Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LẠNH ĐÔNG 1.2.1. Khái quát v ề làm lạnh đông. Làm lạnh đông thuỷ sản là quá trình làm lạnh thuỷ sản do sự thu nhi ệt của hơi môi chất lạnh hay chất tải lạnh để cho nhiệt độ ban đầu của thuỷ sản xuống dưới điểm đóng băng <-8 o C. Để cho toàn bộ nước trong thuỷ sản đóng băng thì nhiệt độ phải xuống rất thấp –55÷-65 o C, đây gọi là điểm đóng băng tuyệt đối. Tuy nhiên trong công nghi ệp chế biến thuỷ sản hiện nay người ta không dùng đến nhiệt độ này vì mức chi phí rất cao, hơn nữa về mặt kỹ thuật thì sản phẩm thuỷ sản ở nhiệt độ thấp sẽ không đạt giá trị về thẩm mỹ và độ bền vì vậy ta chỉ sử dụng đến mức nhiệt độ là -40 o C. Làm l ạnh đông thuỷ sản là làm giảm nhiệt độ của thuỷ sản nhằm mục đích làm giảm khả năng hoạt động của vi sinh vật trong thuỷ sản qua đó làm chậm sự hư hỏng của sản phẩm Làm lạnh đông thuỷ sản sẽ khắc phục được hư hỏng của sản phẩm trong quá trình bảo quản, vì nếu chỉ làm lạnh thuỷ sản thì chỉ có thể bảo quản được trong thời gian rất ngắn còn nếu làm đông thì quá trình b ảo quản sản phẩm sẽ được kéo dài vài tháng đến một năm ho ặc có thể lâu hơn nữa. S ản phẩm thuỷ sản làm lạnh đông thường được xuất khẩu là chủ yếu.Xuất khẩu thuỷ sản đông lạnh có vai trò rất quan trọng đối với nền kinh tế của các nước đang phát triển trong đó có nước ta. Yêu cầu của đối tác là rất cao vì vậy để đưa sản phẩm đi được mà chất lượng còn t ốt thì nhất thiết phải làm đông. Các mặt hàng thuỷ sản chất lượng cao như tôm, mực…mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn chính vì vậy công nghi ệp làm đông nắm giữ một vai trò cực kỳ quan trọng trong ngành ch ế biến thuỷ sản. Quá trình làm l ạnh đông thực phẩm diễn ra ba giai đoạn: - Giai đoạn 1: Làm lạnh thực phẩm đến điểm đóng băng. - Giai đoạn 2: Đóng băng ở điểm kết tinh (t kt = const) - Giai đoạn 3: Kết thúc quá trình làm lạnh đông và tiếp tục hạ nhiệt độ của sản phẩm tới nhiệt độ cần thiết để bảo quản lạnh. 1.2.2. Cơ chế đóng băng của nước và sự biến đổi của thuỷ sản trong quá trình làm đông. a. Cơ chế đóng băng của nước trong quá trình làm đông. Nước chiếm khoảng 80% trọng lượng của thuỷ sản. Nước trong thu ỷ sản được phân làm hai lo ại: nước tự do và nước liên kết. - Nước tự do: là các phần tử nước có ở trong các cấu trúc mô thu ỷ sản có tính chất như nước thường. Loại nước này rất linh động chúng dễ dịch chuyển từ vùng này đến vùng khác nên dễ tách ra, nhiệt độ đóng băng của nó –1÷ -1,5 o C. - N ước liên kết: là nước duy trì trong tổ chức các mô và các tế bào bằng lực liên kết rất vững chắc với các chất vô cơ và hữu cơ. Năng l ượng hình thành liên kết rất lớn nó khó tách ra khỏi các mô tế bào, nó b ền vững cho nên điểm đóng băng rất t hấp . N ước tự do trong tế bào thuỷ sản không phải là nước nguyên chất nên nhi ệt độ điểm đóng băng dưới 0 o C. Tuỳ theo nồng độ chất tan trong n ước mà điểm đóng băng khác nhau. - Điểm quá lạnh: Ở nhiệt độ dưới 0 o C mà nước chưa kết tinh thành đá gọi là hiện t ượng quá lạnh, hiện tượng quá lạnh phụ thuộc vào nồng độ chất tan, c ấu tạo mạng tế bào và độ hạ nhiệt môi trường xung quanh. Điểm quá lạnh là nhiệt độ quá lạnh thấp nhất để nước kết tinh thành đá, nhiệt độ quá lạnh thường là –5 o C. Các tinh th ể đá ở điểm quá lạnh toả ra nhiệt ẩn đóng băng làm t ăng nhiệt độ sản phẩm (do tốc độ thải nhiệt không kịp với tốc độ sinh nhiệt do tạo mầm tinh thể đá). Ở điểm này chủ yếu nước tự do cấu trúc bị tách ra và kết tinh, nhiệt độ sản phẩm tăng lên đến mức cao nh ất và dừng lại ở đó một thời gian nhất định để hoàn thành quá trình đóng băng sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ. t (Nhiệt đô ) -1 -1,45 -2 -3 -4 -5 -5,2 Điểm đóng băng Điểm quá lạnh T( Phút ) Hình 1.1: Quá trình hình thành điểm đóng băng - Cơ chế đóng băng của thuỷ sản: Khi hạ nhiệt độ dưới 0 o C các dạng nước trong thuỷ sản đóng b ăng dần dần tuỳ mức độ liên kết của chúng trong tế bào, liên kết yếu thì nhiệt độ lạnh đông càng cao. N ước tự do, cấu trúc: t ql   1  1,5 o C Nước bất độn g: N ước liên k ết: t ql t ql  1,5  20 o C  20  65 o C Trước tiên điểm quá lạnh làm xuất hiện mầm tinh thể đá gian bào(kho ảng trống gi ữa các tế bào) mà không xuất hiện trong tế bào vì nồng độ chất tan trong n ước tự do ở gian bào thấp hơn trong tế bào. Khi đến điểm đóng băng đa phần n ước tự do ở gian bào kết tinh và làm tăng nồng độ chất tan lên cao h ơn nồng độ chất tan trong tế bào. N ếu tốc độ kết tinh thấp hơn tốc độ vận chuyển của nước ra (độ hạ nhiệt chậm) thì có sự sinh dưỡng, nghĩa là không có sự tạo thành tinh th ể mới mà nước từ trong tế bào ra gian bào làm các tinh thể hiện diện lớn lên. Ứng với từng mức hạ nhiệt ngày càng thấp hiện tượng đóng băng nước tự do trong gian bào vẫn tiếp tục và các tinh th ể ngày càng lớn thêm, vì nồng độ chất tan trong gian bào vẫn thấp hơn trong tế bào và điểm đóng băng ở gian bào hầu như luôn cao hơn trong t ế bào do nhiệt độ lạnh khó xâm nhập vào trong tế bào. N ếu tốc độ thoát nhiệt lớn (độ hạ nhiệt nhanh) tinh thể tạo thành cả ở trong tế bào và gian bào thì tinh thể đá sẽ nhuyễn và đều khắp. Vì vậy hạ nhiệt độ sản phẩm với tốc độ thấp sẽ làm tế bào mất nước, tinh thể đá to chèn ép làm rách màng tế bào, giảm chất lượng sản phẩm. Khi n ước tự do đóng băng hết thì đến nước liên kết đóng băng. Có th ể xác định thời gian kết tinh của nước trong thực ph ẩm theo công Planhk như sau. ht ức q  P .   R.  2      Trong đó:   .     V .t  k     - q : Nh i ệ t l ượng cần t hả i t ừ nh i ệ t độ ban đ ầu đến nh i ệ t độ kế t ti nh cuối cùng (Kcal/kg) - V: Th ể tích riêng của thực phẩm (m 3 /kg) - ∆t: Độ chênh lệch nhiệt độ giữa điểm đóng băng ban đầu của thực phẩm và môi trường ( 0 C) - δ: Chiều dày lớp thực phẩm (m) - λ: Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm (Kcal/m.h.K) - P, R: Các h ằng số tùy thực phẩm tùy thuộc vào hình dạng thực phẩm . Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LẠNH ĐÔNG 1. 2 .1. Khái quát v ề làm lạnh đông. Làm lạnh đông thuỷ sản là quá trình làm lạnh thuỷ sản do. Giai đoạn 1: Làm lạnh thực phẩm đến điểm đóng băng. - Giai đoạn 2: Đóng băng ở điểm kết tinh (t kt = const) - Giai đoạn 3: Kết thúc quá trình làm lạnh đông