TIỂU LUẬN CQTCB QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH, LẠNH ĐÔNG IUH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HỒ CHÍ MINH

Tiểu luận môn các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm quá trình làm lạnh, lạnh đông do thầy Nguyễn Đắc Trường hướng dẫn iuh trường đại học công nghiệp Hồ Chí Minh tọa lạc tại đường Nguyễn Văn Bảo Viện sinh học và thực phẩm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

- -TP.HCM, Ngày 15 tháng 5 năm 2021

Danh sách nhóm:

1. Lê Thị Thùy Linh - 19516351 (nhóm trưởng)

2. Lê Công Minh

3. Trương Tấn Thành

4. Trần Nguyễn Thu Ngân

Môn: Các quá trình cơ bản trong công nghệ thực phẩm

Lời cảm ơn Trong suốt gần hai năm học tập tại trường Đại học Công nghiệp TP Hồ ChíMinh, được sự giảng dạy của quý thầy cô Viện Công nghệ Sinh học và Thựcphẩm Đặc biệt là thầy Nguyễn Đắc Trường cùng sự giúp đỡ của ban lãnh đạonhà trường đã giúp nhóm em phần nào có được những kiến thức thật quý báu Nhóm em xin được gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy Nguyễn Đắc Trường,giảng viên hướng dẫn đề tài “Quá trình làm lạnh và lạnh đông” của nhóm em.Trong quá trình tìm hiểu bộ môn, nhóm em đã nhận được sự giảng dạy vàhướng dẫn rất tận tình, tâm huyết của thầy Thầy đã giúp nhóm em tích lũy thêmnhiều kiến thức hay và bổ ích Từ những kiến thức mà thầy truyền đạt và hướngdẫn, nhóm em xin trình bày lại những gì mình đã tìm hiểu về vấn đề quá trìnhlàm lạnh và lạnh đông gửi đến thầy.

Tuy nhiên, kiến thức về bộ môn Các quá trình cơ bản trong công nghệ thựcphẩm của nhóm em vẫn còn những hạn chế nhất định Do đó, không tránh khỏinhững thiếu sót trong quá trình hoàn thành bài tiểu luận này Sau khi được thầygóp ý bài thuyết trình, nhóm em đã hoàn thiện và bổ sung bản word để gửi đếnthầy

Một lần nữa nhóm em xin chân thành cảm ơn và xin được gửi đôi lời chúcsức khoẻ đến thầy Kính chúc thầy luôn hạnh phúc và thành công hơn nữa trong

sự nghiệp “trồng người” Kính chúc thầy luôn dồi dào sức khỏe để tiếp tục dìudắt nhiều thế hệ học trò đến những bến bờ tri thức

Trân trọng, TP.HCM, ngày 15, tháng 5, năm 2021

I. Bản chất quá trình.

I.1. Khái niệm làm lạnh

- Là quá trình hạ nhiệt độ nhằm ngăn cản sự phát triển của hầuhết các vi sinh vật và enzyme phân hủy gây hư hỏng, ươn thốinhằm kéo dài thời gian kể từ khi chuẩn bị thực phẩm cho đếnkhi ăn

+ Làm lạnh thường: Là hạ nhiệt độ thực phẩm xuống gần nhiệt

• Sản phẩm lạnh đông cứng và trắng sáng, có tỷtrọng nhẹ đi (do đá tăng thể tích tầm 10%), có sựthay đổi tính nhiệt lý của sản phẩm và có sự thayđổi cấu trúc tế bào của sản phẩm

• Lạnh đông cần giai đoạn rã đông còn làm lạnh thìchỉ cần làm ấm là có thế chế biến được

I.2. Mục đích yêu cầu quá trình làm lạnh và lạnh đông

- Mục đích chuẩn bị: chuẩn bị cho các quá trình khác như quátrình làm lạnh bia, nước giải khác để nạp

- Mục đích khai thác: trong sản xuất nước quả cô đặc có thể làmlạnh đông dịch quả nhằm kết tinh phân tử nước, sau đó dùng

Hình 1.1 Hình ảnh minh họa

phương pháp cơ học đề tách tinh thể đá ra khỏi dịch quả nên độkhô dịch quả tăng lên, làm lạnh còn cho đường kết tinh nhanhhơn nhiều hơn.

- Mục đích chế biến: làm chín hóa học các sản phẩm ( xúc xích,lạp xưởng, ) làm tăng chất thơm cho rượu vang, tạo nước đádùng giải khát, làm lạnh sản phẩm

- Mục đích bảo quản: bảo quản dựa vào loại nguyên liệu có thểlàm lạnh nhiệt độ đến gần nhiệt độ đóng băng (bảo quản rau quảtươi), bảo quản đồ hộp 5-10, thịt cá tươi nhỏ hơn nhiệt độ đóngbăng

II. Các biến đổi trong quá trình làm lạnh và lạnh đông.

II.1.Biến đổi vật lý

+ Các sản phẩm trái cây bị biến đổi màu do các hiện tượng nâu hóa

do enzyme xúc tác

- Quá trình lạnh đông:

+ Sự hình thành các tinh thể đá bên trong khối nguyên liệu dẫn đến

sự thay đổi cấu trúc của nguyên liệu Sự thay đổi cấu trúc tùy vàotừng loại nguyên liệu

+ Nguyên liệu thịt động vật có cấu trúc dạng sợi linh động(protein), nên trong quá trình lạnh đông, các sợi có xu hướng táchrời nhau chứ không bị phá vỡ

+ Nguyên liệu thực vật, cấu trúc tế bào có thể bị phá vỡ do sự hìnhthành tinh thể đá

II.2.Biến đổi độ ẩm

- Thực phẩm có thể biến đổi độ ẩm trong quá trình làm lạnh vàlạnh đông, do chênh lệch nhiệt độ của bề mặt thực phẩm vớimôi trường lạnh Kể cả khi nước đã đóng băng, vẫn có sự traođổi nước từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp hơn.Làm tăng lượng nước tự do và giảm lượng nước liên kết

II.3.Biến đổi hóa học

- Quá trình làm lạnh:

+ Sản phẩm chứa chất béo, các lipid bị kết tinh và chuyển từpha lỏng sang pha rắn Nếu chất béo kết tinh ở nhiều dạng tinhthể có độ bền khác nhau, trong quá trình bảo quản có thể xảy ra

hiện tượng các tinh thể chất béo ở trạng thái không bền sẽchuyển sang trạng thái bền (VD: hiện tượng nở hoa chất béotrong quá trình làm lạnh chocolate).

+ Trong quá trình làm lạnh, các phản ứng hóa học sẽ chậm dần,tuy nhiên, hàm lượng một số vitamin trong nguyên liệu có thể

bị giảm do sự oxy hóa Lipid cũng có thể bị oxy hóa, thường tạo

ra các chất dễ bay hơi tạo mùi xấu cho sản phẩm

+ Đối với các loại sản phẩm tươi chưa qua chế biến, hoạt tínhenzyme giảm dần, nhưng có thể chưa bị ức chế hoàn toàn, đặcbiệt là các enzyme oxy hóa khử một số phản ứng hóa nâu dooxy hóa khử vẫn xảy ra làm giảm giá trị cảm quan Ngoài ra,enzyme lipase có trong nguyên liệu có thể xúc tác thủy phânlipid, thúc đẩy quá trình oxy hóa chất béo

+ Biến đổi lipit:

Chất béo dễ bị oxy hóa, đặc biệt do phản ứng thủy phân

Hàm lượng acid béo tự do phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gianbảo quản

+ Biến đổi glucid : Khi lạnh đông chậm, glycogen phân giải ranhiều acid lactic hơn so với lạnh đông nhanh

+ Biến đổi vitamin:

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

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

+ Biến đổi về khoáng: Nhiệt độ lạnh không ảnh hưởng đếnkhoáng chất nhưng do sự biến đổi cơ cấu sản phẩm khi làm lạnhđông khiến hao hụt một lượng lớn khoáng chất tan trong dịchbào chảy ra ngoài khi rã đông

II.4.Biến đổi về vi sinh vật

Khi làm lạnh và lạnh đông nhiệt độ càng thấp bao nhiêu thì hoạtđộng sinh hóa của sản phẩm giảm bấy nhiêu

Phần lớn các emzyme và quá trình hô hấp của rau, quả bị ứcchế.Tốc độ chuyển hóa các thành phần hóa học trong chúng giảm

đi đáng kể

*VSV hoạt động chậm lại:

- Dưới 0℃ hầu như bị ngừng trệ

- Ở -10℃, vi khuẩn không phát triển còn men, mốc chưa bị ức chế

- Ở -15℃ men,mốc ngừng phát triển

→ Ở nhiệt độ dưới -15℃ ngăn được phần lớn vi khuẩn và menmốc

* Ở -1℃ đến -5℃ đa số nước tự do kết tinh thành đá

Sản phẩm làm lạnh và lạnh đông là phương pháp để kéo dài thờigian bảo quản chất lượng sản phẩm ở nhiệt độ thấp

II.5.Biến đổi cấu trúc tế bào

- Không có sự thay đổi lớn khi làm lạnh, nhưng làm lạnh đông thìthay đổi đáng kể Tế bào bị phá do bị tinh thể nước đá chèn éplàm mất khả năng hoạt động sống của tế bào thực vật (mất tínhbán thẩm thấu, mất khả năng trao đổi chất, …)

- Thịt, cá bảo quản lạnh đông thời gian lâu thường làm cho sảnphẩm khô xốp ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan

II.6.Biến đổi cảm quan

- Làm lạnh, lạnh đông sẽ làm biến đổi:

+ Ít dẫn tới những thay đổi về màu, mùi vị của sản phẩm

+ Đối với một số loại sản phẩm thì quá trình bảo quản lạnh sẽtăng hương vị cho quá trình chín hóa học tạo thành phần chấtthơm (xúc xích, pho mát, rượu vang, …)

+ Bảo quản lạnh ít ảnh hưởng tới chất lượng cảm quan của rau,quả tươi

+ Lạnh đông là phương pháp tốt nhất để bảo quản nhưng dẫnđến sự thay đổi cảm quan là sự thay đổi mùi, trạng thái khô xác

III. Các yếu tố ảnh hưởng.

III.1. Thời gian

- Định nghĩa: Thời gian cần thiết để hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt

độ ban đầu đến một nhiệt độ mong muốn tại sản phẩm (giảmxuống bằng nhiệt độ trữ đông , -18)

→Ý nghĩa: là cơ sở cho tính toán thiết kế và vận hành thiết bịlàm đông, đồng đời xác định các yếu tố tác động nhằm mụcđích thay đổi thời gian làm đông tuỳ yêu cầu công nghệ

- Biểu thức làm đông: Trong quá trình làm đông, xác định thời gian làm đông dựa vào thời gian kết tinh của nước

+ Giả sử thực phẩm có dạng hình hộp, sau 1 khoảng thời gian nhất định, nước trong lớp thực phẩm gần bề mặt đã được đóng băng Lớp tiếp theo bắt đầu có sự đóng băng của nước.

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

dQ=L.Pn.phi.W.F.dx (1)

• L: Ẩn nhiệt kết tinh của nước

• Pn: Khối lượng riêng của nước

• Phi: Hàm lượng nước của thực phẩm trước đóngbăng

• W: Tỷ lệ nước đóng băng F: diện tích bề mặt traođổi nhiệt

• dx: Bề dày trao đổi nhiệt

 Giả sử nhiệt lượng này truyền theo một hướng ra bè mặt trao đổi vào môi trường lạnh và phương trình được viết:

dQ=(F(tdb-)dT)/(1/alpha+x/lamda) (2)

• tbd: Nhiệt độ đóng băng của nước trong thựcphẩm

• : Nhiệt độ môi trường lạnh

• T: Thời gian làm đông

• x: Bề dày thực phẩm

 Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian:

• Loại máy cấp đông: có nhiều loại thiết bị cấp đông khác nhau và nguyên

lý hoạt động rất khác nhau nên tốc độ khác nhau đáng kể

 Loại máy móc thiết bị làm đông ảnh hưởng rất lớn đếnthời gian đông Đông lạnh bằng hệ thống dây chuyền cấpđông đang được ứng dụng rất tốt trong các siêu thị, cácnhà máy chế biến thực phẩm bởi việc bảo quản bằng hệthống này giúp các loại thực phẩm trở nên tươi ngon vàgiữ đầy đủ các chất dinh dưỡng lên đến hơn 90%

 Ví dụ: Dây chuyền cấp đông IQF ứng dụng trong bảoquản nông sản

 Ưu điểm của dây chuyền cấp đông IQF:

Hình 3.1.1 Dây chuyền cấp đông IQF ứng dụngtrong bảo quản nông sản

+ Thời gian cấp đông nhanh chóng, đạt hiệu quảcao

+ Đa dạng hóa sản phẩm cấp đông

+ Liên tục hoạt động trong thời gian dài Thờigian rã đông có thể lên đến 20h tùy theo yêu cầu sản xuất + Kết cấu hợp lý, hình thức đẹp; độ bền và tuổithọ cao, vận hành và bảo trì đơn giản

+ Tối ưu thiết kế

+ Tiết kiệm điện năng tiêu thụ

+ Vận hành – bảo trì – bảo dưỡng dễ dàng

+ Vệ sinh đơn giản, không mất nhiều thời gian

• Nhiệt độ buồng cấp đông: càng thấp-> thời gian cấp đông nhanh vàngược lại

• Tốc độ gió buồng cấp đông: càng cao -> thời gian cấp đông nhanh (do hệ

số tỏa nhiệt đối lưu tăng, kết quả hệ số truyền nhiệt tăng)

• Bề dày sản phẩm cấp đông

• Hình dạng sản phẩm: có liên quan đến diện tích tiếp xúc: Dạng khối códiện tích tiếp xúc kém nhất, trong khi các sản phẩm dạng rời có diện tích tiếpxúc rất lớn/ Sản phẩm nhỏ có diện tích tiếp xúc càng lớn nên thời gian cấp đôngnhanh

• Bao gói sản phẩm: bao gói có lọt các lớp khí bên trong thì tạo lớp cáchnhiệt-> tăng thời gian lạnh đông

• Hàm ẩm: Ảnh hưởng đến sự trương nở của sản phẩm lạnh đông

• Hàm ẩm cao-> Thời gian lạnh đông dài -> Nhiệt lượng tiêu tốn lớn

• Nhiệt dung riêng và độ dẫn của nguyên liệu:

Nhiệt dung riêng cao-> năng lượng tiêu tốn nhiều

Nguyên liệu dẫn nhiệt tốt-> thời gian lạnh đông cao

cứ giảm nhiệt độ xuống 1 thì chi phí sản phẩm tăng 2 – 3%.

- Nhiệt độ không khí thường thấp hơn rất nhiều so với nhiệt độlàm đông sản phẩm

- Chênh lệch nhiệt độ quá lớn gây khó khăn cho quá trình cânbằng nhiệt của sản phẩm trong quá trình bảo quản

- Thường chọn nhiệt độ làm đông từ -45 đến -35

- Với mỗi loại nguyên liệu, sản phẩm thực phẩm, sự hoạt độngcủa các quá trình sinh lý – sinh hóa trong thực phẩm cũng nhưtrong vi sinh vật là khác nhau Do đó sự ảnh hưởng của nhiệt độđến mỗi loại sản phẩm cũng khác nhau Mỗi loại sản phẩm đều

có một nhiệt độ tối ưu để bảo quản, khi bảo quản ở nhiệt độ caohơn hoặc thấp hơn sẽ ảnh hưởng xấu đến thời hạn bảo quảncũng như chất lượng sản phẩm Người ta chứng minh được rằng

sự biến động nhiệt độ gây ảnh hưởng lớn đến thời hạn bảo quản.Nếu trong quá trình bảo quản, nhiệt độ dao động lớn và khôngHình 3.1.2 Thời gian làm lạnh đông một số sản phẩm thủy sản

ổn định sẽ tác hại tới bảo quản thực phẩm lớn hơn là bảo quản ởnhiệt độ không thích hợp nhưng ổn định.

III.3. Các yếu tố liên quan đến sản phẩm

III.3.1. Nhiệt độ sản phẩm trước khi cấp đông

- Sản phẩm càng ẩm, thời gian đông càng dài

 Ví dụ: Cá thu có đường kính 150mm tiến hành đông bằngthiết bị đông gió thì cần 7 giờ, nhưng nếu làm lạnh sảnphẩm xuống 5 thì chỉ cần 3 giờ

III.3.2. Bề dày sản phẩm

- Về bề dày nguyên liệu (sản phẩm) càng dày, thì kéo dài thờigian đông Đối với nguyên liệu dày dưới 50mm, nếu tăng bềdày gấp đôi thì thời gian cấp đông tăng hơn hai lần, trong khinguyên liệu có bề dày 100mm nếu tăng bề dày gấp đôi thì thờigian cấp đông tăng bốn lần

III.3.3. Hình dạng sản phẩm

- Hình dạng sản phẩm thực phẩm hoặc hình dạng thực phẩmảnh hưởng rất lớn đến thời gian làm đông Để đặc trưng cho khảnăng này ta dùng chỉ số hình dạng F/V

III.3.4. Diện tích tiếp xúc giữa sản phẩm và thiết bị

Hình 3.2.1 Nhiệt độ làm lạnh đông một số sản phẩm

- Diện tích tiếp xúc của nguyên liệu càng lớn thì thời gian cấpđông càng lớn.

IV. Các phương pháp lạnh đông.

- Làm lạnh đông nhanh: có thể làm trong môi trường có nhiệt độdưới -30 trong thời gian vài chục giây tới vài chục phút và tốc

độ không khí 3÷5 m/s Khi làm lạnh đông nhanh, quá trình thoátnhiệt ở sản phẩm cũng diễn ra nhanh do đó có nhiều tinh thể đáđược tạo thành ở trong tế bào và gian bào với lượng lớn, có kíchthước rất bé nên không làm rách màng tế bào và cấu trúc mô, vìvậy có thể đảm bảo được một số đặc tính của thực phẩm nhưthành phần vitamin, tính chất mùi vị và độ dinh dưỡng,…

+ Phương pháp này thường được áp dụng trong môi trườngkhông khí hoặc lỏng Môi trường lỏng thường dùng là các dungdịch muối hoặc hỗn hợp muối để nhiệt độ đóng băng của dungdịch càng thấp càng tốt

- Làm lạnh đông cực nhanh: khi lạnh đông tức thời do thoát nhiệtđều và rất nhanh nên hạn chế mạnh sự chuyển nước trong tế bào

ra ngoài gian bào, hạn chế sự tạo thành tinh thể đá to ở gian bào.Phương pháp này chỉ thực hiện trong môi trường lỏng: lỏng,Nito lỏng, các khí lỏng khác,…

- Làm lạnh đông chậm: trong môi trường ban đầu có nhiệt độkhoảng -5 đến -6 Sau 2 đến 4 ngày khi khoảng 80% nước kếttinh thì hạ nhiệt độ môi trường xuống đến mức yêu cầu( mứcbảo quản -18) Trong lạnh đông chậm thì nhiệt độ không khíthường lớn hơn -25 , vận tốc không khí nhỏ hơn 1m/s Khi làmlạnh đông chậm, số tinh thể đá hình thành trong gian bàothường rất ít nên có kích thước lớn Ngoài ra, còn sự mất cânbằng về nhiệt độ ngay trong một tế bào khi làm lạnh đông Gầnngoài vỏ tế bào lạnh hơn trong lòng nguyên sinh chất nên nhiềukhi nước đi ra chưa khỏi tế bào thì đã gặp đủ độ lạnh để hình

thành tinh thể đá ngay ở phía trong màng tế bào Do sự xuấthiện tinh thể đá bên trong lẫn bên ngoài với kích thước lớn nênngoài tác dụng phá vỡ hệ thống keo do mất nước, làm tiêunguyên sinh chất tế bào, còn gây ra những tác dụng cơ học giữanhững tinh thể đá có cạnh sắc với nhau với áp suất lớn làm phá

vỡ màng tế bào, phá hủy cấu trúc mô tế bào của sản phẩm, chonên khi tan giá thì dịch bào trong sản phẩm bị chảy ra ngoài( domàng tế bào rách) làm mất giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.Mặc dù vậy, phương pháp lạnh đông chậm vẫn được ứng dụngtrong bảo quản một số loại rau quả để dự trữ cho quá trình chếbiến nước rau quả sau này và còn được ứng dụng để làm trongcác hỗn hợp thực phẩm ở dạng huyền phù Ví dụ: nho, táo khithực hiện làm lạnh đông chậm và bảo quản ở nhiệt độ -14 đến-18 rồi đem ép lấy nước thì hiệu suất tăng đến 150% so với épnho, táo tươi

- Ngoài ra, còn có một số phương pháp như:

• Làm lạnh đông bằng hỗn hợp nước đá và muối: phươngpháp này được thực hiện ở nơi không có nhà máy lạnh,dựa vào sự hòa tan của muối và nước đá tạo nên hỗn hợpsinh hàn

• Làm lạnh đông bằng không khí: dùng ống lạnh hạ nhiệt

độ không khí xuống -23 rồi dùng máy quạt thổi hơi lạnh

đó vào một đường hầm với tốc độ 2 đến 15m/s

• Làm lạnh đông bằng nước muối lạnh: ngâm trong nướcmuối lạnh (nước muối được lưu động bằng máy bơm, có

độ lạnh -18) hoặc phun nước muối lạnh có độ lạnhkhoảng -25

• Làm lạnh đông bằng tiếp xúc với tấm kim loại: sản phẩmđược kẹp giữa hai tấm kim loại (hay bản phẳng) có chứađường ống dẫn tác nhân lạnh bên trong Việc làm lạnhxảy ra trực tiếp xuyên qua lớp kim loại nên thời gian làmlạnh đông ngắn, nhiệt độ lạnh đông đến -40

 Nguyên lí làm lạnh đông thực phẩm:

• Hiện tượng quá lạnh:

+ Ở nhiệt độ dưới 0 mà nước chưa kết tinh thành đá gọi là

hiện tượng quá lạnh

+ Hiện tượng quá lạnh phụ thuộc vào nồng độ chất tan, cấu

trúc mạng tế bào, tốc độ làm lạnh đông

+ Trong tế bào thực phẩm khi hạ nhiệt độ tới 00C vẫn chưa

đóng băng, vì tế bào có chứa chất tan, do đó cần hạ nhiệt