bài giảng công nghệ chế biến lạnh thực phẩm

Các sản phẩm TP trong chế biến và bảo quản lạnh đông 5 Lạnh đông và trữ đông TP Sấy thăng hoa và cô đặc nhiệt độ thấp NỘI DUNG MÔN HỌC gồm 5 chương... - Thời gian bảo quản rau quả tươi p

MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC

• Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về

chế biến lạnh TP, là 1 trong những lĩnh vực quan trọng nhất của kỹ thuật và công nghệ thực phẩm

• Vận dụng kiến thức của môn học áp dụng

trong quá trình thực tập và làm việc sau khi ra trường nhất là trong lĩnh vực chế biến thủy sản.

12/02/14 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Các sản phẩm TP trong chế biến

và bảo quản lạnh đông

5

Lạnh đông và trữ đông TP

Sấy thăng hoa và cô đặc nhiệt độ thấp

NỘI DUNG MÔN HỌC

gồm 5 chương

12/02/14 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

VỀ CHẾ BIẾN LẠNH

• Giá trị dinh dưỡng

và giá trị kinh tế của thực phẩm lạnh đông

được chú trọng.

1.1 Khái quát chung

Ngày nay, nhờ tri thức mà con người hiểu rằng thực phẩm bị hư hỏng là do những nguyên nhân:

- Điều kiện bên trong: hệ enzyme

- Điều kiện bên ngoài: vsv, các yếu

tố môi trường, chất hóa học,…

- Phân biệt: sống hoàn toàn và sống

không hoàn toàn

• Phương pháp nữa sống (Anabiosis)

Các phương pháp trên được dùng để hạn chế

sự sống

1.2 Các phương pháp bảo quản thực phẩm

12/02/14 11

• Phương pháp tiêu diệt sự sống

Mục đích: tiêu diệt enzyme và vsv gồm 2 quá trình thanh trùng và tiệt trùng

- Tùy thuộc vào loại thực phẩm mà quyết định thanh trùng hay tiệt trùng

1.2 Các phương pháp bảo quản thực phẩm

1.3 Các quá trình của 1 dây chuyền lạnh

Nguyên liệu Làm mát Bảo quản lạnh

Làm ấm

Tiêu thụ

Lạnh đông Trữ đông Tan giá

Các giai đoạn của 1 dây chuyền lạnh

12/02/14 13

1.4 giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế của

việc làm lạnh đông thực phẩm

 Giá trị dinh dưỡng

- Đối với protein và các acid amin, khi làm lạnh đông không thay đổi đáng kể tính chất mà còn có khả năng giữ ẩm sau tan giá

- Các chất béo bảo quản lạnh hoặc lạnh đông lâu làm cho chất lượng trở nên xấu đi

- Các vitamin có tổn thất 1 lượng ít, nhưng đáng kể nhất là những vitamin tan trong nước

 Giá trị kinh tế

- Đảm bảo cung cấp cho người tiêu dùng những sản

phẩm mang tính chất thời vụ.

- Giảm thời gian chuẩn bị bữa ăn cho gia đình, tăng

năng suất lao động.

- Giảm thể tích vận chuyển so với vận chuyển con

vật sống (2/3 thể tích).

12/02/14 15

CHƯƠNG 2

LÀM LẠNH VÀ BẢO QUẢN

LẠNH THỰC PHẨM

-1 oC, nhằm để hạ thấp tốc độ biến đổi sinh hóa và vi sinh.

-Thường được sử dụng kết hợp với các quá trình khác: lên men, thanh trùng,…

- Tuy nhiên không phải tất cả các thực

phẩm đều được làm lạnh.

Một số loại trái cây nhiệt đới rất nhạy cảm với nhiệt độ thấp

12/02/14 19

Tổn thương do lạnh trên chuối chín

Tổn thương do lạnh trên trái khóm trong điều kiện ngoài

đồng hoặc tồn trử

Tổn thương do lạnh trên trái chôm chôm

Thực phẩm Nhiệt độ ( oC) RH (%) Thời gian BQ

14 - 20 Bảng 1 Điều kiện bảo quản tối ưu một số loại rau quả

Nguồn: Nguyễn Văn Mười, 2007

12/02/14 21

Dựa vào khoảng nhiệt độ bảo quản, thực phẩm được chia làm 3 nhóm.

• cá tươi, thịt tươi

• sausages, thịt xông khói

•Thịt và cá nấu chín, thịt muối, bơ, phomai

• nước ép trái cây, các loại trái cây nhỏ

1.2 Lý thuyết làm lạnh

1.2.1 Thực phẩm tươi

-Tốc độ các biến đổi sinh hóa gây ra do hệ vi sinh vật hoặc

enzyme biến đổi theo hàm logarit với nhiệt độ.

- Thời gian bảo quản rau quả tươi phụ thuộc vào các yếu tố:

+ Loại thực phẩm và giống + Phần của cây được lựa chọn + Tình trạng của thực phẩm trước thu hoạch + Nhiệt độ thu hoạch, bảo quản, phân phối + Độ ẩm tương đối của không khí bảo quản

12/02/14 23

Cây lấy củ Cây lấy lá Cây lấy thân

Cây lấy hoa Cây lấy quả Cây lấy rễ

Cây có phần phát triển nhanh nhất → tốc độ trao đổi chất nhanh →

thời gian tồn trữ ngắn

Các yếu tố trước thu hoạch có ảnh hưởng đến phẩm chất tươi của rau quả

Quá trình đóng gói, vận chuyển và phân phối không hợp lý

12/02/14 25

1.2.1 Thực phẩm tươi

- Các thay đổi không mong muốn khi hạ thấp nhiệt độ xuống dưới ngưỡng tối ưu cho từng loại trái cây, điều

này gọi là sự tổn thương lạnh (chilling injury)

- Ở tế bào động vật sự hô hấp hảo khí giảm nhanh chóng

khi con thú bị giết:

+ Sự hô hấp yếm khí xảy ra

+ Glycogen bị phân hủy thành acid lactic → pH

thịt giảm+ Làm lạnh khi hô hấp yếm khí xảy ra là cần thiết

1.2.2 thực phẩm chế biến

- Theo Walker và Betts (2000), vsv được chia làm 4

nhóm theo giới hạn nhiệt độ:

+ Nhóm ưa nhiệt (thermophilic): t min = 30 – 40 o C,

12/02/14 27

1.2.2 Thực phẩm chế biến

- Việc làm lạnh tp ngăn ngừa sự phát triển của nhóm vsv ưa nhiệt và ưa ấm

- Nếu việc làm lạnh không được đảm bảo mật số vsv

sẽ gia tăng đáng kể và gây độc đối với thực phẩm

- Thời hạn bảo quản lạnh các sản phẩm đã được chế biến do các yếu tố:

1.3 Hệ thống làm lạnh

1.3.1 Môi chất lạnh (tác nhân lạnh)

ĐN: Là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều, để thu nhiệt của môi trường có nhiệt

độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn

- Môi chất lạnh tuần hoàn trong hệ thống lạnh nhờ máy

nén

- Môi chất lạnh là các freon, ký hiệu thường bắt đầu

bằng chữ R (Refrigenrant) sau đó là 3 chữ số

- Môi chất lạnh là các chất vô cơ: ký hiệu đơn giản

hơn:

+ Chữ cái đầu R + Sau đó đến số 7 + Sau số 7 là 2 số ghi trọng lượng phân tử làm tròn

của chất vô cơ đó

Ví dụ:

12/02/14 31

1.3.1 Môi chất lạnh

- Các yêu cầu cơ bản của 1 tác nhân lạnh:

+ Nhiệt độ sôi thấp và ẩn nhiệt bốc hơi cao

+ Ít độc hại, không dễ cháy

+ Ít trộn lẫn với dầu trong máy nén

+ Chi phí thấp

Tsôi o C,

ở 100 kPa

ẩn nhiệt (kJ/kg) Độc hại Khả năng

cháy

KLR của hơi (kg/m 3 )

Hòa tan dầu

NH3

CO2

-23,8 -29,8 -44,5 -40,8 -33,3 -78,5

194,2 163,5 254,2 220,9 1328,5 352

Thấp Thấp Thấp

Thấp Cao Thấp

Thấp Thấp Thấp

Thấp Cao Thấp

1,31 10,97 1,76 12,81 1,96 60,23

Tốt Tốt Tốt

hiện nay

12/02/14 33

1.3.2 Máy lạnh

- Gồm 5 bộ phận cơ bản: máy nén, thiết bị ngưng tụ,

bình chứa cao áp, van tiết lưu, thiết bị bốc hơi

+ Máy nén: hút hơi tạo thành trong quá trình bay hơi và nén

hơi ở áp suất cao để có thể hóa lỏng.

+ Thiết bị ngưng tụ: ngưng tụ môi chất lạnh thành dạng

lỏng.

+ Bình chứa cao áp: giải thoát diện tích truyền nhiệt cho

thiết bị ngưng tụ.

+ Van tiết lưu: giảm áp suất của môi chất lạnh từ cao xuống

thấp để môi chất lạnh có thể bay hơi.

+ Thiết bị bốc hơi (dàn lạnh): bay hơi môi chất lạnh

Sơ đồ nguyên lý làm lạnh của máy lạnh 1 cấp

12/02/14 35

Nguyên lý làm lạnh

• Máy nén lạnh hút hơi quá nhiệt ở điểm 2, nén đến hơi quá

nhiệt áp suất cao ở điểm 3 Trước khi vào thiết bị ngưng

tụ hơi quá nhiệt sẽ đi vào bình tách dầu để tách nhớt ra.

• Sau đó vào thiết bị ngưng tụ để làm nguội hơi quá nhiệt

đến điểm 4 và ngưng tụ thành lỏng đến điểm 5, tập trung vào bình chứa cao áp rồi được làm quá lạnh đến điểm 6.

• Từ BCCA môi chất lạnh lỏng qua van tiết lưu để hạ áp

suất đến áp suất bay hơi.

• Ở dàn lạnh trong kho lạnh môi chất lạnh lỏng bay hơi

(thu nhiệt và sinh lạnh) Hơi được tạo thành trong quá trình bay hơi được máy nén hút về qua bình tách lỏng để

làm quá nhiệt hơi bảo hòa Chu trình tiếp tục như cũ

1.4 Thời gian làm lạnh

- Nhiệt độ và thời gian xử lý thực phẩm lạnh sẽ xác

định thời gian bảo quản thực phẩm.

-Phụ thuộc vào quá trình truyền nhiệt: chủ yếu là

truyền nhiệt không ổn định+ Đối lưu nhiệt đến bề mặt thực phẩm

+ Dẫn nhiệt bên trong thực phẩm

12/02/14 39

Tính toán thời gian để hạ nhiệt độ tâm của táo xuống 8

oC từ nhiệt độ ban đầu là 20 oC bằng nước lạnh ở 5 oC

Biết: hệ số truyền nhiệt bề mặt của táo là 10 W/m2 K,

đường kính táo 8 cm hệ số dẫn nhiệt của táo 0,4 W/mK, nhiệt dung riêng 3,8 kJ/kg K, khối lượng riêng

960 kg/m3

GIẢI

Ti = 20 o C

T = 8 o C Tm= 5 o C

Sử dụng khi xét dòng nhiệt mang trạng thái không

ổn định

-Hệ số nhiệt độ

TR = (Tm – T)/ (Tm – Ti) = 0,2 -Chuẩn số biot

Bi = hL/k = 1

⇒ 1/Bi = 1

TR = 0,2 và 1/Bi = 1 tra giãn đồ hình 1.4 cho

trường hợp thực phẩm dạng hình cầu

2.4 Các nguyên nhân gây tổn thất chất lượng trong quá trình tồn trữ

- Làm chậm các quá trình biến đổi:

+ Phát triển của hệ vi sinh vật

+ Các hoạt động trao đổi chất sau thu hoạch của mô thực vật

và của mô động vật sau giết mổ

+ Các phản ứng hóa học có hại

- Mục đích phi bảo quản: làm chín rượu, bia, phomai.

- Hỗ trợ các quá trình phụ như: tách hạt điều, xắt lát bánh

phồng tôm,…

2 TỒN TRỮ LẠNH THỰC PHẨM

2.1 Kiểm soát các điều kiện tồn trữ

không trơn láng + Màu sắc thay đổi do sự oxy hóa các sắc tố + Tạo mùi vị xấu do sự ôi hóa và oxy hóa các chất béo

2 TỒN TRỮ LẠNH THỰC PHẨM

0 – 0,6 4,8 – 9,7 2,2 – 4,5 18,0 -

- 0 4,7 8,2 - -

- 0 5,4 3,9 - -

- 1,6 2,9 1,8 - -

- 0,2 – 0,8

-1 – 3 - 41

Bảng 3 Tổn thất vitamin trong bảo quản lạnh 1 số rau quả

12/02/14 47

2.3 Hoạt động của thực phẩm tồn trữ ở nhiệt độ thấp

2 TỒN TRỮ LẠNH THỰC PHẨM

- Ảnh hưởng của nhiệt độ lên vận tốc phản ứng được

mô tả bởi hệ số nhiệt độ Q10 Q10 = vận tốc phản ứng ở T+10 o C/ vận tốc phản ứng ở nhiệt độ T

- Ví dụ: Đối với các phản ứng do enzyme xúc tác Q10 = 2, nghĩa là tốc độ phản ứng ở 30 0C gấp đôi tốc

độ phản ứng ở 20 oC

2.3 1 Mô thực vật

2 TỒN TRỮ LẠNH THỰC PHẨM

Điều kiện để bảo quản các mô thực vật (trái cây, rau

xanh, hạt) tốt nhất:

- Hô hấp hiếu khí ở tốc độ thấp để duy trì các quá trình

sống và các màng bảo vệ tự nhiên ngăn cản sự xâm

nhập của vi sinh vật

- Các phản ứng gây hư hỏng sẽ được làm chậm lại ở nhiệt độ thấp: chậm quá trình già, chín tới và thối rữa

của mô

12/02/14 49

Bảo quản lạnh đúng phương pháp sẽ duy trì chất lượng và kéo dài được thời gian sử dụng rau quả tươi

12/02/14 51

2.3.2 Đối với mô động vật

- Việc ngưng cung cấp oxy → hô hấp yếm khí sẽ

sau khi giết mổ

pH từ giá trị > 7 giảm đến giá trị cuối cùng pH = 5,1 –

6,5

2 TỒN TRỮ LẠNH THỰC PHẨM

2.3.3 Đối với các thực phẩm không mô

Không hoạt động sinh lý

Tốc độ hư hỏng rất nhanh cần chế biến trong điều kiện vệ sinh và bảo quản ở nhiệt độ

gần điểm đóng băng

12/02/14 53

2 TỒN TRỮ LẠNH THỰC PHẨM

2.5 Nguyên nhân gây tổn thất chất lượng

- Hoạt động của vsv:

 Sự giết mổ phá hủy khả năng chống đỡ của cơ

 Việc cắt thịt làm phá vỡ màng bảo vệ và làm bẩn các mô vô trùng

 Cơ động vật là môi trường tuyệt vời cho các vsv, trong khi mô thực vật nhạy cảm trung bình

- Các hoạt động sinh lý và hóa học:

 Sự hô hấp, hiện tượng già hóa tự nhiên, sự tự phân của cá

 phản ứng hóa học, sinh học: oxy hóa chất béo, biến tính protein,…

 Tác động của phụ gia, hóa chất môi trường

- Biến đổi vật lý:

 Tổn thương cơ học do quá trình thu hoạch, vận chuyển

 Tổn thương lạnh

3.1 Nguyên tắc chung:

- Giảm lượng Oxy

- Tăng nồng độ CO 2 và các khí trơ

3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN KHÍ QUYỂN TỒN TRỮ (MA)

TRONG BẢO QUẢN LẠNH

Giảm cường độ hô hấp:

Kéo dài thời gian bảo quản

Duy trì chất lượng

ức chế sự phát triển của vsv,

côn trùng

12/02/14 55

3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN KHÍ QUYỂN TỒN TRỮ (MA)

TRONG BẢO QUẢN LẠNH

3.2 Tác dụng của MA trong bảo quản thực phẩm:

- Hạn chế sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn

- Chống lại sự phá hoại của côn trùng

- Giảm sự tổn thất ẩm

- Giảm những thay đổi do oxy hóa

- Kiểm soát hoạt động sinh hóa và enzyme → giảm sự già và chín tới

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản bằng MAP (Modified atmosphere packaging)

12/02/14 57

3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản bằng

MAP (Modified atmosphere packaging)

- Sản phẩm:

+ không khí, pH, nhiệt độ + chất lượng vi sinh, chất bảo quản

Bảo quản bằng MA kết hợp với nhiệt độ thấp sẽ duy trì được chất lượng sản phẩm và kéo dài thời gian sử dụng.

-CO2 có tác dụng ức chế hoạt động của vsv do:

+ Tan được trong nước tạo môi trường acid → hạ pH

+ Tác dụng trên enzyme có trong thực phẩm và của vsv

12/02/14 59

Các sản phẩm sử dụng MA trong bảo quản

3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN KHÍ QUYỂN TỒN TRỮ (MA)

TRONG BẢO QUẢN LẠNH

- MAS (modified atmosphere storage)

- MAP (modified atmosphere packaging)

Là việc sử dụng các khí để thay thế không khí xung quanh thực phẩm không hô hấp mà không có sự kiểm soát sau khi bảo quản

hoặc bao gói.

Thành phần không khí xung quanh thực phẩm hô hấp được giám sát và kiểm

soát liên tục

12/02/14 61

3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN KHÍ QUYỂN TỒN TRỮ (MA)

TRONG BẢO QUẢN LẠNH

Ứng dụng của CA và MA

- Bảo quản táo, lê, bắp cải,…

- Gây mê gia súc, gia cầm bằng CA

…

Bảo quản bằng khí quyển cải biến và kiểm soát

Thành phần không khí trong phòng bảo quản thay đổi tùy thuộc

vào loại nguyên liệu:

- Bảo quản hạt: [O2] = O, [CO2] → 20%

ức chế nấm mốc, tiêu diệt côn trùng

-Trái cây: [O2] cao hơn ngăn ngừa hô hấp yếm khí, tạo mùi rượu

+ Táo: 8% CO2 , 13% O2 , 79% N2+ Cam: 5% CO2 , 3% O2, 92% N2Thời gian bảo quản từ 3 đến 5 tháng

12/02/14 63

Bảo quản bằng khí quyển cải biến và kiểm soát

Bảng 4 Hàm lượng CO2 tối đa và O2 tối thiểu trong bảo quản 1 số rau quả

2 3 5 3 5 10 2 -

Nguồn: Anon, 1979, Ryall và Pentzner 1982

Bảo quản bằng khí quyển cải biến và kiểm soát

Điều chỉnh lượng khí trong phòng bảo quản

- [CO2] tăng quá cao: sử dụng hệ thống lọc có kiểm

12/02/14 65

Bảo quản bằng khí quyển cải biến và kiểm soát

3.5 Ưu và nhược điểm của CAS và MAS

- Các kho CA có nhiệt độ tồn trữ tối ưu và độ ẩm

tương đối cao (90 – 95%): giữ được tính chất tươi

của thực phẩm, giảm tổn thất khối lượng.

12/02/14 67

12/02/14 69

3.6 Vật liệu bao bì dành cho MAP

• Hai thông số kỹ thuật quan trọng nhất của bao bì dành cho

- Ethylene vinyl - Polypropylene (PP)

- Polyvinyl dichloride (PVDC) - Polyester

- Polyethylene (PE) -Nhựa polyamide và ni lông

- Polyethylene terephthalate (PET)

Bảng 5 Hỗn hợp khí sử dụng cho MAP đối với một số thực

0 0 0

12/02/14 71

BÀI TẬP ÁP DỤNG

TÍNH TOÁN THỜI GIAN LÀM LẠNH

THỰC PHẨM VÀ NHIỆT ĐỘ SẢN PHẨM

DỮ LIỆU ĐỀ CHO

- Nhiệt độ môi trường: Tm (oC, K)

- Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm: Ti

- Nhiệt độ cuối của sản phẩm: T

- hệ số truyền nhiệt bề mặt: h (W/ m2 K)

- Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm: k (W/m K)

- Nhiệt dung riêng của thực phẩm: Cp (kJ/kg K)

- Khối lượng riêng của thực phẩm: ρ (kg/m3)

- Kích thước của sản phẩm: L (m, cm, mm)

12/02/14 73

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

BƯỚC 1:

Tính hệ số nhiệt độ TR= (Tm – T)/(Tm – Ti) BƯỚC 2:

Tính chuẩn số Biot Bi = (h L)/k ⇒ 1/Bi BƯỚC 3:

Tra đồ thị tìm chuẩn số Fourier ( chú ý hình dạng của sản phẩm)

Có giá trị Fo = ( α t)/L 2

⇒ Thời gian làm lạnh t = (Fo L 2 )/ α với α = k/ ρ Cp

12/02/14 75

1 Một thực phẩm hình cầu có nhiệt độ 30 o C bất thình lình được nhúng vào môi trường có nhiệt độ 5 o C Hệ số truyền nhiệt bề mặt h = 15 W/m 2 K, khối lượng riêng của thực phẩm ρ = 990 kg/m 3 , Cp = 3,77 kJ/(kg K), và hệ số dẫn nhiệt k = 0,64 W/m K Bao lâu nhiệt độ tâm sản phẩm sẽ đạt

10 o C nếu đường kính sản phẩm là 100 mm?

ĐS: 166, 6 min

2 Táo được làm lạnh đến nhiệt độ trung tâm 8 o C từ nhiệt độ

ban đầu 20 o C bằng nước tại 5 o C Biết hệ số truyền nhiệt

bề mặt 10 W/m 2 K, đường kính táo 8cm Hệ số dẫn nhiệt của táo 0,4 W/m K, nhiệt dung riêng 3,8 kJ/kg K, khối lượng riêng 960 kg/m 3 Xác định thời gian ngâm táo trong

nước?

ĐS: 10943 s

4 Trái cây hình cầu có đường kính 6 cm, được làm

lạnh bằng nước ở 1 o C từ nhiệt độ ban đầu 20 o C Nếu yêu cầu nhiệt độ cần thiết của trái cây là 5 o C

thì thời gian làm lạnh sẽ bao lâu? Cho h = 1000 W/m 2 o C, k = 0,4 W/m o C, Cp = 3,5 kJ/kg o C, ρ =

900 kg/m 3

5 Một miếng thịt dầy 2 cm (tấm phẳng dài vô hạn)

có nhiệt độ ban đầu 25 o C được làm lạnh bằng

không khí có nhiệt độ 5 o C.

- tính nhiệt độ tâm sản phẩm sau 10 phút làm lạnh

- Bao lâu nhiệt độ tâm sản phẩm đạt 7 o C

Cho: hệ số dẫn nhiệt của thịt k = 0,5 W/m o C

nhiệt dung riêng của thịt Cp = 3,35 kJ/kg o C khối lượng riêng của thịt ρ = 1050 kg/m 3

giả sử hệ số truyền nhiệt bề mặt của thịt h =

200 W/m 2 o C