Bài giảng môn học công nghệ chế biến lạnh thủy sản

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 18Bản chất của nhiệt độ giống như động năng của các phân tử trong cấu trúc của vật... Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 19Hệ số dẫn nhiệ

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 1

Bài giảng môn học CÕNG NGHỆ CHÉ BIẾN LẠNH THỦY SÂN

(Technology of chilling and freezing seafood)

Biên soạn: Nguyễn Anh Tuấn Khoa Chế Biến - Trường Đại Học Nha Trang

(Tài liệu sử dụng nội bộ)

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 2

Nội dung chi tiết môn học

CHƯƠNG 1 CÁC TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU THỦY SẢN

CHƯƠNG 2 MÔI TRƯỜNG LẠNH

CHƯƠNG 3 QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH THỦY SẢN

CHƯƠNG 4 BẢO QUẢN VÀ VẬN CHUYỂN THỦY SẢN LẠNH

CHƯƠNG 5 QUÁ TRÌNH LÀM ĐÔNG THỦY SẢN

CHƯƠNG 6 BẢO QUẢN VÀ VẬN CHUYỂN THỦY SẢN ĐÔNG LẠNH

CHƯƠNG 7 TAN GIÁ SẢN PHẨM THỦY SẢN ĐÔNG

CHƯƠNG 8 SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ

CHƯƠNG 9 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MỘT SỐ MẶT HÀNG THỦY SẢN ĐÔNG LANH

Tài liệu tham khảo

Bài giảng Công nghệ lạnh do giáo viên môn học biên

soạn.

Trần Đức Ba, Nguyễn Văn Tài, nghệ lạnh thủy sản, Nhà

xuất ban Đại Học Quốc Gia, TP HỎM, 2004.

Nguyễn Xuân Phương, Kỹ thuật lạnh thực phẩm, NXB

Khoa Học Và Kỹ thuật, 2004.

W.A Johnston, Freezing and refrigerated storage in

fisheries.

G.M.Hall, Fish processing technology, VCH Publishers,

1992.

5.

6

CÁC TÍNH CHẤT CỦA NGUYÊN LIỆU THỦY SẢN

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 5

+ Hình cầu

h~R

9 9 - Thực phâm có 3 dạng hình chuân:

h«2R h >>2R

h

Thực tê thực phâm có rât nhiêu dạng hình, vì vậy người ta phải đưa về hình dạng chuẩn bằng

thực theo một dạng hình chuẩn nào gần vớivật thực nhất.

Chỉ số F/V đặc trưng cho sự liên quan giữa kích thước của thực phẩm và khả năng trao đổi

nhiệt

Đối với thực phẩm, chỉ số hình dạng F/V càng lớn thì khả năng trao đối nhiệt càng lớn và

ngược lại

Định nghĩa: Góc trượt là gôc nghiêng của mặt đỡ mà trên đó thực phẩm bắt đầu thay đổi trạng thái giữa đứng yên và

chuyển động dưới tác động của trọng lực bản thân thực

phẩm

trượt phải có góc nghiêng > góc trượt.

Góc trượt được ứng dụng trong thiêt kê vận hành các thiết bị vận chuyển thực phẩm:

-Từ nơi thấp lên cao: các băng chuyền phẳng phải có góc

nghiêng < góc trượt

-Từ nơi cao xuống thấp: các boong xe, máng

Góc trượt phụ thuộc vào hệ sô ma sát giữa bê mặt thực phẩm và bề mặt đỡ, không phụ thuộc vào kích thước củavật.

3 Khối lượng riêng p (kg/m3)

Khối lượng riêng thường dùng để tính kích thước của kho lạnh, các dụng cụ chứa đựng và các phương tiện vận

Có 3 dạng khối lượng riêng:

+ Khối lượng riêng hỗn hợp: Trong thực tế thường gặp các loại thực phẩm khác nhau cùng với không khí và một số chất khác trong một thể tích

+ Khôi lượng riêng hữu ích: là khôi lượng riêng còn lại củathực phẩm khi không tính chất khí trong đó mà không làmthay đổi thành phần và tính chất của thực phẩm.

Được tính cho những thực phẩm có cấu trúc dạng xốp Khi tính dựa vào độ xốp của thực phẩm

Độ xốp của thực phẩm là phần trăm chất khí có trong thựcphẩm

2: MỘT SỐ TÍNH CHẤT LÝ NHIỆT

CỦA THỰC PHẨM

1 Nhiệt dung riêng c (kj/kg.độ)

* Định nghĩa: nhiệt dung riêng là luợng nhiệt mà mmột đơn

vị khối lượng thực phẩm trao đổi với môi trường bên ngoài

để nhiệt độ của nó

thay đổi l°c

- Nhiệt dung riêng được ứng dụng trong tính toán

nhiệt của thực phẩm trong quá trình công nghệ

lạnh

Khi nước trong thực phâm đóng băng

Nhiệt dung riêng của nước đá nhỏ hơn nhiệt dung riêngcủa nước gần 2 lần

Khi nhiệt độ của nước đá giảm thì tỷ lệ nước đóng băngtăng nên c giảm (giảm theo sự giảm nhiệt độ)

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 17

Là đại lượng dùng để biểu diễn trạng thái nhiệt

của vật rắn Hay nhiệt độ là đại lượng đặc

trưng cho mức độ chuyển động của các phân

tử, nguyên tử

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 18

Bản chất của nhiệt độ giống như động năng của

các phân tử trong cấu trúc của vật

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 19

Hệ số dẫn nhiệt là đại lượng đặc trưng cho khả

năng truyền nhiệt giữa các điểm bên trong cấu

trúc của thực phẩm Nó được tính bằng lượng

nhiệt truyền qua một đơn vị thế tích dạng hình

hộp lập phương của thực phẩm, phương

truyền nhiệt vuông góc với 2 bề mặt có độ

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 20

chênh lệch nhiệt độ là l°c, trong thời gian là

1 giây (s)

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 21

Hệ số dẫn nhiệt độ của một vật là đại lượng biểu

diễn sự tương quan giữa vận tốc cân bằng

nhiệt độ trong một đơn vị thể tích của vật với

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 22

lượng nhiệt mà nó trao đối với môi trường

xung quanh

5 Hàm nhiệt: I (kj/kg)

Định nghĩa: hàm nhiệt là đại lượng đặc trưng

cho trạng thái nhiệt của thực phẩm

Hàm nhiệt của thực phẩm chính là nội năng củamột đơn vị khối lượng thực phấm

Hàm nhiệt trên chỉ mang tính lý thuyết Thực tếngười ta chỉ tính độ biến đổi hàm nhiệt Ai.

Ai là lượng nhiệt mà một đơn vị khối lượng thực

phẩm trao đổi với môi trường xung quanh

Quá trình trao đổi có thể thay đổi nhiệt độ haykhông thay đổi nhiệt độ nhưng có sự chuyển đổitrạng thái vật chất thì có sự biến đổi hàm nhiệt

+ Khi có sự thay đôi nhiệt độ, không có sự thay đổi trạng thái:

Ai = c At

c : nhiệt dung riêng At : độ biến đổi nhiệt độ

+ CÓ sự thay đổi trạng thái vật chất thì hàm nhiệt sẽ bao gồm toàn bộ năng lượng tạo ra do sự

biên đôi vật lý đó

Hệ số cấp nhiệt của bề mặt thực phẩm là đại lượng đặc trưng cho khả năng trao đổi nhiệt giữa bề

mặt thực phẩm với môi trường lỏng hoặc khí ở xung quanh

a được tính bằng lượng nhiệt trao đổi giữa một đơn

vị thể tích bề mặt thực phẩm với môi trường

trong một đơn vị thời gian do độ chênh lệch

nhiệt độ giữa bề mặt thực phẩm với môi trường

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 28

^ cỏng nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 23

3: ẢNH HƯỞNG CỦA LẠNH ĐỐI VỚI

TÉ BÀO SỐNG

1 Ảnh hưởng của nhiệt độ dương thấp đối YỚi tế

bào sống

a Qui luật chung:

- Co rút, giảm thể tích, tuân theo qui luật giản nở

nhiệt

- Tăng độ nhớt dịch tế bào, giảm khả năng

khuếch tán chất bên trong dịch tế bào

- Giảm trao đổi chất, giảm hoạt động

sống

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 30

Do cấu trúc tế bào thực vật đơn giản và vững chắc

nên hoạt động trao đổi chất và trao đổi năng

lượng đon giản, do đó mà khả năng chịu lanh tôt

Khi nhiệt độ giảm độ nhớt của dịch bào tăng lên,

khả năng khếch tán của nước giảm, cấu trúc tế bào co rút lại, mức năng lượng giảm, hoạt độngsống giảm

Ở nhiệt độ dương thấp đa số tế bào thực vật vẫn duy trì được

sự sống, hoạt động sống yếu đi nhưng không mất hẳn

Trong thực tế sản xuất người ta giữ rau quả trong

kho có nhiệt độ thấp, thông gió tốt để bảo quả

rau và tạo điều kiện cho rau quả đạt độ chín sử

• • 1 • •

dụng

Tuy nhiên, ở nhiệt độ dương thấp vẫn ảnh hưởng xấu đến

chức năng sống của cơ thể sống

Quá trình làm lạnh làm giảm khả năng trao đổi chất, do đó, làm yếu đi các quá trình sống trong một vài giai đoạn làm lạnh hay thời gian tác dụng lâu sẽ xảy ra những biến đổi

không thuận nghịch

Đặc biệt chú ý điều này đối với rau quả vùng nhiệt đới

Đối với rau quả vùng nhiệt đới chỉ được hạ nhiệt đến mộtgiới hạn cao hơn rất nhiều so với điếm đóng băng

Vd:

Bảo quản chuối: t > 10°c

Cà chua xanh : t > (5 - 6) °c

Chanh : t > (2-4) °c

Dưới các mức giới hạn này thì rau quả không chín tới (bị

sượng) làm giảm chất lượng Thậm chí còn gây chết cho tếbào thực vật

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 34

Cấu trúc và hoạt động sống của tế bào động vật

phức tạp hơn nhiều so với tế bào thực vật

Hoạt động sống của tế bào động vật thuờng gắn

liền với hoạt động sống của cơ thế Vì vậy, khả năng chịu lạnh của chúng kém hơn

Đa số các loài động vật, nhất là động vật máu

nóng, mất khả năng hoạt động khi nhiệt độ cơ

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 35

thể giảm 4°c so với thân nhiệt bình thuờng của nó

Khi nhiệt độ giảm tê bào mât năng lượng, làm

phân lóp các chất tách ra khỏi nhau và độ nhớt của tế bào tăng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lượng

Đặc biệt đối với một số loài thuỷ sản Khi nhiệt độ giảm đến một mức nào đó chúng có thể tự

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 36

chuyển co thể qua trạng thái hầu như không hoạtđộng trong một thời gian nhất định

Điều này được ứng dụng để làm giảm chi phí vận chuyển thực phẩm tươi sống, sau khi vận chuyển

ta nâng nhiệt độ lên thì các hoạt động sống đượcphục hồi

VD: bảo quản tôm hùm sông: sử dụng túi nước đá

để giảm nhiệt độ môi trường sống của chúng đếnkhoảng 14-16°c tôm ở trạng thái "ngủ"

Sau khi vận chuyển xong muốn phục hồi trạng

thái, cho tôm vào môi trường lạnh và nâng dần nhiệt độ lên tôm sẽ được phục hồi sự sống

Phương pháp này áp dụng nhiều loại sò, cá, tôm

d Đối với tế bào vi sinh vật:

Nhiệt độ dương thấp chỉ gây ức chế, kìm

2 Anh hưởng của sự đóng băng nước đôi với tê bào sống

a Đối với tế bào thưc vât

Khi nước đóng băng gây ra sự khuếch tán nước từ trong tế bào ra ngoài gây ra sự biến đổi Protien hoà tan Các tinh thể nước đá giãn nỡ làm rách

vỡ cấu trúc tế bào làm mất khả năng phục hồi sựsống khi nhiệt độ lên mức bình thường

Tuy nhiên trong nhiêu trường hợp, sự đóng băngcủa nước trong một giới hạn nào đó không làmmất đi khả năng sống mà chỉ kìm hãm sự pháttriển của tế bào.

Vd: khoai tây khi % lượng nước đóng băng, tế bào vẫn sống nhưng hoạt động sống rất chậm

Khả năng chịu lạnh của tê bào phụ thuộc vào

thành phần các chất có khả năng kết hợp với nuớc như: đường, muối vô cơ, glycerin

Hàm lượng chất này càng cao thì giảm những

ảnh hưỡng xấu đến tế bào vì có tác dụng giảm nhiệt độ kết tinh giữ cho nước ít bị tách ra

trong quá trình đóng băng nhờ đó có thể bảo

vệ được sự nguyên vẹn cấu trúc và các tính

chất của tế bào trong một thời gian dài

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 43

Khi làm đông, các tinh thể nước đá tạo thành có

khả năng phá vỡ cấu trúc vi mô của tế bào

Ngoài ra, sự tạo thành nước đá làm kìm hãm và

đình chỉ những phản ứng hoá sinh, gây biến

tính một số protein và biến đổi hoạt tính sinh

học của nó

Nhiệm vụ của các nhà công nghệ là tìm biện

pháp hữu hiệu đế bảo vệ các tính chất tươi

sống ban đầu của thực phẩm

Đóng băng giống như quá trình sấy khô, phá hoại các chức năng sống của cơ thể sống.

Cơ thể động vật sống được là nhờ sự tuần hoànchất lỏng (máu) trong cơ thế và sự trao đối

chất Khi nước trong cơ thể sống bị đóng băngthì sự sống sẽ không còn duy trì được nữa.

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 46

3 Ảnh hưởng của lạnh đối với vi sinh vật

Cấu trúc và hoạt động sống của vi sinh vật (Vs

V) rất đơn giản, sự trao đổi chất và năng

lượng chủ yếu là sự khuếch tán nước và các

chất dinh dưỡng qua màng tế bào Vì vậy

chúng có khả năng chịu lạnh cao

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 47

vsv ưa lạnh: nhiệt độ từ -10 -ĩ- 20°c, do đó

phải

chọn nhiệt độ bảo quản <-10°C để vi sinh vật •

• • •

không gây ảnh hưởng đến thực phẩm

Đối với vsv ưa lạnh có nhiều loại chịu được

• • • •

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 48

nhiệt độ rất thấp nhưng nhữmg Vs V này

không ảnh hưởng đến thực phẩm và sức khoẻ

con người

hoạt động và phát triển ở mức độ thấp

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 49

- Khi nước đóng băng: có một số vsv bị chết,

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 50

VsV ưa lạnh còn hoạt động

Nhiệt độ <-18°C: vsv ưa lạnh ngừng hoạt động,

• • I

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 51

Nước có khả năng chuyển vào trạng thái vô định hình, không có cấu trúc tinh thể, do đó, nước

không có khả năng khuếch tán từ nơi này đến

Công nghệ lạnh Thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 52

nơi khác và không làm vỡ, rách cấu trúc tế

bào, nó có thể giữ cho tế bào sống lại được

Nước ở trạng thái vô định hình là do sự giảm đột ngột mức năng lượng, các phân tử không kịp sắp

xếp vào các vị trí của mạng tinh thể, chúng

ngừng chuyển động và liên kết với nhau ở

những vị trí tự do tạo ra chất rắn ở trạng thái tinh thế,

nó không có tính chất của tinh thế nước đá do đó

không gây ra các biến đổi bất lợi về tính chất và cấu trúc tế bào

Điều kiện tạo nước vô định hình:

- Vận tốc giảm nhiệt độ lớn (nhanh) > 100°c/s

-150°c 4- -125°c

Đối với nước trong thực phẩm có các chất tan và

các chất không tan nên khoảng nhiệt độ để tạo nước

vô đinh hình: -140°c -r -80°c.

Khi đưa nước vô định hình vê trạng thái lỏng, nó phụ thuộc vào tốc độ tăng nhiệt độ (>100°c/s) Nếu nâng nhiệt độ với vận tốc < 100°c/s nước sẽ chuyển về

dạng tinh thể rồi sau đó sẽ nóng chảy thành nước gây

ra các biến đổi bất lợi cho tế bào

Trạng thái tế bào sẽ được phục hồi như ban đầu không

có sự thay đổi nào khi nước chuyển thành vô định

hình và từ vô định hình chuyển thành nước một cách đột ngột./

Công nghệ lạnh thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 1

CHƯƠNG II MÔI TRƯỜNG LẠNH

I MÔI TRƯỜNG LẠNH KHÔNG KHÍ

1 Khái niệm môi trường lạnh:

Môi trường lạnh là môi trường tiếp xúc trực tiếp và lấy nhiệt ra khỏi thực phẩm.

Trường hợp thực phẩm có lớp bao gói thì vật liệu bao gói được coi là thành phần của thực phẩm, không coi

là môi trường lạnh.

2 Một số tính chất của môi trường lạnh không khí:

- Khối lượng riêng - p (Kg/m 3 )

3 Ưu nhược điểm của môi trường không khí lạnh:

giữ nguyên được hình dạng, kích thước.

- Không khí linh hoạt, dễ lưu thơng trong phịng lạnh

và tiếp xúc bao quanh thực phẩm để trao đổi nhiệt.

và thực phẩm.

làm lạnh, bảo quản lạnh, điều hòa không khí cho nhà

ở, xe cộ không thể không dùng không khí lạnh.

ó săn trong tự nhiên, rẻ tiền, dễ kiêm.

3 Nhược điểm của môi trường không khí lạnh:

trạng thái đối lưu tự nhiên Vì vậy trao đổi nhiệt kém hơn môi trường lỏng và rắn.

hóa, ảnh hưởng xấu đến thực phẩm.

rất khó làm sạch.

- Có thê khăc phục nhược điêm trao đổi nhiệt băng

cách đối lưu cưỡng bức đê tăng a nhưng cũng không tăng lên nhiều.

thực tế người ta không tăng vận tốc không khí lên quá lớn

vì khi v > 10 m/s thì hiệu suất truyền lạnh tăng không dáng

kê, nhưng phải tăng đầu tư và năng lượng cho quạt điện, bị thiệt hại do giảm trọng lượng, khô bề mặt, ôxy hóa làm giảm chất lượng sản phẩm.

II MÔI TRƯỜNG LẠNH LỎNG

1 Môi trường lạnh lỏng thường dùng:

Khi chất lỏng có v = 5m/s có thể đạt oc = 40.000 kcal/m 2 h o C

Vì vậy làm lạnh trong môi trường lạnh lỏng sẽ rất nhanh so với trong môi trường không khí lạnh và chất lượng của sản phẩm cũng cao hơn.

lượng do bay hơi nước và sự ôxy hóa thực phẩm.

- Dung dịch của nhiêu loại muôi có thê hạ nhiệt độ của môi trường lạnh lỏng xuông rất thấp.

Dung dịch CaCl 2 29,9% có điêm băng t b = -55 o C

- Khí hóa lỏng có điêm sôi rất thấp:

- Muối CaCl 2 và các tạp chất lẫn vào (muối không tinh khiết) có khả năng phản ứng với thực phẩm làm thay đổi chất lượng sản phẩm.

Trong thực tế khi dùng môi trường lạnh lỏng bao giờ cũng

phải chú ý: nhiệt độ của môi trường lỏng phải lớn hơn so với điểm băng của nó để tránh hiện tượng đóng băng trên

III MÔI TRƯỜNG LẠNH RẮN

Môi trường thường dùng:

- Kim loại có độ bền cao, được dùng theo những tiêu chuẩn và yêu cầu công nghệ.

trực tiếp và dẫn nhiệt nên hạn chế ảnh hưởng xấu của không khí đối với thực phẩm

- Kim loại có nhiệt dung riêng nhỏ nên hao phí lạnh để giảm nhiệt độ trong quá trình sản xuất bé, thời gian khởi động ngắn.

2 Nước đá:

335kJ/kg thích hợp cho quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh TP.

phù hợp với biến đổi chi phí lạnh, rất có lợi cho

quá trình làm lạnh.

chạm cơ học.

- K

Công nghệ lạnh thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 17

- Khi nước đóng băng, thê tích tăng lên gần 10%

3 Hổn hợp nước đá + muối ăn:

Công nghệ lạnh thủy sản - Nguyễn Anh Tuấn 18

Khi trộn nước đá có kích thước nhỏ với muối tinh thể

sẽ tạo thành hỗn hợp có nhiệt độ tan chảy thấp hơn

Nhiệt đô tản chảy