Cách đây khoảng 2000 năm người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết trộn muối vào nước hoặc tuyết để tạo nhiệt độ thấp hơn. Nhưng kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu phải kể từ khi giáo sư Black tìm ra ẩn nhiệt hóa hơi và ẩn nhiệt nóng chảy vào năm 1761 1764. Ở cuối thế kỷ XVIII từ phát hiện đầu tiên là trong điều kiện chân không nước bay hơi ở nhiệt độ thấp. Vào năm 1834 bác sĩ Perkins (Anh) xây dựng được máy lạnh đầu tiên với tác nhân lạnh là ete etylen làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển. Cuối thế kỷ XIX có hàng loạt các phát minh ra máy lạnh với những tác nhân có áp suất trong chu trình kín cao hơn áp suất khí quyển: + Năm 1871 Tellier xây dựng máy lạnh với tác nhân ete metylen. + Năm 1872 Boil phát minh nguyên lý máy lạnh NH3. + Năm 1874 kỹ sư Linde (Đức) đã thiết kế được máy lạnh NH3, lúc này việc chế tạo máy lạnh nén hơi mới thực sự phát triển rộng rãi trong hầu hết các ngành kinh tế. Mốc quan trọng trong kỹ thuật lạnh là việc sản xuất và ứng dụng các freon ở Mỹ vào năm 1930. Ngày nay kỹ thuật hiện đại đang đi vào những đỉnh cao của khoa học kỹ thuật hiện đại. Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày nay được mở rộng rất nhiều và kỹ thuật đang tiến dần đến nhiệt độ không tuyệt đối. Riêng kỹ thuật lạnh là nhu cầu thiết yếu để phát triển công nghiệp thực phẩm: “Lạnh cần cho công nghiệp thực phẩm như điện và hơi nước cần cho công nghiệp nặng vậy. Điện và hơi nước đã đẩy công nghiệp nặng tiến tới, thì lạnh sẽ làm cho công nghiệp thực phẩm phát triển vượt bậc (Micoiang 1935).
MỤC LỤC i CHƯƠNG I MỞ ĐẦU I Lịch sử phát triển ngành lạnh Con người biết làm lạnh sử dụng lạnh cách lâu: * Các tranh vẽ tường kim tự tháp Ai Cập cách khoảng 2500 năm mô tả cảnh nơ lệ quạt bình gốm xốp cho nước bay để làm mát khơng khí * Cách khoảng 2000 năm người Ấn Độ Trung Quốc biết trộn muối vào nước tuyết để tạo nhiệt độ thấp * Nhưng kỹ thuật lạnh đại bắt đầu phải kể từ giáo sư Black tìm ẩn nhiệt hóa ẩn nhiệt nóng chảy vào năm 1761 - 1764 * Ở cuối kỷ XVIII từ phát điều kiện chân không nước bay nhiệt độ thấp Vào năm 1834 bác sĩ Perkins (Anh) xây dựng máy lạnh với tác nhân lạnh ete etylen làm việc áp suất thấp áp suất khí * Cuối kỷ XIX có hàng loạt phát minh máy lạnh với tác nhân có áp suất chu trình kín cao áp suất khí quyển: + Năm 1871 Tellier xây dựng máy lạnh với tác nhân ete metylen + Năm 1872 Boil phát minh nguyên lý máy lạnh NH3 + Năm 1874 kỹ sư Linde (Đức) thiết kế máy lạnh NH3, lúc việc chế tạo máy lạnh nén thực phát triển rộng rãi hầu hết ngành kinh tế * Mốc quan trọng kỹ thuật lạnh việc sản xuất ứng dụng freon Mỹ vào năm 1930 Ngày kỹ thuật đại vào đỉnh cao khoa học kỹ thuật đại Phạm vi nhiệt độ kỹ thuật lạnh ngày mở rộng nhiều kỹ thuật tiến dần đến nhiệt độ không tuyệt đối Riêng kỹ thuật lạnh nhu cầu thiết yếu để phát triển công nghiệp thực phẩm: “Lạnh cần cho công nghiệp thực phẩm điện nước cần cho công nghiệp nặng Điện nước đẩy cơng nghiệp nặng tiến tới, lạnh làm cho công nghiệp thực phẩm phát triển vượt bậc (Micoiang - 1935) II Ý nghĩa kinh tế kỹ thuật lạnh Ứng dụng lạnh bảo quản thực phẩm Theo số thống kê khoảng 80% cơng suất lạnh sử dụng công nghiệp thực phẩm chế biến thịt cá, rau quả, công nghiệp thủy hải sản kho lạnh bảo quản, kho lạnh chế biến phân phối, máy lạnh thương nghiệp, đến tủ lạnh gia đình, nhà máy sản xuất nước đá, máy lạnh lắp đặt tàu thủy phương tiện vận chuyển, kể ngành công nghiệp rượu bia, nước giải khát, nước hoa quả, công nghiệp sữa, sản xuất aga - aga Sấy thăng hoa Sấy thăng hoa phương pháp sấy đại không làm giảm lượng vật sấy lúc vật làm lạnh đông -20oC sấy cách hút chân khơng Vì giá thành cao ứng dụng cho sản phẩm quý dược liệu từ hoa, cây, sản phẩm y dược dễ biến đổi chất lượng tác động nhiệt độ máu, thuốc tiêm, hc mơn Cơng nghiệp hóa chất * Ứng dụng quan trọng hóa lỏng khí như: Clo, NH3, CO2, HCl, khí đốt, khí sinh học * Nhờ kỹ thuật lạnh nên chủ động điều khiển tốc độ phản ứng hóa học * Ứng dụng kỹ nghệ sản xuất vải, sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh Điều tiết khơng khí * Ngày tách rời kỹ thuật điều tiết khơng khí với ngành khí xác, kỹ thuật điện tử, vi điện tử, máy vi tính, kỹ thuật quang học * Điều tiết khơng khí đóng vai trò quan trọng ngành cơng nghiệp nhẹ nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm công nghiệp dệt, vải, sợi, thuốc * Trong công nghiệp chăn nuôi điều tiết để đạt tốc độ tăng trọng cao * Điều tiết khơng khí cơng nghiệp dân dụng nhằm tạo điều kiện cho người để sống làm việc Siêu dẫn Năm 1911 nhà Vật lý Kamerlingh (Hà Lan) phát giảm đến nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhẩy), điện trở biến kim loại trở thành siêu dẫn Ứng dụng tượng để tạo nam châm cực mạnh máy gia tốc nhà máy điện nguyên tử, nhiệt hạch, đệm từ cho tàu hỏa cao tốc Sinh học Cryô Kỹ thuật lạnh thâm độ (còn gọi kỹ thuật cr) với nhiệt độ -80 – 196oC ứng dụng việc lai tạo giống, bảo quản tinh đông Thể dục thể thao Tạo sân trượt băng, đường đua trượt băng trượt tuyết nhân tạo cho đại hội thể thao nhiệt độ khơng khí cao Các ứng dụng khác * Trong hàng không du hành vũ trụ: tạo nhiệt độ thấp để kiểm tra máy móc làm việc điều kiện tương tự * Trong khai thác mỏ, khí, y dược III Kỹ thuật lạnh Việt Nam Kỹ thuật lạnh ngày đóng vai trò quan trọng việc phát triển kinh tế nước ta, thực vật kỹ thuật xâm nhập vào 60 ngành kinh tế, đặc biệt vào ngành chế biến thực phẩm, hải sản xuất khẩu, cơng nghiệp nhẹ, điều hòa khơng khí Nhưng nhược điểm chủ yếu ngành lạnh nước ta nhỏ bé non yếu lạc hậu Nước ta chế tạo loại máy NH3 loại nhỏ, chưa chế tạo loại máy nén thiết bị cỡ lớn, loại máy lạnh freon, thiết bị tự động Và đặc điểm quan trọng khác ngành lạnh ta bị tản mạn phân tán, khơng có quan trung ương chủ trì nên khơng đầu tư phát triển mức Các đơn vị sử dụng lạnh thường trang bị tự phát nên nhiều gây lãng phí CHƯƠNG CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH I Các khái niệm đại lượng Nhiệt Theo định nghĩa thông thường, nhiệt đồng nghĩa với nóng Đó cảm giác mà giác quan người nhận biết Nhiệt xem dạng lượng, dạng biểu lượng trình truyền biến đổi Lạnh Lạnh cảm giác người khơng có hay bị nhiệt hồn tồn hay phần Hay nói cách khác, lạnh trạng thái vật chất nhiệt độ thấp nhiệt độ mơi trường xung quanh mà ta cảm nhận điều kiện bình thường khí Người ta quy định lấy 20oC ranh giới nóng lạnh Có mức độ lạnh 200C > T0C > Tdb : lạnh thường Tdb > T0C > -100oC: lạnh đông -1000C > T0C > -273oC : lạnh thâm độ Nhiệt độ đơn vị nhiệt độ a Nhiệt độ Là mức độ nóng hay lạnh vật Nó đặc trùn cho tác động lượng mạnh hay yếu nhiệt lên giác quan người Nhiệt độ cho phép nói vật nóng nhiều hay vật khác b Đơn vị nhiệt độ Thang nhiệt độ Celsius (ký hiệu oC): sử dụng phổ Điểm 0C xác định nhiệt độ đóng băng 100 oC nhiệt độ sơi nước tinh khiết áp suất khí Độ Celsius 1/100 nhiệt độ điểm đóng băng điểm sơi nước tinh khiết, 0C gọi thang nhiệt độ bách phân Thang nhiệt độ Kelvin (ký hiệu K): đơn vị đo nhiệt độ hệ đơn vị quốc tế SI Thang nhiệt độ Kelvin gọi thang nhiệt độ tuyệt đối hay thang nhiệt độ động học Người ta xác định -273,15 oC vật nguội lạnh, khơng có nhiệt Nhiệt độ lấy độ tuyệt đối (0 K) Quan hệ thang có dạng: T(K) = 0C + 273,15 Thang nhiệt độ Fahrenheit (ký hiệu 0F): thang nhiệt độ sử dụng hệ đơn vị Anh, Mỹ Thang nhiệt độ xác định sở điểm đóng băng nước 32 0F điểm sơi 212oF o F = 1,8oC + 32 Thang nhiệt độ Rankin (ký hiệu oR): sử dụng hệ dơn vị Anh Mỹ o R = oF + 460 Áp suất a Khái niệm Áp suất lực tác dụng phân tử chất khí lên đơn vị diện tích bình chứa nó, tác động phương Áp suất khí quyển: áp suất khơng khí bao quanh trái đất tác dụng lên vật Áp suất khí tính mức bề mặt khí quyển, áp suất cột thủy ngân cao 760 mm Áp suất tương đối: thông thường dùng áp kế để đo áp suất bình, bên ngồi áp kế khơng khí Vậy giá trị ghi áp kế chênh lệch áp suất bình khơng khí Áp suất áp suất tương đối Áp suất tuyệt đối: tính từ giá trị (chân khơng tuyệt đối) Áp suất tuyệt đối có giá trị tổng áp suất khí áp suất tương đối Áp suất chân không: khái niệm áp suất nhỏ áp suất khí (nhưng phía áp suất giảm) b Đơn vị đo áp suất Pascal đơn vị đo thống theo hệ SI, viết tắt Pa Pa áp suất thực lực tác dụng Newton phân bố lên diện tích m2 (1 Pa = N/m2) MPa = 106 Pa bar = 105 Pa KPa = 103 Pa at = kg/cm2 atm = 760 mmHg = 1,033 kg/cm2 Nhiệt lượng a Khái niệm chung Trong kỹ thuật ta cần phải tính nhiệt lượng q trình nhiệt độ thay đổi Để hiểu rõ khảo sát thí nghiệm toC C lỏng - 100 A B -40 Lấy khối lượng nước đá có nhiệt độ ban đầu -40 oC, dùng đèn để nung nhiệt kế để khảo sát thay đổi nhiệt độ theo thời gian Thời gian đầu nhiệt độ khối nước đá tăng nhanh từ -40 oC đến 0oC (đoạn OA), giữ nhiệt độ 0oC thời gian lâu (AB) giai đoạn nước đá tan chảy oC Ở điểm B nước đá hoàn toàn biến thành thể lỏng nhiệt độ bắt đầu tăng đến 100 oC (BC) Sau nhiệt độ giữ 100oC, nước đá bắt đầu bốc đến giọt cuối (CD) b Nhiệt Ứng với đoạn OA BC, nhiệt lượng mà khối nước nhận vào để thay đổi nhiệt độ mà khơng thay đổi trạng thái nhiệt gọi nhiệt Nhiệt hấp thu nhiệt dạng biểu qua nâng cao nhiệt độ vật nhận nhiệt ngược lại vật tỏa nhiệt nhiệt độ giảm Nhiệt nhận vào hay thải không làm thay đổi trạng thái vật lý vật Công thức tính: Q = mCp∆T = mCp(t2 – t1) Trong : Q : nhiệt (KJ) m : khối lượng (kg) t1, t2 : nhiệt độ đầu cuối (0C) Với nước áp suất 0,98 bar mOA (thể rắn) = 2,09 KJ/kg mBC (thể lỏng) = 4,18 KJ/kg c Nhiệt ẩn Ứng với đoạn AB, CD khối nước nhận nhiệt lượng để tan chảy, bốc nhiệt độ không thay đổi 100 oC Phần nhiệt lượng mà khối nước nhận vào để thay đổi trạng thái mà không thay đổi nhiệt độ gọi nhiệt ẩn Nhiệt ẩn hấp thu hay thải nhiệt vật dạng đặc trưng nhiệt độ không đổi thay đổi trạng thái vật lý (bay sôi, ngưng tụ, kết đông, chảy lỏng, thăng hoa ) Cơng thức tính : QH = m.r Trong : QH : nhiệt ẩn (KJ) m : khối lượng (kg) r : ẩn nhiệt (KJ/kg) Với nước áp suất 0,98 bar rAB (tan chảy, đông đặc) = 333,6 KJ/kg rCD (bốc hơi, ngưng tụ) = 2257 KJ/kg Lưu ý: nhiệt bốc có vai trò quan trọng hệ thống lạnh nhiệt lượng làm lạnh phần lớn ẩn nhiệt bốc môi chất tạo nên d Đơn vị đo nhiệt lượng Joule (J): cơng sinh có lực Newton thực quãng đường 1m Kilocalo (Kcal) nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ 1kg nước lên oC áp suất khí BTU nhiệt lượng cần thiết để pound nước thay đổi 1oF (đơn vị Anh Mỹ) 1KJ = 1000J Kcal = 4186,8 J = 4,1868 KJ pound = 0,453 kg BTU = 1054,35 J Enthalpy Enthalpy thông số trạng thái môi chất, lượng tồn phần mơi chất hệ thống hở xác định trạng thái nhiệt động môi chất Trong hệ thống hở, khơng phải tồn lượng mà môi chất nhận vào để làm tăng nội mà dùng phần để sinh cơng Ký hiệu: H (J) h (KJ/Kg) Entropy Entropy thông số trạng thái môi chất, đặc trưng cho chiều trao đổi nhiệt môi chất môi trường bên Ký hiệu: s (KJ/kgK) Sự biến đổi trạng thái vật chất Chảy lỏng Rắn Hóa Lỏng Kết đông Hơi Ngưng tụ Thăng hoa Trạng thái chất (thể rắn, lỏng hơi) phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài: nhiệt độ áp suất Khi điều kiện thay đổi vật thể chuyển sang trạng thái khác, biến đổi từ trạng thái sang trạng thái khác vật thể đồng gọi biến đổi pha biến đổi diễn hiệt độ không đổi phụ thuộc vào điều kiện biến đổi tính chất vật lý chất có kèm theo tỏa nhiệt hấp thu lượng nhiệt cần thiết để làm thay đổi mối liên kết phân tử Ở điều kiện bình thường, thấy vật chất biến đổi từ trạng thái rắn đến lỏng đến nhiệt độ tăng dần, nguyên tắc làm việc hệ thống lạnh chủ yếu dựa vào biến đổi pha từ lỏng sang ngược lại Ở áp suất khí quyển, cấp nhiệt để nước đạt 100 oC biến thành mãnh liệt bọt khí xuất nước tượng gọi bốc Nhiệt độ bốc gọi nhiệt độ bão hòa, áp suất bốc gọi áp suất bão hòa Hơi q nhiệt: mơi chất có nhiệt độ cao nhiệt độ bão hòa (ở áp suất) Lỏng q lạnh: mơi chất lỏng có nhiệt độ thấp nhiệt độ bão hòa (ở áp suất) Nhiệt độ tới hạn: hóa lỏng mơi chất phương pháp nén phải tiến hành thấp nhiệt độ đó, mơi chất có nhiệt độ lớn giới hạn khơng thể hóa lỏng mơi chất dù có nén đến áp suất cực lớn, nhiệt độ gọi nhiệt độ tới hạn Trạng thái Nước Môi chất 12 Tan chảy 0oC -155oC Sôi PA = 0,5 kg/cm2 80oC -46oC Sôi Pkq = 1,003 kg/cm2 100oC -29,8oC Sôi PA = kg/cm2 151oC 15oC Quan sát bảng ta thấy: Ở áp suất khí ta phải cung cấp nhiệt độ cho nước (nước nhận nhiệt lượng) để đạt 1000C bốc Trong môi chất 12 nhận nhiệt từ môi trường bốc -29,80C Nếu môi chất bốc phòng cách nhiệt nhiệt độ phòng có khuynh hướng giảm đến -29,8oC (đây tượng xảy thiết bị bốc hệ thống lạnh) Nếu muốn điều chỉnh nhiệt độ bốc hơi, điều chỉnh áp suất tương ứng Trong hệ thống lạnh, áp suất bốc trì nhờ vào máy nén kết hợp với hệ thống tiết lưu P bảo hòa Bảo hòa (lỏng + hơi) Lỏng lạnh Nói cách khác đường bão hòa xác định điều kiện suất nhiệt độ mà Lỏng quááplạnh thể lỏng thể trạng thái cân t bảo hòa Đường bão hòa chia đồ thị làm miền, miền tương ứng với trạng thái vật chất Ứng với áp suất cho, nhiệt độ cao nhiệt độ biến đổi pha tồn pha hơi, đường bên phải đường bão hòa pha (hơi nhiệt) bên trái pha lỏng (lỏng lạnh) Các điểm nằm đường bão hòa hai trạng thái (lỏng hơi) Nếu vật chất nằm đường bão hòa mà thể lỏng ta gọi lỏng bão hòa, tồn thể gọi bão hòa P Pk PB lỏng Pk B t Xét hệ trạng tháit cân nhiệt tk pha: lỏng bão hòa Giới hạn B đồ thị P-t ứng với nhiệt độ tới hạn t k áp suất Pk Giới hạn điểm B ứng với điểm đông đặc vật chất Lúc hệ trạng thái cân nhiệt không hai pha trước mà pha: rắn, lỏng, Điểm B gọi điểm Ý nghĩa điểm 3: trao đổi nhiệt tăng tăng điện tích tiếp xúc đồng thời làm giảm hư hỏng cấu trúc thực phẩm hao phí nước đá tăng Vì vậy, tùy theo loại thực phẩm mà chọn kích thước nước đá thích hợp Nếu thực phẩm có cấu trúc mềm kích thước nước đá nhỏ thực phẩm có cấu trúc bề mặt vững tăng kích thước nước đá, nhiên không lớn đến 4cm Tỷ lệ nước đá thực phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu thực phẩm thời gian cần bảo quản Tuy nhiên, trình bảo quản VSV hoạt động nên số lượng VSV tăng đến mức định phải rửa thực phẩm để loại bỏ VSV CHƯƠNG LÝ THUYẾT LẠNH ĐÔNG VÀ BẢO QUẢN LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM I Sự khác làm lạnh lạnh đông Ở nêu vài điểm chủ yếu qúa trình làm lạnh đông khác với 35 làm lạnh thường: Trong làm lạnh đơng có đóng băng nước, ngăn cản hoạt động, phát triển VSV, hệ thống men thân sản phẩm Trong làm lạnh đơng sản phẩm có nhiệt độ thấp 00C (qui định t0 ≤ - 60C) nên kìm hãm qúa trình lý - sinh lý - sinh hóa - hố học sản phẩm Sản phẩm lạnh đơng cứng trắng sáng, có tỉ trọng nhẹ đi, (do đá tăng thể tích chừng 10%), có thay đổi tính nhiệt lý sản phẩm có thay đổi cấu trúc tế bảo sản phẩm II Sự q lạnh tác dụng q trình làm lạnh đông Hiện tượng lạnh tượng hạ nhiệt độ 00C mà nước sản phẩm, tế bào chưa đóng băng Sự chậm kết tinh nước chậm xuất tâm kết tinh lại phụ thuộc vào nồng độ phân tử dịch bào, nhiệt độ kích thước ống mao dẫn, phụ thuộc vào tính chất nhiệt lý cấu tạo hệ thống keo Protit - nước sản phẩm, phụ thuộc vào tốc độ hạ nhiệt độ môi trường làm lạnh Ở ta xét ảnh hưởng nhiệt độ thấp kích thước mao dẫn đến lạnh Trong mơi trường lỏng ln có chuyển động nhiệt (chuyển động Brao) chuyển động tương hỗ Ở nhiệt độ thấp chuyển động nhiệt giảm, mà tăng cường chuyển động tương hỗ (do tăng lực tác dụng tương hỗ) làm tăng cường khả kết hợp phân tử với Cho nên nhiệt độ mà hệ thống chuyển động cân theo phương trình lực Pkết hợp = Pđẩy + Pchuyển động nhiệt Thì xuất tâm kết tinh mạng lưới tinh thể Đối với nước nguyên chất pt cân 00C, dung dịch (đường, muối) có lực đẩy lớn (trong dung dịch có phần tử tích điện dấu) phương trình lực cân nhiệt độ < 00C Ống mao dẫn ảnh hưởng lớn đến lạnh ống mao dẫn có lực tác dụng lên phần tử chất lỏng: lực hút vào (nén) lực căng mặt Lực hút vào giảm dần từ bề mặt chất lỏng vào sâu mao dẫn, lực căng bề mặt ổn định lắp lòng bề mặt chất lỏng Ở lớp chất lỏng có cân lực hút lực căng làm cho phần tử ổn định, có khả tạo thành mạng lưới tinh thể kết tinh mao dẫn lớp lớp khơng có cân lớp tác dụng nên tạo miền tinh thể Ở lớp phần tử chịu nén ép mạnh nên mạng lưới tinh thể bị co lại, lớp lực hút vào bé nên mạng lưới tinh thể to ra, chất lỏng tăng thể tích 36 khơng sinh mầm kết tinh Ống mao dẫn bé Δt lạnh lớn (nhiệt độ lạnh thấp) Ví dụ ống φ = 1mm tql = -5 ÷ -6 φ = 0,2 ÷ 0,3mm tql = -15 ÷ -180C Qua thí nghiệm người ta thấy tql thấp tạo thành mầm tinh thể có chậm, tạo tạo cách nhanh chóng, loạt nhiều vơ kể, lúc kích thước tinh thể tạo thành bé Và tql thấp đến mức chất lỏng không tạo tinh thể, tạo chất rắn vơ định hình (dạng thủy tinh thể) (ở tql < - 800C) Trong thực phẩm độ lạnh thường không lớn lắm, nước dịch từ thịt gia súc, cá, chim tql ≈ -50C, sữa -60C, trứng tới -110C Nhiều cơng trình nghiên cứu cho biết t0 > -300C kích thước tinh thể phát triển bình thường lớn dần chiều dài chiều ngang, t0 < -300C kích thước tinh thể đá phát triển theo chiều dài trở thành sợi bao bọc xung quanh tế bào, lúc tinh thể đá không phá huỷ cấu trúc mô tế bào sản phẩm mà bảo vệ cho tế bào nguyên vẹn Trong công nghiệp lạnh đông thực phẩm, để tăng Δtql, người ta thường dùng biện pháp tăng nồng độ phân tử sản phẩm biện pháp định vào có hiệu Tăng nồng độ phân tử đường tới thiên nhiên tức để rau, quả, nguyên liệu đạt độ chín kỹ thuật để có qúa trình chuyển hóa : Protein → pectin Gluxit → đường → đường khử Prôtit → peptit Tăng nồng độ phân tử đường lối nhân tạo tẩm muối, tẩm đường, tẩm dung dịch, sinh tố, tẩm chất chống oxy hóa vừa hạ thấp tql, vừa tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị thương phẩm khả bảo quản Còn kỹ thuật sản xuất đá ngược lại tìm biện pháp để nhanh chóng sinh mầm tinh thể, hiệu dòng sóng siêu âm, kích thước cộng hưởng chuyển động kết hợp tương hỗ phân tử để chúng dễ tạo thành mạng lưới tinh thể, kết tinh nhanh, rút ngắn thời gian sản xuất đá, tăng suất thiết bị, giảm giá thành sản phẩm Sau đạt tql tinh thể đá xuất đồng loạt, toả nhiều ẩn nhiệt đóng băng, làm tăng nhiệt độ sản phẩm Điểm cao biểu đồ gọi điểm đông đặc sản phẩm nhiệt độ lúc để hoàn thành qúa trình đóng băng tiếp tục giảm nồng độ (khi phần chủ yếu nước - nước tự liên kết yếu – đóng băng) III Lượng nước đóng băng 37 Khi hạ thấp nhiệt độ thực phẩm xuống nhiệt độ đóng băng dịch bào có lượng nước chuyển thành nước đá, làm thay đổi nồng độ chất hòa tan dịch thực phẩm, nhiệt độ đóng băng phần dịch bào lại tiếp tục hạ thấp Ta nghiên cứu dung dịch gồm thành phần nước chất hòa tan Khi có nước (0% chất hòa tan) nhiệt độ đóng băng = 00C tăng nồng độ chất hòa tan nhiệt độ đóng băng giảm nồng độ định ?? tạo tinh thể nhiệt độ đóng băng ứng với nồng độ Tiếp tục hạ nhiệt độ đến lúc toàn dung dịch biến thành thể rắn (toàn lượng nước dung dịch bị đóng băng) nhiệt độ ứng lúc gọi nhiệt độ ơtecti (t0e) Độ giảm nhiệt độ cuả dung dịch phụ thuộc vào lượng chất hòa tan dung dịch xác định công thức Rao : θ = ε.c ε - Hằng số, phụ thuộc vào dung dịch c - Nồng độ phân tử dung dịch Đối với dung dịch thực phẩm dịch gồm nhiều thành phần : Vô hữu cơ, Nhưng áp dụng cơng thức dịch gồm thành phần Lượng nước đóng ω tỉ số lượng nước đá tồn lượng nước có thực phẩm : ω= Gđ Gđ − Gω Trong : Gđ - Lượng nước đóng băng Gω - Lượng nước chưa đóng băng Đối với dung dịch khơng phân ly lượng nước kết tinh tính theo định luật Raoult: ω = 1− Ght 1860 ⋅ G − Ght M t Với : G - Khối lượng dung dịch [kg] Ght - Khối lượng chất hòa tan Mt - Phần tử lượng chất hồ tan t - Nhiệt độ dung dịch lúc tính [0C, lấy giá trị tuyệt đối] 38 IV Các yếu tố ảnh hưởng đến kết tinh nước thực phẩm Nồng độ chất tan Các chất tan thực phẩm gồm muối vô cơ, hữu cơ, đường chất tan khác Chúng ln có liên kết nước tạo dung dịch keo Chính chất gây cản trở kết tinh nước Nước muốn kết tinh phải thoát khỏi kết hợp nồng độ chất tan lớn nhiều so với ban đầu nhiệt kết tinh giãm đáng kể Độ giảm nhiệt kết tinh nước phụ thuộc vào nồng độ chất tan ∆t = -1,84.n Trong đó: n: nồng độ phân tử gam chất tan ∆t: độ giảm nhiệt độ Nhiệt kết tinh giảm tốt, nhiệt độ kết tinh giảm khi số lượng mầm tinh thể tạo nhiều làm cho kích thước nhỏ Các tinh thể nước đá có kích thước ngang nhỏ kích thước dài tăng lên giản nở thể tích tác động tế bào thực phẩm giảm Kích thước ngang phân tử nước đá phân chia Kích thước Hình dạng Chế độ nhiệt độ 0.2 đến 0.6(mm) Tinh thể lớn không đồng t = -1 đến 5oC 0.1 đến 0.2(mm) Tinh thể trung bình đồng t = -10 đến -20oC 0.01 đến 0.1(mm) Tinh thể nhỏ t = < -20oC Tốc độ làm đông Tốc độ làm đông đánh giá tốc độ kết tinh nước Tinh thể nước đá hình thành thực phẩm theo cấu trúc từ bên tiến dần vào bên thực phẩm Do tốc độ tạo thành trạng thái nước đá tương ứng với tốc độ chuyển dịch vị trí kết tinh nước Người ta phân biệt làm đông chậm, làm đông nhanh cực nhanh theo tốc độ kết tinh: v