Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CHẦN (HẤP) CÁ CƠM
THEO NGUYÊN LÝ CHẦN (HẤP) LIÊN TỤC
STUDY ON DETERMINATION OF PARBOILING CONDITION FOR ANCHOVY
BY CONTINUOUS PARBOILING METHOD
PGS.TS. Lê Anh Đức
Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM

TÓM TẮT
Quy trình sản xuất cá cơm khô được thực hiện qua công đoạn chần (hấp) sau đó phơi
hoặc sấy khô. Việc chần cá được thực hiện thủ công, theo mẻ và là công việc rất nặng nhọc,
làm việc trong môi trường nóng bức và nguy hiểm, nhiệt độ chần và thời gian chần được thực
hiện theo chủ quan của người thao tác nên chất lượng cá cơm sau khi chần không cao. Trên cơ
sở mô hình thiết bị chần cá cơm năng suất 20 kg/h hoạt động theo nguyên lý chần liên tục đã
được thiết kế chế tạo, nghiên cứu đã quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố theo phương pháp bài
toán “hộp đen”. Kết quả nghiên cứu xác định được các phương trình mô tả ảnh hưởng của
nhiệt độ dung dịch nước chần (T, oC) và thời gian chần (tg, s) đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
của quá trình chần là tỷ lệ đạm của cá cơm sau khi chần so với cá cơm tươi (D, %) và chi phí
điện năng riêng cho quá trình chần cá cơm (Ar, kWh/kg):
D = –493,432 + 14,1634.T + 0,5067.tg – 2,8571.10–3.T.tg – 0,0860.T2 – 1,7445.10–3.tg2
Ar = –0,6924 + 0,0128.T + 3,1620.10–3.tg – 1,1607.10–5.T.tg – 5,9184.10–5.T2 – 6,6562.10–6.tg2
Các thông số hoạt động tối ưu và các chỉ tiêu tối ưu của quá trình chần đã được xác
định: Dmax = 98,39% và Armin = 0,11 kWh/kg-cá với thời gian chần là 90 giây và nhiệt độ của
dung dịch nước chần là 85oC. Cá cơm sau khi chần đạt vệ sinh an toàn thực phẩm theo Tiêu
chuẩn Việt Nam TCVN 6848:2001.
Từ khóa: cá cơm, nhiệt độ chần, thời gian chần, hàm lượng đạm, chi phí điện năng riêng.
ABSTRACT
The production process of dried anchovy is done through stages of parboiling and then
drying. The parboiling stage is manually operated without a machine, this is a hard work.
Parboiling temperature and parboiling time are performed according to the operator's

dịch nước chần và thời gian chần chỉ được xác định bằng kinh nghiệm của người thao tác [4],
trong thực tế do nhiệt độ của dung dịch chần thay đổi liên tục (phụ thuộc vào độ cháy của
nhiên liệu, lượng nhiên liệu mỗi lần cấp vào, thời điểm cấp nhiên liệu, sự giảm nhiệt độ dung
dịch chần sau mỗi mẻ chần) và cũng không thể kiểm soát nên thời gian chần mỗi mẻ cũng
thay đổi theo và thời gian này hoàn toàn tùy vào kinh nghiệm của người chần, vì vậy cá cơm
tươi vốn rất nhiều đạm sau khi chần đã bị suy giảm chất lượng dinh dưỡng mà không thể kiểm
soát được.
Do nhu cầu tiêu thụ cá cơm khô trong nước cũng như phục vụ xuất khẩu ngày càng tăng
và yêu cầu của người tiêu dùng ngày càng khắt khe nên việc nghiên cứu chế độ chần cá cơm
tối ưu nhằm đảo bảo chất lượng cá sau khi chần là cao nhất với chi phí chần thấp nhất cần
được nghiên cứu.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mô hình thiết bị sử dụng trong nghiên cứu chế độ chần cá cơm đã được tính toán thiết
kế, chế tạo và thử nghiệm sơ bộ với năng suất 20 kg/h, mô hình hoạt động theo nguyên lý
chần liên tục. Các thông số vận hành của thiết bị chần như nhiệt độ dung dịch nước chần và
thời gian chần được cài đặt, hiển thị và giám sát tự động [2].

Hình 1. Thiết bị hấp cá cơm theo nguyên lý hấp liên tục sử dụng trong thực nghiệm
Cá cơm dùng trong thí nghiệm là cá cơm tươi, chiều dài trung bình của thân cá 60 - 65
mm. Dung dịch chần là dung dịch nước muối có tỷ lệ muối 3%.
Phương pháp đo đạc trong thực nghiệm: các thông số có thể đo trực tiếp như nhiệt độ,
thời gian, lượng điện tiêu thụ… được đo đạc bằng các dụng cụ đo chuyên dùng, các thông số
còn lại được xác định thông qua các công thức quy đổi.
853


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Chất lượng cá cơm sau khi chần được kiểm định hàm lượng đạm tổng theo TCVN
8134:2009 [5], kiểm tra E.coli theo TCVN 6848:2001 [6], độ chín và nguyên vẹn của cá sau
khi chần được đánh giá bằng cảm quan [7].

Sau đó tìm cực trị không điều kiện của hàm F(x, λ). Phương pháp Lagrange quy về việc
giải hệ phương trình F x  0 và F   0 .
Sử dụng phần mềm Statgraphic Ver.7.0 để thiết kế thí nghiệm và xử lý số liệu thí
nghiệm, phần mềm Microsoft Excel để lập và giải bài toán tối ưu hóa.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Kết quả xây dựng kế hoạch thực nghiệm theo mô hình bài toán “hộp đen”
Các thông số đầu ra của bài toán “hộp đen” đặc trưng cho mục đích nghiên cứu:
Hàm lượng đạm trong cá cơm là rất cao so với các loại cá khác. Trong quá trình chần
hiện nay, do chế độ chần chủ yếu theo kinh nghiệm và chưa hợp lý nên lượng đạm của cá cơm
sau khi chần bị giảm sút nghiêm trọng. Vì vậy lượng đạm của cá cơm sau khi chần là một
trong những chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá chất lượng cá cơm sau khi chần.
Yếu tố thứ hai có liên quan đến chỉ tiêu kinh tế là năng lượng tiêu thụ cho quá trình
chần cá. Năng lượng này được quy đổi tính trên 1 kg cá và được gọi là chi phí điện năng riêng
cho quá trình chần. Như vậy, các thông số đầu ra của bài toán “hộp đen” bao gồm:
D: tỷ lệ đạm của cá cơm sau khi chần so với cá cơm tươi, %
Ar: chi phí điện năng riêng cho quá trình chần cá cơm, kWh/kg-cá.
Các thông số đầu vào của bài toán “hộp đen”: căn cứ vào thực tế chần cá hiện nay, căn
cứ vào lý thuyết mô hình hóa và mục đích nghiên cứu, các thông số đầu vào và vùng nghiên
cứu thực nghiệm của các thông số đầu vào của bài toán “hộp đen” như sau:
Nhiệt độ nước dung dịch chần trong phạm vi 75 - 95oC, khoảng biến thiên T = 7oC.
Thời gian chần dao động trong phạm vi 1 - 3 phút, khoảng biến thiên tg = 40 giây.
Bài toán “hộp đen” mô tả quá trình nghiên cứu được trình bày trên hình 2.
Xác định trọng tâm kế hoạch thực nghiệm và bước biến thiên của các yếu tố:
Phương án thực nghiệm bậc hai dạng bất biến quay được chọn. Cánh tay đòn  được
xác định theo công thức:
854


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV


- Mức dưới:

T  = To –  = 78oC

- Điểm sao trên:

T = To + .T = 95oC

- Điểm sao dưới:

T = To – .T = 75oC

Thời gian chần cá: tg (giây)
- Mức cơ sở:

tg o = 120 s

- Mức trên:

tg  = tg o +  = 160 s

- Mức dưới:

tg  = tg o –  = 80 s

- Điểm sao trên:

tg  = tg o + .tg = 177 s

- Điểm sao dưới:

80

Điểm sao dưới

75

63

7

40

Khoảng biến thiên

Với hai yếu tố đầu vào như trên, tổng số thí nghiệm là N = 2k + 2.k + no = 13 thí
nghiệm. Trình tự thực nghiệm theo phương pháp ngẫu nhiên hoàn toàn.
855


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.2. Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm
Tiến hành thực nghiệm theo ma trận thí nghiệm đã lập. Các số liệu thu được sau khi
phân tích tính toán được đưa vào ma trận thí nghiệm để làm dữ liệu nhằm tính các hệ số của
mô hình.
Các mẫu cá cơm sau khi chần được để nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó cấp đông, hút
chân không và gửi xét mẫu nhằm kiểm tra hàm lượng đạm và các chỉ tiêu vi sinh.
Các số liệu thực nghiệm được tiến hành phân tích phương sai dạng đa thức bậc hai.
Trong quá trình phân tích phương sai, những hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy sẽ bị
loại bỏ khỏi mô hình. Độ tin cậy của các hệ số hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Student, tính
phù hợp của mô hình được kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher.


Hình 4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ D - T - tg

856


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công
nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Pareto Chart for D

B:tg

-33.58

A:T

-30.65

AA

-21.32

BB

-14.12

AB

-3.07
0

94
74
54
75 79
83 87
91 95
T(oC)

180
160
140
120
100
80
60 tg(s)

Hình 6. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ar - T - tg
Kết quả biểu diễn mối quan hệ Ar - T - tg bằng đồ thị trên hình 6 cho thấy chi phí điện
năng riêng cho quá trình chần sẽ thấp khi nhiệt độ chần thấp và thời gian chần ngắn. Tuy
nhiên như đã trình bày ở phần trên, kết quả thực nghiệm cho thấy nếu nhiệt độ chần quá thấp
và thời gian chần không đủ thì cá cơm không đạt độ chín theo yêu cầu.
857


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Pareto Chart for Ar

B:tg

50.14

Chỉ tiêu tối ưu về hàm lượng đạm là hàm lượng đạm của cá cơm sau khi chần đạt được
giá trị lớn nhất, tương đương tỷ lệ đạm của cá cơm sau khi chần so với cá cơm tươi đạt giá trị
lớn nhất (Dmax).
Chỉ tiêu tối ưu về chi phí điện năng riêng là chi phí điện năng riêng cho quá trình chần
cá cơm đạt giá trị thấp nhất (Armin).
Như vậy, chế độ chần tối ưu cho quá trình chần cá cơm theo nguyên lý chần liên tục
phải đảm bảo sao cho hàm lượng đạm của cá cơm sau khi chần cao nhất với chi phí điện năng
riêng cho quá trình chần là thấp nhất. Thông số tối ưu là giá trị các thông số đảm bảo trị số chỉ
tiêu tối ưu.
Xuất phát từ mục đích nghiên cứu, bài toán tối ưu đa mục tiêu được lập trên cơ sở hai
hàm D và Ar đặc trưng cho các chỉ tiêu nghiên cứu:


Hàm mục tiêu: D  max và Ar  min



Hàm điều kiện: 1,414 ≥ Ti, tgi ≥ – 1,414 (i = 1 ÷ n).

Kết quả giải bài toán tối ưu đa mục tiêu theo phương pháp thừa số Lagrange đã xác định
được các thông số tối ưu và chỉ tiêu tối ưu như sau:
+ Chế độ chần tối ưu:
- Nhiệt độ dung dịch nước chần 85oC.
- Thời gian chần cá 90 giây.
+ Chỉ tiêu tối ưu:
- Tỷ lệ đạm của cá cơm sau khi chần so với cá cơm tươi đạt 98,39%.
- Chi phí điện năng riêng cho quá trình chần 0,11 kWh/kg-cá cơm.
858



1993.
[4] Nguyễn Hay. Nghiên cứu thay đổi nhiên liệu cho lò hấp cá cơm tại tỉnh Ninh Thuận. Đề
tài nghiên cứu khoa học cấp Tỉnh (Ninh Thuận), 2003.
[5] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8134:2009. Thịt và sản phẩm thịt - Xác định hàm lượng
Nitơ (phương pháp chuẩn). Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng, Bộ Khoa học và
Công nghệ.
[6] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6848:2001. Vi sinh vật học - Hướng dẫn chung về định
lượng Coliform - Kỹ thuật đếm khuẩn lạc. Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường.
[7] Vũ Kế Hoạch, Lê Anh Đức. Nghiên cứu thiết kế chế tạo và xác định chế độ công nghệ tối
ưu thiết bị hấp hải sản làm việc liên tục, năng suất 50 kg/h. Tạp chí Nông nghiệp và Phát
triển nông thôn, số 7/2013, trang 42 - 45.

859