CNCB LANH DONG THUY SAN CHUONG 2-PHAN 1

Tác dụng và tác hại của sự kết tinh nước trong thực phẩm b1.Tác dụng-Khi nước đóng băng, làm cho vi sinh vật chuyển vào trạng thái không hoạt động và một phần vi sinh vật bị tiêu diệt..

2 Mục đích của làm lạnh đông

- Việc bảo quản bằng nuớc đá chỉ giữ thực phẩm được tối đa là

14 ngày Làm lạnh đông cho phép bảo quản thực phẩm trongthời gian dài

- Đối với công nghệ chế biến (thủy sản) do ngư trường xacảng cá, xa chợ, xa doanh nghiệp cho nên cần bảo quảnđông để đảm bảo độ tươi

- Nguyên liệu (thủy sản) có tính mùa vụ nên cần có bảo quảnđông để đả bảo tiến độ sản xuất

- Trong tế bào thực phẩm khi hạ nhiệt độ tới 00C vẫn chưađóng băng, vì tế bào có chứa chất tan, do đó cần hạ nhiệt

độ < 00C mới tạo mầm tinh thể

- Nếu độ quá lạnh tăng đến một mức nào đó sẽ không tạođược tinh thể đá mà chỉ tạo được chất rắn vô định hình(dạng thủy tinh thể)

- Nếu :

+ tql = -300C÷-800C tinh thể đá rất nhiều và nhuyễn ( 10÷100 μm )

+ tql < -800C chất lỏng ở dạng thủy tinh thể

+ tql = -300C tinh thể có dạng hình sợi bọc lấy tế bào, bảo

vệ tuyệt đối chất lượng

1 Điểm quá lạnh

- Điiểm quá lạnh là nhiệt độ quá lạnh thấp nhất để có kếttinh nước đá Điểm quá lạnh bình quân của thủy sản là -

50C

Đồ thị biểu diễn quá trình hình thành điểm đóng băng

- Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh, tỏa ra ẩn nhiệtđóng băng làm tăng nhiệt độ sản phẩm Nhiệt độ ẩn phẩmtăng lên đến một mức cao nhất và dừng ở đó 1 lúc để hoànthành quá trình đóng băng; đây là điểm đóng băng

2 Cơ chế đóng băng ( sự hình thành tinh thể đá )

a Cơ chế

- Khi nhiệt độ dưới 00C, các dạng nước trong thực phẩm đóng băng dần tùy theo mức độ liên kết trong tế bào Cụ thể :

+ Nước tự do : tdb = -1 ÷ -1,50C + Nước yên tĩnh : tdb = -1,5 ÷ -200C + Nước liên kết : tdb = -20 ÷ -650C

- Trước tiên, điểm quá lạnh làm xuất hiện mầm tinh thể

đá ở gian bào.

2 Cơ chế đóng băng ( sự hình thành tinh thể đá )

a Cơ chế

- Làm lạnh đông nhanh : mầm tinh thể đá có kích thước bé và số lượng tinh thể đá nhiều Phương pháp làm lạnh đông này ít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

- Làm lạnh đông chậm : mầm tinh thể đá có kích thước lớnvà số lượng tinh thể đá ít Phương pháp làm lạnh đông này ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm

Lượng nước đóng băng theo nhiệt độ lạnh

được biểu diễn qua bảng :

-40

87,8

88,4

89,089,489,890,090,290,390,490,590,590,5

90,5

b Tác dụng và tác hại của sự kết tinh nước trong thực phẩm b1.Tác dụng

-Khi nước đóng băng, làm cho vi sinh vật chuyển vào trạng thái không hoạt động và một phần vi sinh vật bị tiêu diệt.

- Khi nước đóng băng, làm giảm hay mất đi những biến đổi sinh hóa trong thực phẩm nên thực phẩm ít bị hư hỏng.

- Đối với một số sản phẩm phương pháp làm lạnh đông

tạo ra già trị cảm quan mới.

b1.Tác dụng

- Phương pháp làm đông có ưu điểm hơn hẳn các phương pháp bảo vệ thực phẩm khác

- Nước đá cố định các thành phần trong thực phẩm tạo ra độ vững chắc và lớp bảo vệ bên ngoài chống

va chạm cơ học hay những tác động của môi trường.

- Ở nhiệt độ thấp gây biến tính protein và làm thay đổi màu sắc của thực phẩm

Quá trình lạnh đông gồm ba giai đoạn :

- Giai đoạn 1 : làm lạnh đến điểm đóng băng

- Giai đoạn 2 : đóng băng ở điểm đóng băng

- Giai đoạn 3 : tiếp tục làm lạnh đông đến nhiệt độ bảo quản

1.Nồng độ chất tan

- Các chất tan cản trở quá trình kết tinh nước làm cho nhiệt độkết tinh giảm Độ giảm nhiệt độ kết tinh phụ thuộc nồng độ chấttan như sau :

Δt = -1,8CM

CM : Nồng độ phân tử gram chất tan

2 Tốc độ làm lạnh đông

III.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh nước

Nếu hạ nhiệt nhanh, giai đoạn 2 rút ngắn, hạ nhiệt chậm giaiđoạn 2 kéo dài

- Tốc độ làm đông trung bình là tỷ số giữa bề dày sản phẩm vàthời gian làm đông, được biểu diễn bằng phương trình sau :

V

c t

f ql

10

/ 5

, 0

c t

f ql

6 2

/ 3

30

τ

h cm

V

c t

f ql

- Làm đông chậm :

- Làm đông nhanh :

- Làm đông siêu nhanh :

3 Chất lượng ban đầu của thực phẩm

- Vấn đề này liên quan đến trạng thái của nước

- Các quá trình đánh bắt, thu hoạch, vận chuyển, sơ chế…trước làm lạnh đông đều ảnh huởng đến quá trình làm lạnh đông

3 Chất lượng ban đầu của thực phẩm

- Thực phẩm càng tốt khi sự đóng băng tinh thể nhỏ Thực phẩm càng xấu, làm cho số lượng tinh thể tăng.

- Trong các giai đoạn biến đổi tự nhiên của nguyên liệu,

ở giai đoạn tê cứng khả năng giữ nước của nguyên liệu thấp nhất Nếu lạnh đông giai đoạn này thì tinh thể đá sẽ lớn và số lượng nhiều.

ξ 2 : BIẾN ĐỔI CỦA THỰC PHẨM TRONG QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH ĐÔNG

I Về vật lý

- Khi nước đóng băng, cấu trúc thực phẩm trở nên rắn chắc

- Khi lạnh đông, do sự hình thành tinh thể đá gây hư hỏng cấu trúc thực phẩm nên khi rã đông thực phẩm trở nên mềm hơn, tính đàn hồi giảm, khả năng giữ nước giảm và màu sắc có thể giảm

- Màu sắc có thể thay đổi Thể tích thực phẩm tăng do tinh thể

đá hình thành.

- Mùi vị của thực phẩm thường nhạt đi do hao phí trong lạnh đông

I Về vật lý

Giai đoạn 1 :Khi nước chưa đóng băng, có hiện tượng bay hơi nước từ bề mặt thực phẩm ra môi trường lạnh do chênh lệch nhiệt độ

Giai đoạn 2 : Khi nước đã đóng băng, có sự di chuyển nước

từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Làm tănglượng nước tự do, giảm lượng nước liên kết

- Điểm quan trọng nhất là sự mất nước, sự mất nước trãi qua

3 giai đoạn :

Giai đoạn 3 : Khi làm tan băng, một phần nước nóng chảy không thể quay lại vị trí cũ do cấu trúc và tính chất các chất đã bị thay đổi dẫn đến hao hụt khối lượng.

- Ngoài ra trong quá trình bảo quản có sự thăng hoa nước đá, sự thăng hoa này không đáng kể

I Về vật lý

II Biến đổi hoá học

1 Biến đổi protein

- Protein bị biến tính, đặc biệt Miozin bị kết tủa

- Protein bị đông tụ, sau 6 tháng bảo quản có phân giải nhẹ

- Thời gian càng kéo dài thì protein càng bị biến tính

- Quá trình làm lạnh đông nhanh protein ít bị biến tính Ở dưới-200C thì protein hầu như không bị biến tính

2 Biến đổi lipid

- Chất béo dễ bị oxy hoá đặc biệt là phản ứng thủy phân, hàm lượng acid béo tự do phụ thuộc nhiệt độ và thời gianbảo quản

- Nếu ở -120C sau 10 tuần chỉ số peroxyt tăng rõ rệt; sau 30 tuần vượt quá chỉ tiêu an toàn vệ sinh thực phẩm Khả nănghòa tan của Vitamin A trong lipid cũng thay đổi, lipide bị cô đặclại và dẽo

2 Biến đổi lipid

- Khi lạnh đông chậm, glycogen phân giải ra nhiều acid lactic hơn so với lạnh đông nhanh

3 Biến đổi glucid

- Nhiệt độ lạnh không ảnh hưởng đến khoáng chất nhưng

do sự biến đổi cơ cấu sản phẩm khi làm lạnh đông khiếnhao hụt một lượng lớn khoáng chất tan trong dịch bào chảy

ra ngoài khi rã đông

4 Biến đổi vitamin

- Vitamin ít bị mất trong quá trình lạnh đông, đa số bị mấttrong các quá trình rửa và gia nhiệt

- Ở nhiệt độ lạnh, vitamin A bền vững, vitamin B2, PP mấtmột ít, vitamin C mất nhiều và mất càng nhiều khi sản phẩm

bị cháy lạnh

5 Biến đổi về khoáng

III Biến đổi vi sinh vật

- Ở điểm đóng băng, vi sinh vật hoạt động chậm lại, một

số VSV bị tiêu diệt

- Ở nhiệt độ đến -100C các loại nấm men mốc chưa bị ức chế, xuống-150C mới ức chế nấm men mốc

- Ở nhiệt độ dưới -150C sẽ ngăn chặn vi khuẩn và nấm

men mốc Tuy nhiên ở - 200C, vẫn còn một số vi sinh vật sống sót và phát triển.

- Nếu lạnh đông chậm, các tinh thể đá to, sắc cạnh làm vỡ

tế bào và tiêu diệt tế bào mạnh nhất

Là cơ sở cho tính toán thiết kế và vận hành thiết bị làmđông, đồng thời xác định các yếu tố tác động nhằm mục đíchthay đổi thời gian làm đông tùy yêu cầu công nghệ.

II Xác định biểu thức làm đông

L : ẩn nhiệt kết tinh của nước

ρn : Khối lượng riêng của nước

ϕ : Hàm lượng nước của thực phẩm trước đóng băng

W : Tỷ lệ nước đóng băng

F : Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

dx : bề dày trao đổi nhiệt

dx F W L

dQ = ρn ϕ

- Ta có : Lượng nhiệt tỏa ra từ sự đóng băng của nước ở lớp thực phẩm có bề dày dx, được tính như sau :

( 1 )

tdb : Nhiệt độ đóng băng của nước trong thực phẩm

t0 : Nhiệt độ môi trường lạnh

τ : Thời gian làm đông

x : Bề dày thực phẩm

λ α

τ

x

d t

x t

t

W

L d

.

.

.

.

t t

x W

L t

t

x W L

db

n db

Vào thời điểm nước bắt đầu đóng băng thì A =0, nên

−

=

λ α

.

.

0

x t

t

x W L

db n

Thời gian làm lạnh đông mẫu một số sản phẩm :

Sản phẩm Phương pháp làm

đông

Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm ( 0 C)

Thời gian làm đông ( giờ, phút )

-Cá tuyết fillet, dày 57mm

trên mâm kim loại

-Tôm hùm nguyên con

Đông tiếp xúc ngang Đông gió ( 4m/s)

Đông gió ( 4m/s)

Đông gió ( 3m/s )

Đông tiếp xúc đứng

Đông gió Đông gió ( 4m/s)

5 5 5 5 6 5 8

5 6 5 5

4:00 1:30 3:20 5:00 1:20 2:05 0:20

0:26 3:30 5:13 5:30

Loại thiết bị đông ảnh hưởng rất lớn đế thời gian đông

III Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian làm lạnh đông

1 Máy thiết bị

- Sản phẩm càng ấm thời gian đông càng dài

2 Nhiệt độ sản phẩm trước khi cấp đông

- Ví dụ : cá thu có đường kính 150 mm tiến hành đông bằng

thiết bị đông gió thì cần 7 giờ, nhưng nếu làm lạnh sản phẩm 50

C thì chỉ cần đông 5 giờ

5 Diện tích tiếp xúc giữa sản phẩm và thiết bị

- Diện tích tiếp xúc càng lớn, mật độ sản phẩm càng lớn thìthời gian làm đông càng ngắn

- Hàm lượng mỡ của thực phẩm càng cao thì hàm lượngnước càng thấp Hầu hết nhiệt lượng trong quá trình lạnhđông là chuyển nước thành đá Vì vậy, nếu hàm lượng

mỡ nhiều thì thời gian đông ít

7 Loại thực phẩm

ξ 4 : CHI PHÍ LẠNH CỦA QÚA TRÌNH LÀM LẠNH ĐÔNG

I Định nghĩa - biểu thức tính

1 Định nghĩa

Chi phí lạnh của quá trình làm lạnh đông là nhiệt lượng lấy ra từ thực phẩm để hạ nhiệt độ của thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ trung tâm sản phẩm mà ta mong muốn.

Biểu thức chi phí lạnh được tính :

I Định nghĩa - biểu thức tính

1 Định nghĩa

Q 2 : Là nhiệt lượng để làm lạnh đông thực phẩm đến

nhiệt độ yêu cầu

Trong đó Q 2 = Q a + Q b + Q c + Q d

Q a : Là nhiệt lượng dùng để hạ nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt

độ đầu đến điểm đóng băng

Q a = G.C tp ( t đ - t db )

G : Khối lượng thực phẩm

C tp :Nhiệt dung riêng thực phẩm

t d : Nhiệt độ ban đầu của thực phẩm

t db : Nhiệt độ đóng băng của thực phẩm

Q 4 : Là nhiệt lượng tổn thất ra môi trường ngoài

Q 3 : Là nhiệt lượng tổn thất do đối lưu khí

C tpdb : Nhiệt dung riêng của thực phẩm sau khi đóng băng

t c : Nhiệt độ cuối của quá trình làm lạnh đông

Q b : Nhiệt lượng cần thiết để đóng băng nước trong thực phẩm.

Q b = W.L.ϕ

Q c : Nhiệt lượng cần thiết cho phần nước đã bị bay hơi

trong quá trình làm lạnh đông

Q c = Δg.r

Δg : Khối lượng thực phẩm bị hao hụt

r : Ẩn nhiệt hóa hơi của nước đá

Q d : Nhiệt lượng dùng để hạ nhiệt độ của thực phẩm từ

điểm băng tới nhiệt độ cuối của qúa trình làm lạnh đông.

Q d =G.C tpdb ( t db – t c )

I Định nghĩa - biểu thức tính

1 Định nghĩa

QB : Nhiệt lượng dùng để hạ nhiệt độ bao bì

GB : Khối lượng bao bì

CB : Nhiệt dung riêng bao bì

- Nếu thực phẩm được bao gói trước cấp đông thì khi tínhnhiệt lượng lạnh cần tính cả nhiệt lượng cần thiết để hạnhiệt độ bao bì từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ cuối của quátrình làm lạnh đông

II Sự biến đổi của chi phí lạnh

- Chi phí lạnh của quá trình làm lạnh đông là một đại lượng biến đổ

- Sự biến đổi của chi phí lạnh tỷ lệ với khả năng trao đổi nhiệt vànhiệt lượng tỏa ra do chuyển pha của nước

- Khi nước đóng băng: nhiệt lượng tỏa ra rất lớn và chiếm 70% chi phí lạnh của quá trình làm lạnh đông

- Ơ giai đoạn đầu của quá trình đóng băng: nước là nước tự

do đóng băng trước làm chi phí lạnh tăng đột ngột

- Ở giai đoạn đầu: khi nước chưa đóng băng thì chi phí lạnh giảmtheo sự giảm nhiệt độ

II Sự biến đổi của chi phí lạnh

- Khi nước kết hợp đóng băng: tốc độ đóng băng giảm dần từ

ngoài vào trong dẫn đến nhiệt lượng tỏa ra do nước đóng bănggiảm dần và do nhiệt độ thực phẩm giảm nên cường độ trao đổinhiệt cũng giảm đưa đến năng suất lạnh giảm

- Như vậy năng suất lạnh của hệ thống cũng phải thay đổi, đặcbiệt ở giai đoạn nước tự do đóng băng Vì : nếu giai đoạn này

mà năng suất lạnh không tăng thì dẫn đến lạnh đông chậm Giai đoạn cuối thì năng suất lạnh giảm, nếu không giảm sẽ xảy

ra sự cố ở thiết bị

ξ 5 : CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH ĐÔNG

I Phương pháp làm đông trong môi trường không khí

1 Ưu và nhược điểm

- Giữ nguyên hình dạng kích thước, đặc điểm của sản phẩm

- Khả năng tự bảo vệ của thực phẩm trong quá trình làm lạnh

đông và bảo quản sản phẩm sau làm lạnh đông cao

- Môi trường không khí bảo đảm yêu cầu vệ sinh cao

- Thiết bị làm đông thường hoạt động liên tục, dễ cơ giới hóa và tựđộng hóa

a Ưu điểm

b Nhược điểm

- Môi trường không khí làm tăng mức độ mất nước và không khi

dễ gây những biến đổi thực phẩm do phản ứng oxy hóa

2 Những điều kiện

a Nhiệt độ : sản phẩm và môi trường

- Nhiệt độ làm đông sản phẩm, được tính là nhiệt độ

trung bình thể tích của sản phẩm cuối quá trình làm lạnh đông

- Nhiệt độ này bằng nhiệt độ bảo quản sản phẩm, nhưng có giới hạn là không cao hơn –180C

2 Những điều kiện

a Nhiệt độ : sản phẩm và môi trường

- Nhiệt độ làm lạnh đông phải đảm bảo tiêu diệt và kiềm hãm sự hoạt động của vi sinh vật, ngoài ra còn phụ thuộc tính kinh tế, cứ giảm nhiệt độ xuống 10C thì chi phí sản xuất tăng 2-3 %.

- Nhiệt độ không khí thuờng thấp hơn rất nhiều so với nhiệt độ làm đông sản phẩm

a Nhiệt độ : sản phẩm và môi trường

- Tuy nhiên, nếu chênh lệch nhiệt độ quá lớn gây khó khăn cho quá trình cân bằng nhiệt của sản phẩm trong quá trình bảo quản.

- Mặc khác, do tính kinh tế của sản xuất nên thường chọn nhiệt độ làm đông – 45 ÷ -350C.

- Độ ẩm không khí 85÷90 %.

b Vận tốc chuyển động của không khi

- Vận tốc chuyển động của không khi 5 ÷10 m/s.

c Độ ẩm không khí

II Thiết bị làm lạnh đông bằng không khí lạnh

1 Tủ đông bằng không khí lạnh ( tủ cấp đông gió)

2 Thiết bị làm lạnh đông bằng băng chuyền

Cấu tạo bên trong của tủ đông gió

Tủ đông gió

Cấu tạo bên trong của băng chuyền xoắn ốc đứng

Băng chuyền nằm ngang

Cấu tạo bên trong của băng chuyền nằm ngang

Đưa bán thành phẩm vào tủ đông IQF

Đầu vào của tủ đông băng chuyền

Đầu ra của tủ đông băng chuyền

Đầu ra của tủ đông băng chuyền ngang

Buồng cấp đông kiểu xoắn

S-IQF500S

IQF350S

IQF250S

Sản phẩm cấp đông Tôm (PTO, HLSO, P PUD, PD), Mực, cá,

Buồng cấp đông kiểu xoắn

S-IQF500S

IQF350S

IQF250S

Chiều dày cách nhiệt

MODEL Kiểu lưới Kiểu phẳng

Thô số kỹ thuật Tủ đông băng chuyền

MODEL Kiểu lưới Kiểu phẳng

Hình dáng bên ngoài

II Làm lạnh đông bằng tủ đông tiếp xúc

Bên trong tủ đông tiếp xúc

Cấu tạo của tủ đông tiếp xúc

- Tủ được ứng dụng để làm đông nhiều loại thực phẩm khácnhau Đặc biệt là có ý nghĩa bảo vệ rất tốt cho thực phẩm dễbiến đổi chất lượng như thủy sản.

II Làm lạnh đông bằng tủ đông tiếp xúc

1 Ưu nhược điểm và ứng dụng

a Ưu nhược điểm

- Tủ đông tiếp xúc trao đổi nhiệt nhờ tiếp xúc với kim loại nên

hạn chế tác động của không khí

- Tủ có khả năng truyền nhiệt lớn, đảm bảo tốc độ làm đông nhanh

- Tủ có nhược điểm là chỉ làm đông thực phẩm có kích thước

nhỏ và phải đều

b Ứng dụng

TỦ ĐÔNG TiẾP XÚC

MODEL L-CF

1000

L-CF 1500

L-CF 2000

2 Cấu tạo và hoạt động

TỦ ĐÔNG TiẾP XÚC

- Khung tủ được tạo nên từ khung gỗ, ở các cạnh được gia cốthêm khung thép.

- Vật liệu cách nhiệt được chia làm hai lớp : một lớp nằm xen

kẽ giữa khung gỗ và một lớp bao phủ toàn bộ bề mặt bêntrong

- Để bảo vệ lớp cách nhiệt ta sử dụng hai lớp cách ẩm ở haiphía Lớp cách ẩm được làm bằng chất dẻo tổng hợp

Cấu tạo thân tủ

- Trong qúa trình hoạt động, hơi nước có thể xâm nhập vào những vị trí liên kết do sự giản nở ngưng tụ đóng băng thành đá, làm giản nở thể tích sẽ làm hỏng cấu trúc jiont làm giảm khả năng cách nhiệt và tấm jont dễ bị lão hóa.

- Hai bề mặt chính là các cánh cửa, cửa ép sát vào thân

tủ bằng một tấm jont cao su

Bên trong tủ đông tiếp xúc

BÊN TRONG CỦA TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC