Nghiên cứu sự biến đổi các tính chất nhiệt vật lý của cá thu fillet trong quá trình sấy thăng hoa

Tóm tắt

Nghiên cứu này khảo sát sự biến đổi các tính chất nhiệt vật lý của cá thu fillet trong giai đoạn cấp đông và sấy thăng hoa. Các thông số được xem xét bao gồm khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, hệ số khuếch tán nhiệt, enthalpy và nhiệt độ đóng băng của nước trong khoảng nhiệt độ từ −40,0 đến 25,0°C. Kết hợp mô hình toán với thực nghiệm cho thấy nhiệt độ đóng băng của nước trong cá thu khoảng −1,1°C và tỷ lệ nước đóng băng đạt xấp xỉ 0,93 tại −40,0°C. Trong giai đoạn cấp đông, các tính chất nhiệt vật lý biến đổi mạnh, đặc biệt trong vùng lân cận điểm đóng băng do ảnh hưởng của quá trình chuyển pha. Khi chuyển sang giai đoạn sấy thăng hoa, sự hình thành lớp khô xốp làm thay đổi đáng kể tính chất vật liệu. Độ ẩm giảm từ 74,86% xuống 7,00% sau 14 giờ, kéo theo khối lượng riêng giảm từ 1087,0 xuống 371,56 kg/m³ và độ xốp tăng lên 0,726. Hệ số dẫn nhiệt và hệ số khuếch tán nhiệt của lớp khô giảm xuống trung bình khoảng 0,052 W/m·K và 7,286×10⁻⁸ m²/s, phản ánh khả năng truyền nhiệt thấp của cấu trúc sau sấy. Đồng thời, enthalpy của lớp khô biến thiên trong khoảng 216,815–288,131 kJ/kg theo nhiệt độ vật liệu và trạng thái ẩm còn lại. Kết quả nghiên cứu cung cấp bộ dữ liệu nhiệt vật lý phục vụ phục vụ mô hình hóa và tối ưu hóa quá trình sấy thăng hoa cá thu fillet.

Từ khóa: sấy thăng hoa; cá thu fillet; thông số nhiệt vật lý; nhiệt độ đóng băng; hệ số dẫn nhiệt; nhiệt dung riêng

Abtract

This study investigates the variation in the thermophysical properties of mackerel fillets during the freezing and freeze-drying processes. The investigated properties include density, specific heat capacity, thermal conductivity, thermal diffusivity, enthalpy, and initial freezing point over a temperature range from −40,0 to 25,0°C. The combination of mathematical modeling and experimental measurements indicated that the initial freezing point of mackerel was approximately −1,1°C, while the fraction of frozen water reached about 0,93 at −40,0°C. During the freezing stage, the thermophysical properties changed significantly, particularly in the vicinity of the freezing point due to phase transition effects. Upon entering the freeze-drying stage, the formation of a porous dried layer substantially altered the material properties. The moisture content decreased from 74,86% to 7,00% after 14 h, accompanied by a reduction in density from 1087,00 to 371,56 kg/m³ and an increase in porosity to 0,726. The thermal conductivity and thermal diffusivity of the dried layer decreased to average values of approximately 0,052 W/m·K and 7,286×10⁻⁸ m²/s, respectively, indicating poor heat transfer capability of the dried porous structure. Meanwhile, the enthalpy of the dried layer varied within the range of 216,815–288,131 kJ/kg depending on material temperature and residual moisture conditions. The obtained results provide essential thermophysical data for modeling and optimization of the freeze-drying process of mackerel fillets.