Luận văn Nghiên cứu quá trình lạnh đông ứng dụng trong bảo quản sữa ong chúa để xuất khẩu (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu quá trình lạnh đông ứng dụng trong bảo quản sữa ong chúa để xuất khẩu (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LẠNH ÐÔNG ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN SỮA ONG CHÚA ÐỂ XUẤT KHẨU Mã số: T2013 – 40TÐ Chủ nhiệm đề tài: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG Thành viên đề tài: ThS. LÊ HOÀNG DU S KC 0 0 4 2 9 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012
2. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN SỮA ONG CHÚA ĐỂ XUẤT KHẨU Mã số: T2013 – 40TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG Thành viên đề tài: ThS. LÊ HOÀNG DU TP. HCM, Tháng 12 năm 2013 ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 1
3. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ: KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN SỮA ONG CHÚA ĐỂ XUẤT KHẨU Mã số: T2013 – 40TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG Thành viên đề tài: ThS. LÊ HOÀNG DU TP. HCM, Tháng 12 năm 2012 ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 2
4. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA ĐỀ TÀI STT Họ và tên Đơn vị công tác và lỉnh vực Nội dung nghiên chuyên môn cứu được giao 1 Nguyễn Tấn Dũng Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Chủ nhiệm đề tài khoa CNHH&TP, ĐHSPKT Tp.HCM 2 Lê Hoàng Du Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, Tham gia khoa CNHH&TP, ĐHSPKT Tp.HCM ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị Nội dung phối hợp Họ và tên người đại diện nghiên cứu đơn vị Trung tâm kỹ thuật môi Xây dựng mô hình toán mô Nguyễn Tiến Bách trường, ĐHSPKT Tp.HCM tả cho đối tượng công nghệ (Cán bộ kỹ thuật) lạnh đông sản phẩm sữa ong chúa Viện nghiên cứu Thủy sản Thực nghiệm xác định các Phạm Duy Hải II TPHCM chỉ tiêu của sản phẩm sữa (Cán bộ kỹ thuật) ong chúa ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 1
5. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ MỤC LỤC Trang Danh sách những người tham gia đề tài 1 Mục lục 2 Danh sách các bảng biểu 4 Danh sách các hình ảnh 5 Chữ viết tắt và ký hiệu 6 Thông tin kết quả nghiên cứu 7 Imformation on research results 8 Tóm tắt kết quả nghiên cứu đề tài khoa học công nghệ cấp trường 8 Lời giới thiệu 9 MỞ ĐẦU 10 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước. 10 2. Tính cấp thiết của đề tài 11 3. Mục tiêu của đề tài 11 4. Cách tiếp cận. 12 5. Phương pháp nghiên cứu 12 6. Đối tượng nghiên cứu của đề tài 12 7. Phạm vi nghiên cứu của đề tài 12 8. Nội dung của đề tài 12 9. Ý nghĩa khoa học 12 10. Ý nghĩa thực tiễn 13 11. Bố cục của đề tài 13 Chương 1: TỔNG QUAN 14 1.1. Sữa ong chúa 14 1.2. Những kết quả nghiên cứu về công nghệ lạnh đông 34 1.3. Cộng nghệ lạnh đông sữa ong chúa ứng dụng trong bảo quản 37 Chương 2: VẬT LIỆU, DUNG CỤ - THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN 39 CỨU 39 2.1. Vật liệu nghiên cứu 39 2.2. Thiết bị và dung cụ nghiên cứu 40 2.3. Phương pháp nghiên cứu ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 2
6. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 3.1. Xác định thành phần hóa học cơ bản của nguyên liệu sữa ong chúa trước 49 lạnh đông 3.2. Xác định tỉ lệ nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh đông của sữa ong chúa 49 3.3. Xác định nhiệt độ lạnh đông thích hợp của sữa ong chúa dung để bảo quản 54 3.4. Xây dựng mô hình toàn mô tả mối quan hệ giữa chi phí năng lượng và 54 nhiệt độ lạnh đông của sữa ong chúa với các yếu tố công nghệ trong quá trình lạnh đông sữa ong chúa 3.5. Xây dựng bài toán tối ưu đa mục tiêu mô tả cho quá trình lạnh đông sữa 56 ong chúa dùng trong bảo quản 3.6. Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu để xác định chế độ công nghệ lạnh đông 56 sữa ong chúa dùng trong bảo quản 3.7. Thực nghiệm kiểm chứng lại chế độ tối ưu của quá trình lạnh đông sữa ong 57 chúa 3.8. Xác định chế độ công nghệ lạnh đông sữa ong chúa dùng trong bảo quản 60 3.9. Qui Trình công nghệ lạnh đông sữa ong chúa 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64 Kết luận 64 Kiến nghị 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 3
7. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Quá trình sinh trưởng và phát triển của ong thợ và ong chúa 14 Bảng 1.2. Quá trình phát triển của ong chúa và ong thợ 15 Bảng 1.3. Thành phần hóa học cơ bản của sữa ong chúa 18 Bảng 1.4. Thành phần của các axit amin trong sữa ong chúa (tính theo % chất 19 khô protein có trong sữa ong chúa 0,5) Bảng 1.5. Hàm lượng Axít amin tự do trong sữa ong chúa (tính theo % chất khô 20 protein có trong sữa ong chúa 0,5) Bảng 1.6. Hàm lượng các khoáng chất trong sữa ong chúa 22 Bảng 0.7. Hàm lượng vitamines và các hoạt chất có hoạt tính sinh học trong sữa 22 ong chúa Bảng 1.8. Các thông số nhiệt vật lý của nước 24 Bảng 1.9. Nhiệt dung riêng của thành phần hóa học thực phẩm phụ thuộc vào 26 nhiệt độ Bảng 3.1. Thành phần hóa học cơ bản của sữa ong chúa (tính theo nguyên liệu 49 mẫu tươi), kết quả phân tích có thể xem ở phụ lục 1 Bảng 3.2. Giá trị các thông số U, I, , Td, Tc được xác định trên sữa ong chúa 50 lạnh đông Bảng 3.3. Giá trị các thông số cnd, cck, L, 1, 2c xác định trên sữa ong chúa lạnh 50 đông Bảng 3.4. Kết quả xác định giá trị 3, T, E, MH, sai số của sữa ong chúa 51 Bảng 3.5. Các mức của các yếu tố ảnh hưởng 54 Bảng 3.6. Giá trị thực nghiệm của các hàm mục tiêu Y1 và Y2 55 Bảng 3.7. So sánh thành phần hóa học cơ bản của sữa ong chúa trước và sau khi 58 lạnh đông Bảng 3.8. Chế độ công nghệ của sản phẩm lạnh đông dùng trong bảo quản 60 ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 4
8. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1. Sữa ong chúa tươi lấy ra từ tổ ong 16 Hình 1.2. Nụ ong chúa là nơi chứa sữa ong chúa 18 Hình 1.3. Cấu trúc phân tử của 10-HDA (10-hydroxy-2-decenoic axít ) 21 Hình 1.4. Quy trình công nghệ lạnh đông sữa ong chúa dùng để bảo quản 37 Hệ thống lạnh cấp đông DL-3, có nhiệt độ môi trường lạnh đông (-50  Hình 2.1. 40 - 45)0C Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị xác định nhiệt dung riêng 40 Hình 2.3. Thiết bị xác định tỉ lệ nước đóng băng 40 Hình 2.4. Quá trình lạnh đông sữa ong chúa 42 Hình 2.5. Mô tả quá trình cấp lượng nhiệt cho thiết bị đo 43 Hình 3.1. Quan hệ giữa tỉ lệ nước đóng băng với nhiệt độ lạnh đông của sữa ong 53 chúa Hình 3.2. Nhiệt độ lạnh đông của sữa ong chúa Y1 = f1(x1, x2) với x3 = -1,414 59 Hình 3.3. Chi phí năng lượng cho 1 kg sản phẩm sữa ong chúa lạnh đông Y2 = 59 f2(x1, x2) với x3 = -1,414 Hình 3.4. Nhiệt độ của sữa ong chúa trong quá trình lạnh đông Y1 = f1(x2) trong 59 đó x1 = -2, -1, 0, 1, 2; x3 = -1.,414 Hình 3.5. Chi phí năng lượng cho 1 kg sản phẩm sữa ong chúa lạnh đông Y2 = 60 f2(x2) với x1 = -2, -1, 0, 1, 2; x3 = -1.414 Hình 3.6. Quy trình công nghệ lạnh đông sữa ong chua 62 ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 5
9. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Tên gọi HSDN Hệ số dẫn nhiệt NDR Nhiệt dung riêng MHT Mô hình toán KLR Khối lượng riêng TLNĐB Tỉ lệ nước đóng băng VLA Vật liệu ẩm TN Thực nghiệm Ký hiệu Thuật ngữ Đơn vị c Nhiệt dung riêng của sữa ong chúa J/(kg.K) Khối lượng riêng của sữa ong chúa kg/m3  Hệ số dẫn nhiệt của sữa ong chúa W/(m.K)  Tỉ lệ nước đóng băng của sữa ong chúa % Tỉ lệ nước đóng băng của sữa ong chúa xác định bằng  % E thực nghiệm Tỉ lệ nước đóng băng của sữa ong chúa định bằng mô  % M hình toán  Thời gian lạnh đông h L Ẩn nhiệt đóng băng J/kg W0 Độ ẩm của sữa ong chúa % ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 6
10. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN VỊ Tp. HCM, Ngày 15 tháng 12 năm 2013 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu quá trình lạnh đông ứng dụng trong bảo quản sữa ong chúa để xuất khẩu. - Mã số: T2013-40TĐ - Chủ nhiệm: ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: tháng 2/2013 đến 12/2013 2. Mục tiêu: Tối ưu hóa quá trình lạnh đông sữa ong chúa để xác lập chế độ công nghệ ứng dụng trong bảo quản và xuất khẩu. 3. Tính mới và sáng tạo: - Xây dựng mô tả toán học về mối quan hệ giữa tỉ lệ nước trong băng với nhiệt độ lạnh đông của sữa ong chúa trong quá trình lạnh đông. Xác định tỉ lệ nước đóng băng, nhiệt độ lạnh đông tối ưu. - Xây dựng và giải bài toán tối ưu đa mục tiêu mô tả cho quá trình lạnh đông sữa ong chúa. Xác thông số công nghệ tối ưu trong quá trình lạnh đông sữa ong chúa. - Xây dựng quy trình công nghệ lạnh đông, ứng dụng vào công nghiệp sản xuất. 4. Kết quả nghiên cứu: - Đã xây dựng quy trình công nghệ lạnh đông sữa ong chúa, ứng dụng trong bảo quản phục vụ cho xuất khẩu. 5. Sản phẩm: Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành quốc tế: Nguyen Tan Dzung., (2013). Building the Method and the Mathematical Model to Determine the Rate of Freezing Water inside Royal Jelly in the Freezing Process, Research Journal of Applied Sciences Engineering and Technology, 7(2). Indexed In: ISI Thomson. 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Xây dựng qui trình công nghệ đông sữa ong chúa, ứng dụng trong bảo quản. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) ThS. NGUYỄN TẤN DŨNG ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 7
11. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Study the freezing process of Royal jelly for using in preservation and export. Code number: T2013-40TĐ Coordinator: MSc. NGUYEN TAN DZUNG Implementing institution: HCMC University of Techniacal Education. Duration: from February 2013 to December 2013 2. Objective(s): Optimization the freezing process of Royal jelly to determine technological mode for using in preservation and export. 3. Creativeness and innovativeness: - This study build the mathematical model to descibe the relationship between the rate of water inside Royal jelly with the freezing temperature of Royal jelly. - Building and solving the multi-objective optimization problem to describe the Royal jelly freezing process and determine the optimal technological parameters of the freezing process of Royal jelly. - Building technological process to apply for preservation, export and industrial production. 4. Research results: - Building the technological mode of the freezing process of Royal jelly for using in preservation and export in Viet Nam. 5. Products: Research results are published in scientific journals specialized international: Nguyen Tan Dzung., (2013). Building the Method and the Mathematical Model to Determine the Rate of Freezing Water inside Royal Jelly in the Freezing Process, Research Journal of Applied Sciences Engineering and Technology, 7(2). Indexed In: ISI Thomson. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Technology transfer some company at Bao Loc of Lam Dong province in Viet Nam. ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 8
12. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu quá trình lạnh đông ứng dụng trong bảo quản sữa ong chúa để xuất khẩu. Mã số: T2013-40TĐ Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Tấn Dũng Tel: 0918801670 E-mail: tandzung072@yahoo.com.vn Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Cơ quan và cá nhân phối hợp thực hiện: Trung tâm Kỹ thuật môi trường Thời gian thực hiện: 26/02/2013 đến 15/12/2013 1. Mục tiêu: Xác lập chế độ công nghệ lạnh đông sữa ong chúa ứng dụng trong bảo quản và xuất khẩu. 2. Nội dung chính: - Phân tích thành phần hóa học cơ bản của đối tượng lạnh đông. - Xây dựng mô tả toán học cho quá trình lạnh đông đối với sản phẩm sữa ong chúa ở Bảo Lộc, Lâm Đông, Việt Nam. - Giải mô hình toán xác định tỉ lệ nước đóng băng, nhiệt độ lạnh đông tối ưu - Xây dựng quy trình công nghệ lạnh đông sữa ong chúa, ứng dụng trong bảo quản, xuất khẩu. 3. Kết quả chính đạt được (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xã hội, v.v ) a. Số bài báo khoa học đăng trên tạp chí nước ngoài (Research Journal of Applied Sciences Engineering and Technology, indexed in ISI Thomson Reuters): 01 bài báo. b. Xây dựng quy trình công nghệ lạnh đông sữa ong chúa, ứng dụng trong bảo quản, xuất khẩu. c. Đào tạo 02 sinh viên khóa 09 thực hiện đồ án tốt nghiệp, đó là: 1) Vũ Hoàng Oanh (MSSV: 09116042): Nghiên cứu công nghệ lạnh đông sữa ong chúa; 2) Mai Tường Vy (MSSV: 09116007): Nghiên cứu công nghệ lạnh sấy đông khô sữa ong chúa. 4. Điểm mới: Xây dựng và giải mô hình toán của bài toán tối ưu đa mục tiêu mô tả cho quá trình lạnh đông đối với sản phẩm sữa ong chúa, xác định tỉ lệ nước đóng băng, xác định nhiệt độ lạnh đông tối ưu. Xây dựng quy trình công nghệ lạnh đông sữa ong chúa ứng dụng trong bảo quản và xuất khẩu. 5. Địa chỉ ứng dụng: có thể áp dụng vào thực tế sản xuất và chuyển giao công nghệ cho các doanh nghiệp trong lỉnh vực sản xuất và chế biến sữa ong chúa lạnh đông. ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 9
13. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ MỞ ĐẦU 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu lạnh đông thực phẩm ở trong và ngoài nước Khi nghiên cứu quá trình lạnh đông xác định chế độ công nghệ phục vụ cho việc chế biến và bảo quản thực phẩm sau thu hoach. Bài toán đặt ra ở đây là làm thế nào xác định được nhiệt độ lạnh đông tối ưu của sản phẩm, để khi vận hành hệ thống lạnh đông cho phép dừng đúng lúc, như thế sẽ tiết kiện năng lượng cho quá trình lạnh đông sản phẩm, giảm được giá thành sản phẩm [1], [2]. Hiện tại bài toán về lạnh đông thực phẩm có hai dạng cơ bản đó là [1], [2]: . Quá trình lạnh đông làm giảm nhiệt độ sản phẩm dưới điểm kết tinh từ bề mặt ngoài vào trong tâm, bài toán này là đi tìm thời gian lạnh đông để nhiệt độ tâm sản phẩm đạt tới nhiệt độ kết tinh của ẩm trong sản phẩm, có nghĩa nước bên trong sản phẩm kết tinh hoàn toàn. Nhưng thực tế khi nhiệt tâm tâm sản phẩm đạt tới nhiệt độ kết tinh nước bên trong sản phẩm chưa đóng băng hoàn toàn, nguyên nhân là do nước bên trong sản phẩm không phải là nước nguyên chất mà nó ở dạng dung dịch mà thành phần, nồng độ của chúng khó xác định được và nhiệt độ kết tinh của chúng sẽ thay đổi suốt quá trình lạnh đông. Vì vậy, bài toán này sẽ tìm được lời giải không chính xác [2], [3], [4], [5]. . Đi tìm tỉ lệ nước đóng băng để xác định nhiệt độ lạnh đông tối ưu của sản phẩm. Tùy theo mục đích của công nghệ mà yêu cầu tỉ lệ nước đóng băng sẽ khác nhau. Đối với lạnh đông dùng để sấy thăng hoa thì yêu cầu nước trong sản phẩm phải kết tinh hoàn toàn,  = 1 (hay 100%) và tương ứng với  = 1. Còn đối với lạnh đông dùng trong bảo quản thì yêu cầu nước trong sản phẩm phải được đóng băng hay kết tinh trên 86%,  > 0.86. Tại nhiệt độ của sản phẩm mà tỉ lệ nước đóng băng đạt yêu cầu gọi là nhiệt độ lạnh đông tối ưu [4], [5], [6], [7]. Để xây dựng mô hình toán xác định tỉ lệ nước đông băng cho quá trình lạnh đông thì hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau. Nhưng chủ yếu dựa trên mô hình toán truyền nhiệt lạnh xây dựng từ các mô hình vật thể khá phức tạp, thông thường đối với các sản phẩm có mô hình vật thể ở dạng hình tấm phẳng, hình trụ và hình cầu thì các bài toán truyền nhiệt đã có lời giải chính xác bằng phương pháp tách biến Fourier, còn đối với các sản phẩm có mô hình vật thể dạng phức tạp thì các bài toán truyền nhiệt không ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 10
14. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ thể giải bằng phương pháp tách biến Fourier mà chúng được giải bằng phương pháp số (phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phẩn tử hữu hạn, phương pháp thể tích hữu hạn) để tìm lời giải gần đúng. Tuy nhiên, muốn giải được các bài toán trên cần phải có những giả thiết và điều kiện đơn trị giới hạn nhất định. Mặt khác, ẩm trong sản phẩm ở dạng dung dịch, nhiệt độ kết tinh, ẩn nhiệt đông băng và các thông số nhiệt vật lý luôn thay đổi theo quá trình lạnh đông. Đây là nguyên nhân dẫn đến sai số giữa các mô hình toán so với thực nghiệm, đôi khi sai số này lớn sẽ không cho phép sử dụng mô hình toán tính toán xác định chế độ công nghệ. Theo nghiên cứu của Plank (1913) đã đưa ra mô hình xác định thời gian lạnh đông đối với VLA, thịt gia súc dạng tấm phẳng, Shijov, Lame, Clapeiron (1931) đã đưa ra mô hình xác định tốc độ nước đóng băng trong VLA, cá và thịt fillet dạng tấm phẳng, Plank, Veinik (1937), Raoult (1958), Sbijov (1967), Golovkin (1972), Luikov (1974), [2], [6], [7], [8], Hledman (1999) đưa ra mô hình xác định tỉ lệ nước đóng băng đối với VLA dạng tấm phẳng [7], [9], [10], [11], [12]. Tuy nhiên chưa có một mô hình toán nào thích hợp để có thể áp dụng xác định tỉ lệ nước đóng băng cho sản phẩm sữa ong chúa, bởi vì sữa ong chúa ở dạng dung dịch đặc không giống như vật liệu ẩm ở thể rắn, bên cạnh đó qua kiểm chứng thực nghiệm cho thấy sai số của các mô hình toán so với thực nghiệm lớn hơn 27,24% [2], [6], [13]. 2. Tính cấp thiết của đề tài Hiện này sữa ong chúa sau khi thu hoạch được bảo quản ở nhiệt (-10  -5)0C và thời gian bảo quản không quá 3 tháng vì chất lượng sữa ong chúa giảm. Bởi vì, trong khoảng nhiệt độ này đã kiểm tra tiêu chuẩn vi sinh, thấy vi sinh vật không còn khả năng sinh trưởng và phát triển hoặc bị tiêu diệt. Tuy nhiên vẫn chưa thể biết tại giá trị nhiệt độ nào của sữa ong chúa là nhiệt độ lạnh đông tối ưu. Đây là vấn đề còn tồn tại trong công nghệ lạnh đông sản phẩm sữa ong chúa dùng để bảo quản. Vì vậy, để giải quyết vần đề đó thì trong nghiên cứu này đã tiến hành xây dựng và giải mô hình toán mô tả cho quá trình lạnh đông sữa ong chúa để xác định chế độ công nghệ lạnh đông thích hợp của sữa ong chúa ứng dụng trong bảo quản và xuất khẩu là vấn đề cần thiết và vô cùng quan trọng. 3. Mục tiêu của đề tài Xây dựng và giải mô hình toán mô tả cho quá trình lạnh đông sữa ong chúa để xác lập chế độ công nghệ lạnh đông thích hợp của sữa ong chúa [1], [2], [13]. ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 11
15. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ 4. Cách tiếp cận Sử dụng phương pháp phân tích hệ thống để tiếp cận và mô hình hóa đối tượng công nghệ lạnh đông sữa ong chúa tại Việt Nam. 5. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp mô hình hóa để mô tả toán học cho đối tượng công nghệ - Sử dụng phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng mô hình toán - Sử dụng các công cụ toán học và công nghệ thông tin để giải mô hình toán, xác lập chế độ công nghệ. 6. Đối tượng nghiên cứu của đề tài Đối tượng nghiên cứu để xây dựng và giải mô hình toán mô tả cho quá trình lạnh đông, xác định chế độ công nghệ lạnh đông thích hợp của sữa ong chúa dùng để bảo quản. 7. Phạm vi giới hạn của đề tài Chỉ nghiên cứu xác định chế độ công nghệ lạnh đông thích hợp của sữa ong chúa ứng dụng trong bảo quản và xuất khẩu. 8. Nội dung của đề tài Để giải quyết mục tiêu đặt ra ở trên thì nội dung của nghiên cứu cần thực hiện: . Phân tích các thành phần hóa học cơ bản của sữa ong chúa tại Bảo Lộc, Tỉnh Lâm Đồng, Việt Nam. . Xây dựng mô tả toán học cho quá trình lạnh đông sữa ong chúa dùng trong bảo quản. . Giải mô hình toán để xác định tỉ lệ nước đóng băng, xác định nhiệt độ lạnh đông tối ưu, xác lập chế độ công nghệ của quá trình lạnh đông sữa ong chúa. . Xây dựng quy trình công nghệ của quá trình lạnh đông sữa ong chúa ứng dụng vào công nghiệp sản xuất. 9. Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu đã xây dựng được mô hình toán mô tả phù hợp cho quá lạnh đông, đã ra phương pháp xác lập chế độ công nghệ lạnh đông thích hợp của sữa ong chúa. Xác lập chế độ công nghệ lạnh đông thích hợp ứng dụng bảo quản và xuất khẩu. ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 12
16. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ 10. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu lạnh đông sữa ong chúa thì nó là một trong những giải pháp công nghệ thiết thực giúp cho các nhà máy có thêm qui trình công nghệ lạnh đông ứng dụng trong bảo quản. Đồng thời vận hành hệ thống lạnh dừng đúng lúc, tiết kiệm được chi phí năng lượng, làm giảm giá thành sản phẩm và dễ dàng trong thương mại và xuất khẩu. 11. Bố cục của đề tài Đề tài trình bày trong 69 trang gồm các phần sau: Mục lục; Thông tin về kết quả nghiên cứu; Tóm tắt về kết quả nghiên cứu; Giới thiệu; Danh sách các bảng biểu; Danh sách các hình ảnh; Chữ viết tắt và ký hiệu; Mở đầu; Chương 1: Tổng Quan; Chương 2: Vật liệu, thiết bị và phương pháp nghiên cứu; Chương 3: Kết quả và thảo luận; Kết luận; Tài liệu tham khảo. ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 13
17. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Sữa ong chúa 1.1.1. Đặc điểm sinh học của ong 1.1.1.1. Ong Là loài côn trùng có tổ chức xã hội cao như kiến, mối, mọt. Ong sống theo đàn với số lượng có thể lên tới (25000  50000)con/đàn và sống trong các tổ ở hốc cây, kẽ đá, bụi rậm, trong rừng, hoặc các tổ hòm cải tiến do người nuôi làm cho chúng. Mỗi đàn đều có ong chúa, ong thợ, ong non, ong già, và có sự phân công công việc rõ ràng [14], [15]. Ong có nhiều loài khác nhau, các loài được con người nuôi để khai thác sản phẩm như con nhọng, mật ong, sáp ong, sữa ong chúa. Tổ ong chỉ có một ong chúa làm nhiệm vụ chuyên đẻ trứng và duy trì trật tự đàn, ấu trùng do trứng nở ra được nuôi bởi ong thợ (các con ong thợ này là các con cái mất khả năng sinh sản), những ấu trùng này sẽ lớn lên thành ong non. Trong đàn ong còn có ong đực, có số lượng rất ít trong tổ khoảng 200 con, chúng chết đi sau khi giao phối với ong chúa. Bảng 1.1. Quá trình sinh trưởng và phát triển của ong thợ và ong chúa Ong thợ Ong chúa Loài ong Ấu trùng được chọn để nở Ấu trung được chọn nở ra ra ong thợ ong chúa Được cho ăn sữa ong chúa 3 ngày Suốt đời Thời gian cần để phát triển 21 ngày 16 ngày từ trứng thành con ong Tuổi thọ 2-3 tháng 6-7 năm Khả năng đẻ trứng không 2000 trứng/ngày Kích thước Ong Chúa trung bình lớn hơn 42% so với ong thợ Cân nặng Ong Chúa trung bình nặng hơn 60% so với ong thợ 1.1.1.2. Ong chúa Là con ong cái duy nhất có quyền đẻ trứng trong đàn, thân dài và to hơn các ong đực, ong thợ, cánh ngắn hơn thân, có nhiệm vụ đẻ trứng để duy trì nòi giống nhưng không làm ra mật. Ong chúa nở từ một cái trứng như các trứng khác, nhưng ấu trùng được nuôi bằng tuyến nước bọt của ong thợ đặc biệt rất bổ, chứa trong một ổ riêng chỉ sử dụng cho ong chúa hoặc ong chuẩn bị phát triển thành ong chúa. Ong chúa thường sống (6 – 7)năm, mỗi tổ chỉ có một con ong chúa. Nếu trong tổ có nhiều ong sẽ tách ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 14
18. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ thành tổ mới và thường vào mùa xuân. Một đặc điểm quan trọng khác và cũng là khả năng đặc biệt của ong chúa là chúng tiết ra chất có mùi đặc biệt dẫn dụ ong thợ trong lúc chia đàn tự nhiên, dẫn cả đàn bay đi nơi khác và nó cũng dùng chất này để duy trì trật tự của đàn ong. Ong chúa càng già chất dẫn dụ càng giảm nên khả năng quản lý đàn ong của ong chúa càng giảm sút, lúc này ong thợ phải xây mũ chúa (chỗ để cho ong chúa ở) để thay chúa tự nhiên. Con ong Chúa được tạo thành chứ không phải được sinh ra, ấu trùng ong được nuôi bằng sữa ong chúa sẽ thành con ong Chúa. Ngược lại nếu nuôi bằng mật ong sẽ thành ong Thợ. Ong Chúa to lớn hơn ong thợ rất nhiều và nó sống lâu hơn con ong thợ, (xem bảng 1.1), [14], [15]. . Các trường hợp ong chúa ra đời: Trường hợp 1: đàn ong chia đàn tự nhiên - trong điều kiện ngoại cảnh thuận lợi đàn ong phát triển mạnh đến mức lực lượng lao động dư thừa, đàn ong thợ quá đông, đàn ong chật chội nóng bức, nhiều ong non, đàn ong sẽ xây dựng khoảng (3  8) mũ chúa để chia đàn tự nhiên. Chia đàn tự nhiên là bản năng của chúng để duy trì nòi giống. Trường hợp này, ong chúa ra đời rất khỏe mạnh và sức khỏe tốt. Trường hợp 2: đàn ong thay thế tự nhiên - trong điều kiện ong chúa già không còn khả năng duy trì đàn hoặc ong non sinh ra nhưng bị tàn tật, ong thợ xây mũ chúa để thay thế tự nhiên. Ong chúa ra đời trong trường hợp này có sức khỏe tốt vì đàn ong chủ động bồi dưỡng cho ong chúa. Trường hợp này, ong chúa cũ vẫn sống tồn tại với ong chúa mới đến khi ong chúa mới trưởng thành có khả năng giao phối và để trứng thì ong chúa cũ bị đàn ong loại thải. 1.1.1.3. Ong đực Có kích thước to hơn ong thợ, làm nhiệm vụ giao phối với ong chúa mỗi khi ong chúa bay ra tổ. Ong đực thường xuất hiện vào mùa hè và chỉ sống (1  2) tháng, sang mùa thu thì bị đuổi ra khỏi tổ và chết do bị bỏ đói [14], [15]. 1.1.1.4. Ong thợ Có số lượng đông nhất, nó làm đủ mọi việc như: lấy mật, nuôi ấu trùng, bảo vệ tổ, nó thường sống (2  6) tháng [14], [15]. Bảng 1.2. Quá trình phát triển của ong chúa và ong thợ Trứng Ấu trùng Nhộng Con ong Tuổi thọ Ong chúa Ngày 1-3 Ngày 4-9 Ngày 10-15 Ngày 16 5-6 năm Ong thợ Ngày 1-3 Ngày 4-9 Ngày 10-20 Ngày 21 30-40 tuần 1.1.2. Nguồn gốc và đặc điểm, thu hoạch của sữa ong chúa 1.1.2.1. Nguồn gốc và đặc điểm của sữa ong chua ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 15
19. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ Người đầu tiên dùng thuật ngữ Gelee Royal (sữa chúa) là Francois Huber (1792), sau đó đổi thành Royal jelly (1825). Sau này những người bán loại sản phẩm này sử dụng luôn thuật ngữ ấy với mục đích quảng cáo. Sữa ong chúa là thức ăn duy nhất của ong chúa và các ấu trùng ong, được sản sinh từ tuyến hạch miệng của ong thợ. Những chú ong thợ ngoài 20 ngày tuổi bay ra khỏi tổ để đi kiếm phấn hoa mang về tổ, các con trong tổ sau khi ăn phấn hoa thì số phấn hoa này sẽ đi theo đường máu lên phần đầu con ong để trộn với nước dãi của chúng rồi phân thành hai phần. Phần thứ nhất tiết ra làm thức ăn cho ong chúa, phần thứ hai lưu lại trong cơ thể. Sữa ong chúa có màu trắng sữa hay vàng ngà, vị ngọt, hơi chua, hơi khé cổ [14], [15]. Hình 0.1. Sữa ong chúa tươi lấy ra từ tổ ong Ong chúa sử dụng loại thức ăn này cả cuộc đời, còn ấu trùng ong được ăn sữa ong chúa trong 3 ngày đầu của cả cuộc đời. Chính vì thế mà gây ra sự khác biệt giữa ong chúa và ong thợ (xem bảng 1.1) [14], [15]. 1.1.2.2. Thu hoạch sữa ong chúa Việc khai thác sữa ong chúa được tiến hành trong mùa phát triển đàn ong mạnh và là mùa có nguồn phấn hoa phong phú. Ở Pháp việc sản xuất sữa ong chúa đã thực sự đem lại nguồn lợi và nước này đạt sản lượng khoảng (2,5  3) tấn/năm. Còn đối với Viêt Nam đây là lỉnh vực còn khá mới mẻ, trong một số năm vừa qua các Doanh nghiệp nuôi ong đã cố gắng phát triển đàn ong chuyên làm sữa nhưng kết quả thu được còn khá khiêm tốn, sản lượng bình quân ở Việt Nam khoảng (0,8  1,4) tấn/năm. Nguyên nhân chủ yếu là giá xuất khẩu còn quá thấp, không thể cạnh tranh được với Trung Quốc, Nhật Bản và Úc. Đối với thị trường trong nước, người tiêu dung đã biết đến sữa ong chúa và sử dụng khá nhiều. Hàng năm nhu cần trong nước vào khoảng (5  6) tấn sữa ong chúa. Ở Việt Nam, khu vực thường cho sản lượng sữa ong chúa nhiều và đạt chất ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 16
20. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ lượng tốt thường luôn là những vùng có khí hậu mát mẻ quanh năm và có nguồn phấn hoa phong phú như Bảo Lộc, Di Linh thuộc tỉnh Lâm Đồng [14], [15], Đăk Nông thuộc tỉnh Đắc Lắc. Sữa ong chúa là một tặng phẩm thiên nhiên mà khoa học chỉ có thể phân tích, xác minh mà không thể tái tạo. Do đó, điều mà các nhà khoa học có thể làm là nghiên cứu cặn kẽ mọi sinh hoạt của loài ong để rồi lợi dụng vào đó lấy sản phẩm phục vụ con người. Ngày nay, sữa ong chúa được bán trên khắp thế giới chủ yếu là các sản phẩm thực phẩm chức năng, dược phẩm đã qua chế biến từ các loại công nghệ cao cấp. Còn lượng sữa ong chúa được lấy từ thiên nhiên chất lượng tốt hầu như không được thương mại vì nó rất hiếm, mặt khác liên quan đến quá trình bảo quản, đồng thời làm chất lượng của chúng giảm nhanh. Do đó, để lấy được nhiều sữa ong chúa thì cần phải có sự can thiệp của con người. Công việc này đòi hỏi một quy trình tuân thủ nghiêm ngặt dựa trên tập tính bản năng tự nhiên của loài ong. Việc khai thác sữa được tiến hành giống như tạo chúa nhân tạo. Chuyển đàn ong đến vùng có nguồn phấn dồi dào, chọn đàn ong mạnh có nhiều ong non ở độ tuổi tiết sữa, cho ong ăn bổ sung rồi tiến hành di trùng. Sau đây là trình bày sơ lược về quy trình sản xuất và thu hoạch sữa ong chúa:  Quy trình bắt cóc ong chúa: là quy trình tạo ong chúa mới qua việc bắt đi ong chúa đang trong nhiệm kỳ. Theo đặc tính của loài ong, để cho đàn ong được tồn tại, khi các ong thợ thấy mất đi ong chúa, chúng lập tực chọn một trong những ấu trùng ong thúc dưỡng để trở thành ong chúa mới. Việc bắt cóc, biệt lập hay giết đi ong chúa đương nhiệm nhằm thúc đẩy ong thợ sớm chọn và thúc dưỡng nhiều ấu trùng ong để trở thành ong chúa. Quy trình này chỉ thích hợp cho sản xuất nhỏ, lượng sữa ong chúa thu được rất ít. Theo một chủ trại nuôi ong, một tổ ong mỗi lần thu hoạch trung bình chỉ cho 5mg sữa ong chúa [14], [15].  Quy trình làm giả tổ ong chúa: Là quy trình tạo hàng loạt tổ ong chúa bằng cách lấy enzyme và những mùi vị từ tổ ong chúa đem trét vào những tổ mới đã chuẩn bị sẵn. mùi vị của các tổ ong giả đã đánh lừa các chú ong thợ. Khi ong thợ khám phá ra tổ ong đang bị trống, chúng liền lựa chọn các ấu trùng ong và thúc dưỡng để trở thành những con ong chúa mới. Quy trình này hiện đại hơn so với quy trình bắt cóc ong chúa và mang nhiều tính khoa học hơn như việc lấy enzyme, tạo mùi vị nhiều nhà sản xuất với quy mô dạng xuất khẩu, họ có thể tạo hàng loạt ấu trùng ong và đặt máy hút tự động tại các tổ ong chúa lúc còn ấu trùng ong. Sự hút sữa liên tục gây thiếu hụt dinh dưỡng cho ấu chúa làm cho ong thợ phải liên tục tiết ra sữa để nuôi ong chúa. Do vậy con người thu được nhiều sữa ong chúa hơn [14], [15]. ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 17
21. Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở trọng điểm – 2013 MS:2013-40TĐ Hình 0.2. Nụ ong chúa là nơi chứa sữa ong chúa Tuy nhiên, số lượng sữa ong chúa nhiều hay ít còn tùy thuộc vào sức khỏe của từng đàn ong khác nhau, đàn ong nào khỏe mạnh thì tiết nhiều sữa. Ngược lại nếu cố gắng khai thác sữa từ đàn ong yếu thì sau một thời gian ngắn đàn ong đó sẽ chết dần vì bị chúng ta bóc lột quá sức [14], [15]. 1.1.3. Thành phần hóa học sữa ong chúa Các nghiên cứu khoa học cho thấy, thành phần hóa học trong sữa ong chúa ở Việt Nam rất phong phú và đa dạng với hàm lượng khác nhau [14], [15], [16]: gồm khoảng (60  70)% nước, (9 18)% protein, (11  23)% carbohydrates, (3  8)% lipid, còn lại vitamin, muối khoáng, axit amin tự do, enzyme tất cả tính theo nguyên liệu tươi. Bảng 0.3. Thành phần hóa học cơ bản của sữa ong chúa Thành phần Sữa ong chúa tươi Sữa ong chúa sấy khô Nước (%) 60 - 70 1,4 > 3,5 Protein (%) 9 - 18 27 - 41 Carbohydrates (%) 11 - 23 - Fructose + Glucose + Saccarose (%): 7 - 18 - + Fructose (%) 3 - 13 - + Glucose (%) 4 - 8 - + Saccarose (%) 0,5 - 2 - Tro (%) 0,8 - 3,0 2,0 - 5,0 pH 3,4 - 4,5 3,4 - 4,5 Độ chua (ml 0,1N NaOH/g) 3 – 6 - ThS (NCS). Nguyễn Tấn Dũng 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4