1.3.1. Cơ sở bảo quản lạnh thủy sản
Động vật thủy sản rất dễ bị ươn thối, hư hỏng và biến chất, không chỉ làm giảm thấp giá trị dinh dưỡng mà có khi gây ra ngộ độc. Do đó, bảo quản là một khâu rất quan trọng để gi tươi nguyên liệu thủy sản. Theo ước tính của James (1984) thì khoảng 8% lượng nguyên liệu thủy sản bị tổn thất vì chất lượng ngay sa u khi đánh bắt, chưa kể nh ng thất thoát trong quá trình vận chuyển, bảo quản và sản xuất. Do đó chất lượng nguyên liệu sau đánh bắt có ý nghĩa rất quan trọng [5].
Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến tốc độ ươn hỏng, thối r a của thực ph m thông qua ảnh hưởng của nó đối với enzyme nội tại và vi sinh vật. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới tỷ lệ phát triển của vi sinh vật. Khi hạ thấp nhiệt độ thì hoạt động của enzyme và vi sinh vật trong nguyên liệu thủy sản sẽ giảm xuống, như vậy nguyên liệu thủy sản có thể gi tươi được một thời gian [8]. Trong thực tế, bảo quản lạnh được ứng d ng phổ biến trong các nhà máy chế biến, mỗi một phương pháp bảo quản có nh ng ưu nhược điểm riêng và phương pháp bảo quản lạnh nguyên liệu thủy sản phổ biến nhất hiện nay là: bảo quản bằng nước đá và bảo quản bằng không khí lạnh [3], [4], [5], [22].
1.3.2. Các phương pháp bảo quản lạnh thủy sản 1.3.2.a. B ảo quản bằng nước đá 1.3.2.a. B ảo quản bằng nước đá
Nh ng dẫn chứng lịch sử cho thấy người Trung Quốc cổ đại đã dùng nước đá tự nhiên từ 3000 năm trước. Người La Mã cổ đại cũng đã sử d ng nước đá trộn với rong biển để bảo quản cá tươi. Các nước phát triển, đặc biệt là Mỹ và một số nước Châu Âu lịch sử làm lạnh cá bằng nước đá cũng đã có từ hơn một thế kỷ [5].
20
Bảo quản thủy sản trong nước đá có nh ng ưu điểm như: Nước đá có hệ số trao đổi nhiệt lớn hơn, có tốc độ làm lạnh nhanh hơn khi bảo quản làm lạnh bằng môi trường chất lỏng và không khí. Khi nước đá tan chảy tạo màng nước tránh sự bay hơi nước từ nguyên liệu ra ngoài không khí, tránh hiện tượng giảm trọng lượng.
Nhưng sử d ng nước đá có khả năng gây tổn thương đối với thủy sản nguyên liệu do nước đá có nhiều góc cạnh có khả năng xuyên thủng, gây biến dạng, hơn n a nước đá cộng thêm nguyên liệu có trọng lượng lớn làm biến dạng các lớp nguyên liệu phía dưới, làm giảm chất lượng cảm quan, giảm trọng lượng của thủy sản nguyên liệu. Khi sử d ng nước đá để bảo quản thì nó có hao phí lạnh cao làm tăng giá thành. Do nước đá có trọng lượng lớn và thể tích lớn làm cho chi phí vận chuyển tăng. Về mặt vi sinh, nước đá rất dễ bị nhiễm vi sinh vật do quá trình sản xuất mất vệ sinh và do nhiễm từ môi trường, khi làm lạnh bảo quản nguyên liệu thì đây được coi là mối nguy nhiễm vi sinh cho nguyên liệu.
1.3.2.b. B ảo quản bằng không khí lạnh
Là quá trình lấy nhiệt ra khỏi sản ph m bằng không khí lạnh để làm giảm nhiệt độ của nó xuống đến nhiệt độ bảo quản. Phương pháp bảo quản bằng không khí lạnh khá phổ biến trong các nhà máy chế biến, đây là phương pháp đơn giản, dễ làm, dễ cơ giới hóa, tự động hóa. Không khí khó nhiễm tạp chất, vi sinh, dễ làm sạch và không gây tác động cơ học lên nguyên liệu.
Nhưng phương pháp này lại có nhược điểm là có hệ số trao đổi nhiệt kém hơn so với môi trường lỏng, rắn ở cùng điều kiện làm lạnh và thời gian làm lạnh cũng lâu hơn. Trong không khí có oxy sẽ gây ra hiện tượng oxy hóa các thành phần của thủy sản nguyên liệu. Có nhiều khả năng gây ra hiện tượng bay hơi nước làm giảm trọng lượng, khối lượng nguyên liệu trong quá trình bảo quản.
1.3.3. Biến đổi của động vật thủy sản trong quá trình bảo quản lạnh
Theo quy luật chung, khi lạnh đầu tiên bề mặt ngoài của động vật co lại, giảm thể tích do quy luật co dãn nhiệt và chống lại sự mất năng lượng. Tiếp đó, độ nhớt của dịch tế bào tăng làm giảm sự khuếch tán bên trong tế bào gây cản trở các phản ứng hóa học và sinh hóa học. Lạnh còn làm giảm hoạt độ của nước trên bề mặt và
21
bên trong dịch tế bào, khi hoạt độ của nước giảm thì làm giảm hoạt tính của enzyme, giảm hoạt động sống, ở một giới hạn xác định làm ngừng hoạt động sống.
Động vật thủy sản cũng biến đổi theo quy luật trên trong quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh. Nh ng biến đổi đó bao gồm: Biến đổi vật lý, biến đổi hóa học, biến đổi ezyme, biến đổi vi sinh vật [3], [4], [5], [22], [27].
1.3.3.a. Biến đổi vật lý
Hiện tượng co bề mặt, giảm thể tích tuân theo quy luật giảm thể tích do co vì nhiệt lạnh. Hiện tượng tăng độ nhớt, giảm độ linh hoạt của tế bào, hiện tượng này tuân theo quy luật chuyển động nhiệt phân tử. Ngoài ra lạnh cũng gây ra một số biến đổi như tăng độ cứng, giảm độ đàn hồi, màu sắc và khối lượng cũng bị thay đổi.
1.3.3.b. Biến đổi hóa học
Các phản ứng xảy ra chậm lại do năng lượng hoạt hóa cho phản ứng giảm. Các phản ứng xảy ra không đáng kể đối với quá trình làm lạnh nhưng lại đáng kể đối với quá trình bảo quản lạnh do thời gian làm lạnh rất ngắn từ 5 -10 phút hoặc vài giờ, còn thời gian bảo quản thì dài thường là một hoặc vài tuần. Các phản ứng thường gây ra các biến đổi cần quan tâm:
Phản ứng thủy phân các chất trong thủy sản: Phản ứng này được coi là không đáng kể có thể xem là vô hại trong quá trình làm lạnh và đáng kể trong quá trình bảo quản lạnh:
Protein bị thủy phân thành các hợp chất có phân tử lượng bé hơn, nó tạo nguồn dinh dưỡng tốt cho vi sinh vật trên thủy sản phát triển làm cho thủy sản nguyên liệu biến chất dẫn đến bị hư hỏng:
Protein (Naa) → Polypeptit → Peptone → Peptit → Acid amin
Lipid bị thủy phân tạo thành glycerin và acid béo tự do, nguồn acid béo tự do tạo điều kiện cho phản ứng oxy hóa lipid, sinh ra các chất có mùi và màu xấu làm giảm chất lượng của nguyên liệu:
Lipid Acid béo tự do + Glycerine R H R. + (H.)
22
R. + O2 RO2.
RO2. + RH ROOH + R.
1.3.3.c. Biến đổi enzyme
Các phản ứng sinh hóa học xảy ra trong nguyên liệu sau thu hoạch vẫn diễn ra trong quá trình làm lạnh và quá trình bảo quản lạnh. Tuy nhiên, tốc độ phản ứng giảm do hoạt động enzyme bị ức chế. Biến đổi đặc trưng nhất do enzyme là phản ứng biến đen của tyrosine và phenylalanine bởi polyphenoloxydase:
Khi làm lạnh và bảo quản lạnh thì hoạt động enzyme giảm theo quy luật cứ hạ 10ºC thì hoạt động giảm 1/2÷1/3 so với ban đầu. Nhiệt độ thấp ức chế các enzyme phân giải. Nhiệt độ thấp dưới 0°C, phần lớn các enzyme bị đình chỉ. Tuy nhiên một số loại enzyme như lipase, trypsinase, catalase ở nhiệt độ -191°C cũng không bị phá hủy. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 1.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của enzyme lipase [3]
Nhiệt độ (°C) % Lipid bị phân giải Nhiệt độ (°C) % Lipid bị phân giải 40 11,9 0 2,26 10 3,89 -10 0,70
1.3.3.d. Biến đổi vi sinh vật
Trong điều kiện lạnh gây ức chế hoạt động của vi sinh vật, theo quy luật cứ hạ 10ºC thì hoạt động giảm 1/2÷1/3 so với ban đầu. Vi sinh vật giảm hoạt động theo sự giảm của hoạt động làm lạnh, nhưng sau đó có hình thức thích nghi và hoạt động trở
Melanin ( nâu đen) Tyrosine, phenylalanine ( không màu) Tyrosinase, O2 Phenylalaninase
23
lại, tuy yếu hơn bình thường. Theo Match khi hạ nhiệt độ bảo quản thì thời gian sinh trưởng của vi sinh vật sẽ giảm một cách đáng kể theo bảng 1.9.
Bảng 1.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian sinh trưởng vi sinh vật [3]
Nhiệt độ (°C) 33 22 12 10 5 3 0 -2
Thời gian sinh trưởng (h) 0,5 1 2 3 6 10 20 60
Qua tìm hiểu các phương pháp bảo quản lạnh, các tác dụng có lợi và có hại của các phương pháp. Với phương pháp bảo quản lạnh bằng không khí lạnh được chọn cho nghiên cứu này vì nó thích hợp với điều kiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, đồng thời phương pháp này cũng phổ biến trong thực tế khi bảo quản nguyên liệu thủy sản.
1.4. TỔNG QUAN VỀ BẢO QUẢN ĐÔNG LẠNH THỦY SẢN 1.4.1. Cơ sở về bảo quản đông lạnh thủy sản 1.4.1. Cơ sở về bảo quản đông lạnh thủy sản
Bảo quản sản ph m cũng như bảo quản thủy sản lạnh đông là giai đoạn thiết yếu theo giai đoạn làm đông. Quá trình bảo quản đông là quá trình bảo vệ nh ng ph m chất ban đầu của thủy sản, làm giảm nh ng biến đổi lý hóa… đến mức thấp nhất cho đến khi phân phối đến tay người tiêu dùng. Việc chọn nhiệt độ tr đông và gi ổn định nhiệt độ khi tr đông có ý nghĩa vô cùng quan trọng vì nó quyết định chất lượng cuối cùng của thủy sản trước khi tiêu th . Việc chọn điều kiện bảo quản đông không chỉ ph thuộc vào loại sản ph m cũng như thủy sản mà còn ph thuộc vào tính kinh tế của quá trình bảo quản.
Đối với các thủy sản đông lạnh (ĐL) tùy thủy sản béo gầy khác nhau mà chế độ bảo quản sẽ khác nhau. Ở Việt Nam nhiệt độ bảo quản thủy sản ĐL được qui định chung là -18 ± 2 đến -25 ± 2o
C. Việc chọn nhiệt độ tr đông được dựa trên nh ng cơ sở sau:
- Nhiệt độ kho tr đông tối thiểu phải bằng nhiệt độ của sản ph m (SP) để duy trì ổn định trạng thái ĐL của sản ph m. Tránh hiện tượng tan giá và tái kết tinh làm giảm trọng lượng (TL) và chất lượng sản ph m.
24
- Nhiệt độ tr đông -18oC được tính là nhiệt độ trung bình thể tích, tức là bình quân gi a nhiệt độ thấp nhất và cao nhất trong s ản ph m.
- Nhiệt độ -18oC có thể xem là nhiệt độ tối thiểu để khống chế sự tái ho ạt động của enzyme và vi sinh vật trong quá trình bảo quản. Ở nhiệt độ -5oC đến -10o
C các loại nấm mốc, nấm men vẫn còn có khả năng tái ho ạt động gây hư hỏng sản ph m cũng như thủy sản.
Trong quá trình tr đông, độ m của không khí ảnh hưởng rất lớn đến sự mất nước của sản ph m. Để hạn chế sự thăng hoa của nước đá trong thủy sản, hạn chế sự giảm TL và chất lượng thủy sản ta cần duy trì độ m tương đối của không khí trong kho tr đông không thấp hơn 90%.
Ngoài ra sự lưu thông của không khí trong kho cũng ảnh hưởng tới mức độ mất nước của thủy sản. Không khí lạnh được lưu thông đều trong kho sẽ ngăn chặn được các dòng nhiệt xâm nhập từ môi trường ngoài vào kho, làm cho độ m và nhiệt độ của không khí đồng đều, hạn chế được các biến đổi có hại. Mức độ ảnh hưởng của sự lưu thông không khí lạnh trong kho đối với thủy sản không chỉ ph thuộc vào vận tốc lưu thông mà còn ph thuộc vào cách bao gói hàng, cách xếp hàng trong kho.
1.4.2. Biến đổi quan trọng của thủy sản trong quá trình bảo quản đông lạnh 1.4.2.a. Biến đổi về vật lý 1.4.2.a. Biến đổi về vật lý
Chủ yếu là sự thăng hoa và sự kết tinh lại của các tinh thể nước đá. Sự thăng h a của nước từ các tinh thể nước đá:
Diễn ra bắt đầu trên bề mặt thủy sản. Nguyên nhân do sự chênh lệch áp suất hơi nước trên bề mặt tinh thể đá với áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí tiếp xúc xung quanh gây ra. Sự thăng hoa sẽ diễn ra mạnh khi có dòng nhiệt xâm nhập từ ngoài vào kho, nhiệt độ kho không ổn định, độ m trong kho thấp và tốc độ không khí trong kho lớn.
Sự thăng hoa diễn ra không đồng đều do sự khác nhau về cấu trúc và trạng thái của các tinh thể nước đá. Do vậy mà quá trình thăng hoa sẽ tạo thành các lỗ hổng trên bề mặt thủy sản và dần dần ăn sâu vào bên trong tạo điều kiện cho không khí
25
xâm nhập vào bên trong nên càng làm tăng cường sự thăng hoa của các tinh thể nước đá ở các lớp bên trong.
Sự kết tinh l i của các tinh thể nước đá:
Hiện tượng này xảy ra khi nhiệt độ trong kho không ổn định (lúc tăng lúc giảm) do sự thay đổi nhiệt độ của môi trường quanh kho, do dòng nhiệt từ ngoài xâm nhập vào kho, do nh ng tác động trong vận hành máy, mở cửa kho ra vô hàng hóa… (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhiệt độ trong kho càng không ổn định, biên độ tăng giảm nhiệt độ càng lớn thì hiện tượng nóng chảy – kết tinh lại của các tinh thể nước đá trong thủy sản diễn ra càng mạnh.
Khi nhiệt độ kho tăng, nhiệt độ thủy sản tăng lên dù rất ít, vẫn có nh ng tinh thể nước đá bị nóng chảy trong thủy sản (các tinh thể có nhiệt độ đóng băng thấp hơn nhiệt độ giới hạn tăng này). Khi nhiệt độ trong kho giảm xuống, nhiệt độ thủy sản giảm, phần nước tạo ra từ nh ng tinh thể nóng chảy sẽ kết tinh lại. Sự kết tinh lại lần này không giống như lần đầu mà theo xu hướng chuyển động ra khỏi vị trí tồn tại để liên kết với nh ng tinh thể nước đá không bị nóng chảy.
Hậu quả của sự kết tinh lại của các tinh thể đá là làm giảm số lượng nhưng lại tăng kích thước của các tinh thể đá, tăng khả năng gây hư hỏng cấu trúc tế bào và mô của thủy sản, làm tăng nh ng biến đổi hóa học, làm tăng biến đổi protein hòa tan, làm giảm khả năng hút nước và gi nước của thủy sản. Do vậy khi tan giá nước dễ bị thoát ra ngoài kéo theo các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước, làm giảm TL và chất lượng thủy sản.
Để hạn chế sự mất nước gây giảm TL và chất lượng thủy sản phải gi nhiệt độ và độ m trong kho tr đông luôn ổn định, ngăn chặn nh ng dòng nhiệt xâm nhập từ ngoài vào trong và vào thủy sản.
1.4.2.b. Biến đổi hóa học và sinh hóa học
Trong quá trình tr đông, tốc độ biến đổi hóa học của thủy sản bị kìm hãm rất nhiều do nước đóng băng gần hết và nhiệt độ rất thấp. Vì vậy các biến đổi hóa học như phản ứng oxy hóa hóa học của lipid xảy ra với tốc độ thấp.
26
Nh ng biến đổi chủ yếu của thủy sản là nh ng biến đổi do tác d ng của các loại enzyme có khả năng chịu được lạnh. Như phần trước đã nói, nhiệt độ thấp gây kìm hãm rất mạnh nhưng không chấm dứt được hoạt động của enzyme do vậy dù rất yếu chúng vẫn hoạt động và tiếp t c gây nh ng biến đổi sinh hóa trên các chất protein, lipid, glucid…
Đặc biệt ở nhiệt độ thấp hơn -15o
C enzyme lipase và lypoxygenase vẫn có khả năng hoạt động. Lipase gây phân giải lipid thành acid béo tự do và glycerin, lypoxygenase làm cho phản ứng oxy hóa chất béo dễ xảy ra; ngoài ra dù với tốc độ rất chậm. Tyrosine và phenylalanine là các acid amin có nhiều trong protein của thịt tôm và thành phần nitơ phi protein sẽ bị oxy hóa dưới tác d ng của Tyrosinase tạo thành hợp chất melanin có màu từ vàng đến sẫm và đen. Các biến đổi này là điều kiện quan trọng làm cho thủy sản chuyển sang có màu xấu, mùi ôi khét gây hư hỏng, làm giảm thời gian bảo quản thủy sản đông, nhất là thủy sản chứa nhiếu chất béo.
Ngoài ra do sự thăng hoa và kết tinh lại của các tinh thể nước đá cũng làm protein tiếp t c bị biến tính làm giảm khả năng hút và gi nước của sản ph m.