Trước khi làm lạnh thực phẩm thường được rửa sạch để loại bỏ các tạp chất nơi chứa chấp nhiều loại vi sinh vật.
Trong quá trình làm lạnh do nhiệt độ môi trường làm lạnh có nhiệt độ không phù hợp với các vi sinh vật nên vi sinh vật ở lớp bề mặt thực phẩm bị tiêu diệt. Số còn lại bị hạn chế khả năng hoạt động. Nhưng chúng thích nghi dần với lạnh, nên thời gian bảo quản thực phẩm bị giảm.
2.2.5 Biến đổi cơ lý:
Điều kiện sản phẩm lạnh đông là đảm bảo sự cân bằng trao đổi nhiệt và ẩm giữa sản phẩm và môi trường. Tuy nhiên điều này khó thực hiện vì:
• Ban đầu nhiệt độ sản phẩm khó làm lạnh theo chiều dày và nhiệt độ mặt ngoài thấp hơn nhiệt độ không khí trong phòng, nên có hiện tượng truyền nhiệt từ môi trường vào sản phẩm.
• Bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt thấp hơn nhiệt độ không khí xung quanh, gây ra ngưng tụ hơi nước, nhiệt độ bề mặt sản phẩm lại giảm và hiện tượng nói ở trên vtẫn xảy ra (ngay cả khi có sự cân bằng nhiệt độ cả khối sản phẩm).
• Ẩm trong sản phẩm ở dạng tinh thể đá, nên không có khuếch ẩm trong sản phẩm. Bề ngoài sản phẩm tạo thành lớp xốp vào không khí xung quanh. Lớp xốp vẫn giữ nguyên cấu trúc tế bào, không thấy hiện tượng co rút mô cơ rõ rệt. Do tác dụng của oxy trong không khí và tế bào sản phẩm đã bị mất nước, gây biến đổi không thuận nghịch về mùi, vị, màu…làm sản phẩm trở nên khô, rắn, không có mùi ngon khi nấu.
• Bề mặt sản phẩm bị khô do bay hơi ẩm. ♦ Để giảm bốc hơi ẩm cần:
• Dàn ống lạnh sắp xếp sao cho nhiệt từ trần vào tường nóng được dàn hấp thụ bằng bức xạ, giảm đối lưu không khí trong phòng.
• Ngăn cản xâm nhiễm từ ngoài vào phòng, sản phẩm đặt xa tường ngoài và trần. • Dùng bao bị bằng polyetylen kín.
2.2.6 Những biến đổi sinh hóa:
Những biến đổi sinh hóa học và sinh học vẫn diễn ra trong quá trình bảo quản lạnh đông, do quá trình ô xi hóa mỡ và do chính hệ men trong sản phẩm gây phá hủy các chất tạo nên tế bào và bắp cơ.
Thịt làm lạnh đông khác với thịt làm lạnh thường, lượng glucogen tăng, hàm lượng các chất khử giảm. Hệ thống protit bị biến đổi, lượng nito hòa tan và nito còn lại, lượng polypeptit và bazo – nito, lượng NH3 tăng 1,3 - 2 lần.
Khi bảo quản thịt, hàm lượng hợp chất acid hòa tan của photpho hữu cơ, vô cơ tăng, do bị phân hủy. Hàm lượng vitamin trong thịt giảm.
2.2.7 Biến đổi cấu trúc bắp thịt:
Trong quá trình bảo quản lạnh đông, sự tái lập tinh thể đá có hại: một số tính thể bé bị tan và tinh thể to càng phát triển (rõ nhất khi dao động nhiệt độ). Do đó, bảo quản lạnh đông chỉ cho phép thay đổi nhiệt độ ± 1,50C một lần trong ngày. Các mô liên kết cũng chịu biến đổi cơ bản, tăng ẩm và khả năng nhừ khi nấu. Độ chắc của mô bắp và mô liên kết giảm.
CHƯƠNG III: CÁC PHƯƠNG PHÁP LẠNH ĐÔNG VÀ THIẾT BỊ LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM
Nhiệt độ cuối cùng của tâm sản phẩm thực phẩm đã qua làm lạnh đông phải đạt không quá -12oC (theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ và chế độ làm lạnh đông thực phẩm) do vậy các quá trình biến đổi sinh hoá được hạn chế rất nhiều so với làm lạnh. Qua các nghiên cứu cho thấy nhiệt độ từ -6oC đến -12oC tác động đến hoạt động vi sinh vật mạnh nhất, còn ở nhiệt độ dưới 20oC khả năng tiêu diệt vi sinh vật bị giảm. Đồng thời khi nhiệt độ giảm các hoạt động của men trong rau, quả, thịt cá cũng giảm nhưng không bị đình chỉ. Nhìn chung, các biến đổi trong quá trình sinh hoá khi làm lạnh đông vẫn tiếp tục xảy ra và kéo dài trong suốt thời gian làm lạnh đông và bảo quản lạnh đông, nhưng diễn ra rất chậm vì tác dụng của nhiệt độ thấp và phần nứơc tự do cho nó hoạt động không còn.
Không nên làm lạnh đông nhanh thịt ở giai đoạn tê cóng vì lúc này protit của nó có khả năng hydrat hoá kém nhất: thịt cứng, sự ổn định về phân bố ẩm của nó kém nhất nên khi tan giá thịt này mất nhiều dịch, kém khả năng giữ ẩm và chất lượng thịt giảm. Nếu làm lạnh đông thịt tươi chưa qua giai đoạn tê cóng thì sau khi bảo quản thịt chưa đạt đến giai đoạn chín hoá học còn đang ở giai đoạn tê cóng nên chất lượng thị tan giá cũng giảm.
Khi bảo quản lạnh đông thịt đã qua giai đoạn tê cóng, thịt sẽ phát triển ở giai đoạn chín hoá học. Thời gian bảo quản dù có dài thì những biến đổi cũng chưa quá giới hạn của sự chín tới, do vậy chất lượng thịt được tăng lên, khi tan giá ít mất dịch bào.
3.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG:
Bảo quản sản phẩm đông lạnh chính là giai đoạn cân bằng nhiệt xảy ra giữa các lớp bên trong và bên ngoài của thực phẩm, chính vì vậy nó phụ thuộc rất nhiều vào
nhiệt độ môi trường bảo quản. Mục đích chính của đông lạnh thực phẩm là làm giảm sự biến đổi của thực phẩm trong khi chờ đợi đưa đi sử dụng. Sau đây là các yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình lạnh đông.
3.1.1 Nhiệt độ:
Nhiệt độ của sản phẩm trong quá trình bảo quản được tính theo nhiệt độ trung bình của thể tích thực phẩm. Nhiệt độ này được tính như sau, đây cũng là nhiệt độ của môi trường bảo quản hoặc lớn hơn môi trường bảo quản từ 20C đến 40C cũng có thể chấp nhận được.
♦ Trong đó:
• tf là nhiệt độ trung bình cuối của quá trình cấp đông. • tfs là nhiệt độ bề mặt cuối quá trình cấp đông.
• tfc là nhiệt độ tạm sản phẩm cuối quá trình cấp động.
Trong sản xuất thì nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối cùng của quá trình cấp đông là : -180C và nhiệt độ môi trường bảo quản là -200C, nhiệt độ tfs =0.7 tc (tc là nhiệt độ môi trường làm đông),nhiêt độ tfc = 2tf - tfs .Vì vậy, khi tính toán thiết kế hệ thống lạnh thì cần phải xác định nhiệt độ nhiệt độ trung bình của quá trình cấp đông và nhiệt độ môi trường làm đông từ đó mới xác định được nhiệt độ bay hơi của môi chất ở dàn bay hơi để xây dựng được chu trình nhiệt động.
Nhiệt độ này phụ thuộc vào các chất của thực phẩm, với những chất dễ biến đổi thì nhiệt độ bảo quản xuống để kìm chế sự hoạt của enzim có trong chúng. Khi muốn kéo dài thời gian bảo quản thì nhiệt độ bảo quản phải thấp, tùy theo nhiệt độ bảo quản của sản phẩm ta cũng có thể xác định được nhiêt độ sau khi làm đông.
3.1.2 Nhiệt độ môi trường không khí:
Trong kho bảo quản phải đảm bảo cân bằng với nhiệt độ bảo quản của sản phẩm như vậy sẽ hạn chế đến mức thấp nhất sự trao đổi nhiệt và trao đổi hơi nước giữa sản phẩm và môi trường không khí. Nhiệt độ môi trường không khí phải ổn định bởi vì sự dao động nhiệt của không khí dẫn đến sự dao động nhiệt độ của sản phẩm làm cho sản phẩm bị biến đổi chất lượng. Giới hạn của sự dao động nhiệt độ không khí đối với sản phẩm phụ thộc vào bản chất của thực phẩm, nhưng nó có thể chênh lệch trong khoảng 10C, sau khi làm đông nhiệt độ các lớp bên trong sản phẩm còn cao hơn nhiều so với nhiệt độ của các lớp bề mặt bởi vì nó chưa hể cân bằng kịp .Vì vậy, ở giai đoạn đầu của quá trình bảo quản cần giảm nhiệt độ của môi trường không khí xuống từ (3-5)0C so với nhiệt độ bảo quản .
3.1.3 Sự lưu thông của không khí:
Không khí lưu thông sẽ làm cân bằng nhiệt độ và độ ẩm trong mọi điểm trong kho lạnh. Bên cạnh đó, nó cũng ngăn cản một phần sự xâm nhập của các dòng nhiệt vào cấu trúc thực phẩm, hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật. Tuy nhiên, khi tăng vận tốc không khí sẽ làm tăng sự thăng hoa của nước đá, tăng mức hao phí trọng lượng của sản phẩm, do đó vận tốc lưu thông không khí trong kho lạnh còn phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và cấu trúc kho lạnh.
3.2 XÁC ĐỊNH THỜI GIAN LẠNH ĐÔNG:
Thông thường xem quá trình làm đông thực phẩm có ba giai đoạn: • Giai đoạn 1: làm lạnh thực phẩm tới điểm đóng băng.
• Giai đoạn 3: kết thúc quá trình làm đông và tiếp tục hạ nhiệt độ thực phẩm xuống tới nhiệt độ cần thiết bảo quản đông lạnh.
♦ Trong đó:
• t1 là nhiệt độ ban đầu của thực phẩm;
• tdb là nhiệt độ kết tinh của nước trong thực phẩm; • t2 là nhiệt độ cuối cùng của quá trình cấp đông; • τ1 là thời gian làm lạnh thực phẩm
• τ2 là thời gian đóng băng nước và tiếp tục hạ nhiệt độ xuống (thời gian này tính cho cả hai giai đoạn 2 và 3).
Nếu quá trình làm đông chậm thì giai đoạn 2 sẽ kéo dài, còn làm đông nhanh thì rút ngắn và có thể làm mất hẳn giai đoạn 2.
Thời gian của làm đông thực phẩm chính là tổng thời gian của ba giai đoạn trên, quá trình làm lạnh thực phẩm, làm đông thực phẩm và hạ nhiệt độ, quá trình làm lạnh thực phẩm xảy ra trước, để hạ nhiệt độ thực phẩm từ ban đầu xuống tới nhiệt độ nước trong thực phẩm bắt đầu đóng băng, quá trình làm đông thực phẩm xảy ra tiếp theo, hạ
τ (h) t1 tdb tq1 t2 τ2 τ1 gđ1 gđ2 gđ3 toC
nhiệt độ mà tại đó nước trong thực phẩm đóng băng hoàn toàn và tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới nhiệt độ cuối cùng của quá trình cấp đông.
3.3 MÔI TRƯỜNG LẠNH ĐÔNG:
3.3.1 Lạnh đông bằng môi trường không khí:
Làm đông trong không khí phù hợp với thực phẩm có nguồn gốc ở trên cạn, quá trình làm đông bảo đảm vệ sinh tốt hơn, điều kiện vận hành đơn giản phù hợp vớ mọi hình dáng kích thước của thực phẩm.Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là dể mất nước, thực phẩm dể bị tác động oxy không khí, khả năng trao đổi nhiệt chậm. Làm lạnh trong môi trường không khí, chọn chế độ sau đây:
• Độ ẩm tương đối của không khí trong phòng: ϕ = 85 – 100%
• Vận tốc không khí khi đối lưu tự nhiên: V = 0.1 ÷ 0.2 m/s, đối lưu cưỡng bức có thể > 0.5 m/s
• Nhiệt độ không khí: bắt đầu đưa sản phẩm vào, nhiệt độ không khí phòng lạnh thấp hơn nhiệt độ đóng băng của sản phẩm 1 ÷ 20C. khi sản phẩm đã được làm lạnh đến 3 – 70C thì có thể nâng nhiệt độ của không khí lên 0 ÷ -1 0C để tránh hiện tượng đóng đá của sản phẩm.
3.3.2 Làm đông bằng tủ đông tiếp xúc:
Nhờ truyền nhiệt môi trường kim loại ở tủ đông tiếp xúc với tốc độ truyền nhiệt lớn, thực phẩm ít bị tác động môi trường không khí, chất lượng thực phẩm được đảm bảo, thiết bị có độ tin cậy cao, có khả năng điều chỉnh được năng suất lạnh. Tuy nhiên, do hoạt động không liên tục nên thực phẩm phải chờ đợi trước khi cấp đông, việc tổ chức sản xuất khó khăn.
Các chất lỏng bay hơi ở niệt độ thấp, khi tiếp xúc với thực phẩm sẽ có khả năng trao đổi nhiệt lớn nhờ có tốc độ làm đông cao, khả năng tiêu diệt vi sinh vật lớn đảm bảo được chất lượng của thực phẩm, thiết bị làm đông thường có cấu trúc đơn giản, an toàn dể vận chuyển.
Phương pháp này thường được áp dụng với thực phẩm có kích thước nhỏ. Nó không phù hợp với thực phẩm có kích thước lớn, bởi vì cường độ trao đổi nhiệt rất lớn gây nên những hư hỏng về cấu trúc thực phẩm và sự chênh lêch nhiệt độ ở các lớp bên trong và bên ngoài của thực phẩm rất lớn có nhiều lớp bên ngoài đóng băng, các chất khí hóa lỏng thường có giá thành cao dẫn đến hạn chế sử dụng phương pháp này.
3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẠNH ĐÔNG:
3.4.1 Phương pháp lạnh đông chậm:
Trong quá trình lạnh đông lạnh, nhiệt độ không khí cao hơn-250C, vận tốc không khí đối lưu nhỏ hơn 1m/s, do đó thời gian lạnh đông kéo dài 15 – 20 giờ tùy theo kích thướt và loại thực phẩm. Số tinh thể đá hình thành trong gian bào rất ít nên kích thướt lớn, va chạm làm rách màng tế bào, pha hủy cấu trúc của tế bào sản phẩm. Khi sản phẩm tan giá, dịch bào trong sản phẩm chảy ra, làm giảm chất lượng.
Ngày nay, không dùng phương pháp này để bảo quản thực phẩm. Đối với rau quả dùng để chế biến dưới dạng nước quả hoặc dạng hyền phù, phương pháp này có lợi vì tác dụng phá hủy tế bào, cấu trúc hệ thống keo, nên khi ép sẽ cho năng suất cao. Do đó, áp dụng phương pháp này chỉ đạt hiệu quả tốt khi vừa cần bảo quản nguyên liệu lưu hoặc nửa thành phẩm, thời gian lâu để kéo dài thời vụ chế biến, vừa tăng chất lượng cho một số sản phẩm chế biến sau này.
Môi trường làm lạnh đông nhanh thường là không khí hoặc chất lỏng. Chất lỏng thường là dung dịch muối nhằm hạ nhiệt độ đóng băng của dung dịch. Tuy nhiên phương pháp này, gây ẩn cho sản phẩm và làm hư hỏng cho thiết bị. Môi tường không khí tuy hệ số truyền nhiệt nhỏ và sản phẩm dễ bị oxy hóa, hao hụt khối lượng nhưng tiện lợi nên được dùng khá phổ biến. Không khí lạnh có nhiệt độ (- 350C). Vận tốc đối luư 3 ÷ 4 m/s (cho phòng nhỏ, hầm đông lạnh) và nhiệt độ ( - 400C), vận tốc 5m/s (cho thiết bị đông lạnh nhanh).
Thời gian làm lạnh đông nhanh từ 2 ÷ 10 giờ. Sản phẩm lạnh đông nhanh do có nhiều tinh thể đá bé tạo thành ở tế bào và gian bào nên không phá hủy tế bào, đảm bảo 95 % chất lượng tươi sống.
♦ Điều kiện để có thể lạnh đông nhanh:
• Nhiệt độ môi trường truyền nhiệt lạnh < - 350C.
• Vận tốc không khí đối lưu 3 ÷ 5 m/s (môi trường khí) và 1m/s (môi trường lỏng). • Kích thướt sản phẩm nhỏ 3x3x5cm hoặc 5x5x5cm.
• Quá trình đóng băng sản phẩm xảy ra cùng một lúc trong tế bào và ngoài gian bào nhằm hạn chế sự di chuyển nước trong tế bào ra gian bào.
3.4.3 Phương pháp lạnh đông cực nhanh:
Phương pháp lạnh đông cực nhanh đã làm tăng năng suất từ 40 ÷ 50 lần, giảm hao hụt sản phẩm 3 ÷ 4 lần; đảm bảo nguyên vẹn chất lượng sản phẩm tươi sống. Người ta dùng nito lỏng để làm đông cực nhanh thực phẩm tươi sống.
♦ Dùng nitơ lỏng có các ưu điểm sau:
• Nitơ lỏng bay hơi ở áp suất thường cho nhiệt độ ở - 1960C. • Nitơ lỏng gần như trơ, nên hạn chế sản phẩm bị oxy hóa.
3.5 MỘT SỐ THIẾT BỊ LẠNH ĐÔNG ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT:
3.5.1 Thiết bị kết đông tầng sôi:
Các sản phẩm có kích thước nhỏ có thể dùng phương pháp tầng sôi.
3.5.1.1 Nguyên tắc hoạt động:
Thực phẩm được đưa vào một cách cố định được bố trí theo chiều dọc của hầm sấy, sau khi kết đông xong sẽ chảy ra phía bên kia. Dòng không khí được quạt thổi từ dưới lên. Các sản phẩm được nâng lên lơ lửng trong không khí. Do tiếp xúc với dòng không khí từ nhiều phía nên sản phẩm kết đông rất nhanh.
Ưu điểm của phương pháp kết đông tần sôi là các sản phẩm không bị vón cục
và kết dính lại với nhau do đóng băng. Không khí lạnh vừa làm nhiệm vụ kết đông sản phẩm vừa làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm từ cửa nạp đến cửa ra do luồng không khí có định hướng do đó đơn giản được hầu hết các cơ cấu vận chuyển sản phẩm trong hầm đông, trường hợp là các cơ cấu dễ hỏng hóc như băng chuyền cơ cầu đẩy, cơ cấu