ tiếp xúc với không khí thường sẽ bị sốc dẫn tới hô hấp mãnh liệt và bị thối hỏng
chỉ trong 2 ÷ 3 ngày. Điều này gây ra khó khăn trong việc tiêu thụ sản phẩm.
Chính vì vậy hiện nay phương pháp CA không được ứng dụng rộng rãi trong
thương mại.
b. Công nghệ bảo quản quả vải trong môi trường khí điều biến (MAP)
Bảo quản MAP (Modified Atmosphere Packaging) [18][45][58][71][80][89][14]
là kỹ thuật được sử dụng để kéo dài thời gian sử dụng cho rau quả đã qua sơ chế, thông
qua giảm cường độ hô hấp bằng cách duy trì môi trường khí điều biến (giảm nồng độ O2,
tăng nồng độ CO2) bên trong bao gói bằng chất thấm được. Khí điều biến “Modified
Atmosphere” là một thuật ngữ miêu tả quá trình trao đổi và duy trì thành phần hỗn hợp
khí trong bao gói bởi một sự tác động phức tạp tương hỗ lẫn nhau giữa cường độ hô hấp
của chính hoa quả và sự thấm khí qua màng bao gói.

13