báo cáo đề tài quá trình làm lạnh và lạnh đông

Mặt khác sự giảm nhiệtđộ làm cho lực đẩy giữa các phân tử giảm đi và đến mức nào đó thì bắt đầu đầu đông tụprotein.Sự đông tụ protein do nhiệt độ là thuận nghịch, không biến đổi hoàn toà

Nhóm sinh viên thực hiện: 2

HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5, NĂM 2022

2 Lạnh thường, lạnh đông, lạnh thâm độ và lạnh tuyệt đối 2

3 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với vi sinh vật 2

4.Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với tế bào của cơ thể sống 5

II Những biến đổi chính trong quá trình làm lạnh thực phẩm 7

b Biến đổi hóa học 10

c Biến đổi vi sinh vật 11

3 Sự kết tinh của nước trong thực phẩm khi lạnh đông 11

4 Tốc độ lạnh đông ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm 12

a Khi lạnh đông chậm 12

b Khi lạnh đông nhanh hoặc siêu nhanh (cực nhanh) 12

5 Sự mất nước của thực phẩm khi lạnh đông 13

6 Hiện tượng cháy lạnh thực phẩm trong quá trình lạnh đông 13

7 Các phương pháp làm đông 14

a Lạnh đông gián tiếp 14

b Lạnh đông trực tiếp 14

8 Cơ chế đóng băng trong thực phẩm khi cấp đông 14

9 Quá trình mất nước khi lạnh đông 15

10 Phương pháp lạnh đông chậm 16

11 Phương pháp lạnh đông nhanh 16

12 Phương pháp lạnh đông cực nhanh 17

C SỰ KHÁC NHAU GIỮA LÀM LẠNH VÀ LÀM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM 18

D MỘT VÀI BIỆN PHÁP HẠN CHẾ HAO HỤT KHỐI LƯỢNG TRONG LẠNH ĐÔNG VÀ TRỮ ĐÔNG 18

E YÊU CẦU, THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG 19

I Tủ cấp đông công nghiệp 19

a.Nguyên lý hoạt động của tủ cấp đông 20

b.Cấu tạo của tủ cấp đông công nghiệp 20

F LÀM TAN GIÁ VÀ LÀM ẤM THỰC PHẨM 22

I Làm tan giá 22

a Khái niệm 22

b Các phương pháp làm tan giá 25II Làm ấm 27G TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

GIỚI THIỆU VỀ BẢN CHẤT, MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỦA QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH VÀ LẠNH ĐÔNG

Bản chất:

Làm lạnh, làm lạnh đông quá trình hạ nhiệt từ nhiệt độ của giới hạn " nóng

-lạnh " (20 - 24°C) xuống nhiệt độ như thấp hơn - ( t°)

Nếu nhiệt độ cuối cùng (t0) nằm trong khoảng nhiệt độ đóng băng ( tdb) và nhiệtđộ của giới hạn " nóng - lạnh " – ( tdb < t0 < 20°C) thì gọi là làm lạnh thường Nếu -100°C <t0<tdb gọi là lạnh đông; -273°C<t0<-100°C gọi là lạnh đông sâu (lạnh đôngthâm độ)

Mục đích công nghệ:

Mục đích chuẩn bị: quá trình làm lạnh và lạnh đông có thể thực hiện nhằm mụcđích chuẩn bị cho các quá trình khác Đó là quá trình làm lạnh bia, nước giải khát đểnạp CO2, làm lạnh để tạo môi trường làm đông sửa chua.v.v

Mục đích khai thác: trong công nghiệp sản xuất nước qua cô đặc, có thể làmlạnh đông dịch quả nhằm kết tinh phân tử nước sau đó bằng phương pháp cơ học táchcác tinh thể nước khỏi dịch quả, do vậy độ khô dịch quả sẽ tăng lên Làm lạnh còn làmcho đường kết tinh nhanh hơn, nhiều hơn.

Mục đích chế biến: làm lạnh hoặc lạnh đông có thể làm biến đổi chất lượng sảnphẩm như làm chín hóa học các sản phẩm thịt( lạp xưởng, xúc xích, ), làm tăng chấtthơm cho rượu vang, pho mát, tạo ra sản phẩm mới như nước đá dùng giải khát, hoặclàm lạnh nước giải khát, rượu, bia trước khi sử dụng

Mục đích bảo quản: hiện nay quá trình làm lạnh và làm lạnh đông được thực

hiện chủ yếu nhằm múc đích bảo quản Tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu (hay sản phẩm)của bảo quản, người ta có thể làm lạnh đến nhiệt độ gần điểm đóng băng hoặc gần 00C(khi bảo quản hoa quả tươi); các loại sản phẩm đồ hộp có thể bảo quản ở nhiệt độ caohơn- khoảng 5-10°C Còn các loại thịt cá tươi thường bảo quản ở nhiệt độ lạnh đông.Trong điều kiện môi trường lạnh hoặc băng giá, các loại vi sinh vật ít phát triển hoặcngừng hoạt động; các hoạt động sinh hóa, sinh- lý của nguyên liệu cũng bị hạn chế.

Phạm vi sử dụng:

Quá trình làm lạnh, làm lạnh đông được thực hiện trong các ngành khai thác chếbiến và bảo quản thực phẩm Ngành đánh bắt hải sản hiện nay không thể vắng mặt quátrình lạnh và lạnh đông, vì nó tạo điều kiện bảo quản cá đánh được trong một thời giantrước khi lên bờ Lạnh không thể thiếu trong công nghiệp chế biến rau quả, thịt cá nhưlà một phương tiện bảo quản nguyên liệu và tạo ra sản phẩm mới (hoa quả lạnh đông).

Chúng cũng không thể thiếu trong công nghiệp rượu, bia, sữa Tóm lại trong hầu hếtcác ngành công nghiệp chế biến nguyên liệu tươi có nguồn gốc thực vật, động vật đềucần đến lạnh.

2 Lạnh thường, lạnh đông, lạnh thâm độ và lạnh tuyệt đối

Sự phân chia này chỉ mang tính tương đối tuỳ theo nhiệt độ và được chia theocác thang nhiệt độ như sau:

Lạnh thường: + 180 > t0 > t0 đóng băng.Lạnh đông : t0đóng băng > t0 > -1000C.Lạnh thâm độ : -1000C > t0 > -2000C.

Lạnh tuyệt đối : -2000C > t0 > -272.9999850C.

Trong sự phân chia này chỉ có lạnh và lạnh đông là rõ ràng và phân chia cơ bảnnhất Lạnh thường (hay còn goi là lạnh) là nước chưa có sự biến thành đá còn tồn tại ởtrạng thái lỏng Còn lạnh đông là nước đã biến thành đá.

3 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với vi sinh vật

Hầu hết các thực phẩm bị hỏng là do các nguyên nhân chính sau:

Thực phẩm bị hỏng do tác dụng của các enzim có sẵn trong thực phẩm.Thực phẩm bị hỏng do vi sinh vật xâm nhập từ ngoài vào.

Thực phẩm bị hỏng do độc tố, độc tố có thể do vi sinh vật gây ra hoặc do quátrình oxy hoá (phân huỷ các thành phần thực phẩm tạo ra).

Các quá trình trên đều chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, nhiệt độ càng thấp thì quátrình xảy ra càng chậm và ngược lại.

a Phân loại vi sinh vật theo nhiệt độ

Vi sinh vật phá hỏng thực phẩm rất nhiều và đa dạng dựa vào nhiệt độ người tacó thể chia chúng thành 3 nhóm sau:

Vi sinh vật ưa nóng: Nhiệt độ phát triển của loại này từ 30-800C nhưng nhiệt độthích hợp nhất cho chúng là 50-650C.

Vi sinh vật ưa ấm: Nhiệt độ thích hợp cho chúng phát triển là 24-400C.Vi sinh vật ưa lạnh: Nhiệt độ thích hợp là -10-250C.

Nhìn chung trong thực phẩm (rau quả, thịt cá, sữa…) đều có cả 3 loại vi sinh vậttrên Trong lĩnh vực làm lạnh và bảo quản lạnh thì sự phát triển chủ yếu là vi sinh vậtưa lạnh.

b Hoạt động của vi sinh vật ở nhiệt độ thấp

Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp một số vi sinh vật bị hạn chế hoạt động hoặc chếtbởi các nguyên nhân sau:

Phần protein của vi sinh vật bị biến đổi hay bị phân huỷ do hệ thống keo sinh học(keo protein) cũng bị phá huỷ Sự giảm nhiệt độ kéo theo sự giảm năng lượng bề mặtcủa nước, giảm các lực kết hợp với các hệ keo, sự giảm kéo dài đến mức nào đó thìnước bắt đầu tách khỏi vỏ hydrat làm cho rrotein cuộn tròn lại Mặt khác sự giảm nhiệtđộ làm cho lực đẩy giữa các phân tử giảm đi và đến mức nào đó thì bắt đầu đầu đông tụprotein.

Sự đông tụ protein do nhiệt độ là thuận nghịch, không biến đổi hoàn toàn tính chấtprotein, do vậy sau thời gian làm lạnh và lạnh đông khi tiến hành làm ấm hoặc tan giávi sinh vật lại tiếp tục phát triển.

Sự phá huỷ cơ học ở tế bào vi sinh vật trong quá trình đóng băng tinh thể nước đá.Các tinh thể nước đá có góc cạnh nên nó có thể chèn ép làm rách màng tế bào của visinh vật.

Sự chuyển nước thành đá khi nhiệt độ sản phẩm đạt -180C thì bên trong thực phẩm80% nước đá đóng băng (đối với thịt cá) Còn đối với rau quả ở -80C đã đóng băng72% và ở -150C đóng băng 79% nước Do đó môi trường hoạt động của các enzim vàcác vi sinh vật hầu như không còn vì thiếu nước tự do Riêng nấm mốc có thể sống ởnơi khan nước nhưng lượng nước tối thiểu phải đạt 15%, chính vì vậy người ta mớiquy định làm lạnh đông nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -180C.

Sự thay đổi áp suất, pH, nồng độ chất tan và áp suất thẩm thấu Do nước bị đóngbăng và tách ra ở dạng nguyên chất (dung môi kết tinh trước) nên nồng độ của dịch bàotăng lên, áp suất thẩm thấu tăng lên và pH giảm do đó vi sinh vật khó phát triển.

Nhìn chung nhóm vi sinh vật ưa nhiệt bị chết dễ dàng ở nhiệt độ thấp Tuy nhiêncó một số vi sinh vật ưa nóng (loại vi sinh vật ưa nóng điển hình) có thể chuyển sangdạng ưa lạnh Do vậy người ta phải làm lạnh đông nhanh để chúng không kịp chuyểntừ dạng này sang dạng khác.

Nhóm vi sinh vật ưa ấm có nhiều loại như: Salulonella, trực khuẩn đường ruột

Staphiloccoccus, Botilium… Đặc biệt là Staphiloccus phát triển ở nhiệt độ 70C có khảnăng chịu được nhiệt độ thấp chúng thường gây ra ngộ độc sữa, pho mát, kem sữa

Nhóm vi sinh vật ưa lạnh thường gặp là:

 Pseudomonas làm cho thực phẩm có màu xanh hoặc màu sẫm tối. Achromobacter.

 Nấm mốc có nhiều loại phát triển được ở cả nhiệt độ thấp như Penecilliu,Mucor, hoạt động được ở nhiệt độ -150C Nấm mốc phát triển chủ yếu ở sản phẩm cópH thấp như các loại quả, nước quả, sữa chua còn ở thịt, cá chúng ít phát triển hơn.Nấm mốc thuộc loại vi sinh vật hiếu khí nên chủ yếu nó phát triển trên bề mặt thựcphẩm, một số loài có thể ăn sâu vào nhưng vẫn đòi hỏi phải có không khí Nấm mốckhông chịu được nhiệt độ cao khó bị tiêu diệt ở nhiệt độ 74 – 800C.

 Nấm men ưa lạnh: loại này phát triển được ở nhiệt độ -2 đến 30C, môi trườngthích hợp nhất của nó là sản phẩm chua Nhìn chung có thể phát triển được ở trong tấtcả các sản phẩm bảo quản lạnh.

Như vậy chúng ta muốn diệt trừ vi sinh vật bằng lạnh là rất khó khăn đòi hỏi phảihạ nhiệt độ thật nhanh đột ngột và nhiệt độ rất thấp Nhưng diệt một phần và hạn chếsự hoạt động, phát triển đồng thòi nhiệt độ thấp lại tác dụng rất lớn Bắt đầu từ nhiệt độ-6 đến -80C thì hệ thống men bị diệt phần lớn nhưng một số nấm mốc vẫn còn hoạtđộng Đối với các loại độc tố thì nhiệt độ thấp không có tác dụng làm biến đổi Để hạnchế sự biến đổi của thực phẩm ở nhiệt độ thấp người ta thường kết hợp bảo quản ởnhiệt độ thấp với bảo quản bằng hoá chất hoặc kết hợp với diệt trùng bằng tia tử ngoại,tia phóng xạ

4.Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với tế bào của cơ thể sống

Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đối với tế bào cơ thể sống và thực phẩm là vấn đềphức tạp vì nó chịu nhiều ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài và bên trong của cơ thểsống và thực phẩm Nhưng nhìn chung nhiệt độ thấp có ảnh hưởng cơ bản đến quátrình biến đổi sinh lý sinh hoá như sau: hầu hết các chức năng sống của cơ thể (sự biếnđổi sinh lý sinh hoá) đều có sự tham gia trực tiếp của nước và phụ thuộc vào hàmlượng của nó Trong cơ thể sống các quá trình trao đổi chất như tiêu hoá, bài tiết, hôhấp đều chỉ thực hiện được khi có nước tham gia Trong quá trình bảo quản và chế biếnnước cũng đóng vai trò rất lớn vì nó là môi trường truyền nhiệt, nó tham gia các quátrình hoạt động của các enzim và vi sinh vật, khi mất nước protein sẽ bị đông tụ.

Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với cơ thể sống có tính chất quan trọng vì nó làmột trong những yếu tố bên ngoài tác động lên trạng thái của nước và cũng từ đó tácđộng đến tổ hợp thành phần hoá học của sản phẩm hay cơ thể sống Hình 4.1 biểu diễnsự ảnh hưởng của nhiệt độ đến các hoạt động của cơ thể sống (từ -273 đến +1500C)

Vùng a: là vùng hoạt động của cơ thể sống rất bị hạn chế.

Vùng b, d: Là vùng nhiệt độ cơ thể sống hoạt động yếu mà vẫn bị hạn chế.

Vùng c: Là vùng thích hợp cho cơ thể sống hoạt động mạnh nhất.Vùng e: Là vùng cơ thể sống không thể tồn tại.

Trong lĩnh vực ảnh hưởng của nhiệt độ thấp ta xét chủ yếu ở vùng a và vùng b.

Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng nhiều tế bào sống có thể tránh đóng băngmà chuyển thành trạng thái thuỷ tinh quá trình tạo thuỷ tinh càng hoàn thiện bao nhiêuthì tế bào tái sinh càng lớn bấy nhiêu (số lượng tế bào sống có thể đạt đến 90%).

b.Vùng nhiệt độ hạn chế hoạt động

Đây là vùng thích hợp trong bảo quản và chế biến lạnh các thực phẩm mau hỏngkhi làm lạnh đông bên trong chất nguyên sinh tạo thành các tinh thể đá Các tinh thể đáđủ lớn có khả năng phá vở cấu trúc của tế bào Ngoài ra sự tạo thành đá làm kìm hãmnhiều hoạt động sinh hoá (vì thiếu nước làm dung môi) Ngược lại khi làm lạnh đôngvà tan giá hoạt động của một số enzim lại tăng lên vì chung được giải phóng khỏinhững tổ hợp với các phân tử khác trong dung dịch.

Vì vậy khi làm lạnh đông và tan giá không tức thời sẽ gây phá vở cấu trúc tế bào.Biến tính một số protein và biến đổi hoạt động sinh hoá của nó Nhiệm vụ của kỹ thuậtlạnh là làm sao bảo vệ đến mức tối đa tính chất tươi sống tự nhiên ban đầu của thựcphẩm.

Cơ thể động vật sống được là nhờ sự tuần hoàn của chất lỏng, qua đó nó thực hiệnquá trình trao đổi chất và thải nhiệt nên nó không thể sống được khi nhiệt độ thấp Cònđối với thực vật thì khác, quá trình sống của nó ít thải nhiệt tế bào của nó được bảo vệbởi lớp vỏ chắc bằng cenlluloza, cấu trúc tế bào của nó cũng đơn giản hơn vì vậy khảnăng chịu nhiệt độ thấp tốt hơn, nhưng cũng không sống được ở nhiệt độ quá thấp.

Nhiệt độ đóng băng của tế bào cơ thể sống khác với nhiệt độ đóng băng của nước(vì nó có chất hoà tan) và nó không phải là hằng số, nó phụ thuộc vào tính chất củadung dịch.

Tác dụng của nhiệt độ thấp lên tế bào chủ yếu là do sự tạo thành đá Sự tạo thànhđá tác dụng lên lớp nguyên sinh chất (lớp cơ chất) làm thay đổi tính chất thẩm tích.Nếu lớp này bị hỏng nước không hút trở lại được khi tan giá tế bào sẽ chết Mặt kháctrong quá trình tạo đá, nếu mầm tinh thể đá lớn sẽ phá vỡ màng tế bào do đó tế bàocũng bị chết Sự chết của tế bào chỉ được phát hiện khi tan giá vì khi đó nước khônghút được trở lại chất nguyên sinh mà chảy ra ngoài thể tích tế bào khi đó giảm đi (colại) 5-9 lần Để sự hút nước trở lại khi tan giá thì biện pháp tan giá hợp lý là quantrọng, nếu không hút trở lại kịp vẫn xảy ra mất nước và teo nguyên sinh.

Teo nguyên sinh (xảy ra khi làm lạnh đông) không chỉ làm giảm hàm lượng nướcmà còn làm tăng nồng độ các chất hoà tan trong dịch bào (chính các chất này ở nồngđộ cao sẽ tác hại đến chất nguyên sinh làm biến tính nó), do vậy nhiệt độ thấp có tácdụng ức chế các tính chất sinh hoá của nguyên sinh chất, tuy nhiên sự biến tính do tácdụng của nhiệt độ thấp bao giờ cũng xảy ra chậm hơn so với tác dụng làm giảm nhiệtđộ đóng băng của dịch bào Các muối cũng có tác dụng tương tự như glucide.

Khi xét ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đến tế bào, ta phải chú ý đến trạng thái keotrong tế bào vì quá trình tạo đá đầu tiên xảy ra với nước tự do, nếu nhiều nước ở dạngliên kết keo thì càng khó tạo đá.

Nhiệt độ dương nhưng thấp cũng có tác dụng hạn chế các quá trình biến đổi sinhlý sinh hoá của cơ thể sống Sự giảm nhiệt độ làm giảm khả năng di động nhạy cảmcủa cơ thể sống ( các động vật và thực vật), điều này cần phải chú ý trong quá trình bảoquản rau quả xanh chưa chín vì nó hạn chế quá trình biến đổi chín tới củ quả.

II Những biến đổi chính trong quá trình làm lạnh thực phẩm

Trong quá trình làm lạnh thực phẩm, các quá trình lý, hoá, sinh lý, sinh hoá học,visinh vật chỉ bị hạn chế ít nhiều chứ không diệt hẳn Cho nên vẫn có những biến đổivề mặt chất lượng thực phẩm.

1 Biến đổi lý học

Biến đổi lý học khi làm lạnh sản phẩm gồm có biến đổi hình dạng, màu sắc bênngoài, nhưng quan trong hơn cả là quá trình bay hơi, là nguyên nhân chủ yếu gây tổnhao tự nhiên khối lượng sản phẩm, làm cho rau quả tươi chóng bị héo Sự bay hơi nàyphụ thuộc vào bề mặt bay hơi riêng, nhiệt độ của môi trường xung quanh, độ ẩm tươngđối của không khí xung quanh và vận tốc chuyển động không khí Ngoài ra còn phụthuộc tính chất sản phẩm, độ chín tới của sản phẩm

2 Biến đổi hoá học

Khi làm lạnh các quá trình hoá học có chậm lại nhưng không ngừng hẳn Theođịnh luật Berthelot thì:

lgy= lgy0 + at

Trong đó : y0,y - tốc độ phản ứng ở 00C và t0Ca - hệ số nhiệt độ của vận tốc phản ứngt - nhiệt độ phản ứng

Quá trình hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ như đã nói ở trên Tuy nhiên, đối với mỗiloại rau quả có một nhiệt độ tối thích riêng cho sự hô hấp và chỉ trong khoảng nhấtđịnh đó vận tốc hô hấp phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình trên.

4 Biến đổi sinh hoá trong thịt cá

Sau khi chết, nhiệt độ của tế bào động vật tăng lên rất nhiều Nhiệt toả ra lúc nàythậm chí còn cao hơn khi con vật còn sống Thịt động vật xảy ra các quá trình sinh hoámãnh liệt có liên quan đến sự chuyển hoá các chất cấu tạo tế bào Năng lượng toả rakhông được dùng thực hiện các chức năng sinh lý sẽ làm tăng nhiệt độ khối thịt Làmlạnh càng sớm và càng nhanh thì càng hạn chế được các quá trình không có lợi xảy ra.

III.Các phương pháp làm lạnh

Gồm làm lạnh tự nhiên và làm lạnh nhân tạo.

Làm lạnh nhân tạo là phương pháp dùng các tác nhân sinh học làm lạnh môitrường bảo quản hoặc làm lạnh, lạnh đông Những tác nhân đó là: nước đá, NH3, frion,CH2Cl, CO2, N lỏng, một số chất khí, hỗn hợp muối với nước đá, axit với nước đá, v.v Nguyên nhân sinh lạnh là do quá trình thu nhiệt khi nước đá nóng chảy khi các hỗnhợp nước đá với muối hoặc axit hoà tan, khi các chất lỏng NH3, frion, CH2Cl bay hơi,khi các chất khí dãn nở đoạn nhiệt,v.v

Dựa vào cách tiếp xúc giữa lạnh và sản phẩm có thể chia thành phương pháplàm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp

Làm lạnh trực tiếp là cách trộn lẫn tác nhân với sản phẩm ( ướp đá, nhúng N,CO2 lỏng)

Làm lạnh gián tiếp là phương pháp mà lạnh đi vào sản phẩm qua chất tải lạnh vàmôi trường truyền lạnh

Chế độ làm lạnh

Mỗi một loại nguyên liệu, sản phẩm có một chế độ làm lạnh riêng tùy thuộc vàođặc tính sinh hóa của chúng Làm lạnh đúng chế độ là yếu tố bảo đảm chất lượng sảnphẩm Bởi vậy khi làm lạnh cần chú ý điều chỉnh các thông số của chế độ làm lạnh lànhiệt độ, độ ẩm, tốc độ làm lạnh, thời gian làm lạnh , tốc độ không khí , v.v

Một số chế độ làm lạnh của Liên Xô Khi chưa cho sản phẩm vào:

tmt (Nhiệt độ môi trường) = - 2 + - 3°Cφ = 95 ÷ 98%

Khi cho nguyên liệu (SF) vào:

tmt = -1 Φ - 1 ÷ 0°C℃ - 1 ÷ 0°Cφ = 90 ÷ 92%

B QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG1.Khái niệm

Là quá trình làm giảm nhiệt độ của thực phẩm dưới nhiệt độ của điểm đóng băngđể nước bên trong thực phẩm chuyển pha từ thể lỏng sang thể rắn, làm mất môi trườngsông của vi sinh vật, làm mất môi trường nước thể lỏng, ngưng các quá trình sinh hóa,ngừng quá trình trao đổi chất (nếu có), kéo dài thời gian sử dụng, phục vụ cho thương mai,xuất khẩu & tiêu dùng.

2 Các biến đổi thực phẩm trong quá trình lạnh đông

Sự kết tinh ẩm trong thực phẩm: thường xảy ra khi lạnh đông làm giảm nhiệt độcủa chúng xuống dưới điểm kết tinh (Tkt), quá trình này làm biến đổi về mặt vật lý, về mặthóa học và về mặt vi sinh vật của sản phẩm thực phẩm, đây là đặc tính quan trọng trongcông nghệ lạnh đông dùng để bảo quản hoặc để sấy thăng hoa.

a Biến đổi vật lý

Là do giảm nhiệt độ dưới Tkt sẽ làm thay đổi trạng thái pha của ẩm từ thể lỏngsang thể rắn, làm thay đổi các đặc tính lưu biến của thực phẩm (độ dẻo, độ dòn, độ dai,…), làm thay đổi các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm như khối lượng riêng, nhiệtdung riêng, hệ số dẫn nhiệt, , ảnh hưởng đến các quá trình truyền nhiệt lạnh đông dùngtrong bảo quản cũng như truyền nhiệt tách ẩm trong điều kiện sấy thăng hoa.

b Biến đổi hóa học

Là do ẩm kết tinh tách ra khỏi dung dịch trong nội tế bào hay tách ra khỏi liên kết(cơ, lý hóa, ) với cấu trúc hữu cơ của tế bào, của thực phẩm, sẽ làm thay đổi cấu trúcprotein, cấu trúc enzyme, cấu trúc tế bào, làm ngừng các phản ứng sinh hóa xảy ra, ảnhhưởng đến khả năng hút nước và giữ nước của sản phẩm Sự thay đổi này phụ thuộc nhiềuvào kích thước của các tinh thể đá tạo thành trong sản phẩm.

c Biến đổi vi sinh vật

Với công nghệ lạnh đông dùng để bảo quản yêu cầu ẩm trong tôm sú kết tinh trên86%, khi đó làm mất môi trường sống của vi sinh vật, đồng thời ẩm trong vi sinh vật cũngbị kết tinh, khi nước kết tinh thì thể tích của nó tăng lên khoảng (5-10)%, thể tích nước đátăng làm phá vỡ cấu trúc vi sinh vật, làm vi sinh vật bị giết chết Vì thế, sản phẩm lạnhđông sẽ kéo dài được thời gian bảo quản.

Nói chung, khi nhiệt độ xuống thấp sẽ ức chế, kìm hãm hoạt động của enzymetrong bản thân thực phẩm và vi sinh vật, làm giảm các hoạt động sống của tế bào, do đólàm chậm lại hoặc chấm dứt các quá trình biến đổi gây ra hư hỏng, ươn thối Nếu cứ giảm100C thì tốc độ phản ứng hoá sinh giảm xuống còn từ 1/2 đến 1/3, bên cạnh đó vi sinh vậtđều ngừng hoạt động trong khoảng (-10 ÷ Tkt)0C, các loại nấm mốc chịu đựng lạnh tốthơn khoảng (-15 ÷ -12)0C và nước ở trạng thái lỏng ít nhất 15% Tuy nhiên, một số loạithực phẩm khi hạ nhiệt độ xuống (-22 ÷ -16)0C thì nước trong thực phẩm ở trạng thái lỏnglà 14% & 86% nước đã kết tinh & đa số vi sinh vật chết & ngừng hoạt động Vì vậy, nhiệtđộ bảo quản thực phẩm tốt nhất từ (-22 ÷ -16)0C hoặc bé hơn trở xuống mới làm cho hầuhết vi sinh vật và nấm mốc ngừng hoạt động hoàn toàn.

3 Sự kết tinh của nước trong thực phẩm khi lạnh đông

Khi hạ nhiệt độ thực phẩm xuống điểm kết tinh (Tkt), quá trình làm lạnh đông sẽlàm nhiệt độ bên ngoài giảm xuống trước, ở tâm thực phẩm giảm xuống sau, các mầm tinhthể sẽ bắt đầu xuất hiện ở bên ngoài và ở các khoảng trống giữa các tế bào (gian bào làkhông gian bên ngoài giữa các tế bào) trước để chuẩn bị cho quá trình kết tinh xảy ra Khinhiệt độ thực phẩm hạ thấp dưới điểm kết tinh thì đa số nước ở bề mặt và ở các gian bàokết tinh trước, khi nước kết tinh nó tách ra khỏi dung dịch ở gian bào làm cho nồng độ chấttan ở gian bào tăng Khi nồng độ ở gian bào tăng lớn hơn nồng độ chất tan trong tế bào,lúc đó nước sẽ dịch chuyển từ bên trong tế bào ra ngoài tế bào dưới tác dụng của áp suấtthẩm thấu để thực hiện quá trình kết tinh Tuy nhiên, quá trình này ít xảy ra vì tốc độ lạnhđông lớn hơn tốc độ tăng nồng độ, có nghĩa khi nồng độ ngoài gian bào tăng thì nhiệt độbên trong tế bào cũng đã hạ xuống dưới điểm đóng băng, nên nước chưa kịp dịch chuyểnra thì đã bị đóng băng rồi Quá trình đóng băng sẽ làm thay đổi nhiệt độ kết tinh, vì khiđóng băng nước tách ra khỏi dung dịch làm nồng độ chất tan tăng, dẫn đến nhiệt độ kếttinh giảm (định luật Raoult).

4 Tốc độ lạnh đông ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩma Khi lạnh đông chậm

Là do nhiệt độ môi trường lạnh đông giảm xuống chậm và rất chậm, đạt tới -35oCđến -30oC trong khoảng thời gian (4-6)h, tốc độ giảm nhiệt độ đạt tới nhiệt độ kết tinh(Tkt) tính theo bề dày của sản phẩm khoảng (0,2 – 0,5)cm/h, các mầm tinh thể nước đáhình thành từ từ, chúng đủ thời gian để lôi kéo & kết hợp lại với nhau trong môi trường dithể để tạo thành các mầm tinh thể có kích thước lớn hơn, làm giảm diện tích bề mặt, giảmnăng lượng của hệ, đưa hệ đến trạng thái cân bằng bền Khi đó, các tinh thể nước đá tạothành có kích thước lớn, sẽ làm rách màng tế bào, phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo ra các lỗ ởmàng tế bào lớn dễ thoát ẩm Khi tan giá để sử dụng thì thành phần dinh dưỡng ở dịch bảobị lôi cuốn theo nước đá tan chảy, chảy ra ngoài làm giảm chất lượng sản phẩm Khi nướcđá thăng hoa chuyển pha từ rắn sang hơi lôi cuốn theo thành phần dinh dưỡng trong dịchbào dễ bay hơi theo, làm chất lượng sản phẩm giảm Bên cạnh đó cấu trúc protein (donước tách ra để kết tinh) của sản phẩm, dẫn đến biến tính protein Như vậy, nó sẽ ảnhhưởng đến khả năng hút nước và giữ nước sau này của protein làm thay đổi một số tínhchất sinh hóa quan trọng của sản phẩm, làm giảm chất lượng của sản phẩm Tuy nhiên, lỗtế bào lớn do rách sẽ làm giảm áp suất thẩm thấu của tế bào, làm tăng khả năng thoát ẩm,có thể rút ngắn được thời gian sấy thăng hoa.

(1) – Đường lạnh đông chậm & rất chậm; (2) – Đường lạnh đông nhanh; (3) – Đườnglạnh đông cực nhanh (siêu nhanh hay tức thời)

b Khi lạnh đông nhanh hoặc siêu nhanh (cực nhanh)

Nhiệt độ môi trường lạnh đông sản phẩm giảm rất nhanh dưới 45oC hoặc dưới 50oC trong vòng (5 – 10)phút, tốc độ giảm nhiệt độ đạt tới nhiệt độ kết tinh (Tkt) tính theobề dày của sản phẩm đối với lạnh đông nhanh khoảng (1,5 – 3,0)cm/h, khi đó nhiệt độ sảnphẩm giảm nhanh & rất nhanh, đối với lạnh đông siêu nhanh khoảng (3,0 – 5,0)cm/h, vớitốc độ này thì các mầm tinh thể tạo thành đồng loạt, đồng thời không còn môi trường dithể để lôi kéo, kết hợp Như vậy, không thể tạo được mầm tinh thể lớn Kết quả, ẩm trongsản phẩm sẽ kết tinh đồng loạt tại chỗ (dạng vô định hình), các tinh thể nước đá tạo thànhcó kích thước nhỏ & rất nhỏ, không làm phá vỡ tế bào, không làm rách màng tế bào,không phá vỡ cấu trúc protein, làm cấu trúc sản phẩm ổn định, các tính chất sinh hóa củasản phẩm được bảo toàn Khi tan giá để sử dụng các dịch bào không bị lôi cuốn theo nướcđá tan chảy ra ngoài, vì thế chất lượng sản phẩm được bảo toàn Khi sử dụng để sấy thănghoa khả năng thoát ẩm chậm, có thể kéo dài thời gian sấy Có thể thấy rằng, quá trình lạnhđông thực phẩm được tiến hành càng nhanh càng tốt ở môi trường có nhiệt độ âm sâu(dưới -500C), nhưng khi đó dễ xảy ra hiện tượng cháy lạnh ở bề mặt của sản phẩm, dẫnđến sản phẩm bị biến tính khó hoàn nguyên trở lại trạng thái ban đầu, làm giảm chất lượng