QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH, LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM

CHƯƠNG Q TRÌNH LÀM LẠNH, LẠNH ĐƠNG THỰC PHẨM Khái niệm: Quá trình làm lạnh trình hạ nhiệt độ sản phẩm xuống nhiệt độ thấp nhiệt độ môi trường Gồm giai đoạn: - Làm lạnh, lạnh đông: Hạ nhiệt độ thực phẩm xuống nhiệt độ mong muốn - Bảo quản lạnh, lạnh đông: Giữ thực phẩm làm lạnh, lạnh đông điều kiện thích hợp (nhiệt độ, độ ẩm tương đối, lưu thơng khí) GIỚI THIỆU Mục đích: - Kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm - Chế biến sản phẩm: + Trong sản xuất kem + Kết tinh sản xuất bơ, margarine, sô cô la… + Kết hợp với trình lên men sản xuất mát, rượu vang, bia,… GIỚI THIỆU Phân loại trình lạnh: - Lạnh thường (lạnh): Nhiệt độ nằm khoảng +18°C đến nhiệt độ đóng băng thực phẩm (+18°C > T > Tđóng băng ) - Lạnh đơng: T đóng băng > T > -100°C; lạnh đơng sâu: T ≤ - 18°C Ngồi cịn có: - Lạnh thâm độ: -100°C > T > -200°C - Lạnh tuyệt đối (lạnh Cryo): -200°C > T > -272,999985°C LÀM LẠNH VÀ BẢO QUẢN LẠNH THỰC PHẨM THỰC PHẨM TƯƠI SỐNG (Fresh Foods): Làm lạnh có tác dụng: - Làm giảm tốc độ trình biến đổi enzyme vi sinh vật - Hạn chế q trình hơ hấp nơng sản Các yếu tố ảnh hưởng tới thời hạn bảo quản nông sản bảo quản lạnh: - Loại thực phẩm giống - Bộ phận nông sản thu hoạch (rễ, củ, chồi, lá) - Điều kiện nông sản thời điểm thu hoạch (ví dụ bị tổn thương học, nhiễm vi sinh vật độ già thu hái) - Nhiệt độ thu hoạch, bảo quản, phân phối - Độ ẩm tương đối phòng bảo quản (liên quan đến nước) LÀM LẠNH VÀ BẢO QUẢN LẠNH THỰC PHẨM THỰC PHẨM TƯƠI SỐNG (Fresh Foods): Bảng 6.1 Các điều kiện bảo quản tối ưu cho số rau Thực phẩm Quả mơ Chuối Súp lơ xanh Cà rốt Dưa chuột Chanh Nấm Đào Khoai tây Cà chua Dưa hấu Nhiệt độ (°C) -0,5 – 11 – 15,5 0 10 – 15 10 – 14 -0,5 – – 10 – 10 - 10 Độ ẩm tương đối (%) 90 85 -95 95 98 -100 90 -95 85 -90 90 90 90 – 95 85 -90 80 -90 Thời hạn bảo quản (ngày) -14 – 10 10 – 14 28 -42 10 -14 30 -180 3–4 14 -30 150 – 240 4–7 14 - 20 LÀM LẠNH VÀ BẢO QUẢN LẠNH THỰC PHẨM THỰC PHẨM TƯƠI SỐNG (Fresh Foods): Để làm lạnh thực phẩm tươi sống cần loại bỏ lượng nhiệt gồm: - Nhiệt (sensible heat) (lượng nhiệt làm tăng hay giảm nhiệt độ thực phẩm) - Nhiệt hô hấp: 𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 6𝑂2 → 6𝐶𝑂2 + 6𝐻2 𝑂 + 2,835 × 10−6 𝐽 𝐶 𝐻 𝑂 𝑘𝑚𝑜𝑙 12 6 LÀM LẠNH VÀ BẢO QUẢN LẠNH THỰC PHẨM THỰC PHẨM TƯƠI SỐNG (Fresh Foods): Bảng 6.2 Nhiệt tạo hô hấp số thực phẩm Thực phẩm Táo Chuối Cà rốt Cam Khoai tây Cà chua Nhiệt (W/tấn) hô hấp nhiệt độ bảo quản khác 0°C 10°C 15,5°C 10 – 12 41 – 61 58 – 87 65 – 116 46 93 – 12 35 – 40 68 20 – 30 57 - 75 78 LÀM LẠNH VÀ BẢO QUẢN LẠNH THỰC PHẨM THỰC PHẨM ĐÃ CHẾ BIẾN (Processed Foods): - Làm lạnh thực phẩm chế biến có tác dụng kéo dài thời gian hệ vi sinh vật, làm chậm lại sinh sôi vi sinh vật - Làm lạnh có tác dụng chống lại phát triển vi sinh vật ưa nhiệt ưa ấm - Làm lạnh khơng hồn tồn chống lại số vi sinh vật gây bệnh Một số VSV có khả phát triển điều kiện nhiệt độ lạnh tạo độc tố  Cần áp dụng thực hành sản xuất tốt (GMP - Good Manufacturing Practice) việc sản xuất sản phẩm làm lạnh TÁC NHÂN LẠNH Theo định luật thứ nhiệt động học: Nhiệt không tự động truyền từ nơi lạnh sang nơi nóng  Để làm lạnh thực phẩm, phải tiêu tốn lượng bên  Sử dụng hệ thống nén học Tác nhân lạnh: Là chất cung cấp lạnh (thu nhiệt mơi trường xung quanh) biến đổi trạng thái TÁC NHÂN LẠNH Lựa chọn tác nhân lạnh: theo tiêu chí sau - Ẩn nhiệt hóa lớn, lượng mơi chất lạnh tuần hồn chu trình lạnh nhỏ - Áp suất ngưng tụ nhỏ để phận ngưng bơm có kích thước hợp lý - Nhiệt độ đóng băng nên nhỏ nhiệt độ thiết bị bay - Nhiệt độ tới hạn phải đủ lớn Tại nhiệt độ lớn nhiệt độ tới hạn, mơi chất lạnh khơng bị hóa lỏng - Dễ dàng phát rị rỉ có - Khơng độc, khơng cháy nổ, khơng ăn mịn vật liệu chế tạo hế thống lạnh - Bền hóa học - Giá thành thấp - Không gây tác động xấu tới môi trường 10 CÁC TÍNH CHẤT CỦA THỰC PHẨM LẠNH ĐƠNG Enthalpy: Hình 6.6 Biến đổi enthalpy anh đào theo nhiệt độ Nhiệt hàm (enthalpy) thực phẩm lạnh đơng thay đổi đáng kể có thay đổi pha nước sản phẩm (thường nhiệt độ nằm khoảng Tlạnh đông  T lạnh đông -10°C) 18 THỜI GIAN LÀM LẠNH ĐƠNG Thời gian lạnh đơng tính tốn quan trọng thiết kế q trình lạnh đơng Chia q trình lạnh đơng làm giai đoạn: - Trước lạnh đông - Chuyển pha - Sau lạnh đơng 19 THỜI GIAN LÀM LẠNH ĐƠNG Hình 6.7 Giản đồ lạnh đông nước thực phẩm 20 THỜI GIAN LÀM LẠNH ĐƠNG Phương trình Plank: 𝜌𝐹 𝐿𝑓 𝑃′ 𝑎 𝑅 ′ 𝑎2 𝑡𝐹 = + 𝑇𝐹 − 𝑇𝑎 ℎ 𝑘𝑓 Trong đó: ρf : khối lượng riêng vật liệu đóng băng (kg/m3) Lf : ẩn nhiệt thực phẩm (kJ/kg) Tf : nhiệt độ lạnh đơng (°C) Ta : nhiệt độ khơng khí lạnh đơng (°C) h : hệ số truyền nhiệt đối lưu bề mặt vật liệu (W/[m2 °C ]) a : độ dày/đường kính vật thể (m) k : hệ số dẫn nhiệt vật liệu lạnh đông (W/[m °C ]) Hằng số P’ R’ sử dụng để tính ảnh hưởng hình dạng sản phẩm: + với dạng tấm: P’ = ½ , R’ = 1/8 + với hình trụ: P’ = ¼ , R’ = 1/16 + với hình cầu: P’ = 1/6, R’ = 1/24 21 THỜI GIAN LÀM LẠNH ĐÔNG Ẩn nhiệt thực phẩm lạnh đơng: 𝐿𝑓 = 𝑚𝑚 𝐿 Trong đó: L : ẩn nhiệt đóng băng nước, = 333,3 kJ/(kg K) mm : hàm ẩm thực phẩm 22 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐÔNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC GIÁN TIẾP - Thực phẩm tác nhân lạnh không tiếp xúc trực tiếp với mà thông qua vách ngăn (Hình 6.8) - Hệ thống lạnh đơng gián tiếp cịn bao gồm hệ thống mà khơng có tiếp xúc trực tiếp , bao gồm hệ thống mà vật liệu bao gói trở thành vách ngăn thực phẩm tác nhân lạnh Hình 6.8 Nguyên lý hoạt động hệ thống tiếp xúc gián tiếp 23 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐÔNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC GIÁN TIẾP THIẾT BỊ LẠNH ĐÔNG LOẠI TẤM (Plate Freezers) - Thực phẩm làm lạnh đông giữ hai làm lạnh - Trong hầu hết trường hợp, vật liệu bao gói vách ngăn Hình 6.9 Nguyên lý hoạt động thiết bị lạnh đông loại - Có thể tác dụng áp suất lên để giảm trở lực truyền nhiệt qua vách ngăn, nhằm tăng hiệu truyền nhiệt 24 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐÔNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC GIÁN TIẾP THIẾT BỊ LẠNH ĐÔNG LOẠI THỔI KHÔNG KHÍ (Air-Blast Freezers) Hình 6.10 Ngun lý hoạt động thiết bị lạnh đơng loại thổi khơng khí - Thiết kế đơn giản loại thiết bị phịng lạnh Sản phẩm đặt phịng; khơng khí lạnh thổi vào sản phẩm thời gian định 25 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐÔNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC GIÁN TIẾP THIẾT BỊ LẠNH ĐÔNG LOẠI THỔI KHƠNG KHÍ - Hầu hết thiết bị loại làm việc liên tục - Trong hệ thống này, sản phẩm vận chuyển băng chuyền qua dịng khí có tốc độ cao - Chiều dài tốc độ băng chuyền định thời gian làm lạnh đơng - Thời gian làm lạnh đơng ngắn khí có đủ yếu tố sau: + Khơng khí có nhiệt độ thấp tốc độ cao + Có tiếp xúc tốt thực phẩm khơng khí - Các loại băng tải sử dụng là: + loại khay + loại trục vít + loại trục lăn 26 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐƠNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC TRỰC TIẾP - Khơng có vách ngăn thực phẩm cần làm lạnh đơng tác nhân lạnh (Hình 6.11) - Thường sử dụng khơng khí có nhiệt độ thấp tác nhân lạnh dạng lỏng (sẽ chuyển pha tiếp xúc với bề mặt thực phẩm) Hình 6.11 Nguyên lý hệ thống làm lạnh đông tiếp xúc trưc tiếp - Hệ thống thiết kế để đạt lạnh đông nhanh chóng  sử dụng thuật ngữ IQF (Individual Quick Freezing) 27 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐÔNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC TRỰC TIẾP LOẠI THỔI KHƠNG KHÍ Ngun lý: Thực phẩm vận chuyển băng tải, qua khu vực khơng khí chuyển động với tốc độ cao, tiếp xúc trực tiếp với khơng khí Kết hợp yếu tố sau: - Khơng khí có nhiệt độ thấp - Hệ số truyền nhiệt đối lưu cao (tốc độ khơng khí cao) - Kích thước thực phẩm nhỏ  Làm lạnh nhanh (IQF) Thiết bị thích hợp với vật thể có kích thước nhỏ 28 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐÔNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC TRỰC TIẾP NGÂM THỰC PHẨM TRONG TÁC NHÂN LẠNH Hình 6.12 Nguyên lý hoạt động hệ thống lạnh đông ngâm thực phẩm tác nhân lạnh 29 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐÔNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC TRỰC TIẾP NGÂM THỰC PHẨM TRONG TÁC NHÂN LẠNH - Thực phẩm vận chuyển tới thùng chứa tác nhân lạnh qua thùng tác nhân lạnh chuyển từ lỏng sang hấp thu nhiệt từ thực phẩm - Chất tải lạnh sử dụng hệ thống thiết bị nitrogen CO2 - Chi phí cho tác nhân lạnh cao 30 HỆ THỐNG LÀM LẠNH ĐÔNG HỆ THỐNG TIẾP XÚC TRỰC TIẾP NGÂM THỰC PHẨM TRONG TÁC NHÂN LẠNH Thực phẩm vào Băng tải nạp liệu Thiết bị ngưng tụ Băng tải Sản phẩm Hình 6.13 Hệ thống IQF sử dụng chất tải lạnh lỏng 31 THỜI GIAN LÀM LẠNH ĐÔNG Ví dụ tính tốn: Một thực phẩm có dạng hình cầu làm lạnh đông thiết bị lạnh đơng loại thổi khơng khí với hệ số truyền nhiệt đối lưu 50 (W/m2 K) Nhiệt độ ban đầu thực phẩm 10°C khơng khí -40°C Thực phẩm có đường kính cm, khối lượng riêng 1000 kg/m3, nhiệt độ lạnh đông -1,25°C, độ dẫn nhiệt thực phẩm lạnh đông 1,2 (W/m K), ẩn nhiệt 250 kJ/kg Hãy tính thời gian làm lạnh đơng 32 ... Tính dễ cháy Không Không HFC 134a (CH2FCF3) Ammonia (NH3) 102,3 - 26, 16 164 ,0 770,1 17,0 -33,3 2 36, 5 1 166 ,5 - 96, 6 -77,8 101,1 4 060 209,5 132,8 11423,4 1314,2 Khơng Có 11 HỆ THỐNG TẠO RA LẠNH –... thực phẩm) - Nhiệt hô hấp: ? ?6