NỘI DUNG
Cơ sở lý thuyết về làm lạnh và đông lạnh sản phẩm
Hầu hết các thực phẩm bị hư hỏng là do các nguyên nhân chính sau:
-Thực phẩm bị hư hỏng do tác dụng của các enzyme có sẵn trong thực phẩm
-Thực phẩm bị hư hỏng do vi sinh vật xâm nhập từ ngoài vào
Thực phẩm hư hỏng có thể do độc tố, mà những độc tố này có thể xuất phát từ vi sinh vật hoặc do quá trình oxy hóa các thành phần thực phẩm Việc nhận biết và phòng ngừa thực phẩm bị hư hỏng là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.
Hầu hết các quá trình trên đều chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, nhiệt độ càng thấp thì quá trình xảy ra càng chậm và ngược lại
2.1.1 Tác dụng của nhiệt độ thấp đốivới vi sinh vật
2.1.1.1 Phân loại vi sinh vật theo nhiệt độ
-Vi sinh vật phá hỏng thực phẩm rất nhiều và đa dạng Dựa theo nhiệt độ người ta có thể chia chúng thành 3 nhóm sau:
-Vi sinh vật ưa nóng: nhiệt độ phát triển của loại này từ 30 0 C đến 80 0 C nhưng nhiệt độ thích hợp nhất cho chúng là 50 0 C đến 65 0 C
-Vi sinh vật ưa ấm: nhiệt độ thích hợp cho chúng phát triển là 24 0 C đến
-Vi sinh vật ưa lạnh: nhiệt độ thích hợp là -10 0 C đến 25 0 C
Trong thực phẩm như rau quả, thịt cá và sữa, thường có sự hiện diện của cả ba loại vi sinh vật Đặc biệt trong lĩnh vực làm lạnh và bảo quản lạnh, vi sinh vật ưa lạnh là chủ yếu phát triển.
2.1.1.2 Hoạt động của vi sinh vật ở nhiệt độ thấp
Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp một số vi sinh bị hạn chế hoạt động hoặc chết bởi các nguyên nhân sau:
Khi nhiệt độ giảm, phần protein của vi sinh vật sẽ bị biến đổi hoặc phân hủy do hệ thống keo sinh học (keo protein) cũng bị ảnh hưởng Sự giảm nhiệt độ dẫn đến giảm năng lượng bề mặt của nước và các lực kết hợp với hệ keo Khi mức giảm kéo dài đến một ngưỡng nhất định, nước bắt đầu tách khỏi vỏ hydrat, làm cho protein cuộn tròn lại.
Mặt khác sự giảm nhiệt độ làm cho lực đẩy giữa các phân tử giảm đi và đến mức nào đó thì bắt đầu đông tụ protein
Sự đông tụ protein do nhiệt độ là quá trình thuận nghịch, không hoàn toàn làm biến đổi tính chất của protein Do đó, sau khi làm lạnh và đông lạnh, khi được làm ấm hoặc tan giá, vi sinh vật có thể tiếp tục phát triển.
Quá trình đóng băng tinh thể nước đá gây ra sự phá hủy cơ học ở tế bào vi sinh vật, do các tinh thể nước đá có góc cạnh sắc nhọn Những tinh thể này có khả năng chèn ép và làm rách màng tế bào của vi sinh vật, dẫn đến tổn thương nghiêm trọng cho chúng.
Khi nhiệt độ sản phẩm đạt -18°C, khoảng 80% nước trong thực phẩm như thịt sẽ đóng băng, trong khi đó rau quả ở -8°C có 72% nước đóng băng và ở -15°C là 79% Điều này dẫn đến việc môi trường hoạt động của các enzyme và vi sinh vật gần như không còn do thiếu nước tự do Tuy nhiên, nấm mốc vẫn có thể tồn tại ở nơi khan nước, nhưng cần tối thiểu 15% nước Vì lý do này, quy định làm lạnh đông sản phẩm đến nhiệt độ -18°C được thiết lập.
Sự thay đổi về áp suất, pH, nồng độ chất tan và áp suất thẩm thấu xảy ra khi nước bị đóng băng và tách ra dưới dạng nguyên chất, dẫn đến việc nồng độ dịch bào tăng lên Kết quả là, áp suất thẩm thấu cũng tăng, trong khi pH giảm, điều này làm cho vi sinh vật gặp khó khăn trong việc phát triển.
Nhóm vi sinh vật ưa nhiệt thường dễ bị chết ở nhiệt độ thấp, nhưng một số vi sinh vật ưa nóng có khả năng chuyển sang dạng ưa lạnh Để ngăn chặn quá trình chuyển đổi này, cần thực hiện phương pháp làm lạnh đông nhanh.
-Nhóm vi sinh vật ưa ấm có nhiều loại như:Salulonella, trực khuẩn đường ruột Staphilococcus, Botulinus…Đặc biệt là Staphilococcus phát triển ở nhiệt độ
7 0 C có khả năng chịu được nhiệt độ thấp chúng thường gây ra ngộ độc sữa, phomat, kem sữa…
-Nhóm vi sinh vật ưa lạnh thường gặp là:
*Pseudomonas làm cho thực phẩm có màu xanh hoặc màu sẫm tối
Nấm mốc, như Penecillium và Mucor, có khả năng phát triển ở nhiệt độ thấp, thậm chí xuống tới -15 độ C Chúng thường xuất hiện trên các sản phẩm có pH thấp, chẳng hạn như trái cây, nước trái cây và sữa chua, trong khi sự phát triển trên thịt và cá thì ít hơn Là vi sinh vật hiếu khí, nấm mốc chủ yếu phát triển trên bề mặt thực phẩm, mặc dù một số loài có thể xâm nhập sâu hơn nhưng vẫn cần có không khí Ngoài ra, nấm mốc không chịu được nhiệt độ cao, khó bị tiêu diệt ở nhiệt độ này.
Nấm men ưa lạnh có khả năng phát triển ở nhiệt độ từ -2°C đến -3°C, với môi trường lý tưởng là các sản phẩm chua Loại nấm men này có thể tồn tại trong hầu hết các sản phẩm được bảo quản lạnh.
Diệt trừ vi sinh vật bằng lạnh là một thách thức lớn, yêu cầu hạ nhiệt độ nhanh chóng và ở mức rất thấp Tuy nhiên, việc giảm nhiệt độ có thể hạn chế sự phát triển và hoạt động của vi sinh vật Ở nhiệt độ từ -6°C đến -8°C, hầu hết hệ thống men bị tiêu diệt, nhưng một số nấm mốc vẫn có thể tồn tại Đặc biệt, nhiệt độ thấp không làm biến đổi các loại độc tố Để bảo quản thực phẩm hiệu quả ở nhiệt độ thấp, thường áp dụng phương pháp kết hợp giữa bảo quản lạnh và hóa chất, cũng như diệt trùng bằng tia tử ngoại hoặc tia phóng xạ.
2.1.2 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với tế bào của cơ thể sống và thực phẩm Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đối với tế bào cơ thể cơ thể sống và thực phẩm là vấn đề phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài và bên trong của cơ thể sống và thực phẩm Nhưng nhìn chung nhiệt độ thấp có ảnh hưởng cơ bản đến quá trình biến đổi sinh lý sinh hóa sau: hầu hết các chức năng sống của cơ thể (sự biến đổi sinh lý sinh hóa) đều có sự tham gia trực tiếp của nước và phụ thuộc vào hàm lượng của nó Trong cơ thể sống các quá trình trao đổi chất như tiêu hóa, bài tiết, hô hấp đều chỉ thực hiện được khi có nước tham gia
Trong quá trình bảo quản và chế biến thực phẩm, nước đóng vai trò quan trọng như một môi trường truyền nhiệt, hỗ trợ hoạt động của enzyme và vi sinh vật Khi thực phẩm mất nước, protein sẽ bị đông tụ, ảnh hưởng đến chất lượng và hương vị sản phẩm.
Nhiệt độ thấp có tác dụng quan trọng đối với cơ thể sống, vì nó ảnh hưởng đến trạng thái của nước, từ đó tác động đến cấu trúc hóa học của sản phẩm và sinh vật.
Bảo quản ở nhiệt độ thấp làm lạnh và đông lạnh
Tốc độ phản ứng hóa học phụ thuộc vào nhiệt độ, với nhiệt độ thấp làm giảm tốc độ phản ứng và giúp thực phẩm bảo quản lâu hơn Francis Bacon đã chứng minh điều này vào năm 1626 khi phát hiện ra rằng sự thối rữa của thực phẩm chậm lại trong điều kiện lạnh Người Trung Quốc đã phát triển nhà băng vào thế kỷ 11 TCN để bảo quản thực phẩm, và mô hình này sau đó trở nên phổ biến ở châu Âu và Bắc Mỹ vào thế kỷ 17 và 18 Đến thế kỷ 19, ngành công nghiệp cắt xén và vận chuyển băng đá tự nhiên đã phát triển mạnh mẽ, cùng với sự ra đời của các phương pháp làm lạnh cơ học vào những năm 1830 Tại triển lãm Melbourne năm 1872, Joseph Harrison đã giới thiệu một ngôi nhà băng có khả năng bảo quản thịt bò và thịt cừu cho một bữa tiệc Tuy nhiên, trong quá trình vận chuyển qua vùng nhiệt đới, băng tan chảy đã khiến phần lớn thịt bị mất Dù vậy, việc vận chuyển thịt đông lạnh từ Bắc Mỹ và Úc đến châu Âu đã trở thành một ngành kinh doanh lớn và sinh lợi vào cuối thế kỷ 19.
Kể từ đó, việc ướp lạnh và đông lạnh ngày càng trở nên phổ biến trong việc bảo quản thực phẩm dễ hỏng, giúp kéo dài thời gian sử dụng và duy trì chất lượng sản phẩm.
Ngày nay người ta cho rằng công nghệ này có ý nghĩa quan trọng đối với
Các loại thực phẩm lạnh là những loại thực phẩm được lưu trữ ở nhiệt độ thấp nhưng trên điểmđóng băngthừơng là 0-5 0 C
Trong những năm gần đây, khu vực hàng hóa đã chứng kiến sự gia tăng đáng kể về quy mô các sản phẩm truyền thống ướp lạnh như thịt tươi, cá và thực phẩm sữa Sự tiêu thụ này đi kèm với sự xuất hiện của nhiều sản phẩm mới đa dạng, bao gồm bữa ăn hoàn chỉnh, xà lách và món tráng miệng từ sữa Ba yếu tố chính đã thúc đẩy sự phát triển này.
1 Mục tiêu của các nhà sản xuất thực phẩm làm tăng thêm giá trị cho sản phẩm của mình
2 Nhu cầu tiêu dùng thực phẩm tươi sống và dễ dàng chế biếnđồng thời đòi hỏi sự tiện lợi cho việc tiết kiệm thời giantham quan mua sắm
Một dây chuyền làm lạnh hiệu quả mang lại nhiều lợi ích quan trọng, bao gồm việc tổ chức và xây dựng cơ sở hạ tầng cần thiết để duy trì thực phẩm ở nhiệt độ thấp từ giai đoạn sản xuất hoặc thu hoạch cho đến khi tiêu thụ Điều này không chỉ giúp bảo quản chất lượng thực phẩm mà còn giảm thiểu lãng phí, đảm bảo an toàn thực phẩm và nâng cao trải nghiệm của người tiêu dùng.
Kho lạnh có khả năng thay đổi bản chất và tốc độ hư hỏng thực phẩm, đặc biệt là trong trường hợp nguyên liệu sữa Nhiệt độ thấp ngăn chặn sự phát triển của mesophiles, dẫn đến sự thống trị của psychrotrophs, như đã thấy trong sữa được làm lạnh ngay sau khi lấy từ bò tại Vương quốc Anh Điều này tạo ra một loại hư hỏng khác biệt, chủ yếu do vi khuẩn Gram âm Ngoài ra, nhiệt độ thấp còn ảnh hưởng đến sinh lý vi sinh vật, làm gia tăng sản xuất các hợp chất như phenazine và carotenoid, cũng như gây ra rối loạn chuyển hóa do sự khác biệt về hệ số nhiệt và năng lượng kích hoạt của các phản ứng hóa học trong vi khuẩn.
Mặc dù psychrotrophs có thể phát triển trong thực phẩm ướp lạnh, quá trình này diễn ra chậm, làm trì hoãn sự hư hỏng Sự thay đổi nhiệt độ trong khoảng lạnh có thể ảnh hưởng lớn đến thời gian sử dụng thực phẩm Chẳng hạn, thời gian thế hệ của một pseudomonad từ cá là 6,7 giờ ở 5°C nhưng tăng lên 26,6 giờ ở 0°C Điều này cho thấy vi sinh vật có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự hư hỏng, và sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ có thể làm tăng đáng kể thời gian bảo quản Ví dụ, thời gian bảo quản của cá tuyết philê Haddock có thể gấp đôi nếu nhiệt độ lưu trữ giảm từ 2,8°C xuống -0,3°C.
Khả năng sinh trưởng của các sinh vật ở nhiệt độ thấp liên quan chặt chẽ đến cấu trúc màng huyết tương Khi nhiệt độ giảm, màng plasma chuyển từ trạng thái lỏng tinh thể sang gel rắn, làm hạn chế khả năng vận chuyển chất tan Nhiệt độ chuyển đổi này thấp hơn ở các sinh vật psychrotrophs và psychrophiles, chủ yếu do hàm lượng axit béo chưa bão hòa cao và chuỗi axit béo ngắn trong màng lipid Để thích nghi với môi trường lạnh, các sinh vật này tăng cường tỷ lệ các thành phần trong màng của chúng.
Có rất nhiều sinh vật psychrotrophic, bao gồm nấm men, nấm mốc, vi khuẩn Gram âm và Gram dương, có khả năng phát triển ở nhiệt độ thấp nhưng lại bị bất hoạt ở nhiệt độ trung bình Một số lý do cho sự nhạy cảm với nhiệt độ này liên quan đến khả năng của màng tế bào ở nhiệt độ cao Sự ổn định của các enzym và protein chức năng ở nhiệt độ thấp là yếu tố quan trọng, mặc dù các lipase và protease bền nhiệt do psychrotrophic pseudomonads sản xuất có thể gây ra vấn đề trong ngành công nghiệp sữa.
Mặc dù vi sinh vật ưa nhiệt không thể phát triển ở nhiệt độ thấp, nhưng chúng vẫn sống sót Bảo quản lạnh có thể gây sốc nhiệt cho vi sinh vật, dẫn đến tổn thương hoặc chết một phần, nhưng hiệu ứng này khó dự đoán khi xử lý nhiệt Mức độ sốc nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như tính dễ tổn thương của vi khuẩn Gram âm so với Gram dương, giai đoạn phát triển của vi khuẩn, tỉ lệ làm lạnh (nhiệt độ chênh lệch lớn làm tăng tổn thương) và môi trường sinh trưởng của chúng, với tế bào phát triển tốt hơn trong môi trường phức tạp.
Cơ chế chính của sốc lạnh là gây hỏng màng lipid, tạo ra các lỗ ưa nước, dẫn đến sự rò rỉ tế bào chất ra ngoài Nếu tình trạng này tiếp diễn, nó sẽ làm đứt gãy sợi đơn AND, ảnh hưởng đến quá trình sao chép và tổng hợp protein bảo vệ tế bào.
Khi nhận thức rằng bảo quản lạnh không tiêu diệt vi khuẩn, việc sử dụng nguyên liệu chất lượng và vệ sinh là rất quan trọng để sản xuất thực phẩm lạnh an toàn Những vi sinh vật ưa nhiệt độ trung bình có thể sống sót qua quá trình bảo quản lạnh, mặc dù bị tổn thương, chúng vẫn có khả năng tồn tại lâu dài và phục hồi để tiếp tục phát triển Do đó, bảo quản lạnh chỉ ngăn chặn sự gia tăng của mầm bệnh mà không tiêu diệt hoàn toàn chúng Tác nhân gây bệnh có thể tiếp tục phát triển ở nhiệt độ lạnh, và vai trò của bảo quản lạnh trong công nghiệp hiện đại đã cho phép tăng thời hạn lưu trữ, trong khi quá trình hư hỏng được làm chậm lại, phụ thuộc vào nhiệt độ kho và thành phần thực phẩm.
Một số thực phẩm không nên được bảo quản trong điều kiện lạnh, vì nhiệt độ thấp có thể làm hỏng chúng và tăng cường sự phát triển của vi sinh vật Đặc biệt, trái cây ở miền nhiệt đới rất dễ bị tổn thương khi tiếp xúc với nhiệt độ lạnh.
2.2.2 Đông lạnh Đông lạnh là một phương pháp tiên tiến để kéo dài thời hạn bảo quản của thực phẩm, và chất dinh dưỡng được giữ lại và sản phẩm còn nguyên vẹn như lúc ban đầu thực phẩm bắt đầu đóng băng từ -0.5 đến -3 0 C, điểm đông thấp hơn so với nước tinh khiết là do hàm quá trình lạnh đông, nồng độ chất tan sẽ tăng lên và điểm đóng băng sẽ được hạ thấp xuống Ví dụ khi nhiệt độ giảm xuống còn khoảng -60 0 C, một phần nước liên kiết vẫn không bị đóng băng.Nhiệt độ được dùng trong kho bảo quản thường thấp hơn -18 0 C Ở nhiệt độ này,vi sinh vật không có khả năng sinh trưởng, mặc dù còn một phần vi sinh vật hay enzyme hoạt động nội sinh như lipaza có thể vẫn còn tồn tại và làm hỏng thực phẩm Điều này sẽ giảm bớt trong trường hợp của rau quả và trái cây bằng việc chần trước khi đóng băng khử hoạt tính nội sinh của enzyme polyphenol oxidaza, trước khi gây ra các biến đổi làm đổi màu thực phẩm trong thời gian bảo quản Máy làm lạnh ức chế hoạt tính của vi sinh vật Tuy nhiên cũng làm đóng băng thực phẩm,nơi bề mặt không bị đổi màu,xảy ra sự thăng hoa của nước từ thực phẩm và biến đổi để làm lạnh hơn trong bề mặt tủ lạnh Điều này có thể được ngăn ngừa bằng việc bao gói những sản phẩm với nguyên liệu không thấm nước hoặc bằng kính với một lớp băng
Nhiệt độ thấp không phải là yếu tố duy nhất ảnh hưởng đến việc bảo quản thực phẩm, mà còn làm giảm hoạt động của nước bên trong đá Theo bảng 1, nhiệt độ có tác động đến bề mặt hoạt động của nước, và điều này trở nên quan trọng khi thực phẩm đông lạnh được bảo quản ở nhiệt độ trên -10°C, nơi vi sinh vật có thể phát triển Trong trường hợp này, các sinh vật có thể phát triển trên thực phẩm mà không có liên kết thông thường, dẫn đến hư hỏng Mặc dù thực phẩm bị hư hỏng ở nhiệt độ đông lạnh, nấm men và nấm mốc vẫn có thể tồn tại, đặc biệt là các loại psychrotrophic Do đó, thịt và gia cầm được bảo quản ở nhiệt độ từ -5 đến -10°C có thể giảm sự phát triển của các vết bẩn do nấm mốc như Cladosporium herbarum, Sporotrichum carnis và Thamnidium elegans.
Bảng 1 Ảnh hưởng của việc đóng băng trên phạm vi hoạt động của nước đá.
Vi sinh vật chịu ảnh hưởng đáng kể từ các giai đoạn trong chu trình lạnh đông, đặc biệt là trong quá trình sốc nhiệt Khi nhiệt độ giảm xuống mức đóng băng, vi sinh vật không chỉ chết nhiều hơn mà còn chịu tổn thương nghiêm trọng khi nhiệt ẩn được giải phóng và sản phẩm bắt đầu đông lại Quá trình hình thành băng chủ yếu diễn ra bên ngoài tế bào, dẫn đến việc làm lạnh nhanh chóng từ bên ngoài vào bên trong, gây ra tổn hại cho tế bào và tạo ra áp suất thẩm thấu, khiến nước bị tách ra Sự thay đổi nồng độ ion và pH của nước do đông đặc không chỉ phá vỡ cấu trúc mà còn ảnh hưởng đến chức năng của các thành phần tế bào và đại phân tử, phụ thuộc vào nhiều yếu tố cần thiết cho sự ổn định của tế bào.
