Giáo trình Truyền kỹ thuật lạnh - Chương 2: Cơ sở về kỹ thuật lạnh thực phẩm

Nội dung text: Giáo trình Truyền kỹ thuật lạnh - Chương 2: Cơ sở về kỹ thuật lạnh thực phẩm

1. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VỀ KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM 2.1. Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với vi sinh vật (ảnh hưởng) 2.1.1. Nguyên nhân làm hỏng thực phẩm: 3 nguyên nhân chính - Do tác dụng của men của chính nó - Do VSV từ ngoài đột nhập vào. - Do độc tố: độc tố có thể từ một số loại VSV gây ra, cũng có thể từ chính một số sản phẩm tự sinh ra như một số nấm, độc tố còn do một số cá mà cá đó ăn phải những giống cá nhỏ thuộc loại độc, ở ta có loài cá nóc có chứa độc tố. 2.1.2. Các loại VSV phá hoại thực phẩm: Tùy theo nhiệt độ thích hợp của chúng, chia ra 3 loại: - VSV ưa nóng: nhiệt độ sinh sống được của chúng là khoảng 30 ÷ 800C, nhưng thích hợp cho sự sinh sản là 50 ÷ 650C. - VSV ưa ấm: t0thích hợp = 30 ÷ 800C, t0opt = 25 ÷ 350C (phổ biến) - VSV ưa lạnh: t0thích hợp = 25 ÷ -100C, t0opt = 6 ÷ 100C. 2.1.3. Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với VSV Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp một số VSV chết hoặc bị ngừng hoạt động vì các lý do sau: + Phần protit của VSV bị biến đổi hay phá hủy, do đó hệ thống keo sinh học (keo protit) trong ấy bị pha hủy. Sự giảm nhiệt độ kéo theo sự giảm năng lượng bề mặt của nước, giảm các lực kết hợp với hệ keo, đến một mức nào đó thì nước bắt đầu tách ra khỏi vỏ hydrat, làm thay đổi hệ thống keo, làm cho protit cuộn tròn lại. Mặt khác lực đẩy giữa các phân tử cũng giảm và đến 1 mực nào đó thì bắt đầu quá trình đông tụ poptit, do đó tác hại đến VSV. Điều đáng chú ý là sự đông tụ này có tính chất thuận nghịch, không biến đổi hoàn toàn hóa tính protit. Vì vậy đứng về phương tiện tiệt trùng thì nhiệt độ thấp không thể diệt VSV triệt để được. Một số VSV qua thời gian làm lạnh và làm lạnh đông có thể khôi phục được sức sống, lại tiếp tục sinh sôi nảy nở nhanh trong môi trường thực phẩm được làm ấm và tan giá. + Phá hủy cơ học tế bào VSV: khi nước đóng băng thành tinh thể làm tăng thể tích, các tinh thể có thể chèn và làm sách vở tế bào của VSV. + Biến nước thành đá: khi thực phẩm đạt tới -180C thì bên trong thực phẩm 86% nước đã đông băng, do đó môi trường hoạt động của VSV không còn nữa các loại nấm mốc có thể sống khan nước nhất nhưng lượng nước tối thiểu cần thiết cũng phải. Chính vì vậy người ta qui định nhiệt độ làm lọanh đông của sản phẩm thực phẩm là - 180C để lượng nước còn lại chỉ 14% không đủ cho VSV hoạt động kể cả nấm mốc. - 22 -
2. * Thay đổi pH, nồng độ chất khô và áp suất thẩm thấu do nước đóng băng tách ra ở dạng tinh thể nguyên chất (dung môi kết tinh trước) nên nồng độ cưa dịch tế bào tăng lên, áp suất thẩm thấu cũng tăng lên, pH giảm, do đó VSV khó phát triển. 2.2. Tác dụng chủa nhiệt độ thấp đối với cơ thể sống và thực phẩm Ta biết rằng tất cả các chức năng sống cơ bản được thực hiện đều có sự tham gia trực tiếp của nước và phụ thuộc vào hàm lượng của nó trong cơ thể sống. Một loạt các chất protit trong thành phần sản phẩm thực phẩm dưới tác dụng của các yếu tố bên ngoài bị biến tính thuận nghịch hay không thuận nghịch đều phải có sự tham gia của một lượng nhất định nào đó của nước khi hàm lượng của nước rất ít (như trong sữa khô hay bột trứng) protit không bị biến tính cả khi bị tác dụng nhiệt. Tác dụng của nhiệt độ đến có thể sống có tính chất quyết định ở chỗ nó là một trong những yếu tố bên ngoài tác dụng lên trạng thái của nước và cũng từ đó tác dụng lên tất cả các tổ hợp thành phần hóa học của sản phẩm hay của cơ thể sống. * Sơ đồ sau biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động sống của cơ thể một số loài khác nhau (từ 00K đến 1500C). Biểu đồ cho biết số (lượng) dạng động vật và thực vật mà hoạt động sống của nó thích hợp với các vùng nhiệt độ tương ứng. Hình Đoạn a: là vùng nhiệt độ mà cơ thể sống rất bị kìm hãm Đoạn b: vùng nhiệt độ mà cơ thể sống biểu hiện hoạt tính yếu, vẫn bị hạn chế. Đoạn c: vùng nhiệt độ thích hợp, cơ thể sống hoạt động mạnh nhất. Đoạn điều kiện: giống vùng b. Đoạn enzim: có thể sống không thể tồn tại được Sau đây ta xét cụ thể tác dụng riêng biệt của lạnh đến cơ thể của động vật và thực vật. 2.2.1. Đối với động vật Động vật chia làm 2 nhóm: máu nóng và máu lạnh 1. Nhóm máu nóng: Ở động vât máu nóng nhiệt độ có thể không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh dưới tác dụng của nhiệt độ thấp cơ thể dạng động vật máu nóng còn sống được khá lâu trước khi xảy ra sự tê cóng cơ thể sẽ chết nếu thân nhiệt của nó tăng giảm 2 ÷ 30C so với mức bình thường. Nhiệt độ hạ thì cơ thể chết là vì: - 23 -
3. - Tăng độ nhớt của huyết tương (do năng lượng bề mặt giảm nên chúng dễ kết hợp lại với nhau và do chuyển động phân tử giảm xuống). - Giảm độ thấm hút của màng tế bào. Màng tế bào thuộc loại màng bán thấm, nó thấm hút có tính chọn lọc các chất hòa tan và nước còn một số chất thì bị giữa lại. Trong quá trình khuếch tán cũng chỉ có một só con qua lại nó dễ dàng, còn một số thì bị giữ lại, cho nên chúng tạo thành một lớp diện tích bên ngoài màng tế bào và lúc bấy giờ sự khuếch tán không phải là khuếch tán thường mà là sự khuếch tán dưới tác dụng của diện tích. Ở nhiệt độ dưới điểm otecti, điện tích của các phần tử mất hiệu lực cho nên cũng không thể có sự khuếch tán dù là vẫn có sự chênh lệch nồng độ. Như vậy ở nhiệt độ thấp sự khuếch tán thông thường bị hạn chế và không thể thực hiện được sự khuếch tán dưới tác dụng của điện tích một cách mạnh mẽ, nên không thể trao đổi chất dinh dưỡng trong tế bào cơ thể cũng thải như thải những chất cặn bã trong tế bào, vì vậy một số tế bào bị chết dưới tác dụng của lạnh. Nhưng trong cơ thể luôn luôn có sự chống đỡ lạnh bằng cách này hay cách khác để bảo tồn sự sống. a. Tăng cường lớp da bảo vệ: để giảm sự tổn thất nhiệt từ trong có thể ra xung quanh, do đó giảm bớt được sự sinh nhiệt của cơ thể bên trong. Do vậy các động vật xứ lạnh có lớp lông dày, đất đai dày, tích nhiều mỡ. Có một số trường hợp biến đổi về màu sắc có thể đổi từ màu đen (có độ bức xạ lớn) sang màu trắng (có độ bức xạ bé). Nhà bác học lạnh Pháp Monvoisier đã thí nghiệm đem nhốt con mèo đen vào phòng lạnh - 60C sau 30 ngày thì lông mèo biến thành màu trắng. Nhưng sau hơn 3 tháng sống ở nhiệt độ bình thường thì lông trắng lại biến thành đen. b. Tăng cường sản xuất nhiệt bên trong cơ thể: bằng cách hoạt động nhiều (người xứ rét đi nhanh hơn ) để cơ năng biến thành nhiệt năng. Nhưng biện pháp chủ yếu là cần cung cấp nhiều thức ăn có độ calo cao. Đặc biệt ở một số động vât máu nóng miền Bắc cực dưới tác dụng của nhiệt độ thấp thì chuyển về dạng “ nằm yên”, lúc đó cơ thể nó giảm thoát nhiệt ra môi trường xung quanh bằng cách hạ nhiệt độ của cơ thể xuống, như dơi bắc cực mùa đông nó có thể hạ thân nhiệt, xuống tới +80C với nhiệt độ không khí là +60C. Động vật ở dạng “nằm yên” không hoạt động sống, song gặp điều kiện thích hợp; thì hoạt động bình thường trở lại (giống VSV ở trạng thái nha bào). Các nhà bác học Smit, Xakharov đã giải thích sự biến chuyển trạng thái này là do sự biến đổi thành phần trong máu và chất béo, huyết tương trở nên loãng hơn, các axit béo no chuyển thành axit béo không no, do dó nhiệt độ đóng băng của lipit sẽ thấp hơn (khối lượng phân tử nhỏ thì nhiệt độ đóng băng thấp). Ngoài ra protit của màng tế bào bắt đầu liên kết với muối bằng cách chuyển N-3 thành N-5. Công thức - 24 -
4. Và hợp chất mới có khả năng hút nước, muốn tách lượng nước ấy ra cần hạ điểm đóng băng. Đối với một phân tử gam chất này liên kết với một lượng nước nào đó thì hạ băng điểm riêng (hằng số nghiệm lạnh) là 1,840C. Vì vậy để giữ đựơc quá trình “nằm yên” động vật máu nóng cần tích tụ 1 lượng mỡ, glycogen (tinh bột động vật) là những chất khi giảm nhiệt độ môi trường sống bên ngoài thì chúng phân ly các axit béo khác và các mono do đó tăng nồng độ phân tử trong tế bào cơ thể. 2. Nhóm động vật máu lạnh: Thân nhiệt của chúng thay đổi theo nhiệt độ bên ngoài. Ví dụ: như cá còn ở dưới biển thì nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ nước bề (15 ÷ 280C) nhưng khi đánh bắt lên bờ thì có nhiệt độ từ 22 ÷300C. Ở nhiệt độ t0 < 00C thì trong tế bào cơ thể động vật máu lạnh cũng có hiện tượng: - Tăng độ nhớt của huyết tương, do đó thực hiện quá trình tuần hoàn, bài tiết và dinh dưỡng trong cơ thể. - Giảm độ thấm hút của tế bào. Nói chung động vật có máu lạnh có khả năng chống rét tốt hơn nên từ lâu người ta đã ứng dụng tính chất ấy vào phương pháp bảo quản và chuyển cho cá sống, nghĩa là làm lạnh để chuyển vào trạng thái “nằm yên” sau đó cho vào môi trường ấm để sống lại bình thường. Quá trình chuyên chở bảo quản như vậy chính là quá trình cất giữ theo phương pháp hạn chế sự sống. 2.2.2. Tác dụng của nhiệt độ thấp đến tế bào cơ thể thực vật và rau quả: Tế bào thực vật, rau quả có khả năng chịu lực rất tốt, cơ thể chịu đựng được ±00C, một đôi loại vẫn sống ở -70 ÷ -1000C, vì thế người ta tin rằng trong tương lai ở châu Âu về mùa đông băng giá có đủ loại xanh để ăn. Sở dĩ như vậy là vì tế bào cơ thể của chúng ngoài màng bao bọc bằng protit, lipo - protein mà còn có màng bằng xenlulô và protopectin, màng này chắc cứng bảo tế bào khỏi va chạm cơ học và chống đỡ được lạnh. Ở t0 ≤ 00C phần lớn thực vật cũng chuyển vào trạng thái “nằm yên”, sau thời gian đó thực vật sống lại, có một số loại sống lại với chất lượng tốt hơn. Tại sao tế bào thực vật lại có khả năng chống rét tốt như vậy? (Ngoài ra lý do về lớp màng bao bọc trên) trong khi đó thực vật không thể chống rét bằng biến đổi huyết tương cũng không bằng cách tăng nguồn sinh nhiệt bên trong cơ thể? Các nhà bác học Nga Xerevitinov, Maximox đã chứng minh sự biến đổi nồng độ phân tử của dịch bào thực vật, liên kết và giữ được nhiều nước ở dạng gel, không cho nước đóng băng để bảo toàn sự sống. Dạng gen trong tế bào thực vật tạo thành do protein. Protopectin chứa nhiều ở vỏ ngoài tế bào luôn luôn có sự cân bằng động giữa quá trình phân ly một phần này và tổng hợp thành một phần khác do đó hàm lượng protopectin vẫn cố định. Gluxit đơn giản → protopectin → pectin. - 25 -
5. Ở nhiệt độ thấp thì cả hai quá trình phân ly và tổng hợp đều bị kìm hãm, nhưng quá trình tổng hợp bị kìm hãm mạnh hơn, nên tế bào thực vật sẽ tích lũy nhiều pectin hơn làm cho rau quả mềm đi. Quả mềm vì pectin ngắn mạch, hòa tan trong nước, pectin có khả năng hút ẩm lớn, pectin có khả năng keo hóa lớn. Keo của pectin rất bền ở nhiệt độ thấp. Đồng thời với hiện tượng trên còn xảy ra quá trình tăng nồng độ phân tử của các chất hòa tan trong tế bào. Qua các hiện tượng trên ta thấy tế bào thực vật có sức chống đỡ với rét lạnh rất tốt. Tuy nhiên tế bào thựuc vật và rau quả chết khi làm lạnh đông được Maximorr giải thích: tế bào bị vỡ không phải chủ yếu do tác dụng cơ học của các tinh thể đá trong tế bào mà là do toát võ tế bào (khi đóng băng thể tích nước đá ta ưng 10%) 2.3. Lý thuyết về kỹ thuật làm lạnh thực phẩm: 2.3.1. Ý nghĩa về việc làm lạnh thực phẩm: Khác hẳn với các phương pháp bảo quản khác (sấy, phơi, ướp muối, hun khói, bảo quản bằng SO2 ) phương pháp bảo quản lạnh bảo đảm giữ được hầu như nguyên vẹn tính chất ban đầu của nguyên liệu về hình dạng bên ngoài và chất lượng dinh dưỡng bên trong. Đặc biệt trong một số trường hợp, bảo quản lạnh còn là biện pháp để tăng cường thực phẩm chất của sản phẩm, ví dụ trong khi bảo quản lạnh thịt có quá trình chín hóa học làm thịt ngon hơn các loại mức, nước uống bảo quản lạnh sẽ ngon hơn, uống thú vị hơn. Muối cá ở nhiệt độ t thấp thì tốt hơn và tươi hơn. Tóm lại, mục đích của làm lạnh thực phẩm là tăng thời gian bảo quản, phục vụ cho điều hòa dự trữ nguyên liệu và kéo dài thời vụ sản xuất cho xí nghiệp chế biến thực phẩm, cung cấp thực phẩm cho nhân dân và phục xuất khẩu. 2.3.2. Những biến đổi chính trong quá trình làm lạnh thực phẩm Trong quá trình làm lạnh thực phẩm, các quá trình lý, hóa, sinh lý, sinh hóa học chỉ bị hạn chế ít nhiều chớ không bị diệt hẳn, nên vẫn có những biến đổi về chất lượng thực phẩm 1. Biến đổi lý học: Gồm có biến đổi hình dạng, màu sắc bên ngoài nhưng quan trọng hơn cả là quá trình bay hơi, là nguyên nhân chủ yếu gây tổn hao tự nhiên khối lượng snả phẩm làm cho rau quả tươi chóng lại héo sự bay hơi nước phụ thuộc vào bề mặt bay hơi riêng (m2/kg), nhiệt độ của môi trường xung quanh, độ ẩm tương đối của không khí xung quanh, độ ẩm tương đối của không khí xung quanh và vận tốc không khí ngoài ra còn phụ thuộc tính chất của sản phẩm, độ chín tới của sản phẩm (nhất là rau quả ) Tổn thất trong quá trình làm lạnh và bảo quản ảnh hưởng xấu đến khả năng chống bệnh tật của quả (tính kháng sinh). Tế bào thực vật bị khô héo sẽ làm thay đổi - 26 -
6. phương hướng các quá trình men, làm tăng cường quá trình thủy phân, giảm quá trình tổng hợp. * Các phương pháp giảm tổn hao tự nhiên khối lượng sản phẩm khi làm lạnh: - Giảm thời gian làm lạnh bằng cách làm lạnh nhanh - Giảm bề mặt bay hơi: đóng gói, bao bì lỏng, phủ kín. - Không nên thông gió nhiều khi làm lạnh, chỉ cần đủ bảo đảm rau quả hô hấp hạn chế. Còn thịt cá thì không cần thông gió. - Tăng độ ẩm không khí trong phòng lạnh nếu làm lạnh trực tiếp bằng cách nhúng trong môi trường lỏng thì tránh được tổn hao khối lượng nhưng lại sinh ra những khó khăn khác về kỹ thuật. 2. Biến đổi về hóa học: Nói chung trong quá trình làm lạnh thì các quá trình hóa học có bị kìm hãm, nhưng không bị ngừng hẳn. Theo định luật Berthelot thì: Logy = log y0 + at 0 0 Trong đó: y0, y : tốc độ phản ứng ở 0 C và t C. a: Hệ số nhiệt độ của vận tốc phản ứng t: nhiệt độ phản ứng ⇒ y = y0 10at Công thức này cho thấy sự phụ thuộc của tốc độ phản ứng vào nhiệt độ (phù hợp với định luật Vant - Hoff) các quá trình thủy phân protopectin thành pectin, và tiếp tục cho đến axit axetic, rượu metylic các gluxit phức tạp cho các đường đơn giản, các axit và sản phẩm khác, các quá trình oxy hóa các vitamin, tanin, chất béo cũng xảy ra tương tự. 3. Biến đổi sinh lý: Khi làm lạnh rau quả xảy ra quá trình biến đổi sinh lý là chủ yếu. - Sự hô hấp: hô hấp là quá trình trao đổi chất của tế bào cơ thể sống, lấy Cu, thải CO2, nước và năng lượng. * Hô hấp hiếu khí (có O2) C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 674 Kcal/ptg * Hô hấp yếu khí ( không có O2) C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2+ 28 Kcal/ptg Qúa trình hô hấp trước tiên là làm tổn thất các monosaccant, sau đó đến đissaccant, tinh bột, mỡ khi thiếu oxy (nồng độ O2 dưới 2%) thì rau quả chuyển từ hô hấp hiếu khí sang hô hấp yếm khí. Trong điều kiện ấy sự sống giữ được phần nào là nhờ năng lượng oxy hóa các đường bằng khí oxy trong các hợp chất có oxy của tế bào thực vật. - 27 -
7. Cường độ hô hấp: biểu diễn bằng số MgCO2 thải ra trong 1giờ của 1kg sản phẩm. Trong quá trình hô hấp thì rau quả thải nhiệt khi làm lạnh từ cường độ hô hấp và sự thải nhiệt của rau quả giảm xuống từ 2 ÷ 6 lần. 4. Các quá trình sinh hóa trong thịt cá: Sau khi chết trong thịt động vật xảy ra những quá trình sinh hóa rất mãnh liệt có liên quan tới sự chuyển hóa các chất cấu tạo nên tế bào bắp thịt như gluxit, este, axit phophoric. Làm lạnh càng sớm càng nhanh thì càng hãm được nhiều quá trình sinh hóa và sự tỏa nhiệt. Nói chung những quá trình biến đổi sinh hóa của thịt động vật sau khi giết và dem làm lạnh đều xảy ra 3 giai đoạn lớn là: - Quá trình tê cóng sau khi chết - Quá trình chín tới (chín hóa học) - Quá trình trôi rửa (giai đoạn phân hủy sâu sắc) Đối với cá trước khi bước vào giai đoạn tê cóng có 1 giai đoạn ngắn là giai đoạn đổ nhớt sau khi chết. a. Giai đoạn đổ nhớt của cá: Cá mới đánh lên thì quanh da được bao bọc bởi một lớp nhớt trong suốt, trong nhớt cá có chất protit (loại glucoprotit) là nuxin, nên nó là môi trường tốt cho VSV phát triển nên sau đó lớp nhớt bị đục do VSV phá hoại, có mùi khó chịu, ban đầu mùi chua sau có mùi thối. Khi nhớt bị phân hủy thì cá vẫn chưa hỏng, cơ thể rửa cá tách sạch lớp nhớp trước khi đem làm lạnh vẫn còn tốt. b. Quá trình tê cóng sau khi chết: Tê cóng là quá trình biến đổi sinh hóa cơ lý hóa học trong tế bào động vật chết. Thời điểm bắt đầu tê cóng từ khi chết thì ở cá tính bằng phút, ở bò lợn tính bằng giờ. Sau khi con vật chết thì các tổ chức bắp cơ bắt đầu quá trình tê cóng, biểu hiện bề ngoài là sự rắn đanh lại và bắp thịt co rút lại, trong giai đoạn này độ chắc cơ học của bắp thịt tăng, độ đàn hồi giảm, cho nên thịt ở giai đoạn tốn hao năng lương chế biến cơ học, sau khi nấu thịt vẫn cứng, không ngon, nước nấu không ngọt. Đồng thời, với sự co cứng tế bào bắp thịt, có quá trình giảm ẩm của thịt, ở trạng thái tê cóng thịt rất bền cũng đối với tác dụng tiêu hóa của men pepxin, nói bị mất một số hương vị vốn có của nó khi nấu nướng. Do đó thịt cá ở trạng thái tê cóng ít dùng để làm thức ăn, chế biến công nghiệp và cả đối với lạnh đông để bảo quản lâu dài. Thực chất quá trình tê cóng là do biến đổi chất protit trong tế bào chết: actin, miozin, actominozin. Trong tế bào chết do sự trao đổi chất vói bên ngoài đình chỉ nên có quá trình phân hủy axit adenoznin triphotphoric ATP thành axit adenozin diphotphoric ADP và sinh nhiệt năng (qua 12 giờ sau khi chết cơ thể phân hủy trên 90% ATP) ATP → ADP + Q + H3PO4 - 28 -
8. Trong tế bào bắp thịt hàm lượng của actin, miozin, actomiozin và ATP xác định tính chất cơ lý, tình trạng chất lượng bắp thịt của con vật. Người ta xác định rằng các sợi có bắp giữ được đàn tình chỉ khi nào có đủ một lượng nhất định ATP. ATP và một số nucleotit triphotphat khác có tác dụng phân ly actomiozin thành actin và miozin, đồng thời ngăn cản không cho actin bổ hợp với miozin thành actomiozin. Chính trạng thái của tổ hợp actomiozin mới ảnh hưởng rất lớn đến tính chất cơ lý của tế bào: nếu ít actomiozin (nhiều actin và miozin) như thịt con vật sống) thì hàm ẩm thịt cao, thịt mềm, nếu actomizin tăng (giảm actin và miozin là những trung tâm háo nước) thì thịt giảm ẩm, protit co cứng cuộn tròn tăng độ bền Trong sản phẩm càng mỏng, nhiệt độ càng thấp và giảm càng nhanh thì ATP phân hủy càng chậm, vì vậy sẽ nhiệt độ thấp thì sự tê cóng bắt đầu chậm và kéo dài. Sau thời kỳ tê cóng, thịt bắt đầu mềm ra, tức là bắt đầu chuyển sang giai đoạn chín tới (chín hóa học) còn ở cá thì không có giai đoạn chín hóa học, chuyển sang giai đoạn phân hủy sâu sắc, bối hỏng. c. Quá trình chín tới (chín hóa học) Các quá trình sinh hóa xảy ả trong giai đoạn chín tới có thể nói là quá trình ngược lại với quá trình tê cóng: lượng các axit nucleotit giảm, độ háo nước của protit trong bắp thịt tăng lên. Sự tích tụ axit lactic và photphoric làm giảm pH của thịt, ngăn cản VSV phát triển. Do tăng các trung tâm háo nước (miozin, actin là những protit cao phân tử) nên thịt mềm ra. Người ta đã chứng minh và thực tế nhận thấy rằng thịt chín hóa học thì có độ tiêu hóa cao, ngon hơn, nấu nướng nó cho nhiều hương vị hơn, nước ngọt hơn thịt được bảo quản lạnh hương vị ngon thể hiện rõ sau khi giết 2 ngày, sau 5 ngày thì hương vị rất tốt. Chính là do quá trình tạo thành những chất dễ bay hơi không ngừng tăng lên. Vị của thịt ngọt có liên quan tới hàm lượng axit glutamin và các muối của nó trong thịt khi nấu nướng, nhờ sự đề amin hóa nhóm amit của glutamin. Còn đối với các ngay sau khi kết thúc quá trình tê cóng thì bắt đầu ngay sự phân hủy mô cơ liên kết (nhất là colagen) làm cá ươn nhanh, sinh mùi hôi. d. Giai đoạn phân hủy sâu sắc: Đây là quá trình phân hủy các thành phần cơ bản của bắp thịt động vật như protit, lipit Quá trình thủy phân protit do men thủy phân pepticlaza và catepxin phá các liên kết peptit và polipeptit. Phân hủy mỡ là Clo men lipaza. * Kết luận chung: những biến đổi bên trong bắp thịt khi làm lạnh là kết quả nọ tương tác phức tạp cảu nhiều nhân tố từ bên trong lẫn bên ngoài lên các thành phần cấu tạo bắp thịt, lên các quan hệ giữa các thành phần ấy lên chức năng hoạt hóa các thành phần ấy - 29 -
9. 2.3.3. Điều kiện làm lạnh sản phẩm trong phòng bảo quản: Để làm lạnh thực phẩm cần phải tiến hành trong các thiết bị, các phòng làm lạnh riêng để hạ nhiệt độ của sản phẩm được nhanh và hiệu quả hạ nhiệt độ của sản phẩm được nhanh và hiệu quả cao. Nhưng có trường hợp nguyên liệu nhiều nên phải tiến hành làm lạnh ngay trong phòng bảo quản, nhưng phải tuân theo các điều kiện sau: - Số lượng sản phẩm “nóng” (mới đưa vào) không được nhiều quá năng suất thiết bị làm lạnh đã tính toán (chỉ khoảng ≈ 8% thể tích phòng/ ngày đêm) vì khi tăng nhiệt độ không khí và độ ẩm của sản phẩm đang bảo quản thì dễ bị mốc và hỏng sản phẩm. - Sản phẩm “nóng” phải xếp ở vùng lạnh nhất (gần dàn ống lạnh, gần rãnh không khí lạnh thổi vào) để làm lạnh được nhanh chóng. - Mẽ sản phẩm “nóng” chỉ được đưa vào phòng khi mẻ trước đó đã làm lạnh xong. 2.3.4. Tốc độ làm lạnh và thời gian làm lạnh thực phẩm: * Tốc độ làm lạnh là độ hạ nhiệt độ của sản phẩm trong thời gian làm lạnh - [C/h]. Quá trình làm lạnh thực phẩm có thể chia làm 3 giai đoạn tùy theo đặc trưng của sự biến đổi trường nhiệt độ thực phẩm. Hình - Giai đoạn chế độ làm lạnh không điều tiết (hay không điều hòa): khi ấy sự biến đổi nhiệt độ tại các điểm khác nhau của sản phẩm phụ thuộc vào trường nhiệt ban đầu. - Giai đoạn chế độ điều tiết (hay điều hòa): khi ấy sự biến đổi của nhiệt độ tại các điểm khác nhau của vật không còn phụ thuộc vào nhiệt độ của trường nhiệt ban đầu nữa mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm lạnh và được xem là qui luật chung: quy luật chế độ điều tiết. - Giai đoạn cân bằng nhiệt: đặc trưng bằng sự cố định nhiệt độ tại tất cả các điểm của vật và nhiệt độ của vật bằng nhiệt độ môi trường làm lạnh. Thực tế rất khó đạt được tới sự đồng nhất nhiệt độ giữa vật và môi trường vì đòi hỏi thời gian dài. Các thí nghiệm chứng tỏ răng quá trình làm lạnh thực phẩm chủ yếu đạt đến giai đoạn chế độ điều tiết (làm lạnh sơ bộ vẫn ở giai đoạn không điều tiết). * Định luật điều tiết: tại bất kỳ điểm nào của vật thể làm lạnh, tốc độ làm lạnh đều tỉ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ tại điểm đó với nhiệt độ của môi trường - 30 -
10. dt = -m (t-t0) (1) dt Với: t0: nhiệt độ của môi trường làm lạnh t: nhiệt độ tại một điểm nào đó của thực phẩm, thường là giá trị cho trước theo yêu cầu công nghệ. m: hệ số tỉ lệ (nhịp làm lạnh) m phụ thuộc vào hình dạng của sản phẩm, vào hệ số dẫn nhiệt của sản phẩm thực phẩm, phụ thuộc vào hệ số cấp nhiệt, vào chuẩn số Bi. Thường m được xác định bằng thực nghiệm: dt (1) ⇒ = -m dt (2) t − t 0 Tích phân (2) : Ln (t -t0) = -mt + A (3) (-mt+A) -mt A ⇒ t - t0 = e = e .e (4) Để xác định A ta lấy điểm xuất phát của quá trình tại t = 0 thì nhiệt độ ban đầu t= td. A ⇒ tđ - t0 = e Thay vào (4) : t − t e-mt = 0 t d − t 0 t − t emt = d 0 t − t 0 1 t − t ⇒ t = ln d 0 m t − t 0 2.4. Các chế độ làm lạnh thực phẩm: 2.4.1. Chế độ làm lạnh thích hợp: Là những qui định về sự liên quan chặt chẽ giữa những thông số của quá trình làm lạnh t0, ϕ, T, v để bảo đẩm chất lượng sản phẩm thực phẩm khi làm lạnh. * Tốc độ làm lạnh có ý nghĩa rất lớn trong việc bảo vệ những đặc tính ban đầu của sản phẩm. Nói chung người ta có xu hướng làm tăng tốc độ làm lạnh (tức giảm T) nhưng không dể gây ra sự bay hơi ẩm từ bề mặt sản phẩm gây tốn hao khối lượng. Nếu làm lạnh trong môi trường khí thì độ ẩm của môi trường cũng có ý nghĩa lớn. Trong việc tăng cường độ dẫn nhiệt của khí và giảm độ bay hơi của ẩm từ bể mặt sản phẩm. Chế độ làm lạnh được xem là một hàm số của nhiều biến số, thay đổi theo tính chất, tình trạng của sản phẩm, điều kiện trang thiết bị, yêu cầu sử dụng của sản phẩm sau khi làm lạnh Mỗi giai đoạn phát triển của kỹ thuật lạnh và ở muối nước có thông - 31 -
11. dụng một kỉeu hay một số kiểu thiết bị nên cũng có những chế độ làm lạnh khác nhau, dùng nhiều môi trường làm lạnh khác nhau. Làm lanh trong môi trường không khí theo những qui chuẩn hiện hành chung cho các loại như sau (Liên Xô): - Độ ẩm không khí trong phòng lạnh 85 ÷ 100% - Tốc độ chuyển động không khí khi có đổi lưu cưỡng bức 0,1 ÷ 0,2m/s, còn đối lưu cưỡng bức thì cho phép ≥ 0,5m/s. - Giai đoạn đầu giữ nhiệt độ không khí làm lạnh thấp hơn nhiệt độ đóng băng 0 0 0 0 của sản phẩm 1 ÷ 2 C (tđbthịt = -1,2 C, tđbcá = -0,6 ÷-2 C, tđbrau = -0,8 ÷-4,2 C). Sau đó khi sản phẩm lạnh đến 3 ÷ 70C thì có thể nâng nhiệt độ không khí trong phòng đến 0 ÷ 10C, nói chung làm sao tăng nhanh tốc độ làm lạnh cơ thể cho sản phẩm quá lạnh, nhưng tránh để đóng băng trong sản phẩm. Đối với rau quả thì phải chú ý thay đổi không khí để chúng hô hấp, duy trì sự sống. 2.4.2. Các phương pháp làm lạnh thực phẩm: 1. Làm lạnh thị gia súc (trâu, bò, lơn) a. Các phương pháp làm lạnh thịt: Dựa vào môi trường làm lạnh ta có các phương pháp sau: + Làm lạnh trong môi trường ẩm: Phương pháp này được áp dụng từ lâu trước tiên ở Anh. Phương pháp này tránh được phần lớn các hiện tượng tổn hao khối lượng, oxi hóa mỡ, vitamin song lại gặp nhược điểm là sản phẩm bị ẩm bề mặt và bị thấm muối, do vậy phương pháp này không dùng cho một số trường hợp sản phẩm kỵ ẩm, kỵ thấm muối nên dùng phương pháp ướt gián tiếp của sản phẩm được gọi bằng nilông, giấy bóng vì nhúng vào nước muối hạng phun nước muối lên cơ thể làm lạnh thịt phủ tạng trong nước đá hay nước muối có t0 = -40C chỉ mất 5 giờ, đối với mỡ thì dùng nước lạnh có t0 =2 ÷ 30C, T = 4h. + Làm lạnh trong môi trường khí: Chủ yếu dùng không khí lạnh, tùy theo nhiệt độ của không khí chia làm 2 phương pháp: - Làm lạnh chậm (phương pháp cổ điển): thịt ở dạng nữa hay nguyên con được 0 0 0 0 làm lạnh trong các phòng lạnh có t KK = 0 ÷ 2 C, Tkk = 85 ÷ 90 %, vKK = 0,2 ÷ 0,3 m/s. Quá trình làm lạnh xảy ra chậm (T = 24h) cho nên quá trình tự phân hủy xảy ra nhiều trước khi hoàn thành quá trình làm lạnh, sự lây nhiễm VSV đối với sản phẩm rất lớn, sự phân phối nhiệt độ trong phòng không đều thịt nóng đưa vào và sản phẩm lấy ra không ổn định do đó ảnh hưởng đến chế độ điều chỉnh các thông số tối ưu. - 32 -
12. - Làm lạnh nhanh: khi làm lạnh nhanh nhiệt độ của phòng phải chọn cho thích hợp để tăng tốc độ làm lạnh, nhưng không được quá thấp để tránh sự đóng băng của dịch bào, và cần tăng cường lưu thông không khí trong thiết bị làm lạnh. Phương pháp làm lạnh nhanh chia ra làm 2 giai đoạn: + Giai đọan 1: làm lạnh nhanh thịt trong không khí lạnh có nhiệt độ tương đối thấp. + Giai đoạn 2: Để cân bằng nhiệt độ của thịt và không khí hịên nay trên thế giới áp dụng một số chế độ làm lạnh mới. CHDC Đức: 0 0 Giai đoạn 1: t KK = -5 C, vKK = 3 ÷ 4m/s (cho lợn) 0 0 tKK = -1 C, vKK = 2 ÷ 3m/s (cho bò) Thời gian giai đoạn này 1,5 ÷2h 0 0 0 Giai đoạn 2: t KK = -1 C (lợn), +2 C (bò), vKK = 2m/s (cho lợn), ϕKK = 95% Thời gian làm lạnh T = 13 ÷ 14h (lợn), T = 20 ÷24h (bò). Liên Xô: 0 0 Giai đoạn 1: t KK = -2 ÷ -3 C , ϕKK = 95 ÷ 98%, vKK = 0,5 ÷ 2m/s. 0 0 Giai đoạn 2: t KK = -1 ÷ 0 C , ϕKK = 90 ÷ 92%, vKK = 2m/s. Pháp: 0 0 0 0 Giai đoạn 1: t KK = -7 C , ϕKK = 90% (lợn), t KK = -5 C (bò) 0 0 Giai đoạn 2: t KK = -1,5 ÷ -2 C , ϕKK = 80% Tóm lại chế độ làm lạnh thích hợp nhất đối với thịt 0 0 Giai đoạn 1: t KK = -3 ÷ -5 C (bò) 0 0 tKK = -5 ÷ -8 C (lợn) vKK = 1 ÷ 2m/s. ϕKK = 90 ÷ 95% 0 0 Giai đoạn 2: t KK = 0 ÷ 1 C (bò) ϕKK = 95% 0 Nhiệt độ tâm con thịt đạt 0 ÷ +4 C (bò); Tllạnh = 15 - 24h b. Các thiết bị làm lạnh thịt dựa vào cấu tạo chia làm 2 nhóm chính: + Các phòng lạnh: - Phòng làm lạnh có hệ thống phân phối khí: Máy làm lạnh không khí được đặt trong một góc phòng hoặc ngoài phòng nhờ hệ thống ống dẫn mà không khí lạnh được thổi đều vào phòng. - 33 -
13. - Phòng làm lạnh có vòi phun không khí không khí lạnh được phun trực tiếp lên sản phẩm nên quá trình trao đổi nhiệt xảy ra nhanh hơn. - Hệ thống phòng lạnh có trần giả: phòng lạnh được chia làm 2 ngăn: + Ưu: có sức chứa lớn + Nhược: Làm lạnh lâu + Các hầm làm lạnh nhanh (tunen) - Hầm làm lạnh bằng kẻ đối lưu chuyển động dọc nhờ hệ thống quạt mà không khí được chuyển động trong phòng. - Hầm làm lạnh nhanh không có hệ thống dẫn. Không khí lạnh trực tiếp được phun vào phòng. - Hầm làm lạnh có dàn ống bố thí xen kẻ lúc này quá trình trao đổi nhiệt được tăng cường, nhờ trao đổi nhiệt bức xạ nên tốn hao năng lượng ít hơn so với hệ thống dùng quạt. 2. Làm lạnh thịt gia cầm (gà, vịt, chim) Gia cầm khi còn sống thì thân nhiệt 42 ÷ 440C, trong quá trình mổ xẻ, làm sạch thì thân nhiệt hạ 30 ÷ 350C có nhiều phương pháp làm lạnh: a. Làm lạnh một giai đoạn: 0 0 Sử dụng phòng lạnh có t KK = 0 ÷ 1 C , ϕKK = 80 - 85% tuần hoàn không khí 20 lần thể tíchh, Tll = 12 ÷ 24h tùy theo chất lượng sản phẩm, kích thước con vật được treo trên xe đẩy thoe kiểu xếp bậc và xen kẻ (không thẳng hàng) để không khí tiếp xúc tốt. Nhược: Con vật bị kéo dài ra, cản trở định hình khi bao gói, xếp hàng. b. Làm lanh hai giai đoạn: Làm nguội và làm lạnh Giai đoạn 1: Làm nguội con vật đến nhiệt độ không khí chung quanh 16 ÷ 180C, sau đó đem phân loại, xếp thùng. Giai đoạn 2: Làm lạnh tăng cường để con vật đạt t0 = 3 ÷ 40C Ưu: Đảm bảo định hình con vật Nhược: kéo dài T, gây tổn thất chất lượng sản phẩm và tăng diện tích sản xuất. c. Làm lạnh bằng tunen: 0 0 Sử dụng loại tunen lạnh có t KK = -0,5 ÷ -2 C , vKK = 4m/s, ϕKK = 85 ÷ 90%. Con vật xếp lên khung của xe, con này gối lên con kia với góc xếp 300 đưa vào tunen làm lạnh đến nhiệt độ bên trong con vật đạt 60C, thời gian làm lạnh 4 ÷ 6h ở ngỗng, 2÷3 ở gà và vịt. Để giảm thời gian làm lạnh thì chỉ có thể chỉ làm lạnh đến mức độ nào đó rồi chuyển sang phòng bảo quản lạnh, ở đó tiếp tục làm lạnh sao cho 4,5 ngày sau thì con vật đạt nhiệt độ 3 ÷ 40C. d. Các phương pháp khác: - 34 -
14. Nhiều nước trên thế giới dùng phương pháp nhúng gia cầm trong nước lạnh hay hỗn hợp đá nước. Làm lạnh trong hỗn hợp đá - nước thì tăng nhanh tốc độ làm lạnh, giảm tổn hao khối lượng. Còn làm lạnh bằng tuyết hay đá bột thì chỉ mất 1 ÷ 1,5h. Nếu phải sản xuất trong 10 ÷ 15 ngày thì làm lạnh trong nước lạnh có thêm chất chống VSV (nước sát trùng). 3. Làm lạnh cá: Yêu cầu cá phải được làm lạnh nhanh để tránh sự tác hại của hệ thống men của cá và của VSV, bảo vệ nguồn vitamin A, D, B là nguồn cung cấp vitamin quan trọng cho người. Thường phải làm lạnh cá đến gần bằng điểm dịch bào của nó, thường 0 tđb = 0,6 ÷ -2 C cá biển có nồng độ dịch bào cao hơn cá hồ ao nên có thể làm lạnh tới - 20C. Trong kỹ thuật làm lạnh cá thường dùng môi trường lỏng và rắn lạnh nước đó. Còn môi trường khí thì làm lạnh chậm, sản phẩm sau khi làm lạnh và bảo quản mất nhiềun giá trị cảm quan bên ngoài nên ít được dùng. a. Làm lạnh bằng môi trường rắn (ướp cá bằng đá) Đá dùng ướp cá phải bảod dảm vệ sinh để chống lây nhiễm VSV thêm cho cá. Khi ướp cá bằng đá thì ở giai đoạn đầu chúng chỉ tiếp xúc nhau ở một số điểm nào đó của bề mặt, dần dần do đá tan ra (nhất là phần tiếp xúc với cá) nên bề mặt tiếp xúc càng tăng, đá càng chặt hơn, và quanh cá nhanh chóng tạo ra một màng dịch lạnh, truyền nhiệt nhanh. Đá đập vụn thì dùng rất lợi, làm lạnh được nhanh và không làm đập nát cá. Thời gian làm lạnh phụ thuộc vào kích thước cá, kích thước đá, số lượng đá, và nhiệt độ ban đầu. 0 0 Nếu cá có độ dạy 5,5cm , t bct = 20 C lượng đá sử dụng chiếm 100% so với khối lượng cá, thì thời gian để làm lạnh cá xuống 10C phụ thuộc vào kích thước của đá như sau: Đá có kích thước 1 x 4 cm thời gian làm lạnh 89 phút. 2 x 4 cm thời gian làm lạnh 108 phút. 4 x 4 cm thời gian làm lạnh 134 phút 8 x 4 cm thời gian làm lạnh 154 phút. Nếu xét đã có kích thước 4 x 4 thì thời gian làm lạnh phụ thuộc vào khối lượng đá như sau: Khối lượng đá /khối lượng cá 100 75 50 (%) Thời gian làm lạnh (ph) 134 138 310 - 35 -
15. Ta thấy trong khoảng 75 ÷ 100% thì thời gian chênh lệch không đáng kể nên tốt nhất lấy tỉ lệ đá 75% . Ưu điểm: phương pháp làm lạnh cá bằng đá thì tiện lợi, đơn giản và làm lạnh nhanh. Nhược điểm: gây tác hại cho cơ học đối với cá Khó duy trì chế độ vệ sinh tổng hợp Khó tính toán lượng đá bổ sung Dụng cụ cồng kềnh phức tạp Hiện nay trạm n/c Torri (Anh) n/c phương pháp dùng đá lanh hơn sản xuất từ nước biển để ướp cá. Đá này có điểm nóng chảy thấp -1,5 ÷ -2,10C, nhưng làm lạnh trực tiếp băng đá sản xuất từ nước biển cũng có nhược điểm là cá bị thấm muối Mg++ nên đắng chát. b. Làm lạnh trong môi trường lỏng: Môi trường lỏng thường dùng để làm lạnh cá là dung dịch NaCl, nước lạnh, nước biển làm lạnh nước biển hay dung dịch NaCl có nồng độ tương ứng được làm lạnh tới -1,50C. Đáng chú ý là khi làm lạnh cá trong nước biển thì khối lượng tăng tới 11,5% so với khối lượng ban đầu vì cá tương, khắc phục sự trương ấy bằng cách suất thẩm tháu của cá và môi trường lỏng. Ngoài ra hàm lượng Kali giảm mà hàm lượng Natri tăng, tổn thất nitơ 3,8% so với tỉ lệ protein và 18 ÷ 60% axitamin tự do. Thời gian làm lạnh cá trong nước biển như sau: Khối lượng đá (kg) 1 1 ÷ 3 >3 Thời gian làm lạnh (ph) 1 1,5 >2 Sau khi làm lạnh thì xếp hòm, bảo quản ở -20C có thể để được 15 ngày. 4. Làm sạch rau quả: Rau quả sau khi thu hoạch phải được làm lạnh nhanh (làm lạnh sơ bộ) nhằm đảm bảo chất lượng, vì sau khi thu hái sự sống vẫn xảy ra trong rau quả (quá trình sinh lý, sinh hóa) đáng chú ý là quá trình hô hấp. Hiện nay có nhiều phương pháp làm lạnh nahnh rau quả: a. Làm lạnh trong phòng lạnh tuần hoàn không khí đối lưư cưỡng bức: có 2 cách: - Làm lạnh bằng máy: Dùng các máy làm lạnh không khí, tuần hòan không khí 60 ÷ 120 lần thể tích/h. 0 0 Chế độ: t KK = 0 C , ϕKK = 85 ÷ 95%, vKK = 3 ÷ 4m/s. Thời gian làm lạnh T = 20 ÷ 24h - Làm lạnh bằng nước đá: Sử dụng ở một số nước phương Tây cho nước đá vào các mỏ hầm có cách nhiệt bên ngoài, dùng quạt thổi không khí qua lớp nước đá để vào - 36 -
16. phòng làm lạnh rau qủa, không khí này có độ ẩm rất cao nên hạn chế sự hao hụt khối lượng rau quả. Hình b. Làm lạnh kiểu xối: là làm lạnh trong nước lạnh, nước đá gồm 00C trong các thiết bị có dây chuyển đế xếp sản phẩm hya hòm, thùng đựng sản phẩm, dùng phương pháp nhúng hay xối tưới cũng được. Phương pháp này có có tác dụng rửa sản phẩm. Thời gian làm lạnh trong vòng 10 ÷ 30 phút. Thường dùng để làm lạnh: rau cần tây, đậu, cà rốt, lê, táo, mơ, mận, đào c. Làm lạnh chân không: đây là phương pháp mới, đang dần dần được đưa vào sản xuất. Phương pháp này dựa trên cơ sở lý thuyết làm bay hơi một phần ẩm trên bề mặt rau quả trong chân không để giảm nhiệt độ của rau quả. Thường ứng dụng cho loại rau quả có bề mặt riêng lớn như: xà lách, rau dền xà lách từ 230C xuống 10C bay hơi mất 2 ÷ 3,2% nước mất 20 ÷ 25 phút trong phòng bằng kim loại kín được hút chân không bằng những thiết bị phun hơi nhiều cấp. Trong khi đó làm lạnh trong phòng lạnh thường mất 5h, tổn hao tới 2,5 ÷ 3,5% và chất lượng sản phẩm kém hơn. - 37 -