Kỹ thuật lạnh thực phẩm

Ở các nước ôn đới người ta trử băng đá, còn ở các nước nhiệt đới người cổ đại biết sử dụng các hang động có mạch nước ngầm nhịêt độ thấp để bảo quản thực phẩm và lương thực Làm lạnh nhân

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ SỞ VỀ KỸ THUẬT LẠNH

1.1 Các phương pháp làm lạnh nhân tạo:

Từ lâu con người đã biết lợi dụng thiên nhiên để thỏa mãn một phần nhu cầu về lạnh.

Ở các nước ôn đới người ta trử băng đá, còn ở các nước nhiệt đới người cổ đại biết sử dụng các hang động có mạch nước ngầm nhịêt độ thấp để bảo quản thực phẩm và lương thực

Làm lạnh nhân tạo là các quá trình làm lạnh nhờ một phương tiện hoặc thiết bị do con người tạo ra

Danh từ LẠNH biểu diễn một trạng thái nào đó của vật chất khi nhiệt độ của nó thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh

Vậy giới hạn nào đó của nhiệt độ môi trường xung quanh để phân biệt giữa NÓNG và LẠNH của vật chất? Vấn đề này chưa được thống nhất trên thế giới, song hiện nay nhiều nước vẫn lấy nhiệt độ thích hợp bình thường là +180C ÷ +240C làm giới hạn Như vậy thừa nhận LẠNH biểu diễn trạng thái vật chất có nhiệt độ dưới +200C

Trong kỹ thuật lạnh phân biệt như sau:

* Lạnh thường: tđb < t0 < +180C

* Lạnh đông: - 1000C < t0 < tđb

* Lạnh thâm độ: -2730C < t0 < - 1000C

1.1.1 Phương pháp bay hơi khuếch tán:

1 Nguyên tắc :

Một thí dụ điển hình là cho nước bay hơi khuếch tán vào không khí: khi phun nước liên tục vào không khí có cùng nhiệt độ, nước sẽ bay hơi khuếch tán vào không khí và trạng thái không khí sẽ biến đổi theo đường đẳng entanpi:

Hình 1.1 Đồ thị i – d của không khí ẩm

t1: nhiệt độ khô (đọc trên nhiêt kế khô)

t2: nhiệt độ ướt (đọc trên nhiêt kế bầu ướt)

ts: nhiệt độ đọng sương

Từ điểm 1 là trạng thái ban đầu của không khí đến điểm 2, độ ẩm tăng từ 1 đến max = 100%, nhiệt độ giảm từ t1 đến t2

2 Ứng dụng :

- Điều hòa nhiệt độ :

Ở vùng nóng và khô có thể sử dụng phương pháp này để điều hòa nhiệt độ Ở nước ta khí hậu nóng và ẩm nên ứng dụng không hiệu quả, trừ những ngày nắng gió tây

- Chế tạo máy lạnh :

máy lạnh hấp phụ khuếch tán: ở giàn bay hơi NH3 lỏng bay hơi khuếch tán vào khí Hydro, là chất khí dùng cân bằng áp suất cho hệ thống lạnh

1.1.2 Phương pháp hòa tan:

1 Nguyên tắc :

Quá trình hòa tan luôn kèm theo quá trình thu nhiệt

Ví dụ:

+ Hòa trộn 200g CaCl2 với 100g nước đá vụn, nhiệt độ sẽ giảm từ t1 = 00C xuống t2 =

-420C

2 Ứng dụng :

Thường sử dụng trong các quá trình bảo quản tạm thời

1.1.3 Phương pháp hóa lỏng (nóng chảy):

1 Nguyên tắc :

Quá trình nóng chảy luôn kèm theo quá trình thu nhiệt

Nước đá khi tan chảy sẽ thu một lượng nhiệt bằng chính ẩn nhiệt đóng băng

r = 80 Kcal/Kg, do đó làm môi trường xung quanh lạnh đi Nếu cần nhiệt độ thấp hơn phải hòa trộn đá vụn với muối ăn hoặc muối CaCl2

2 Ứng dụng :

Thường sử dụng trong các quá trình bảo quản tạm thời các mặt hàng thủy sản

1.1.4 Phương pháp thăng hoa:

1 Nguyên tắc :

Quá trình thăng hoa luôn kèm theo quá trình thu nhiệt

Đá khô (tuyết cacbonic) là cacbonic ở dạng rắn Khi thăng hoa đá khô thu một lượng nhiệt khá lớn bằng ẩn nhiệt thăng hoa r = 137 Kcal/Kg

2 Ứng dụng :

- Thường sử dụng trong các quá trình bảo quản ở điều kiện nhiệt độ thấp các mặt hàng thực phẩm và y dược

- Đặc biệt dùng làm lạnh trên phương tiện vận tải

1.1.5 Phương pháp bay hơi chất lỏng:

1 Nguyên tắc :

Quá trình bay hơi luôn kèm theo quá trình thu nhiệt

Các môi chất lỏng dùng trong máy lạnh nén hơi, hấp thụ và ejectơ là NH3, nước và các freon đều thực hiện quá trình thu nhiệt bằng quá trình bay hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, đồng thời thải nhiệt ra môi trường bằng quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao

Hình 1.2 và sơ đồ (tham khảo môn Quá trình và thiết bị)

2 Ứng dụng :

Các máy lạnh làm việc theo nguyên lý bay hơi chất lỏng gọi là MÁY LẠNH NÉN HƠI

Phạm vi ứng dụng rất rộng lớn trong các nhà máy thực phẩm với công suất lớn

1.2 Tác nhân lạnh: (Môi chất lạnh, gaz lạnh- Refrigerant)

1.2.1 Định nghĩa:

Tác nhân lạnh là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp, áp suất thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ và

áp suất cao hơn

Tác nhân lạnh tuần hoàn được trong hệ thống nhờ quá trình nén

* Ở máy lạnh nén khí, môi chất lạnh không thay đổi trạng thái, luôn ở thể khí

* Ở máy lạnh nén hơi, môi chất lạnh có sự biến đổi trạng thái

1.2.3 Một số tác nhân điển hình:

1 Môi chất vô cơ:

* Môi chất điển hình NH3:

Máy lạnh NH3 được ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp thực phẩm

2 Môi chất hữu cơ: Các freon (F, R):

* Định nghĩa: Freon là các dẫn xuất halogen của các chất như metan, etan, propan

Ví dụ:

- Dẫn xuất của CH4 : CFCl3 ký hiệu là F_11

CF2Cl2 ký hiệu là F_12

1.3 Chất tải lạnh:

1.3.1 Định nghĩa:

Những chất đã được hạ nhiệt độ nhờ hệ thống máy lạnh và được đưa đi làm lạnh vật khác gọi là chất tải lạnh

1.3.3 Chất tải lạnh điển hình

1 Môi trường khí : không khí, CO2, hỗn hợp nitơ và hydrô

Ở đây không khí là môi trường dùng phổ biến nhất

2 Môi trường tải lạnh lỏng: thường dùng nước, nước muối, etylen glycol

- Muối ăn (NaCl) luôn luôn có chứa các hợp chất muối khác như CaCl2, MgCl2, KCl

3 Chất tải lạnh rắn:

Thường dùng là đá ướt, đá khô, ơtecti cứng

a Đá ướt: (nước đá)

Gồm có nước đá thiên thiên và nước đá nhân tạo

b/ Đá khô (tuyết cacbonic)

Hình 1.5 Giản đồ 3 pha của CO2

Đá khô bay hơi không qua trạng thái lỏng (thăng hoa) nên được ứng dụng thích hợp cho bảo quản nhiều loại sản phẩm cả việc dùng làm lạnh đông thực phẩm

c Ơtecti cứng

Dùng hỗn hợp lạnh đông của 2 đến 3 muối đúng theo thành phần ơtecti để có nhiệt độ tan chảy thấp

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VỀ KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM

2.1 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với vi sinh vật (ảnh hưởng)

2.1.3 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với VSV

Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp một số VSV bị chết hoặc bị ngừng hoạt động vì các

lý do sau:

- Phần protit của VSV bị biến đổi hay phá hủy, do đó hệ thống keo sinh học (keo protit) trong ấy bị phá hủy

Sự giảm nhiệt độ kéo theo sự giảm năng lượng bề mặt của nước, giảm các lực kết hợp với hệ keo => nước bắt đầu tách ra khỏi vỏ hydrat, làm thay đổi hệ thống keo, làm cho protit cuộn tròn lại Mặt khác lực đẩy giữa các phân tử cũng giảm => bắt đầu quá trình đông tụ poptit, do đó tác hại đến VSV.

Điều đáng chú ý là sự đông tụ này có tính chất thuận nghịch, không biến đổi hoàn toàn hóa tính protit => nhiệt độ thấp không thể tiêu diệt VSV triệt để được

- Do nước đóng băng gây nên

+ Phá hủy cơ học tế bào VSV: khi nước đóng băng thành tinh thể làm tăng thể tích, các tinh thể có thể chèn và làm rách vở màng tế bào của VSV

+ Biến nước thành đá: nước đã đóng băng, do đó môi trường hoạt động của VSV không còn nữa

+ Thay đổi pH, nồng độ chất khô và áp suất thẩm thấu: do nước đóng băng tách ra ở dạng tinh thể nguyên chất (dung môi kết tinh trước) nên nồng độ của dịch tế bào tăng lên, áp suất thẩm thấu cũng tăng lên, pH giảm, do đó VSV khó phát triển

2.2 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với động vật và thực vật

2.2.1 Đối với động vật

Động vật chia làm 2 nhóm: máu nóng và máu lạnh

1 Nhóm máu nóng:

Ở động vật máu nóng nhiệt độ cơ thể không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh

Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp cơ thể dạng động vật máu nóng còn sống được khá lâu trước khi xảy ra sự tê cóng, cơ thể sẽ chết nếu thân nhiệt của nó tăng giảm 2  30C so với mức bình thường

Nhiệt độ hạ thì cơ thể chết là vì:

- Tăng độ nhớt của huyết tương (do năng lượng bề mặt giảm nên chúng dễ kết hợp lại với nhau và do chuyển động phân tử giảm xuống) => khó nuôi dưỡng tế bào

- Giảm độ thấm hút của màng tế bào

Màng tế bào thuộc loại màng bán thấm, nó thấm hút có tính chọn lọc

nhiệt độ thấp sự khuếch tán thông thường bị hạn chế và không thể thực hiện được sự khuếch tán dưới tác dụng của điện tích một cách mạnh mẽ, nên không thể trao đổi chất dinh dưỡng cũng như thải những chất cặn bã trong tế bào => tế bào bị chết dưới tác dụng của lạnh

2 Nhóm động vật máu lạnh:

Thân nhiệt của động vật máu lạnh thay đổi theo nhiệt độ bên ngoài

Ở nhiệt độ t0 < 00C thì trong tế bào cơ thể động vật máu lạnh cũng có hiện tượng:

- Tăng độ nhớt của huyết tương, do đó khó thực hiện quá trình tuần hoàn, bài tiết và

dinh dưỡng trong cơ thể

- Giảm độ thấm hút của tế bào

Động vật máu lạnh có khả năng chống rét tốt hơn

2.2.2 Tác dụng của nhiệt độ thấp đến tế bào cơ thể thực vật:

- Tế bào thực vật, rau quả có khả năng chịu lạnh rất tốt

- Vì tế bào cơ thể của chúng ngoài màng bao bọc bằng protit, lipo - protein mà còn có màng bằng xenlulô và protopectin, màng này chắc cứng bảo vệ tế bào khỏi va chạm cơ học và chống đỡ được lạnh

- Có sự biến đổi nồng độ phân tử của dịch, liên kết và giữ được nhiều nước ở dạng gel, không cho nước đóng băng để bảo toàn sự sống

Dạng gel trog tb

Gluxit đơn giản  protopectin  pectin.

Ở nhiệt độ thấp thì cả hai quá trình phân ly và tổng hợp đều bị kìm hãm, nhưng quá trình tổng hợp bị kìm hãm mạnh hơn, nên tế bào thực vật sẽ tích lũy nhiều pectin hơn Pectin

có khả năng keo hóa lớn và rất bền ở nhiệt độ thấp

Ảnh hg: Khi nước đóng băng sẽ tăng thể tích khoảng 10% nên sẽ làm toát vỏ tế bào 2.3.2 Những biến đổi chính trong quá trình làm lạnh thực phẩm

1 Biến đổi lý học:

Chủ yếu là quá trình bay hơi ẩm

ảnh hưởng:

+ đây là nguyên nhân chủ yếu gây tổn hao tự nhiên khối lượng sản phẩm thực phẩm, làm cho rau quả tươi chóng héo

+ ảnh hưởng xấu đến khả năng chống bệnh tật của quả

+ Tế bào thực vật bị khô héo sẽ làm thay đổi phương hướng các quá trình men, làm tăng cường quá trình thủy phân, giảm quá trình tổng hợp

Các yếu tố ảnh hưởng:

- Môi trường làm lạnh: to, độ ẩm, V không khí

- Tính chất sản phẩm: thành phần, độ chín, bề mặt bay hơi riêng (m2/Kg)

* Các phương pháp giảm tổn hao tự nhiên khối lượng sản phẩm khi làm lạnh:

- Giảm thời gian làm lạnh bằng cách làm lạnh nhanh but k để đóng băng dịch bào

- Giảm bề mặt bay hơi: đóng gói, bao bì, phủ kín

- Không làm lạnh và bảo quản lạnh rau quả còn non

- Không nên thông gió nhiều khi làm lạnh, chỉ cần đủ bảo đảm rau quả hô hấp hạn chế Còn thịt cá thì không cần thông gió

- Tăng độ ẩm không khí trong phòng lạnh

2 Biến đổi về hóa học:

Nói chung trong quá trình làm lạnh thì các quá trình hóa học có bị kìm hãm, nhưng không bị ngừng hẳn

Các phản ứng hóa học (quá trình thủy phân, oxy hóa phi enzym …) tuân theo định luật

 y = y0 10at Công thức này cho thấy sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ (phù hợp với định luật Vant - Hoff)

Các quá trình thủy phân protopectin thành pectin, và tiếp tục cho đến axit axetic, rượu metylic, các quá trình oxy hóa các vitamin, tanin, chất béo cũng xảy ra tương tự

3 Biến đổi sinh lý:

quá trình biến đổi sinh lý là chủ yếu khi làm lạnh rau quả, đặc trưng là qt hô hấp

* Hô hấp hiếu khí (có O2)

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 674 Kcal/ptg

* Hô hấp yếu khí (không có O2)

C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2 + 28 Kcal/ptg Quá trình hô hấp trước tiên là làm tổn thất các monosaccarit, sau đó đến dissaccarit, tinh bột, mỡ khi thiếu oxy (nồng độ O2 dưới 2%) thì rau quả chuyển từ hô hấp hiếu khí sang

hô hấp yếm khí => Phải duy trì cho rau quả hô hấp hiếu khí

Trong quá trình hô hấp thì rau quả thải nhiệt

Khi làm lạnh thì cường độ hô hấp và sự thải nhiệt của rau quả giảm xuống

4 Các quá trình sinh hóa trong thịt cá:

Sau khi chết trong thịt động vật xảy ra những quá trình sinh hóa rất mãnh liệt có liên quan tới sự chuyển hóa các chất cấu tạo nên tế bào bắp thịt như gluxit, este, axit phophoric.

Làm lạnh càng sớm càng nhanh thì càng hãm được nhiều quá trình sinh hóa và sự tỏa nhiệt

Nói chung những quá trình biến đổi sinh hóa của thịt động vật sau khi giết và đem làm lạnh đều xảy ra 3 giai đoạn lớn là:

- Quá trình tê cóng sau khi chết

- Quá trình chín tới (chín hóa học)

- Quá trình thối rửa (giai đoạn phân hủy sâu sắc)

Đối với cá trước khi bước vào giai đoạn tê cóng có một giai đoạn ngắn là giai đoạn đổ nhớt sau khi chết

a Giai đoạn đổ nhớt của cá:

Cá mới đánh lên thì quanh da được bao bọc bởi một lớp nhớt trong suốt, trong nhớt cá

có chất protit là muxin, nên nó là môi trường tốt cho VSV phát triển, nên sau đó lớp nhớt bị

đục do VSV phá hoại, có mùi khó chịu Khi nhớt bị phân hủy thì cá vẫn chưa hỏng, có thể rửa

cá tách sạch lớp nhớp trước khi đem làm lạnh vẫn còn tốt

b Quá trình tê cóng sau khi chết: (cứng xác)

Sau khi con vật chết thì các tổ chức bắp cơ bắt đầu quá trình tê cóng, biểu hiện bề ngoài là sự rắn đanh lại và bắp thịt co rút lại

Trong sản phẩm càng mỏng, nhiệt độ càng thấp và giảm càng nhanh nhiệt độ thì ATP phân hủy càng chậm => sự tê cóng bắt đầu chậm và kéo dài

Sau thời kỳ tê cóng, thịt bắt đầu mềm ra, bắt đầu chuyển sang giai đoạn chín tới Còn

ở cá thì không có giai đoạn chín hóa học, chuyển sang giai đoạn phân hủy sâu sắc, thối hỏng

c Quá trình chín tới (chín hóa học)

Các quá trình sinh hóa xảy ra trong giai đoạn chín tới ngược lại với quá trình tê cóng: lượng các axit nucleotit giảm, độ háo nước của protit trong bắp thịt tăng lên Sự tích tụ axit lactic và photphoric làm giảm pH của thịt, ngăn cản VSV phát triển

Còn đối với cá ngay sau khi kết thúc quá trình tê cóng thì bắt đầu ngay sự phân hủy

mô cơ liên kết (nhất là colagen) làm cá ươn nhanh, sinh mùi hôi

d Giai đoạn phân hủy sâu sắc:

Đây là quá trình phân hủy các thành phần cơ bản của bắp thịt động vật như protit, lipit

=> kết luận

1 Đối với thực vật:

Ở to thấp làm giảm mạnh cường độ hô hấp (mgCO2/h,Kg) và sự thải nhiệt (Q) để hạn chế tổn thất chất khô nên kéo dài thời gian bảo quản

2 Đối với động vật:

Ở to thấp sẽ kéo dài thời gian đến giai đoạn tê cóng nên kéo dài được thời gian bảo quản

2.3.4 Tốc độ làm lạnh và thời gian làm lạnh thực phẩm:

Định nghĩa: Tốc độ làm lạnh là độ hạ nhiệt độ của sản phẩm trong thời gian làm lạnh

- [oC/h]

- Biện pháp để tăng tốc độ làm lạnh:

+ Giảm nhiệt độ làm lạnh + Giảm bề dày sản phẩm + Tăng hệ số cấp nhiệt alpha của môi trường làm lạnh Quá trình làm lạnh thực phẩm có thể chia làm 3 giai đoạn

Hình 2.2 Biểu đồ quá trình làm lạnh

- Giai đoạn chế độ làm lạnh không điều tiết: khi ấy sự biến đổi nhiệt độ tại các điểm

khác nhau của sản phẩm phụ thuộc vào trường nhiệt ban đầu

- Giai đoạn chế độ điều tiết: sự biến đổi của nhiệt độ tại các điểm khác nhau của vật

không còn phụ thuộc vào nhiệt độ của trường nhiệt ban đầu nữa mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt

độ của môi trường làm lạnh và được xem là qui luật chung: quy luật chế độ điều tiết

- Giai đoạn cân bằng nhiệt: nhiệt độ của vật cố định và bằng nhiệt độ môi trường

làm lạnh Thực tế rất khó đạt được tới sự đồng nhất vì đòi hỏi thời gian dài

Các thí nghiệm chứng tỏ rằng quá trình làm lạnh thực phẩm chủ yếu đạt đến giai đoạn chế độ điều tiết (làm lạnh sơ bộ vẫn ở giai đoạn không điều tiết)

Thời gian làm lạnh:

* Định luật điều tiết: tại bất kỳ điểm nào của vật thể làm lạnh, tốc độ làm lạnh đều tỉ

lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ tại điểm đó với nhiệt độ của môi trường

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT BẢO QUẢN LẠNH THỰC PHẨM

3.1 Các quá trình sinh lý hóa xảy ra khi bảo quản lạnh thực phẩm:

3.1.1 Biến đổi vật lý:

Có sự bay hơi ẩm từ bề mặt sản phẩm và sự ngưng tụ ẩm ở dàn ống làm lạnh

Không khí trong phòng thay đổi nhiều thì xảy ra sự ngưng tụ ẩm cả bề mặt sản phẩm gây ra nhờn, làm ẩm bề mặt thịt cá và làm úng, thối rau quả

Trong thời gian bảo quản lạnh, bề mặt của thịt đổi màu rõ rệt

Đối với rau quả thì sự khô ráo lớp biểu bì sẽ phá hủy sự hô hấp và trao đổi làm rau quả mất hết khả năng đề kháng đối với tác dụng VSV

Ngoài ra còn có sự hấp thụ mùi lẫn nhau giữa các sản phẩm thực phẩm bảo quản chung

Để phòng chống hiện tượng sấy khô bề mặt sản phẩm cũng như chống tốn hao khối lượng thực phẩm thì phải chú ý:

- Ổn định và cố định nhiệt độ, độ ẩm trong phòng bảo quản Đối với thịt (cá) thì không cần đối lưu cưỡng bức không khí Đối với rau quả phải thay đổi không khí để rau quả hô hấp

- không nên bảo quản chung các loại lẫn nhau

Ngoài ra các quá trình sinh lý, hóa học cũng xảy ra tương tự như trong quá trình làm lạnh, nhưng nhịp độ và cường độ bé hơn, bị kìm hãm nhiều hơn

3.1.2 Biến đổi sinh hóa:

1 Biến đổi trong sản phẩm từ động vật (thịt, cá)

quyết định đến thời hạn bảo quản lạnh của thực phẩm

Những biến đổi trong thịt cá không đi quá giới hạn giai đoạn chín tới, chỉ khi bảo

quản quá thời hạn cho phép thì có sự phân hủy protein rõ rệt và gây thối rửa, hư hỏng

Trong quá trình bảo quản lạnh sự biến đổi sinh hóa xảy ra sâu sắc hơn so với trong quá trình làm lạnh, nên tạo nhiều sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy, và người ta có thể dựa vào hàm lượng của các sản phẩm ấy để xác định “độ tươi”, xác định chất lượng của thực phẩm khi bảo quản

Như xét hàm lượng NH3 trog thịt và hàm lượng nhóm sunhydrit – SH trog cá Khi thịt

và ác càng biến đối nhiều thì hàm lg 2 nhóm trên càng cao

2 Biến đổi trong sản phẩm thì thực vật và rau quả:

Trong quá trình bảo quản quả tiếp tục chín tới, làm tế bào quả mềm, tăng vị ngọt, tạo mùi thơm đặc trưng và có màu đẹp Quả mềm là do sự phân hủy protopectin ở thành tế bào thực vật

Men thủy phân có tác dụng thủy phân tinh bột tạo thành đường saccaroza và mono làm tăng độ ngọt của quả

Như vậy quá trình bảo quản làm giảm hàm lượng của đường và axit, nhưng độ ngọt vẫn tăng

=> tăng chất lg rau quả

3.2 Các chế độ bảo quản

Chế độ bảo quản thay đổi theo điều kiện, tính chất sản phẩm, trang thiết bị hiện có, phương pháp làm lạnh và phương pháp bảo quản

CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT CƠ SỞ VỀ KỸ THUẬT

LÀM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM

* Mục đích:

- Để tăng thời gian bảo quản, nhằm đảm bảo cung cấp nguyên liệu thực phẩm cho sản xuất và người tiêu dùng, cho nghiên cứu khoa học