Từ xa xƣa con ngƣời đã biết sử dụng lạnh cho đời sống, bằng cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với những vật lạnh hơn. Sau này kỹ thuật lạnh ra đời đã thâm nhập vào các ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó nhƣ: Ngành công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc Trong y tế: chế biến và bảo quản thuốc Trong công nghiệp hoá chất Trong lĩnh vực điều hoà không khí Đóng vai trò quan trọng nhất là ngành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm. Tuy nhiên để có thể giữ cho thực phẩm đƣợc lâu dài nhằm cung cấp, phân phối cho nền kinh tế quốc dân,thì phải cấp đông và trữ đông nhằm giữ cho thực phẩm ở 1 nhiệt độ thấp (-180C ÷ - 40 0 C). Bởi vì ở nhiệt độ càng thấp thì các vi sinh vật làm ôi thiu thực phẩm càng bị ức chế, các quá trình phân giải diễn ra rất chậm. Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trong thời gian dài.
TỔNG QUAN
ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG LẠNH TRONG NGÀNH CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM
1.1 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với thực phẩm
Vào năm 1745, nhà bác học Nga Lômônôxốp đã trình bày trong luận án nổi tiếng "Bàn về nguyên nhân của nóng và lạnh" rằng nhiệt độ cao thúc đẩy nhanh chóng các quá trình sống và thối rửa, trong khi nhiệt độ thấp làm chậm lại những quá trình này.
Biến đổi của thực phẩm diễn ra nhanh chóng ở nhiệt độ từ 40 đến 50 độ C, vì đây là điều kiện lý tưởng cho hoạt động của enzym phân giải trong thực phẩm và vi sinh vật Ngược lại, ở nhiệt độ thấp, các phản ứng hóa sinh trong thực phẩm sẽ bị ức chế, làm chậm quá trình biến đổi.
Trong điều kiện nhiệt độ bình thường, khi nhiệt độ giảm 10°C, tốc độ phản ứng sẽ giảm từ 1/2 đến 1/3 Nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme phân giải nhưng không tiêu diệt chúng Khi nhiệt độ xuống dưới 0°C, hầu hết hoạt động của enzyme bị ngưng trệ Tuy nhiên, một số enzyme như lipaza, trypsin, và catalaza vẫn tồn tại ở nhiệt độ -191°C mà không bị phá hủy Càng giảm nhiệt độ, khả năng phân giải của enzyme càng giảm, ví dụ như enzyme lipaza trong quá trình phân giải mỡ.
Khi nhiệt độ giảm thì hoạt động sống của tế bào giảm là do:
- Cấu trúc tế bào bị co rút
- Độ nhớt dịch tế bào tăng
- Sự khuyếch tán nước và các chất tan của tế bào giảm
- Hoạt tính của enzim có trong tế bào giảm
Bảng 1.1: Khả năng phân giải phụ thuộc nhiệt độ
Tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản và khả năng hoạt động độc lập, giúp chúng có khả năng chịu lạnh cao Đặc biệt, hầu hết các tế bào thực vật không bị chết khi nước bên trong chưa đóng băng.
Tế bào động vật có cấu trúc và hoạt động sống phức tạp, gắn liền với cơ thể sống Vì
GVHD: VÕ VĂN SIM Trang 6 cho thấy rằng khả năng chịu lạnh của tế bào động vật kém, với hầu hết tế bào chết khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4 o C so với thân nhiệt bình thường Nguyên nhân chính dẫn đến cái chết của tế bào động vật là do độ nhớt tăng lên và sự phân lớp của các chất tan trong cơ thể.
Một số loài động vật có khả năng tự điều chỉnh hoạt động sống khi nhiệt độ giảm, giúp giảm thiểu nhu cầu năng lượng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt Khi nhiệt độ tăng lên, hoạt động sống của chúng sẽ phục hồi, điều này rất quan trọng trong việc vận chuyển động vật, đặc biệt là thủy sản tươi sống, nhằm đảm bảo chất lượng tốt và giảm chi phí vận chuyển Ngoài ra, nhiệt độ lạnh cũng ảnh hưởng đến vi sinh vật, làm thay đổi sự phát triển và hoạt động của chúng.
Khả năng chịu lạnh của mỗi loài vi sinh vật có khác nhau Một số loài chết ở nhiệt độ 20÷ 0 o C Tuy nhiên một số khác chịu ở nhiệt độ thấp hơn
Khi nhiệt độ giảm xuống, nước trong tế bào vi sinh vật sẽ đông đặc, dẫn đến việc vỡ màng tế bào Đồng thời, nước đóng băng ở nhiệt độ thấp làm mất môi trường khuyếch tán chất tan, gây biến tính của nước, từ đó khiến vi sinh vật bị chết.
Trong tự nhiên có 3 loại vi sinh vật thường phát triển theo chế độ nhiệt riêng
Bảng 1.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vi sinh vật
Vi khuẩn Nhiệt độ thấp nhất
Nhiệt độ thích hợp nhất
Nấm mốc có khả năng chịu lạnh tốt, nhưng hầu hết sẽ ngừng hoạt động ở nhiệt độ -10°C, ngoại trừ một số loài như Mucor, Rhizopus và Penicillium Để ngăn ngừa sự phát triển của mốc, cần duy trì nhiệt độ dưới -15°C Các loài nấm có thể sống trong môi trường khan nước, nhưng độ ẩm tối thiểu phải đạt 15% Ở nhiệt độ -18°C, 86% lượng nước sẽ đóng băng, chỉ còn 14% không đủ cho vi sinh vật phát triển Do đó, để bảo quản thực phẩm lâu dài, nhiệt độ kho lạnh cần duy trì ít nhất -18°C Các phương pháp bảo quản thực phẩm đa dạng có thể được áp dụng để đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.
Phơi, sấy khô, đóng hộp và bảo quản lạnh Tuy nhiên phương pháp bảo quả lạnh tỏ ra có ƣu điểm nổi bật vì:
- Hầu hết thực phẩm, nông sản đều thích hợp đối với phương pháp này
- Việc thực hiện bảo quản nhanh chóng và rất hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ của
GVHD: VÕ VĂN SIM Trang 7 nhiều loại thực phẩm nông sản
- Bảo tồn tối đa các thuộc tính tựnhiên của thực phẩm, giữ gìn được hương vị, màu sắc, các vi lƣợng và dinh dƣỡng trong thực phẩm
1.2 Các chế độ xử lý lạnh thực phẩm
Trước khi thực phẩm được lưu trữ trong kho lạnh, cần thực hiện quá trình xử lý lạnh để hạ nhiệt độ của thực phẩm từ mức ban đầu sau khi đánh bắt hoặc giết mổ xuống mức nhiệt độ bảo quản an toàn.
Có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm là xử lý lạnh và xử lý lạnh đông a) Xử lý lạnh
Xử lý lạnh là quá trình làm lạnh sản phẩm đến nhiệt độ bảo quản yêu cầu, đảm bảo rằng nhiệt độ này vẫn nằm trên điểm đóng băng của sản phẩm Sau khi xử lý lạnh, sản phẩm vẫn giữ được độ mềm mại, chưa bị đông cứng Trong khi đó, xử lý lạnh đông là quá trình kết đông các sản phẩm, làm cho chúng đạt trạng thái đông lạnh hoàn toàn.
Sản phẩm được hoàn toàn hóa cứng khi hầu hết nước và dịch trong sản phẩm đã chuyển thành băng Nhiệt độ trung tâm của sản phẩm đạt -8°C, trong khi nhiệt độ bề mặt dao động từ -18°C đến -12°C.
Xử lý lạnh đông có hai phương pháp:
Thực phẩm nóng đầu tiên đƣợc làm lạnh từ 37 0 C xuống khoảng 4 0 C sau đó đƣa vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -8 0 C
Thực phẩm còn nóng đƣợc đƣa ngay vào thiết bị kết đông để hạ nhiệt độ tâm khối thực phẩm xuống đạt dưới -8 0 C
Kết đông một pha mang lại nhiều lợi ích hơn so với kết đông hai pha, bao gồm việc rút ngắn tổng thời gian quá trình, giảm thiểu tổn hao khối lượng do khô ngót, cũng như tiết kiệm chi phí lạnh và diện tích buồng lạnh Trong ngành chế biến thịt, phương pháp kết đông một pha thường được áp dụng, trong khi đó, đối với hàng thủy sản, do yêu cầu chế biến và tích trữ trước khi đông lạnh, thực tế thường sử dụng kết đông hai pha.
Các loại thực phẩm khác nhau yêu cầu chế độ bảo quản và đông lạnh phù hợp Trong giai đoạn đầu của quá trình kết đông hai pha, thực phẩm cần được gia lạnh Thông thường, quá trình gia lạnh diễn ra trong môi trường không khí với các thông số cụ thể.
- Độ ẩm không khí trong buồng: 85 ÷ 90%
- Tốc độ không khí đối lưu tự nhiên: 0,1 ÷ 0,2 m/s; đối lưu cưỡng bức cho phép
