Nghiên cứu ứng dụng từ trường để nâng cao hiệu quả cấp đông fillet cá tra Việt Nam

Abstract

Cấp đông là quá trình làm nhanh thực phẩm đến nhiệt độ bảo quản để đưa vào bảo quản lâu dài. Trong quá trình cấp đông, các tinh thể băng được hình thành từ nước không liên kết trong thực phẩm. Khi cấp đông với thời gian lâu, do chênh lệch nhiệt độ bên trong và bên ngoài thực phẩm nên phân áp suất nước bên trong lớn hơn và nước có xu hướng chuyển dịch từ bên trong ra bên ngoài, tạo thành các tinh thể lớn chèn ép và làm rách màng tế bào thực phẩm, cấu trúc bị phá vỡ. Khi rã đông, nước bên trong thực phẩm chảy ra bên ngoài làm hao hụt thực phẩm cũng như làm giảm các tính chất ban đầu của nó. Ngược lại khi quá trình làm lạnh diễn ra nhanh, trong thể tích thực phẩm tạo nên nhiều tâm kết đông, nước ít dịch chuyển, các tinh thể tạo nên mịn hơn, cấu trúc thực phẩm được bảo toàn. Như vậy chất lượng thực phẩm sau cấp đông phụ thuộc rất nhiều vào thời gian cấp đông, hay nói cách khác là tốc độ truyền nhiệt.

Các kết quả nghiên cứu lý thuyết được trình bày trong luận án này đã giải quyết được các bài toán cơ bản liên quan đến sự phân bố từ trường trong buồng cấp đông, bài toán truyền nhiệt – truyền chất kết hợp và xác định thời gian cấp đông lý thuyết trong trường hợp cấp đông gió thông thường. Đối với quá trình cấp đông có hỗ trợ từ trường, cơ sở lý thuyết và các mô hình toán về sự ảnh hưởng của từ trường đến các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm trong quá trình cấp đông vẫn chưa được nghiên cứu nên chưa đủ cơ sở để mô phỏng lý thuyết quá trình này. Thay vào đó, để đánh giá ảnh hưởng của từ trường đến quá trình cấp đông, một số thực nghiệm đã được tiến hành ở 02 phương pháp cấp đông khác nhau (cấp đông gió không có từ trường và có hỗ trợ từ trường tĩnh) dưới 03 mức nhiệt độ cấp đông (-30C, -35C, -40C). Kết quả thực nghiệm này đã được đưa vào tính toán và phân tích hồi quy phi tuyến nhằm xác định phương trình đường cong cấp đông theo nhiệt độ không thứ nguyên. Từ kết quả này, sử dụng phương pháp lặp và phương pháp đồng dạng nhiệt để tính toán hệ số truyền nhiệt. Kết quả cuối cùng cho thấy khi cấp đông có từ trường tĩnh, hệ số truyền nhiệt là lớn nhất và cao hơn khoảng 4,1% so với cấp đông gió thông thường. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố cho thấy từ trường có ảnh hưởng đến thời gian cấp đông, cụ thể là giúp giảm thời gian cấp đông và chi phí điện năng khi ở cùng điều kiện nhiệt độ và vận tốc không khí. Điều này cũng cho thấy hướng đi đúng trong nghiên cứu đưa trường điện từ vào hỗ trợ cho cấp đông fillet cá tra nhằm giảm thời gian cấp đông, giảm chi phí năng lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm. Từ kết quả thí nghiệm đơn yếu tố, 29 thí nghiệm đa yếu tố đã được thiết lập theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến thời gian cấp đông, tỷ lệ hao hụt khối lượng và độ màu của sản phẩm fillet cá tra. Kết quả phân tích số liệu đã xây dựng được 03 phương trình hồi quy tương quan giữa các hàm mục tiêu và biến đầu vào, đồng thời cho thấy các thông số này ảnh hưởng lớn đến quá trình cấp đông. Song song đó, phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu cũng được áp dụng để xác định giá trị hợp lý của các thông số công nghệ khi tiến hành cấp đông có sự hỗ trợ từ trường tĩnh, cụ thể là nhiệt độ cấp đông -42,7C, vận tốc không khí 5,8 m/s, chiều dày fillet cá tra 15,4 mm và mật độ từ thông tối ưu đạt 564,5 Gauss. Đối với từ trường dao động, do mật độ từ thông thay đổi theo thời gian nên các thí nghiệm đa yếu tố chưa thực hiện được.

Thông qua kết quả nghiên cứu của luận án này, có thể nhận thấy rằng, ngoài việc giúp giảm thời gian cấp đông, từ trường còn giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm đến sau khi rã đông, được chứng minh cụ thể thông qua các thông số như màu sắc, độ cứng, độ dẻo, độ dai và tỷ lệ hao hụt khối lượng sau rã đông.

Về màu sắc, so sánh giữa phương pháp cấp đông có hỗ trợ từ trường và cấp đông gió thông thường, giá trị L* thấp hơn 15%, giá trị a* và b* cao hơn lần lượt là 49,9% và 23,8% cho thấy sản phẩm được cấp đông có hỗ trợ từ trường giữ được các chất carotenoid (carotene và xanthophyll) ổn định hơn.

Về tính chất cơ lý, các phân tích thử cắt cho thấy độ cứng và ứng suất cắt của fillet cá tra khi cấp đông có hỗ trợ từ trường lớn hơn khoảng 6,1% so với phương pháp cấp đông gió thông thường. Đồng thời, các phân tích TPA cho thấy so với các sản phẩm được cấp đông gió thông thường thì các sản phẩm được cấp đông có hỗ trợ từ trường giữ được độ đàn hồi, độ dẻo và độ dai cao hơn lần lượt là 2,9%, 27,5% và 33,2%.

Mặt khác, phân tích tỷ lệ hao hụt khối lượng sau khi rã đông của các mẫu cá được cấp đông có hỗ trợ từ trường cũng thấp hơn 55,7% cũng phản ánh tương tự kết quả đo cơ lý và cho thấy khi cấp đông có hỗ trợ từ trường, các tinh thể băng được hình thành với kích thước nhỏ hơn và đồng đều nên khi rã đông sẽ giúp giữ được vị ngon của sản phẩm.