2. 26 BIẾN ĐỔI HÓA SINH
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 nâng hạ, động cơ và hộp số.
3.5.1.2 Cấu tạo thiết bị tần sôi của hãng Samfi-Babcook:
Năng suất kết đông 10t/h dùng để kết đông sản phẩm nặng như ngô. Sản phẩm đi từ trái qua phải của hầm kết đông bằng các băng vận chuyển. Lượng không khí lạnh vừa làm kết đông vừa làm tấm điệm không khí cho sản phẩm.Vùng một được bố trí không khí yếu để bảo vệ cho sản phẩm đền điểm đóng băng,làm cứng bề mặt sản phẩm. Vùng 2 được kết đông tới nhiệt dộ yêu cầu với tốc dộ không khí mạnh hơn.
1.cơ cấu nạp với tấm rung điều chỉnh độ rung teho sản phẩm nạp-2.cơ cấu rửa và sấy tự động cho băng thứ nhất-3. băng kết
tâm đều chỉnh được tốc độ-5.động cơ quạt-6.cực kiểm tra-7. dàn bay hơi tráng kẽm -8.
cầu kiểm tra-9. sản phẩm-10. đoạn chuyển tiếp giửa 2 vùng I và II-11 xã băng bằng hơi nóng-12. bao che cách nhiệt-13. kính quan sát-14. cửa trượt sản phẩm ra ngoài bằng inox-15.độnng cơ và hộp số cho mỗi băng chuyền phụ thuộc vào tốc độ cho từng loại sản phẩm
3.5.2 Thiết bị kết đông theo kiểu tiếp xúc:
Khi đặt sản phẩm tiếp xúc với bề mặt lạnh, khả năng trao đổi nhiệt lớn hơn nhiều so với khi tiếp xúc với không khí lạnh. Chính vì vậy tốc độ kết đông nhanh hơn, hiện nhiệt độ giữa sản phẩm và nhiệt độ bay hơi giảm xuống. Năng suất yêu cầu giảm, tiêu tốn năng lượng cho đơn vị sản phẩm giảm.thời gian kết đông cho một mẻ sản phẩm giảm nên giảm được diện tích lắp dặt thiết bị. Nhược điểm của máy là không thể kết đông bất cứ sản phẩm nào. Máy chỉ kết đông các loại thực phẩm đặt vào trong khuôn cố định, kích thước của khuôn tùy theo nhà chế tạo máy quy định.
3.5.2.1 Cấu tạo:
1.khung- 2. xilanh thủy lực- 3.bàn nâng- 4.bệ nâng-5.các tấm tiếp xúc-6. van phao-
7.cơ cầu định vị truyền động cho tấm-8.van phao-9.bình tách lỏng-10.các ống cao su co bộc dây thép để cấp môi chất lạnh cho dàn bay hơi-11.bình dầu-12.bơm dầu-13.sản phẩm kết đông-14.Giá gỗ
3.5.2.2 Nguyên lí làm việc:
Tấm kiểm tiếp xúc bằng tấm thép tráng kẽm, thép không rỉ hoặc đa số bằng nhôm đúc áp lực.đảm bảo vệ sinh công nghiệp thực phẩm. và có thể ép tiếp xúc trực tiếp lên thực phẩm không có bao bì
Trong các tấm tiếp xúc là các dẫn lạnh trực tiếp môi chất như R22 (có thể là NH3) hoặc muối CaCl2 và có các ống dẫn mềm bằng thép không rỉ ra ngoài để cung cấp và tháo môi chất ra khỏi dàn để dãn hoặc ép các tấm tiếp xúc khi tháo hoặc xếp tải.
Các ống mềm có thể bằng vật liệu khác nhưng phải đảm bảo bền với áp lực, độ kín cũng như bền hóa học đối với môi chất lạnh hoặc nước muối để sử dụng.
Có thể sử dụng hệ thống dể cấp lạnh hoặc cho nhiều áy kết đông. Có thể dùng bơm môi chất cấp lỏng cho các dàn lạnh hay tấm tiếp xúc. Nhiệt độ sôi khoảng -350C. Khi có nhiều máy kết đông, các máy làm việc gần như dạng kết đông liên tục vì nạp và tháo sản phẩm thay đổi cho các máy.
Máy kết đông tiếp xúc theo kiễu nằm ngang là loại phổ biến nhất. Sản phẩm kết đông được đóng trong khuôn nhôm hoặc khuôn định hình sau đó được đẩy vào 2 tấm tiếp xúc đang mở.
Sau khi nạp đầy sản phẩm cơ cấu thủy lực tác động lên cho các tấm tiếp xúc ép lại với nhau để sản phẩm tiếp xúc với cả 2 tấm ( tấm trên và tấm dưới). Một bộ phận định vị giữ cho tấm không ép sát vào nhau làm biến dạng khay hoặc hộp sản phẩm. Toàn bộ máy bố trí trong vỏ hộp cách nhiệt đủ dầy đối với nhiệt độ sôi thấp. Máy kết đông tiếp xúc nằm ngang sử dụng rất phù hợp cho những sản phẩm có hình dạng đều đặn.
Bên trong các tấm tiếp xúc là dàn bay hơi trực tiếp của môi chất lạnh. Sản phẩm được đóng sẵn vào khuôn tiêu chuẩn, xếp giữa các tấm, tiếp theo dầu được bơm vào xi lanh,pittong sẽ ép các tấm lại. lực ép duy trì 0.15-0.70bar. Sau khi ép xong dàn lạnh được cấp lỏng và quá trình kết đông bắt đầu. Nhiệt độ sôi của môi chất đạt -340C. Sau khi kết đông xong dầu được xả lại bình, pittong di xuống,các tấm mở ra và sản phẩm dược lấy ra dễ dàng. Máy làm việc theo từng mẻ.chiều dài khay từ 25-100mm. thời
gian kết đông ngắn. Chiều dầy khay 90 mm thời gian là 3h. Thời gian kết đông phụ thuộc vào sản phẩm và sự tiếp xúc của các sản phẩm trong khuôn.
3.5.3 Thiết bị kết đông bằng khí hóa lỏng :
Thường được thực hiện với nitơ lỏng. Nitơ lỏng sôi ở nhiệt độ -196oC. Do đó có độ chênh lệch nhiệt độ rất lớn giữa sản phẩm và nhiệt độ sôi lên các sản phẩm được kết đông gần như tức thời.
3.5.3.1 Thiết bị kết đông Nitơ lỏng phun (cry ogen – Rapid):
3.5.3.1.1 Cấu tạo:
1.Hầm cách nhiệt – 2. băng chuyền-3.bàn nạp sản phẩm-4.cửa nạp sản phẩm-5.bàn tháo sản phẩm-6.khay hứng có van xã-7.ống hút-8. quạt hút-9.quạt khuấy -10 và 11 ống