Báo cáo Kỹ Thuật Lạnh Thực Phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÁO CÁO THỰC TẬP KỸ THUẬT CƠ SỞ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (NS440) PHẦN KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM MÃ HỌC PHẦN: NS113 Giảng viên phụ trách: Sinh viên thực hiện: GS.TS Nguyễn Văn Mười Quách Thị Vân Anh Giảng viên hướng dẫn: MSSV: B1900405 TS Trần Bạch Long NHĨM THỰC TẬP: Nhóm 12 (Chủ nhật ngày 27/3/2022 ) Cần Thơ, tháng 3, năm 2022 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến quý Thầy Cô Bộ môn Công nghệ Thực phẩm, đặc biệt Thầy Nguyễn Văn Mười tận tình dạy, giúp đỡ truyền đạt cho em kiến thức vô quan trọng, từ em hiểu rõ kiến thức học để áp dụng vào thực tập lần Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn Thầy Trần Bạch Long, anh Tô Nguyễn Phước Mai anh chị phịng thí nghiệm D006 tận tình giúp đỡ chúng em suốt trình thực tập Do kiến thức hạn chế nên chắn báo cáo em cịn nhiều sai sót, em mong nhận góp ý hướng dẫn quý Thầy Cơ anh chị để giúp em hồn thiện kiến thức Cuối lời em xin chúc quý Thầy Cô, anh chị dồi sức khỏe, công tác tốt gặt hái nhiều thành công sống Em xin chân thành cảm ơn i MỤC LỤC Trang BÀI 1: TÍNH TỐN Q TRÌNH LÀM LẠNH THỰC PHẨM THEO TRUYỀN NHIỆT BẤT ỔN ĐỊNH…………………………………………………………… …1 Cơ sở lý thuyết Mục tiêu Phương tiện thí nghiệm 3.1 Nguyên vật liệu 3.2 Dụng cụ…… .2 Tiến hành thí nghiệm…… 4.1 Chuẩn bị nguyên liệu 4.2 Chuẩn bị hệ thống làm lạnh 4.3 Tiến hành… Kết thí nghiệm .3 BÀI 2: LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM BẰNG HỖN HỢP SINH HÀN 11 Cơ sở lý thuyết 11 Mục tiêu… 11 Phương tiện thí nghiệm 11 3.1 Nguyên vật liệu hóa chất 11 3.2 Dụng cụ………………………………………………………………………… 11 Tiến hành thí nghiệm 11 4.1 Chuẩn bị hỗn hợp lạnh 11 4.2 Tiến hành… .11 Kết thí nghiệm 12 BÀI 3+4: XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐÓNG BĂNG VÀ ĐIỂM QUÁ LẠNH CỦA THỰC PHẨM, XÁC ĐỊNH THỜI GIAN VÀ TỐC ĐỘ LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM 15 Cơ sở lý thuyết 15 1.1 Xác định điểm đóng băng điểm lạnh thực phẩm 15 1.2 Xác định thời gian tốc độ lạnh đông thực phẩm 16 Mục tiêu… 17 Phương tiện thí nghiệm 17 3.1 Nguyên liệu hóa chất 17 ii 3.2 Dụng cụ…… 17 Tiến hành thí nghiệm 18 Kết thí nghiệm 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 iii BÀI 1: TÍNH TỐN Q TRÌNH LÀM LẠNH THỰC PHẨM THEO TRUYỀN NHIỆT BẤT ỔN ĐỊNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tốc độ làm lạnh nói riêng hay tốc độ truyền nhiệt bất ổn định phụ thuộc vào môi trường truyền nhiệt, dẫn đến khác biệt hệ số truyền nhiệt bề mặt, thành phần nguyên liệu, đặc tính hình dạng ngun liệu yếu tố có chi phối lớn đến trình truyền nhiệt, cuối cản trở dịng nhiệt bao bì chứa thực phẩm yếu tố tác động đến hiệu trình làm lạnh Như đề cập chương (phần sở lý thuyết) lý thuyết truyền nhiệt bất ổn định, việc tính tốn thời gian làm lạnh hiệu nhiệt độ tâm hay bề mặt sản phẩm đạt sau thời gian làm lạnh định phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt kích thước sản phẩm – tính tốn dựa khoảng cách từ tâm sản phẩm đến bề mặt, quy hình dạng bản: hình cầu, phẳng hình trụ Để cụ thể hóa yếu tố tác động này, chuẩn số không thứ nguyên đưa vào tính tốn, bao gồm: - Chỉ số Biot: - Chuẩn số Fourier: - Hệ số nhiệt độ Trong đó: hs: hệ số truyền nhiệt bề mặt (chủ yếu đối lưu nhiệt), W/m20C T∞: nhiệt độ môi trường (thường nhiệt độ kho lạnh, tủ lạnh), 0C Ti: nhiệt độ ban đầu thực phẩm, oC T: nhiệt độ thực phẩm sau thời gian làm lạnh t, oC T: thời gian làm lạnh (thời gian hạ nhiệt độ giảm phẩm từ Ti đến T), s ∞ : hệ số khuếch tán nhiệt (m2/s) k: hệ số dẫn nhiệt, W/m0C L: kích thước mẫu (khoảng cách từ tâm sản phẩm đến bề mặt) Cp: nhiệt dung riêng sản phẩm (kJ/kg0C) p : khối lượng riêng sản phẩm (kg/m3) Việc tính tốn thời gian làm lạnh hiệu nhiệt độ tâm hay bề mặt sản phẩm đạt sau thời gian làm lạnh định phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt kích thước sản phẩm- tính tốn dựa khoảng cách từ tâm sản phẩm đến bề mặt, quy ba dạng bản: hình cầu, phẳng hình trụ MỤC TIÊU Hiểu áp dụng lý thuyết tính tốn q trình truyền nhiệt bất ổn định ứng dụng làm lạnh nguyên liệu thực phẩm, sử dụng đối tượng thực phẩm khác - Đánh giá ảnh hưởng hai môi trường làm lạnh (tủ lạnh nước đá) khác đến thời gian làm lạnh Ảnh hưởng cỡ nguyên liệu (kích thước khối lượng nguyên liệu khác nhau) đến thời gian làm lạnh Ảnh hưởng loại nguyên liệu đặc tính hình dạng khác đến hiệu làm lạnh PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 3.1 Nguyên vật liệu - Nước đá - Khóm - Xúc xích 3.2 Dụng cụ - Tủ lạnh - Thùng xốp - Nhiệt kế: sử dụng để xác định nhiệt độ môi trường - Hệ thống cặp nhiệt điện sử dụng để theo dõi thay đổi nhiệt độ sản phẩm theo thời gian TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1 Chuẩn bị nguyên liệu - Xúc xích: đo đường kính mẫu, L = 1/2 đường kính - Khóm: đo đường kính mẫu, L = 1/2 đường kính - Chọn mẫu xúc xích khóm có khối lượng tương đương - Ghi nhận thông số cần thiết với loại sản phẩm dựa công thức xác định số Bi, chuẩn số Fo Tra bảng thành phần để xác định Cp, k 𝜌 sản phẩm 4.2 Chuẩn bị hệ thống làm lạnh - Bổ sung 2% muối ăn vào nước đá, trộn để giữ nước đá gần 00C - Tủ lạnh điều chỉnh nhiêt độ 00C, hoạt động không tải đến nhiệt độ yêu cầu (00C) trước cho mẫu vào 4.3 Tiến hành - Tiến hành với ngun liệu khóm xúc xích - Đối với mẫu quan sát tiến hành với hai hệ thống làm lạnh (tủ lạnh nước đá) - Gắn nhiệt kế có kết nối với hệ thống cảm biến vào tâm sản phẩm Đặt mẫu chuẩn bị vào môi trường làm lạnh Ghi nhận thay đổi nhiệt độ âm sản phẩm theo thời gian đến đạt nhiệt độ sản phẩm mong muốn (dự kiến 4°C) KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Bảng 1.1 Sự thay đổi thời gian làm lạnh nguyên liệu khác hai môi trường làm lạnh Loại nguyên liệu Đường kính (cm) Nhiệt độ ban đầu (0C) Thời gian làm lạnh (s) Làm lạnh trực tiếp (nước đá) Làm lạnh gián tiếp (tủ mát) Làm lạnh trực tiếp (nước đá) Làm lạnh gián tiếp (tủ mát) Khóm 3.328 30.4 30.6 3510 7080 Xúc xích 2.268 27 27.9 3990 8790  Dựa vào thành phần ban đầu nguyên liệu  tính hệ số tỏa nhiệt h (W/m2K), hệ số dẫn nhiệt k (W/mK)?  Tính hệ số tỏa nhiệt h (W/m2K): Ta có: * Khóm + Cp = 3680 (J/kgoC) + 𝜌 = 1041 (kg/m3) + V = π × r × h = 5,53349x10-5 (m3) + m = 𝜌 × 𝑉 = 0,0576 (kg) * Xúc xích + Cp = 3323 (J/kgoC) + 𝜌 = 1069 (kg/m3) + V = π × r × h = 8,3983x10-5 (m3) + m = 𝜌 × 𝑉 = 0.0898 (kg) −h∗A∗t Tm − T = e m∗Cp Tm − Ti ⇔ ln( Tm − T Tm )= −T i −h∗A∗t (1) m∗Cp Phương trình (1) có dạng phương trình y = a*x Với: y = ln( Tm − T Tm −Ti Hệ số gốc: a = ) , x =t −h×A m×Cp −h×A = π ∗ D3 ×ρ×Cp + làm lạnh trực tiếp (nước đá) Nhiệt độ 0C Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ khóm làm lạnh trực tiếp nước đá 35 30 25 20 15 y = -0,0064x + 23,426 R² = 0,8977 10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Thời gian (s) Từ đồ thị ta có hệ số gốc a = 0,0064 Diện tích bề mặt truyền nhiệt trụ khóm = diện tích xung quanh + diện tích đáy ⇔ 2𝜋 × r×h + 2𝜋 × r2 = 2π × 0,01164 × 0,13 + 𝜋 × (0,01164)2 = 0,01(m2)  Hệ số truyền nhiệt tổng quát trụ xúc xích: h= 𝑎.𝑚.𝑐𝑝 𝐹 = 135,66 (W/𝑚2 K) Nhiệt độ 0C Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ xúc xích làm lạnh trực tiếp nước đá 30 25 20 15 y = -0,0053x + 21,567 R² = 0,8744 10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Thời gian (s) Từ đồ thị ta có hệ số gốc a = 0,0053 Diện tích bề mặt truyền nhiệt trụ xúc xích = diện tích xung quanh + diện tích đáy ⇔ 2𝜋 × r×h + 2𝜋 × r2 = 2π × 0,01434 × 0,13 + 𝜋 × (0,01434)2 = 0,013(m2)  Hệ số truyền nhiệt tổng quát trụ xúc xích: h= 𝑎.𝑚.𝑐𝑝 𝐹 = 121,66 (W/𝑚2 K) + Làm lạnh gián tiếp (tủ mát) Nhiệt độ 0C Biểu đồ thể thay đổi nhiệt độ khóm làm lạnh gián tiếp tủ mát 35 30 25 20 15 y = -0,0032x + 22,671 R² = 0,8566 10 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 -5 Thời gian (s) Từ đồ thị ta có hệ số gốc a = 0,0032 Diện tích bề mặt truyền nhiệt trụ khóm = diện tích xung quanh + diện tích đáy ⇔ 2𝜋 × r×h + 2𝜋 × r2 = 2π × 0,01164 × 0,13 + 𝜋 × (0,01164)2 = 0,01(m2)  Hệ số truyền nhiệt tổng quát trụ khóm: h= 𝑎.𝑚.𝑐𝑝 𝐹 = 67,83 (W/𝑚2 K) BÀI 2: LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM BẰNG HỖN HỢP SINH HÀN CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong nghiên cứu q trình lạnh đơng, nhiều lý thuyết nêu với giả định cho phương pháp tiếp cận khác với phương pháp khác Trong điều kiện hệ thống lạnh đơng sẵn có (khi tàu đánh bắt, hay vùng nguyên liệu…), việc sử dụng hỗn hợp muối nước đá tạo hỗn hợp sinh hàn, tạo mơi trường có nhiệt độ thấp 0℃ Hỗn hợp sinh lạnh tác dụng nhờ q trình thu nhiệt hịa tan số muối q trình nóng chảy tuyết hay nước đá để làm lạnh môi trường xung quanh Trong kỹ thuật ướp lạnh thực phẩm, người ta thường dùng hỗn hợp sinh lạnh: muối ăn (NaCl) nước đá Quá trình nóng chảy nước đá q trình hịa tan muối ăn đạt nhiệt độ hỗn hợp đến -21,2℃ Ưu điểm phương pháp khơng cần máy móc thiết bị cồng kềnh, kỹ thuật đơn giản MỤC TIÊU Xác định vai trò nước đá muối ăn việc tạo hỗn hợp sinh hàn xác định khả ứng dụng việc làm lạnh đông thực phẩm (tôm) PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 3.1 Nguyên vật liệu hóa chất - Muối ăn (mịn khơ) - Nước đá - Tôm 3.2 Dụng cụ - Thùng xốp - Nhiệt kế: sử dụng để xác định nhiệt độ hỗn hợp sinh hàn nhiệt độ tâm sản phẩm - Đồng hồ bấm giây TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1 Chuẩn bị hỗn hợp lạnh - Tạo hỗn hợp sinh lạnh với tỷ lệ muối/đá 15% 25% - Sử dụng đá xay 4.2 Tiến hành Trộn hỗn hộp muối đá, liên tục theo dõi nhiệt độ hỗn hợp thùng xốp Khi nhiệt độ hỗn hợp ổn định (không hạ xuống nữa), tiến hành nhúng tơm vào (có cắm nhiệt kế phần ức vào thân tơm) cho ngập hồn toàn vào hỗn hợp thùng xốp 11 Theo dõi nhiệt độ trung tâm tôm nhiệt độ hỗn hợp sinh lạnh Khi nhiệt độ trung tâm tôm đạt -10°C ngưng q trình lạnh đơng KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Bảng 2.1 Số liệu thực nghiệm Hỗn hợp sinh hàn với tỉ lệ muối/nước đá Khối lượng tôm (g) Khối lượng nước đá (g) Khối lượng muối (g) 15,6 (tôm 1) 25% 15% 17,9 (tôm 2) Nhiệt độ tâm ban đầu tôm (oC) Thời gian lạnh đông (s) 19,25 (tôm 1) 2000 500 11,062 (tôm 2) 18,5 (tôm 3) 9,3745 (tôm 3) 22,3 (tôm 1) 29,312 (tôm 1) 16,7 (tôm 2) Nhiệt độ môi trường làm lạnh (oC) 2000 300 21,7 (tôm 3) 28,562 (tôm 2) 28,937 (tôm 3)  Biểu đồ nhiệt độ lạnh đông tôm 12 -18,4 1235 -16,3 2325 - Hỗn hợp sinh hàn với tỷ lệ muối/nước đá 25% Biểu đồ thể tốc độ làm lạnh tôm hỗn hợp sinh hàn 25% NaCl 25 20 Nhiệt độ 0C 15 10 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 -5 -10 -15 Thời gian (s) Tôm Tôm Tôm - Hỗn hợp sinh hàn với tỷ lệ muối/nước đá 15% Biểu đồ thể tốc độ làm lạnh tôm hỗn hợp sinh hàn 15% NaCl 35 30 25 Nhiệt độ 0C 20 15 10 -5 500 1000 1500 -10 -15 Thời gian (s) Tôm Tôm 13 Tôm 2000 2500  Nhận xét: - Từ hai đồ thị biểu diễn thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông tôm hai hỗn hợp sinh hàn 15% 25%, ta thấy: + Tôm đông cứng nhanh lạnh đơng hỗn hợp sinh hàn có 25% muối so với hỗn hợp sinh hàn có 15% muối + Nhiệt độ mơi trường hỗn hợp sinh hàn có 25% muối thấp so với hỗn hợp sinh hàn 15% muối + Nhiệt độ tôm giảm nhanh môi trường lạnh đông hỗn hợp sinh hàn 25% + Về cảm quan tôm lạnh đông đạt cấu trúc cứng ban đầu - Việc làm lạnh đông thực phẩm hỗn hợp sinh hàn thực hiệu quả, tốc độ làm lạnh đông nhanh hay chậm nhiệt độ cuối nguyên liệu phụ thuộc lớn vào hàm lượng muối bổ sung vào nước đá, bổ sung nhiều muối hiệu lạnh đông gia tăng, nhiệt độ cuối nguyên liệu thấp Ngồi việc làm lạnh đơng phụ thuộc vào loại nước đá, chất liệu thùng cách nhiệt 14 BÀI 3+4: XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐÓNG BĂNG VÀ ĐIỂM QUÁ LẠNH CỦA THỰC PHẨM, XÁC ĐỊNH THỜI GIAN VÀ TỐC ĐỘ LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM CƠ SỞ LÝ THUYẾT Xác định điểm đóng băng điểm lạnh thực phẩm 1.1 Do thực phẩm có chứa thành phần chất tan nên điểm đóng băng nước thực phẩm ln ln nhỏ 0oC ( nhiệt độ đóng băng nước tinh khiết) Nhiệt độ bắt đầu đóng băng nước thực phẩm thường dao động khoảng -0.5oC đến -3oC tùy thuộc vào tính chất hàm lượng nước có ngun liệu Thơng số xác định dựa mối quan hệ thành phần thực phẩm nhiệt độ đóng băng giải thích dựa phương pháp xác định độ hạ điểm đóng băng cho dung dịch lý tưởng (Heldman and Singh, 1981) : λ ( 𝑅𝑔 𝑇𝐴𝑂 − 𝑇𝐴 ) = ln 𝑋𝑎 (1) Với: λ: nhiệt độ nóng chảy nước (J/mol) = 333,5 J/g* 18 g/mol = 6003 J/mol Rg: số lý tưởng = 8,314 J/mol.K TAo: nhiệt độ đóng băng nước tinh khiết điều kiện áp suất thường = 273K TA: nhiệt độ đóng băng nước thực phẩm (K) Xa: phần mol nước thực phẩm, xác định theo công thức (2): XA = 𝑚𝐴/𝑀𝐴 (2) 𝑚𝐴/𝑀𝐴 + 𝑚𝑆/𝑀𝑆 Trong đó: mA: khối lượng nước thực phẩm MA: khối lượng phân tử nước mS: khối lượng chất tan thực phẩm Ms: khối lượng phân tử chất tan Phương trình mơ xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông rau quả: Tk = 287,56 - 49,19w + 37,07w2 (3) Phương trình mơ xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông nước quả: Tk = 120,47 + 327,35w – 176,49w2 (4) Phương trình mô xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông thịt: Tk = 271,18 + 1,47w (5) Trong đó: 15 Tk: nhiệt độ bắt đầu lạnh đông (K) w: hàm lượng nước thực phẩm(%) Vì nước có nhiệt dung riêng lớn (4200 J/kg.K) ẩn nhiệt đóng băng cao (335 kJ/kg); đồng thời tỷ lệ nước thực phẩm lớn nên nước chưa đóng băng nhiệt độ thực phẩm giảm thấp Chính thế, cần lượng lớn lượng lớn để di chuyển ẩn nhiệt khỏi nước, giúp trình chuyển pha nước từ lỏng sang rắn Trên thực tế, điểm đóng băng điểm lạnh thực phẩm xác định dựa vào biểu đồ thay đổi nhiệt độ tâm sản phẩm theo thời gian Điểm lạnh vị trí “điểm gãy” S: nhiệt độ sản phẩm giảm thấp lại có gia tăng đột ngột lên đến nhiệt độ đóng băng B phóng thích ẩn nhiệt đóng băng lớn nhiệt di chuyển khỏi hệ thống tinh thể đá hình thành 1.2 Xác định thời gian tốc độ lạnh đông thực phẩm Thời gian lạnh đông hiệu (effective freezing time) thời gian mà thực phẩm nằm thiết bị lạnh đông sử dụng để tính tốn khối lượng thực phẩm cần lạnh đông Thời gian lạnh đông danh nghĩa (nominal freezing time) sử dụng chất thị phá hủy sản phẩm việc xác định thời gian bỏ qua điều kiện ban đầu tốc độ làm lạnh khác điểm khác bề mặt thực phẩm Thông thường, thời gian lạnh đơng danh nghĩa xác định từ nhiệt độ thực phẩm đạt đến nhiệt độ bắt đầu đóng băng đến nhiệt độ sản phẩm giảm thấp 10oC so với nhiệt độ mà tinh thể đá hình thành Thời gian lạnh đơng danh nghĩa xác định thực tế dựa đồ thị biến đổi thực phẩm theo thời gian, tính từ mốc thời gian thực phẩm bắt đầu đóng băng đến q trình hình thành tinh thể kết thúc Thời gian tốc độ lạnh đông phụ thuộc vào yếu tố: - Hệ số dẫn nhiệt thực phẩm Bề mặt truyền nhiệt thực phẩm Khoảng cách mà nhiệt phải di chuyển xuyên qua thực phẩm (kích cỡ ngun liệu lạnh đơng) Sự chênh lệch nhiệt độ thực phẩm môi trường lạnh đông Ảnh hưởng cách nhiệt lớp đệm biên khơng khí xung quanh thực phẩm Bao bì (rào di chuyển dòng nhiệt) Thời gian lạnh đơng tính theo cơng thức Planck: tF (6) Trong đó: : khối lượng riêng sản phẩm (kg/m3) L: nhiệt q trình kết tinh nước đá (kJ/kg) 16 TF: nhiệt độ đóng băng (oC) 𝑇∞: nhiệt độ môi trường lạnh đông lạnh đông (oC) a: kích thước hình học sản phẩm (m) hc: hệ số cấp nhiệt (W/m2K) k: hệ số dẫn nhiệt sản phẩm (Wm.K) P R: số thay đổi theo dạng hình học sản phẩm xác định theo bảng đây: Hình dạng nguyên liệu P R Tấm phẳng dài vơ hạn 1/2 1/8 Hình trụ dài vơ hạn 1/4 1/16 Hình cầu 1/6 1/24 MỤC TIÊU - Xác định ảnh hưởng nồng độ chất tan thực phẩm đến thay đổi nhiệt độ đóng băng nhiệt độ lạnh lạnh đơng - Xác định điểm đóng băng điểm q lạnh loại thực phảm môi trường làm lạnh đông - So sánh khác biệt điểm đóng băng nước tinh khiết thực phẩm - Xác định ảnh hưởng môi trường lạnh đông loại nguyên liệu đến tốc độ lạnh đông thực phẩm - Ảnh hưởng tốc độ làm lạnh đến thay đổi màu sắc, cấu trúc thực phẩm sau tan giá PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 3.1 Nguyên liệu hóa chất - Khoai tây - khóm - Nước cất 3.2 Dụng cụ - Tủ đông - Nhiệt kế tự ghi (xác định nhiệt độ tâm sản phẩm nhiệt độ tủ) - Một số dụng cụ thí nghiệm thơng thường: dao, thớt, thau, rổ 17 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Chuẩn bị tủ lạnh đơng: vệ sinh tủ khởi động trước Điều chỉnh nhiệt độ tủ đến mức gần -40°C Chuẩn bị mẫu thực phẩm (chọn lựa loại thực phẩm cho thí nghiệm) + Khoai tây: mẫu hình trụ lớn, mẫu hình trụ nhỏ mẫu hình chữ nhật + Khóm: mẫu khóm hình trụ lớn mẫu ép lấy dịch cho vào túi plastic có đường kính cố định + Nước cho vào túi plastic phần dịch Gắn thermocouple vào tâm sản phẩm đặt vào tủ đông chuẩn bị từ trước Đối với mẫu dịch quả, đưa thermocouple vào tâm sản phẩm (2/3 từ xuống), buộc chặt lại, ý làm kín tránh khơng cho nhiệt kế chạm vào thành túi Đặt mẫu vào môi trường lạnh đông (đã điều chỉnh đến nhiệt độ khoảng -40°C) Ghi xác nhiệt độ thiết bị trước đưa mẫu vào Ghi lại nhiệt độ ban đầu sản phẩm, nhiệt độ môi trường lạnh đông, nhiệt độ sản phẩm mức thời gian khác (∆t = 30 giây) đến nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -12°C Đem mẫu khỏi tủ đông, tan giá để lấy thermocouple khỏi nguyên liệu KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM  Sự thay đổi nhiệt độ sản phẩm môi trường theo thời gian lạnh đông đến nhiệt độ -12oC : - Biểu đồ nước cất theo thời gian lạnh đông Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông nước cất 35 30 25 Nhiệt độ 0C 20 15 10 -5 5000 10000 15000 -10 -15 -20 Thời gian (s) 18 20000 25000 - Biểu đồ khoai tây theo thời gian lạnh đông Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông khoai tây trụ lớn 35 30 Nhiệt độ 0C 25 20 15 10 -5 5000 10000 15000 20000 25000 -10 Thời gian (s) Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông khoai tây trụ nhỏ 35 30 25 Nhệt độ 0C 20 15 10 -5 5000 10000 15000 -10 -15 Thời gian (s) 19 20000 25000 Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông khoai tây hình chữ nhật 35 30 25 Nhiệt độ 0C 20 15 10 -5 5000 10000 15000 20000 25000 30000 -10 -15 Thời gian (s) - Biểu đồ khóm theo thời gian lạnh đơng Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đơng khóm trụ lớn 35 30 25 Nhiệt độ 0C 20 15 10 -5 5000 10000 15000 -10 -15 Thời gian (s) 20 20000 25000 Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đơng dung dịch khóm 35 30 25 Axis Title 20 15 10 -5 5000 10000 15000 20000 25000 30000 -10 -15 Axis Title  Xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông nhiệt độ lạnh nước mẫu thực phẩm dựa vào đồ thị vẽ: Nước cất Khoai tây trụ lớn Khoai tây trụ nhỏ Khoai tây Khóm trụ lớn dd khóm HCN Nhiệt độ bắt đầu lạnh đông (0C ) -0.19 -0,9 -0.9 -1,06 -1.8 -1.31 Nhiệt độ lạnh (0C) -2,19 -1.7 -1 -1,13 -1.9 -1.38  Xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đơng thực phẩm theo phương trình mơ (3) (4): * Hàm lượng nước có thực phẩm: - Dung dịch khóm 88% - Khóm hình trụ 86% - Khoai tây trụ lớn, nhỏ, hình chữ nhật: 80% + Phương trình mơ xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông rau quả: Tk = 287,56 - 49,19w + 37,07w2 (3) - Nhiệt độ bắt đầu lạnh đơng khóm hình trụ lớn là: Tk = 287,56 - 49,19× 0,86 + 37,07×0,862 (với w = 86%) → Tk = 272,67 0K = - 0,33 0C - Nhiệt độ bắt đầu lạnh đông khoai tây là: 21 Tk = 287,56 - 49,19× 0,8 + 37,07×0,82 ( với w = 80%) → Tk = 271,93 0K = - 1,07 0C + Phương trình mơ xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông nước quả: 𝑇𝑘 = 120,47 + 327,35×w - 176,49×w2 (4) - Nhiệt độ bắt đầu lạnh đơng dung dịch khóm là: 𝑇𝑘 = 120,47 + 327,35×0,88 - 176,49×0,882 ( với w = 88%) → 𝑇𝑘 = 271,86 0K = - 1,14 0C - Nhiệt độ bắt đầu lạnh đông nước cất theo lý thuyết là: → 𝑇𝑘 = 273 0K = 00C  So sánh nhiệt độ bắt đầu lạnh đông xác định từ thực nghiệm tính tốn theo lý thuyết: Thực tế (0C) Lý thuyết (0C) Nước cất -0,19 Khoai tây hình trụ lớn -0,9 Khoai tây hình trụ nhỏ -0,9 Khoai tây hình chữ nhật -1,06 Khóm hình trụ lớn -1,8 -0,33 Dung dịch khóm -1,31 -1,14 Nguyên liệu -1,07  Xác định thời gian lạnh đông hiệu thời gian lạnh đông danh nghĩa cho loại sản phẩm: Nước cất Thời gian lạnh đông hiệu tf Thời gian lạnh đông danh nghĩa tf 18270 Khoai tây trụ lớn Khoai tây trụ nhỏ Khoai tây Khóm trụ lớn dd khóm HCN 25776 19080 26567 20535 24364 14340 20291 14790 21002 16886 20110 22  Nhận xét: - Nước cất có tốc độ lạnh đơng nhanh khơng có chất tan - Khi nồng độ chất tan cao, điểm đóng băng giảm tỉ lệ nước khơng đóng băng thực phẩm tăng, tỉ lệ nước đóng băng giảm, thể tích khơng có thay đổi lớn - Nước khóm có tốc độ lạnh đơng lớn khối khóm hình trụ (do nồng độ chất tan nước khóm thấp khóm trụ nên q trình hình thành tinh thể đá dễ dàng hơn, từ giúp cho q trình lạnh đơng nhanh hơn) - Với hai loại ngun liệu khóm hình trụ khoai tây hình trụ, ta thấy q trình lạnh đơng khoai tây nhanh (có thể cấu trúc đặc, rắn, xốp so với khóm khoai tây) - Ở sản phẩm có hàm lượng nước (%) cao nhiệt độ đóng băng cao - Dạng hình trụ khoai tây (ống trụ dài vơ hạn) có tốc độ lạnh đơng lớn dạng hình hộp chữ nhật (tấm phẳng dài vơ hạn), hình dạng mẫu ảnh hưởng đến hệ số P R  So sánh ảnh hưởng loại nguyên liệu hình dạng nguyên liệu đến tốc độ lạnh đông: - So sánh hai hình dạng khác nhau: theo lý thuyết, nhiệt độ bắt đầu lạnh đông khối chữ nhật khoai tây thấp so với trụ khoai tây lớn Nguyên nhân hình dạng khác dẫn đến bề mặt riêng xung quanh hai mẫu khác thể tích khác dẫn đến lượng chất tan hai hình dạng khác Mà biết, có chất tan hệ cần thêm công để xếp mạng liên kết phân tử nước chất tan nên nhiệt độ đóng băng giảm Việc khác bề mặt riêng xung quanh dẫn đến tốc độ truyền nhiệt vào sản phẩm khác khối hình chữ nhật có độ dài cạnh so với khối trụ lớn Thực nghiệm khơng thể so sánh - So sánh kích thước khác nguyên liệu: nhiệt độ bắt đầu lạnh đơng trụ khóm thấp khoai tây trụ lớn Vì khóm có chứa nồng độ chất tan nhiều khoai tây - So sánh khác nồng độ chất tan: nước có nhiệt độ bắt đầu lạnh đông cao so với nước khóm nồng độ chất tan có nước khóm làm hạ nhiệt độ đóng băng dung dịch Khi có chất tan hệ cần thêm công để xếp mạng liên kết phân tử nước chất tan nên nhiệt độ đóng băng giảm - So sánh trụ khóm dung dịch khóm: nhiệt độ bắt đầu lạnh đơng trụ khóm thấp dung dịch nước khóm Vì ngun liệu giống khác trạng thái, tốc độ làm lạnh dung dịch nhanh so với trạng thái rắn - So sánh hình dạng giống khác kích thước: việc khác kích thước dẫn đến việc khác lượng chất tan có hai trụ khoai tây nên trụ lớn khoai tây có nhiệt độ bắt đầu lạnh đơng thấp so với trụ nhỏ 23  So sánh ảnh hưởng lạnh đông đến thay đổi cấu trúc màu sắc thực phẩm:  Cấu trúc: tế bào thực vật có cấu trúc cứng chắc, nên dễ bị phá hủy hình thành tinh thể đá Các lồi thực vật có khoảng khơng gian bào lớn (khóm, dâu tây, ) có khả hấp thụ khơng khí vào bên làm tăng thể tích nhiều thực vật có khoảng khơng gian bào nhỏ (khoai tây, cà rốt, su hào, ) → Tóm lại, q trình lạnh đơng nước tách hình thành tinh thể , làm cho sản phẩm trở nên rắn tăng thể tích Nhưng làm tan giá cấu trúc thực phẩm bị mềm yếu hơn, đàn hồi tinh thể làm rách cấu trúc liên kết tế bào thực phẩm  Màu sắc: q trình lạnh đơng có ảnh hưởng lớn đến màu sắc loại rau Tinh thể đá phá vỡ tế bào thực vật, tạo điều kiện cho enzyme chất gặp từ làm rau bị sẫm màu xuất đốm đen 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cano, M.P (1996) Vegetables In: Jeremiah L.E (Editor) Freezing Effects on Food Quality Marcel Dekker, New York, 247-298 Fellows, P (2002) Food processing technology: Principles and Practice (second edition) CRC Press, Woodhead Publishing Limited Foodnk (2020) Tìm hiểu xúc xích loại phụ gia thường dùng xúc xích < https://www.foodnk.com/tim-hieu-ve-xuc-xich-va-cac-loai-phu-giathuong-dung-trong-xuc-xich.html> [Ngày truy cập: 31 tháng năm 2022] Góral, D and F Kluza (2002) Experimental and analytical determination of freezing point depression Electronic Journal of Polish Agricultural Universities, Agricultural Engineering, Volume 5, Issue Kennedy, C.J (2000) Managing Frozen Foods UK: Taylor & Francis Group Lacey, R.E and F.A Payne (1991) A model to estimate thermodynamic properties of biological materials during freezing Transactions of the ASAE, 34: 1836-1841 Nguyễn Công Hậu cộng (2019) Tính chất vật liệu vật liệu thực phẩm < https://123docz.net//document/5376407-tinh-chat-vat-lieu-cua-vat-lieu-thucpham.htm> [Ngày truy cập: 31 tháng năm 2022] Nguyễn Văn Mười (2007) Công nghệ lạnh thực phẩm Nhà xuất Giáo dục Salvadori, V.O and R H Mascheroni (1991) Prediction of freezing and thawing times of foods by means of a simplified analytical method Journal of Food Engineering, 13: 67-78 10 Skrede, G (1996) Fruits In: In: Jeremiah L.E (editor) Freezing Effects on Food Quality, Marcel Dekker, New York, 247-298 25 ... lạnh lý thuyết thời gian làm lạnh thực tế thời gian làm lạnh lý thuyết ngắn thời gian làm lạnh thực tế làm lạnh thực tế, có thơng số liên quan tủ lạnh nước đá hiệu suất làm việc, tốc độ làm lạnh, ... làm lạnh nguyên liệu khác hai môi trường làm lạnh Loại nguyên liệu Đường kính (cm) Nhiệt độ ban đầu (0C) Thời gian làm lạnh (s) Làm lạnh trực tiếp (nước đá) Làm lạnh gián tiếp (tủ mát) Làm lạnh. .. nhiệt độ thấp 0℃ Hỗn hợp sinh lạnh tác dụng nhờ q trình thu nhiệt hịa tan số muối q trình nóng chảy tuyết hay nước đá để làm lạnh môi trường xung quanh Trong kỹ thuật ướp lạnh thực phẩm, người ta