III. Kỹ thuật lạn hở Vị êt Nam:
4.8.3. Phương pháp lạnh đông cực nhanh (lạnh đông siêu nhanh hay lạnh đông
lạnh đông tức thời).
Khi lạnh đông tức thời do thoát nhiệt đều và rất nhanh nên hạn chế rất mạnh sự
chuyển nước trong tế bào ra ngoài gian bào, hạn chế sự tạo thành tinh thểđá to ở gian bào, vì vẫn ít nước chuyển qua màng tế bào để đóng băng kết tinh ở gian bào nên khi làm tan giá chậm nó trở lại tế bào, làm tế bào sống lại được, không phá vỡ cấu trúc nguyên sinh
Như vậy muốn làm lạnh đông tức thời phải đảm bảo các điều kiện là cần có ngay và rất nhiều tâm kết tinh, để tạo tành nhiều tinh thể bé trong tế bào.
Thực hiện nghiêm túc yêu cầu này chỉ trong môi trường lỏng : CO2 lỏng, nitơ
lỏng, from lỏng và các khí hoá lỏng khác, đồng thời kích thước sản phẩm bé để có bề
mặt riêng lớn.
Sản phẩm cần phải có độ quá lạnh Δt?? lớn (tql thấp) bằng cách tăng nồng độ
phân tử (vì Δtql = 1,84n)
Ngày nay kỹ thuật lạnh tiên tiến cho phép làm lạnh đông cực nhanh với thời gian chỉ trong khoảng 5 ÷ 10 phút tức là chỉ bằng khoảng 1/60 thời gian lạnh đông nhanh. Do tốc độ lạnh đông nhanh như vậy cho nên tăng được năng suất bằng bốn năm chục lần và giảm được hao hụt khối lượng sản phẩm đến 3 ÷ 4 lần. Sản phẩm lạnh
đông cực nhanh bảo đảm hầu như nguyên vẹn phẩm chất tươi sống của nguyên liệu ban đầu. Vì thế hiện nay ở một số nước có kỹ thuật tiên tiến lượng sản phẩm lạnh đông cực nhanh đã chiếm tỉ số khoảng 50% trong số sản phẩm lạnh đông nói chung.
Thường người ta dùng nitơ lỏng vì có nhiều ưu việt:
+ Nitơ lỏng bay hơi ở áp suất thường cho nhiệt độ rất thấp - 1960C
+ Nitơ lỏng gần như khí trơ nên hạn chếđược qúa trình oxy hóa sản phẩm. + Lạnh đông cực nhanh như sản phẩm trong nitơ lỏng hạn chếđược nhiều VSV hơn so với các phương pháp khác.
Ở Việt Nam ta cũng đã tiến hành thí nghiệm lạnh đông cực nhanh chuối, dứa trong nitơ lỏng, và ở thành phố HCM có máy lạnh đông cực nhanh bằng nitơ lỏng IQF (n/m liên hợp)
* Biểu đồ nhiệt độ của sản phẩm trong qúa trình làm lạnh đông ở biểu đồ (a) có
http://www.ebook.edu.vn
lúc này tốc độ thoát nhiệt khỏi sản phẩm không kịp với tốc độ sinh ra nhiệt do sự tạo thành một loạt những tinh thểđầu tiên sau khi đạt t0ql, do vậy khi ấy sẽ có 1 số tinh thể
sữa mới tạo thành bị tan ra, làm giảm mất số lượng tinh thể, nước mới tan ấy lại bám vào kết tinh lên mầm tinh thể khác tạo những tinh thể lớn hơn, gây tác hại về cơ học cho màng tế bào.
Ở biểu đồ (b) đặc trưng cho qúa trình lạnh đông nhanh, ở biểu đồ này vẫn có
đoạn cong ít, chứng tỏ vẫn còn nhược điểm như ở biểu đồ (a) nhưng mức độ nhỏ hơn nhiều.
Ở biểu đồ (c) hoàn toàn khong có đoạn gãy, chứng tỏ qúa trình lạnh đông xảy ra rất nhanh và rất kịp thời, trường hợp này chỉ có ở lạnh đông cực nhanh.
Hình ***
4.9. Những biến đổi của thực phẩm làm lạnh đông
4.9.1. Những biến đổi nhiệt - Lý học .
1. Biến đổi lý học :
Trong qúa trình làm lạnh đông, nước tách ra độc lập ở dạng những tinh thể đá, làm cho sản phẩm trở nên rắn, thể tích tăng một ít do đó khối lượng riêng giảm. Ẩm bốc lên từ bề mặt sản phẩm vào không khí xung quanh. Nếu nhập sản phẩm còn ướt lên bề mặt, khi làm lạnh đông dùng đóng băng lại, sau đó có qúa trình thăng hoa nước
đá. Hiệu số giữa nhiệt độ bề mặt bay hơi và không khí xung quanh càng lớn thì qúa trình bốc ẩm càng mạnh gây tổn hao khối lượng càng lớn. Ngoài ra, do nước đóng băng ở lớp bề mặt sản phẩm nên có sự biến màu do hiệu ứng quang học nhờ tinh thể đá khúc xạ ánh sáng (biến màu giả tạo) và mất một phần mùi vị, lớp bề mặt trở nên cứng dai.
2. Biến đổi nhiệt dung. C [Kcal/ kg0C]
Gọi Clđ - Nhiệt dung sản phẩm làm lạnh đông . Ta có :
Clđ = c’ (1 + ϕ) + c’’ (ϕ - ϕω) + c’’’ ϕω Trong đó :
c’ - Nhiệt dung của chất khô, có thể tính cụ thể tuỳ thành phần cấu tạo (gồm gluxit, protit, lipit...) nhưng thường thường c’ = 0,25 + 0,35 kcal/kg0C
c’’ - Nhiệt dung của nước đá ; c’’ = 1Kcal/kg0C c’ »’ - Nhiệt dung của nước đá ; c’’ = 0,52 Kcal/kg0C
ϕ - Hàm lượng nước trong sản phẩm
http://www.ebook.edu.vn
ϕω - Lượng nước đóng băng ở nhiệt độ nhất định.
ϕ - ϕω - Lượng nước chưa đóng băng
Như vậy khi làm lạnh đông xong nhiệt dung sản phẩm giảm vì nước phần lớn chuyển thành đá và c’’ > c’’’ .
Nhiệt dung của sản phẩm ở trạng thái lạnh (trên điểm đóng băng) là : c0 = c’(1 - ϕ) + c’’ϕ
Do đó :
tlđ = c0 - (c’’ - c’’’) ϕω Hình ***
Công thức này chưa kể gì đến nhiệt toả ra do qúa trình tạo đá. Trong thực tế khi làm lạnh đông nhiệt cần phải thoát ra từ sản phẩm bao gồm nhiệt để hạ nhiệt độ làm lạnh sản phẩm là Clđ và nhiệt do tạo thành nước đá qω trong 1 kg sản phẩm mà qω lại phụ thuộc vào nhiệt độ.
Nhiệt tạo thành đá do G kg sản phẩm khi biến thiên nhiệt độ rất bé tạo nên dw nước đá như sau:
dQω = G . ϕ . r . dw Kcal/0C
Tính dưới dạng nhiệt dung: nhiệt toả ra trên 1 đơn vị sản phẩm khi biến thiên nhiệt độ 10C
qω = (ω2 - ω1) . ϕ . r Kcal/0C
Với ω2 - ω1 : Hiệu số lượng nước đóng băng trong sản phẩm khi biên thiên nhiệt độ 10C
r - ẩn nhiệt chuyển pha của nước r = 80 Kcal/kg. Như vậy nhiệt dung toàn phần của sản phẩm là :
Cω = clđ + qω
= clđ + (ω2 - ω1) . ϕ . r
Cω : cực đại lúc mới bắt đầu qúa trình làm lạnh đông vì khi đó độ giảm nhiệt độ
từ tđb còn bé, vì vùng ấy sự tạo thành nước đá mạnh nhất, và khi đó ω = 0 do đó clđ = ω
Và vào lúc tất cả nước đã đóng băng (ởđiểm ơtecti) ta có ?? Δω = 0 ⇒ qω = 0 và clđ = 0ω
3. Biến đổi độ dẫn nhiệt: λ [Kcal/m h0C]
Độ dẫn nhiệt của sản phẩm đã làm lạnh đông λlđđược tính.
http://www.ebook.edu.vn Với :
λ’ - Hệ só dẫn nhiệt của chất khô, thường λ’ = 0,22 Kcal/m h0C
λ’’ - Độ dẫn nhiệt của nước λ’’ = 0,48 Kcal/m h0C
λ’’’ - Độ dẫn nhiệt của nước đá λ’” = 1,95 Kcal/m h0C
Độ dẫn nhiệt của nước đá λ’’’ lớn hơn độ dẫn nhiệt của nước λ’’ cho nên trong qúa trình đóng băng độ dẫn nhiệt của sản phẩm đã lạnh đông λlđ tăng dần khi càng giảm nhiệt độ . Hình *** Ngoài ra ta có: λlđ = λ0 + [t (1 t )] lg Br 1 Ar AB = + + Với :
r0 - Độ dẫn nhiệt của sản phẩm ở nhiệt độ kết tinh của dịch bào . A, B - hằng số thực nghiệm. 4. Biến đổi hệ số dẫn nhiệt độ. Ta có : alđ = δ λ . cld ld [m2/h ] và aω = δ λ ω ω . c [m2/h ]
Trong qúa trình lạnh đông λlđ tăng dần, clđ lại giảm dần nên alđ tăng liên tục. Công thức thực nghiệm : alđ = a0 + [t (1 t )] lg Br 1 Ar db = + + Hình***
Với a0 là hệ số dẫn nhiệt độ của sản phẩm trước khi tạo tinh thểđá và a0 = δ λ 0 0 c
http://www.ebook.edu.vn
δ - Khối lượng riêng của sản phẩm đã lạnh đông, δ giảm chừng 5 - 6% do sự
giản nở thể tích của nước tạo thành đá. Sự thay đổi này không lớn lắm so với biến đổi của λlđ và clđ , do đó khi tính alđ ta lấy nó theo nhiệt độ alđ = f (t0)
Tóm lại, ta thấy trong qúa trình làm lạnh đông thì λ tăng, a tăng, nhưng thực tế
sự truyền nhiệt ở giai đoạn sau vẫn khó khăn hơn. Đó là vì khi nước đóng băng có tăng
λ thật, nhưng lại mất khả năng truyền nhiệt bằng đường lối đối lưu, mà truyền nhiệt bằng đối lưu rất quan trọng trong môi trường lỏng và khí. Trong sản phẩm đã lạnh
đông sự truyền nhiệt kém vì chỉ còn mỗi một khả năng truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt.
4.9.2. Những biến đổi sinh hóa.
Trong điều kiện nhiệt độ thấp của qúa trình làm lạnh đông, những biến đổi sinh thái của thực phẩm được hạn chế rất nhiều so với qúa trình làm lạnh thường.
Do qúa trình đóng băng của nước các phản ứng sinh hoá nói chung bị kìm hãm mạnh với mức độ khác nhau, tạo nên sự mất cân bằng các qúa trình trao đổi chất trong tế bào sản phẩm thực phẩm, trong VSV. Nhiệt độ càng thấp và tốc độ làm lạnh đông càng nhanh thì càng có nhiều tế bào còn nguyên và sống được. Chính sự mất cân bằng giữa các qúa trình sinh hoá xảy ra mạnh nhất ở khoảng nhiệt độ tạo thành khối lượng
nước đá chủ yếu, là khoảng -2 ÷-200C và cũng chính nó có tác dụng làm biến tính 1 phần protit của thịt, cá, sự biến đổi protit rõ nhất là khi làm lạnh đông chậm trong
khoảng nhiệt độ từ t0đb÷ - 40C (nói rõ ở cơ chế tách nước đóng băng)
Các hoạt động enzim của bản thân rau, quả, thịt cá cũng giảm nhưng không
đình chỉ hẳn được: như men lipaza không mất hoạt tính cả ở -350C và phản ứng phân huỷ glucogen do men thuỷ phân vẫn xảy ra với tốc độđáng kể (không thấy hiện tượng phân huỷ men ngay ở -790C). Nhiều loại men khi làm lạnh đông không bị mất hoạt tính, có khi còn tăng hoạt tính sau khi được tan giá và làm ấm.
Nói chung những biến đổi sinh hóa trong thực phẩm khi làm lạnh đông còn tiếp tục xảy ra suốt qúa trình bảo quản lạnh đông về sau, nhất là các qúa trình phân huỷ
protit, lipit, gluxit ... và các qúa trình tạo thành sản phẩm phân huỷ của chất bay hơi càng về sau mới rõ nét. Mặt khác tốc độ và cường độ các qúa trình ấy phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái của sản phẩm trước khi làm lạnh đông.
4.10. Các biện pháp hạn chế hao hụt khối lượng trong lạnh đông và trữ
đông
Trong lạnh đông và trữ đông thực phẩm vẫn xảy ra nhiều biến đổi không lợi cho sản phẩm. Biến đổi quan trọng nhất là sự hao hụt khối lượng do bay hơi, sẽ kéo theo sự giảm phẩm chất rất nhiều như: Khô héo, đen bề mặt ... Vì vậy cần áp dụng các biện pháp hạn chế hao hụt khối lượng như sau:
- Làm lạnh đông sản phẩm theo kiểu gián tiếp, tức là sản phẩm được bao gói sẵn trong giấy bóng, túi nhựa ... để tránh tiếp xúc với không khí nên hạn chếđược hao
http://www.ebook.edu.vn
hụt khối lượng. Biện pháp này còn hạn chế được ôxy hóa sản phẩm, hạn chế mức ô nhiễm VSV và đáp ứng được yêu cầu văn minh thương nghiệp.
- Một số sản phẩm sau khi lạnh đông xong được tráng bằng để tạo một lớp vỏ
mỏng bằng nước đá, ngăn cách sự tiếp xúc sản phẩm với không khí.
- Làm lạnh đông 1 pha. Trước kia một số sản phẩm nhất là thịt trước khi làm lạnh đông phải qua khâu làm lạnh. Như vậy tuy chất lượng có hơn vì qua qúa trình ?? hóa học, nhưng chi phí cho chế biến tăng và hao tốn khối lượng lớn. Ngày nay người ta áp dụng phương pháp lạnh đông thịt 1 pha (bỏ qua khâu làm lạnh) vừa hạ chi phí chế biến, xuất nhập kho vừa tăng năng suất làm lạnh lại vừa giảm hao hụt khối lượng từ 3% xuống 2%.
- Làm lạnh đông cực nhanh, vừa đạt năng suất cao, vừa giảm hao hụt khối lượng do tlđ ngắn.
- Sản phẩm lạnh đông xong đưa vào kho trữđông cần phải xếp thật chặt để hạn chế hao hụt khối lượng.
- Trữđông ở nhiệt độ thấp cũng hạn chếđược hao hụt khối lượng. Nếu trữđông qua 4 tháng ở -80C thì ΔG = 2,47%
-120C thì ΔG = 1,22% -180C thì ΔG = 1,1%
4.11.Kỹ thuật làm lạnh đông một số thực phẩm
4.11.1 Lạnh đông thịt và sản phẩm thịt gia súc.
Thịt được làm đông lạnh ở trong các buồng lạnh đông hoặc các hầm (tunen) lạnh đông. Thịt bò, trâu ở dạng 1/4, thịt heo ở dạng 1/2 và heo sữa, cừu ở dạng nguyên con, ngoài ra thịt còn được làm lạnh đông ở dạng khối, philê và miếng vụn.
Thịt ở dạng 1/4, 1/2 hay nguyên con được treo bằng các móc đặc biệt có bánh xe chuyển động trên các đường ray. Nhờ vậy mà việc bốc xếp và vận chuyển thịt được nhẹ nhàng và có thể tựđộng hoá
Nhiệt độ không khí trong phòng -350C ÷ -400C Tốc độđối lưu không khí 3 ÷ 5 m/s
Nhiệt độ trong đùi dày hay ở tâm của khối thịt đạt -8 ÷-120C thì qúa trình lạnh
đông kết thúc.
Tổn hao khối lượng thịt trong qúa trình lạnh đông cho phép từ 0,6 ÷ 2,6% phụ
thuộc chất lượng loại thịt, điều kiện kỹ thuật và phương pháp lạnh đông. Có 2 phương pháp lạnh đông thịt
+ Làm lạnh đông 2 pha: Thịt nóng được làm lượng để hạ nhiệt độ của nó đến +40C sau đó mới đưa vào thiết bị lạnh đông.
http://www.ebook.edu.vn
+ Làm lạnh đông một pha: Thịt sau khi ra lò mổ còn nóng, đưa vào thiết bị lạnh
đông ngay, ởđó thịt được làm lạnh đông đến nhiệt độ nhỏ hơn -80C Lạnh đông 1 pha có nhiều ưu điểm hơn so với lạnh đông 2 pha. - Tổng thời gian của qúa trình giảm
- Tổn hao khối lượng giảm nhiều (30 ÷ 45%) - Chi phí lạnh và diện tích phòng lạnh cũng giảm.
Ta xét ảnh hưởng của các phương pháp làm lạnh đông đến thời gian lạnh đông và tổn hao khối lượng đối với thịt bò , 1/2 con.
Nhiệt độ của thịt Phương pháp lạnh đông Ban đầu Cuối Nhiệt độ (0C) Tốc độ chuyển động(m/s) Thời gian lạnh đông (h) Tổn hao tự nhiên khối lượng % - Lạnh đông 2 pha + Chậm 4 -8 -18 0,1 ÷ 0,2 40 2,58 + Tăng cường 4 -8 -23 0,5 ÷ 0,8 26 2,35 - Nhanh 4 -8 -35 3 ÷ 4 16 2,20 - Lạnh đông 2 pha + Chậm 37 -8 -23 0,1 ÷ 0,2 36 1,82 + Tăng cường 37 -8 -30 0,5 ÷ 0,2 24 1,60 - Nhanh 37 -8 -35 3 ÷ 4 20 1,20
Đối với thịt lợn 1/2 con thời gian lạnh đông bằng 80%.
Đối với thịt cừu nguyên con thời gian lạnh đông bằng 60%.
Các nhà công nghệđòi hỏi thực hiện qúa trình làm lạnh đông phải nhanh và kết thúc trước khi bắt đầu giai đoạn tê công của thịt, sau khi giết mổ nhằm bảo vệ thịt khỏi bị phân huỷ glycogen và Ati. Do đó cần phải làm lạnh đông nhanh thịt tươi với tốc độ
phát triển lớp đóng băng khoảng 5-6cm/h, điều này chỉ có thể thực hiện trong môi trường lỏng tức là làm lạnh đông bằng phương pháp tiếp xúc.
Rewtow đề nghị làm lạnh đông thịt trong N2 lỏng, tuy nhiên cho tới nay phương pháp này chưa áp dụng rộng rãi vì những khó khăn về mặt kỹ thuật cũng như
giá thành sản xuất N2 lỏng.
Ngoài ra ở nhiệt độ sôi của N2 lỏng trong không khí thường là -1970C thì thịt
được làm lạnh đông đến -40 ÷ 500C, lớp bề mặt thịt bị làm quá lạnh và gây nên những vét nứt ở bề mặt.
http://www.ebook.edu.vn
Ở Bungari người ta thực hiện quy trình làm lạnh đông theo chương trình từng giai đoạn. Ban đầu thịt tươi được làm lạnh nhanh và làm lạnh đông trong 1 phòng lạnh có bề mặt bức xạ nhiệt lớn và đối lưu tự nhiên không khí. Sau đó mở quạt cho đạt vkk
tới 8m/s, rồi qúa trình làm lạnh đông lại tiếp tục thực hiện ởđiều kiện đối lưu tự nhiên. Phương pháp này giảm tổn thất khối lượng thịt lợn 20% và thịt bò 50% nhưng tlđ có