Làm lạnh là quá trình làm giảm nhiệt độ của sản phẩm đến giá trị từ -10C đến 80C nhằm làm giảm cường độ của các biến đổi về hóa học, hóa sinh và sinh học để kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm tươi sống hoặc thực phẩm đã qua chế biến.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cầu xã hội ngày càng cao đòi hỏi sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm cũng tăng cao.Có nhiều phương pháp để nâng cao chất lượng sản phẩm thực phẩm
và thời gian bảo quản chúng như:sử dụng chất phụ gia , chất bảo quản, thanh trùng-tiệt trùng, chiếu xạ, làm lạnh-lạnh đông…
Trong đó, phương pháp làm lạnh-lạnh
đông đã được biết đến từ lâu và được áp dụng
rộng rãi trong công nghệ chế biến và bảo quản
thực phẩm do dễ sử dụng và chi phí thấp
phương pháp này được ứng dụng chủ yếu
trong bảo quản thịt, trứng, sữa, rau quả, thủy
sản,…nhằm bảo quản thực phẩm tránh bị hư
hỏng dưới sự tấn công của vi sinh vật để kéo
dài thời gian bảo quản và sử dụng sản phẩm
Do kiến thức còn hạn hẹp nên khó tránh khỏi sai sót trong quá trình thực hiện rất mong thầy có thể bỏ qua và đóng góp ý để bài báo cáo sau có thể hoàn thiện hơn!
Trang 2QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH –LẠNH ĐÔNG Chương1.Bản chất và mục đích của quá trình làm lạnh-lạnh đông
1.1.Bản chất :
Làm lạnh là quá trình làm giảm nhiệt độ của sản phẩm đến giá trị từ -10C đến 80C nhằm làm giảm cường độ của các biến đổi về hóa học, hóa sinh và sinh học để kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm tươi sống hoặc thực phẩm đã qua chế biến
Làm lạnh đông là hạ nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ đóng băng của dịch bào Nhưvậy trong quá trình làm lạnh đông có sự tạo thành nước đá trong sản phẩm Tùy theo mức
độ làm lạnh đông mà lượng nước đá trong sản phẩm chuyển thành đá từ 80% trở lên
Nếu nhiệt độ cuối cùng (t0) nằm trong khoảng nhiệt độ đóng băng (tdb) và nhiệt độ giới hạn “ nóng- lạnh”
(tdb <t0 < 20oC ) thì gọi là làm lạnh thường
Nếu – 100oC < t0 < tdb gọi là lạnh đông
-2730C < t0 < 100oC gọi là lạnh đông sâu (lạnh thâm độ )
Trong điều kiện môi trường lạnh hoặc băng giá, các loại VSV ít phát triển hoặc ngừng hoạt động , các hoạt động sinh hóa , sinh- lý của nguyên liệu cũng bị hạn chế
1.3.Phạm vi sử dụng
Quá trình làm lạnh , lạnh đông được thực hiện trong các ngành khai thác , chế biến
và bào quản thực phẩm Ngành đánh bắt hải sản hiện nay không thể thiếu quá trình lạnh
Trang 3và lạnh đông Vì nó tạo điều kiện bảo quản cá đã đánh được trong một thời gian trước khilên bờ.
Lạnh không thể thiếu được trong chế biến rau , quả , thịt cá như là phương tiện để bảo quản nguyên liệu và tạo ra những sản phẩm mới ( hoa quả đông lạnh) và trong công nghiệp rượu –bia –nước giải khát
Chương 2.Các biến đổi nguyên liệu
2.1.Các biến đổi:
Nguyên liệu : là các loại nguyên liệu có nguồn gốc động vật , thật vật, cógiá trị dinh dưỡng cao, nhưng chóng bị hư hỏng , biến đổi trong môi trường nhiệt độ bìnhthường Hay có thể là các men mốc bánh mì, rượu , các chế phẩm enzyme, các chủngVSV…
Các biến đổi trong quá trình làm lạnh thực phẩm :
Trong quá trình làm lạnh và bảo quản lạnh , nhiệt độ thấp chỉ có tác dụng ức chế,kìm hãm sự thay đổi sinh hóa, lí hóa Các quá trình này thực tế vẫn tiến triển nên chấtlượng sản phẩm vẫn bị thay đổi
Biến đổi lí học:
- Đối với các sản phẩm có chứa tinh bột đã qua quá trình chế biến (vd : bánh
mì , sandwich…) trong quá trình làm lạnh sẽ thay đổi tính chất cơ lý do hiện tượng thoáihóa của tinh bột sau khi đã bị hồ hóa trong quá trình chế biến trước đó sự thoái hóa củatinh bột thường làm cho sản phẩm trở nên cứng và khô Bên cạnh đó, nếu độ ẩm tươngđối của không khí cao trong quá trình làm lạnh, có thể sẽ diễn ra quá trình hút ẩm làmthay đổi tính chất cơ lý của sản phẩm Ngoài ra , một biến đổi vật lý khác cần chú ý làhiện tượng biến đổi màu sắc của sản phẩm đối với trường hợp làm lạnh và bảo quản cácsản phẩm trái cây do các phản ứng nâu hóa do các enzyme xúc tác
- Biến đổi ẩm : tùy theo mức độ lành lạnh lượng ẩm trong sản phẩm có thểthay đổi ít hay nhiều
- Khối lượng ẩm thay đổi dẩn đến sự tổn hao khối lượng tự nhiên của sảnphẩm nguyên nhân là do quá trình bốc hơi nước khi làm lạnh
- Hao tổn tự nhiên của một số sản phẩm thực phẩm khi làm lạnh và bảo quảnnhư sau:
Trang 4- Mặc dầu tỷ lệ tổn hao khối lượng ít, nhưng trong thực tế ảnh hưởng lớnđến chỉ tiêu kinh tế vì khối lượng bảo quản sản phẩm thường nhiều
- Bên cạnh biến đổi về khối lượng ẩm có thể biến đổi về chất đó là sựchuyển pha từ lỏng sang rắn
- Chúng ta biết rằng , nước trong sản phẩm tồn tại 2 dạng : tự do và liên kết nước tự do chiếm 85-95 % được coi là dạng dung môi hòa tan các chất trong tế bào nước tự do dễ bay hơi và cũng dễ đóng băng Nước liên kết chiếm khoảng 5-10% , tồn tạidưới dạng liên kết với các thành phần hóa học : các gốc protit, gluxit, chất béo… dạngnước này khó bay hơi và khó thay đổi trạng thái
- Sự chuyển pha của ẩm xảy ra mạnh khi làm lạnh đông sản phẩm nướctrong sản phẩm bắt đầu đóng băng khi nhiệt độ hạ đến điểm đóng băng nhiệt độ càngthấp bao nhiêu thì ẩm càng đóng băng triệt để bấy nhiêu Quá trình kết tinh (đóng băng)trải qua các vùng sau :
Vùng 1 :Nhiệt độ từ -10C đến -1,50C nước tự do bắt đầu kết tinh
Vùng 2 : Nhiệt độ -2,50C đến -30C nước liên kết dạng zol kết tinh
Vùng 3: Nhiệt độ từ -200C đến -250C nước liên kết dạng zol và keo tiếp tục kếttinh
Vùng 4: Nhiệt độ từ -600C đến -650C nước đóng băng hoàn toàn
- Nước đá ( băng ) tồn tại ở dạng tinh thể kích thước tinh thể phụ thuộc vàotốc độ làm lạnh đông Tốc độ nhanh kích thước tinh thể nhỏ , tốc độ chậm thì ngược lại
- Nguyên nhân có thể giại thích nhu sau: nếu làm lạnh đông chậm , đầu tiên
ẩm ở lớp ngoài đóng băng trước khi đó hàm ẩm ở những điểm này ( khổng băng) sẽthấp, tạo ra sự chênh lệch ẩm với các điểm bên trong do đó có sự chuyển ẩm từ các điểmbên trong tới vùng đóng băng và kết tinh trên khối băng đã được tạo thành trước đó , làmcho tinh thể băng lớn dần lên , khi làm lạnh đông với tốc độ nhanh nhiệt độ toàn khối sảnphẩm nhanh chóng đạt tới nhiệt độ đóng băng, do vậy hầu hết lượng ẩm trong khóinguyên liệu kết tinh tại chỗ, vì thế mà kích thước tinh thể bé
Biến đổi hóa học
- Trong khi làm lạnh, lạnh đông tốc độ phản ứng hóa học, sinh học sẽ giảmdần , tiến tới không đổi, tuy nhiên, mặc dầu các phản ứng hóa học xảy ra yếu ớt, nhưngcũng dẫn đến sự thay đổi đáng kể về chấtlượng sản phẩm ( gây mùi vị xấu trong cá lạnhđông)
Biến đổi sinh hóa-vi sinh
- Khi làm lạnh , lạnh đông nhiệt độ càng thấp bao nhiêu, hoạt động sinh hóacủa Sp càng giảm bấy nhiêu Phần lớn các enzim và quá trình hô hấp của rau quả bị ứcchế , do vậy tốc độ chuyển hóa các thành phần hóa học trong chúng giảm đi đáng kể.hoạt động của vi sinh vật tồn tại trong nguyên liệu bị nhiệt độ thấp khống chế Nhất là ởnhiệt độ ẩm hoạt động của chúng hầu như bị ngừng trệ ( trừ môt số loại nấm men có thểvẫn hoạt động được ở nhiệt độ thấp )
- Sự giảm tốc độ hoạt động sinh học và khả năng ức chế hoạt động của VSVtrong sản phẩm khi làm lạnh là cơ sở khoa học để kéo dài thời gian bảo quản chất lượngcủa chúng bằng nhiệt độ thấp
Trang 5- Đối với các sản phẩm làm lạnh và bảo quản lạnh , cấu trúc tế bào của chúngkhông có biến đổi lớn tế bào bị phá hủy do các tih thể nước đá chèn ép làm mất khả nănghoạt động “ sống” của tế bào thực vật ( mất tính bán thẩm thấu , mất khả năng trao đổichất) sự biến đổi cấu trúc tế bào trong thịt, cá bảo quả lạnh đông thời gian dái thường làmcho sản phẩm khô, xốp ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan của sản phẩm
Biến đổi cảm quan :
- Phải nói rằng bản thân quá trình làm lạnh ít dẫn tới những biến đổi lớn vềmàu , mùi , vị của sản phẩm những biến đổi có thể dẫn tới sự thay đổi giá trị cảm quancủa thực phẩm chỉ xảy ra trong quá trình bảo quản
- Đối với một số loại sản phẩm quá trình bảo quản lạnh sẽ làm tăng hương vịquá trình chin hóa học, tạo thànhcác thành phần chất thơm… như trong các trường hợpbảo quản xuc xích , rượu vang…
- Nhiệt độ bào quản lạnh ít ảnh hưởng đến chất lượn cảm quan của rau quảtươi Đối với chúng, phương pháp bảo quản lạnh là cách tốt nhất giữ được chất lượng sảnphẩm cao nhất
2.2.Sự kết tinh của nước khi lạnh đông
Sự kết tinh nước là một hiện tượng cơ bản làm thay đổi các tính chất của thựcphẩm, nước chuyển sang trạng thái rắn làm mất đi môi trường lỏng của sự hoạt động visinh vật và các enzym trong thực phẩm Sự giảm mức năng lượng do kết tinh của nướcrất lớn so với các quá trình giảm nhiệt độ, đây là những yếu tố chủ yếu dẫn đến tiêu diệthoặc kìm hãm hoạt động sống của vi sinh vật, hạn chế tác động của enzym Do đó, làmgiảm đi rất nhiều những biến đổi hoá học xảy ra ttrong thực phẩm, ngoài ra cấu trúc thựcphẩm được nước đá bảo vệ hạn chế tác động của môi trường bên ngoải tác động trongquá trình vận chuyển bảo quản Vì vậy làm đông là biện pháp bảo vệ tốt nhất những tínhchất ban đầu của thực phẩm trong một thời gian rất dài
Khi nước kết tinh sẽ dãn nỡ thể tích, thường làm rách vỡ cấu trúc bên trong củathực phẩm, dẫn đến làm thay đổi một số tính chất của nó Quá trình kết tinh nước làmtăng tốc độ mất nước, đồng thời có thể gây biến tính những chất dinh dưỡng có liên kếttốt với nước, dẫn đến làm giảm mùi vị, khả năng hút nước và giữ nước của thực phẩm,ngoài rra nó còn thay đổi màu sắc của thực phẩm
Chương 3.Phương pháp thực hiện và các thiết bị
Trang 6Làm lạnh nhân tạo là phương pháp dung các tác nhân sinh lạnh làm lạnh môi trường bảo quản hoặc làm lạnh Những tác nhân đó là: nước đá,NH3, frion, CH2Cl, CO2, N2, một số chất khí, hỗn hợp muối với nước đá, axit với đá…… Nguyên nhân sinh ra lạnh là do quá trình thu nhiệt khi nước đá nóng chảy, khi hỗn hợp các nước đá với nước muối hoặc axit hòa tan, khi các chất lỏng NH3, frion, CH2Cl, bay hơi, khi các chất khí giãn nở đoạn nhiệt
Dựa vào cách tiếp xúc giữa lạnh và sản phẩm có thể chia thành phương pháp làm lạnh trực tiếp và gián tiếp.Làm lạnh trực tiếp là cách trộn lẫn tác nhân lạnh với sản phẩm (ướp đá, nhúng N2, CO2 lỏng).Làm lạnh gián tiếp là phương pháp mà làm lạnh đi váo sản phẩm qua chất tải lạnh và môi trường truyền lạnh ( chất tải lạnh có thể là dung dịch muối hoặc không khí)
3.1.2 Quá trình đông lạnh thực phẩm
Công nghệ chế biến thực phẩm đông lạnh thường gồm các khâu:
Thực phẩm Chế biến Đóng gói Cấp đông Bảo quản
Khâu cấp đông yêu cầu làm đông hết ẩm và hạ nhiệt độ tâm sản phẩm xuống tớitrị số nhiệt độ tk nào đó trước khi đưa vào kho lạnh
Quá trình cấp đông gồm có 3 giai đoạn như hình 1 gồm: τ1 là thời gian hạ nhiệt độvật ẩm, từ nhiệt độ ban đầu t1 đến nhiệt độ đóng băng t0 = 00C, τ2 là thời gian đông kết ẩmtrong vật ở nhiệt độ t0 = const, τ3 là thời gian quá lạnh khối băng từ nhiệt độ t0 đến nhiệt
độ tk yêu cầu
Môi trường lạnh cần phải có nhiệt độ
tf < tk < t0 < t1
Nếu cấp đông kiểu đối lưu thì vật ẩm có
biên loại 3 với hệ số toả nhiệt α hữu hạn
Nếu cấp đông kiểu tiếp xúc thì vật ẩm có biên
loại 1 với tw = tf và coi α∞
Thời gian đông lạnh vật ẩm là:
τ = τ1 + τ2 + τ3
H 1: t(τ) của vật ẩm khi đông lạnhτ) của vật ẩm khi đông lạnh) của vật ẩm khi đông lạnh
Trang 7Công thức tính thời gian lạnh đông:
tf: Thời gian lạnh đông(s)
L: Kích thước của khối nguyên liệu hình lập phương(m)
H: Hệ số truyền nhiệt bề mặt(Wm-2K-1)
θ f: Điểm làm lạnh(oC)
θ a: Nhiệt độ trong môi trường làm lạnh(oC)
λ: Năng lượng giải phóng khi quá trình kết tinh xảy ra(J/Kg)
ρ :Khối lượng riêng của nguyên liệu(Kg/m3)
X: Độ dày của bao gói(m)
K1: Độ dẫn nhiệt của bao gói(Wm-1K-1)
K2: dẫn nhiệt của môi trường lạnh đông(Wm-1K-1)
3.2.Các thiết bị
Tủ lạnh mang lại hiệu quả cao trong việc bảo quản thực phẩm ngày càng trở nên quan trọng mỗi khi mùa nóng về, đặc biệt là những chiếc tủ mới với nhiều công nghệ hiện đại
Những chiếc tủ hiện đại sẽ mang đến cho người sử dụng nhiều sự tiện nghi hơn
Trang 8Với dòng tủ lạnh thế hệ cũ, nhiều loại thực phẩm sau một thời gian bảo quản thường bị giảm chất lượng, rau củ bị héo, thực phẩm tươi sống như thịt cá bị khô mặt haymùi thực phẩm bị lẫn vào nhau,…trong cùng một ngăn trữ nhưng lại được bảo quản không đều, có chỗ bị đông đá nhưng lại có chỗ bị thiu,… và còn rất nhiều vấn đề rắc rối
Những dòng tủ lạnh cao cấp với nhiều ngăn tủ riêng biệt từ 3 cho đến 6 cánh tùy loại hoặc dòng tủ Side by Side, French Door đều có những thay đổi cơ bản nhằm mang đến một không gian bảo quản tốt nhất cho mọi loại thực phẩm
Công nghệ làm lạnh kép
Hệ thống làm lạnh kép cho tủ lạnh 2 cửa và Side by Side với 2 quạt gió riêng biệtMới có một số ít hãng áp dụng công nghệ làm lạnh tiên tiến này, điển hình là Samsung
Hệ thống làm lạnh kép Twin Cooling System gồm 2 hệ thống làm lạnh độc lập ở hai ngăn tủ với 2 quạt gió riêng biệt giúp cung cấp hơi lạnh đồng đều cho các ngăn thay
vì 1 quạt gió như trước đây, hơi lạnh được luân chuyển từ ngăn đông xuống ngăn mát rồi lại vòng lên
Công nghệ này giúp duy trì độ ẩm tối ưu, gió từ ngăn đông sẽ không tràn sang làm héo úarau quả và mùi vị thực phẩm giữa các ngăn được tươi nguyên, không bị lẫn vào nhau
Trang 9Công nghệ làm lạnh không đóng tuyết
Tủ lạnh thế hệ cũ thường đóng tuyết, gây nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng như tốn điện, làm lạnh không hiệu quả bởi những lớp băng dầy
Thực chất dòng tủ làm lạnh không đóng tuyết là được thiết kế thêm chế độ xả tuyết tự động nên khi có hiện tượng đóng tuyết, bộ phận cảm ứng sẽ tự động không cung cấp hơi lạnh cho ngăn đá để tuyết tan bớt giúp tủ trở lại hoạt động với công suất bình thường
Công nghệ làm lạnh đa chiều
Hệ thống làm lạnh đa chiều hình vòng cung
Thay đổi rõ nhất trong hầu hết các dòng tủ lạnh đời mới là sự cải tiến hệ thống phân phối luồng khí lạnh, ứng dụng công nghệ làm lạnh đa chiều được thổi ra từ tất cả các vách ngăn của tủ để phân bố đều cho tất cả các loại thực phẩm
Ở các loại tủ cũ, khí lạnh được phân bố không đều, một phần dùng để cung cấp cho ngăn đá, một phần cho ngăn mát và hệ thống làm lạnh đều được đặt ở phía lưng tủ Chính thiết kế này là nhược điểm khiến khí lạnh phân bố không đều, thực phẩm để gần với luồng khí lạnh thì bị lạnh quá mức, còn các thực phẩm để gần cửa tủ thì bị thiếu độ lạnh dẫn tới việc cùng một loại thực phẩm mà có chỗ bị thiu, có chỗ lại bị đông đá
Hầu hết các dòng tủ lạnh hiện đại thì tình trạng này đã được khắc phục, luồng khí lạnh đa chiều được thổi ra từ tất cả các vách ngăn của tủ, thậm chí có hãng còn thiết kế khí lạnh được thổi ra từ cửa tủ để phân bố đều cho các loại thực phẩm
Minh chứng rõ ràng nhất ở việc hệ thống phân phối khí lạnh thoát ra từ cửa tủ đó chính là ngăn chứa và làm mát đồ uống của tủ lạnh Side by Side Với một ô cửa nhỏ ngaytrên cánh giúp người dùng có thể đặt vào để làm lạnh những chai đồ uống một cách dễ dàng mà không cần mở tủ
Trang 10Samsung đã sử dụng công nghệ khử mùi Silver Nano cho tủ lạnh, một lớp tráng bạc với kích cỡ nanomét bên trong tủ tạo hiệu quả khác khuẩn và khử mùi toàn diện, ngăn chặn sự sinh sôi của vi khuẩn, giữ rau quả tươi ngon hơn.
Hay tủ lạnh Toshiba sử dụng công nghệ Plasma-shock để khử mùi và diệt khuẩn bằng tia cực tím, kết hợp giữa plasma và hệ thống xúc tác tia cực tím, những tia này sẽ phân hủy khí etylen sinh ra từ thịt cá trong tủ, hạn chế được việc héo úa của rau quả
Ngoài ra còn có nhiều công nghệ khử mùi tiên tiến khác như hệ thống lọc mùi kép Deo Fresh của Electrolux (một máy lọc khí nhỏ đặt bên trong ngăn để kiểm soát mùi và giữ độ ẩm cho thực phẩm), màng lọc chứa chất khử mùi washabi của Panasonic hay tủ lạnh LG khử mùi bằng xúc tác Z-Deodorizer,…
Trang 11Công nghệ giúp thực phẩm tươi lâu hơn
Việc bố trí các ngăn trữ thực phẩm riêng biệt cũng chính là "công nghệ" giúp bảo quản thực phẩm tươi ngon
Để thực phẩm tươi lâu hơn một số nhà sản xuất tủ lạnh đã có thêm túi đựng các viên vitamin ở ngăn rau quả nhằm bổ sung thêm vitamin cho chúng trong suốt quá trình bảo quản Tuy nhiên đây là công nghệ mới nên không nhiều nhà sản xuất áp dụng, mỗi hãng lại sử dụng những phương pháp khác nhau tạo nên thế mạnh đặc trưng cho riêng mình
Hầu hết các hãng đều thiết kế những ngăn bảo quản thực phẩm riêng biệt để có thểđiều chỉnh nhiệt độ theo nhu cầu chế biến của thực phẩm, tránh bị lẫn mùi và có khả năngduy trì hoặc bổ sung độ ẩm, góp phần giữ cho thực phẩm tươi ngon hơn
Hệ thống làm đá tự động