BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ HUY KHUÊ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẾN Q
TRÌNH LÀM LẠNH ĐƠNG THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH NHIỆT LẠNH

Hà Nội, 2006


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ HUY KHUÊ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG ĐẾN Q TRÌNH
LÀM LẠNH ĐƠNG THỰC PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH NHIỆT LẠNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN :
TS.NGUYỄN XUÂN TIÊN

Hà Nội, 2006

Luận văn thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

Mục lục
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Danh mục các ký hiệu viết tắt
Chương 1:
Tổng quan về công nghệ lạnh thực phẩm

1.1

Tình hình lạnh đông thực phẩm ở Việt Nam và trên thế giới

1.1.1 Tình hình lạnh đông ở Việt Nam

1
1
1

1.1.2 Tình hình sử dụng và phát triển sản phẩm lạnh đông của
4

thế giới
1.2

ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình làm lạnh đông thực
6


phẩm
1.2.1 Các nguyên nhân gây hư hại thực phẩm

6

1.2.2 Hoạt động của vi sinh vật ở nhiệt độ thấp

6

Chương 2:
Bản chất và sự thay đổi tính chất vật lý của thực phẩm
trong quá trình lạnh đông

2.1 Bản chất của quá trình làm lạnh đông thực phẩm

15
15

2.1.1 Sự khác nhau giữa lạnh đông và lạnh thường

15

2.1.2 Quá trình làm lạnh đông

17

2.2 Các dạng liên kết của nước ở thực phẩm trong quá trình lạnh
đông

21


2.2.1 Nước tự do

22

2.2.2 Nước liên kết

23

2.2.3 Cơ chế đóng băng của nước trong quá trình lạnh lạnh
đông thực phẩm.

24

2.2.4 Quá trình chuyển pha của nước và dung dịch trong thực
26

phẩm
Học viên: Vũ Huy Khuê

i


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

2.3 Các công thức tính thành phần khối lượng nước đá trong thực
30


phẩm làm lạnh đông
2.4 Tính chất vật lý của thực phẩm trong quá trình làm lạnh đông

31

thực phẩm
2.4.1 Khối lượng riêng (kg/m 3 )

31

2.4.2 Nhiệt dung riêng C (kJ/kg.K)

31

2.4.3 Entanpy h (kJ/kg)

34

2.4.4 HÖ sè dÉn nhiÖt λ (W/m.K)

36

2.4.5 Hệ số toả nhiệt (W/m 2 .K)

40

P

P


P

P

Chương 3:
Các phương pháp làm lạnh đông thực phẩm

3.1 Môi trường làm lạnh đông

42
42

3.1.1 Làm lạnh trong luồng không khí

42

3.1.2 Làm lạm kiểu tiếp xúc

42

3.1.3 Làm lạnh trong khí hoá lỏng

43

3.1.4 Làm lạnh bằng chất lỏng lạnh

44

3.2 Các phương pháp làm lạnh đông


44

3.2.1 Phương pháp kết đông một pha

44

3.2.2 Phương pháp kết đông hai pha

45

3.2.3 Phương pháp kết đông chậm

45

3.2.4 Phương pháp kết đông nhanh

46

3.2.5 Phương pháp kết đông cực nhanh

47

3.3 Những biến đổi của thực phẩm trong quá trình làm lạnh đông

48

3.3.1 Những biến đổi về vật lý

48


3.3.2 Những biến đổi về hoá sinh

49

3.3.3 Những biến đổi độ hoà tan của Protein

50

3.3.4 Sự biến đổi đặc tính háo nước

52

3.4 Các biện pháp làm giảm hao hụt khối lượng trong quá trình
53

lạnh đông
Học viªn: Vị Huy Khuª

ii


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

Chương 4:
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tốc độ gió đến
quá trình làm lạnh đông thực phẩm

55


4.1 Những yếu tố ảnh hưởng khi làm lạnh đông thực phẩm trong
55

dòng không khí lạnh
4.2 GiảI bài toán dẫn nhiệt không ổn định với điều kiện biên loại
ba đối xứng

55

4.3 Xác định thơì gian làm lạnh đông thực phẩm có xét đến sự
thay đổi của các thông số vật lý trong qúa trình lạnh đông

57

4.3.1 Xác định thời gian theo phương pháp phân đoạn thời gian 57
4.3.2 Xác định thời gian theo giai đoạn

73

Chương 5:
Mô hình thực nghiệm và kết quả thực nghiệm

5.1 Mô tả thí nghiệm

79
79

5.1.1 Sơ đồ nghuyên lý hệ thống lạnh thí nghiệm


79

5.1.2 Thiết bị thí nghiệm

79

5.2 Các thiết bị đo sử dụng khi làm thí nghiệm

81

5.3 Các kết quả thí nghiệm

82

5.3.1 Thực nghiệm trên cá

82

5.3.2 Thực nghiệm trên thịt bò

85

Chương 6:
Kết luận và Đề xuất

90

6.1 Kết luận

90


6.2 Đề xuất

91

Tài liệu tham khảo

92

Phụ lục

94

Học viên: Vũ Huy Khuê

iii


Luận văn Thạc sỹ khoa học

1

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

Chương 1:
Tổng quan về công nghệ lạnh thực phẩm
1.1

Tình hình lạnh đông thực phẩm ở Việt Nam và trên thế giới.


1.1.1 Tình hình lạnh đông ở Việt Nam
Ngày nay chúng ta có thể mua thực phẩm đông lạnh ở hầu hết các
siêu thị và các chợ lớn trong cả nước. Sản phẩm đông lạnh là nguồn thực
phẩm quan trong trong thực đơn của các bà nội trợ. Chúng ta có thể được
thưởng thức những thực phẩm tươi, ngon của rất nhiều nước trên thế giới
ngay tại Việt Nam, đó là nhờ vào công nghệ lạnh thực phẩm.
Tuy nhiên, cho đến nay ngành công nghiệp chế biến thực phẩm ở Việt
nam phát triển chưa mạnh, chưa phát huy được hết khả năng, tiềm lực của
mình. Các sản phẩm chế biến xuất khẩu chủ yếu là thuỷ sản.
Nước ta có hơn 3200 km bờ biển, 2860 km sông, ngòi, khoảng hơn 1
triệu km 2 vùng biển đặc quyền kinh tế. Diện tích mặt nước nuôi trồng thuỷ
P

P

sản đến năm 2004 là 904.900 ha trong đó diện tích nước mặn, nước lợ là
636.3000 ha, nước ngọt là 268.6000 ha. Có khoảng 2100 loài hải sản, 500
loài cá nước ngọt. Sản lượng có thể khai thác hàng năm là 1,7 triệu tấn. Có
trên 2 triệu ha mặt nước có thể nuôi trồng thuỷ sản.[9,12,13,14]. Hàng năm
đều có các dự án chương trình về nuôi trồng và đánh bắt thuỷ sản, nhà nước
đà đầu tư hàng nghìn tỷ đồng để nâng cấp tàu thuyền đánh bắt xa bờ, tạo
điều kiện để bà con ngư dân phát triển nghề cá.
Bảng 1-1: Sản lượng thuỷ sản từ năm 2000 đến 2004
Năm

Sản lượng khai thác
( tấn)

2000
2001

2002
2003
2004
Học viên : Vũ Huy Khuê

1.660.900
1.724.800
1.802.600
1.856.100
1.922.900

Sản lượng nuôi trồng
(tấn)

589.600
709.900
844.800
1.003.100
1.155.600

Giá trị sản suất
(tỷ đồng)

26.408,9
32.198,8
37.130,8
43.464,5
52.028,8



2

Luận văn Thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

Theo sè liƯu thèng kª ë trªn chóng ta thÊy tõ năm 2000 đến năm 2004
sản lượng khai thác tăng 13%, Sản lượng nuôi trồng tăng 2 lần và tổng giá trị
cũng tăng gần 2 lần.
Tính đến năm 2005 trong cả n­íc cã kho¶ng 439 doanh nghiƯp chÕ
biÕn thủ s¶n, trong đó có 320 cơ sở chế biến thuỷ sản đông lạnh xuất khẩu
với công suất cấp đông trên 4.262 tấn/ ngày. Một số công ty đà có thương
hiệu như : Công ty cổ phần thuỷ sản Nha Trang, công ty cổ phần xuất nhập
khẩu thuỷ sản An Giang, công ty cổ phần chế biến thuỷ sản Tắc Vân, công ty
cổ phần đồ hộp Hạ Long, Công ty cổ phần thuỷ sản Bến Tre, Công ty cổ
phần thuỷ sản xuất nhập khẩ Cà Mau ... Sản phẩm suất khẩu chủ yếu là: Bạch
tuộc, cá tra, cá ba sa, mực, tôm...
Các mặt hàng đông lạnh xuất khẩu của ngành thuỷ sản trong 3 năm trở
lại đây.
Bảng1-2: Số lượng và giá trị một số mặt hàng thuỷ sản suất khẩu của Việt
Nam năm 2003, 2004, 2005

Năm 2003
Mt hng
Bch tuc ụng lnh
Cỏ ụng lnh
Cỏ khô
Cá ngừ
Mặt hàng khác
Hàng tươi sống

Mực đông lạnh
Mực khô
Ruốc khô
Tôm ụng lnh
Tụm hựm, Tụm v
Tụm khụ
Tng

Năm 2004

Mt hng
Bch tuc ụng lạnh
Cá đơng lạnh
Cá khơ
Cá Ngừ

Häc viªn : Vị Huy Khuª

Số lượng (Tấn)
23.351,14
132.270,71
7.222,04
17.362,11
141.798,66
143,74
21.462,05
9.902,55
3.656,28
124.779,69
33,20

84,60
482.066,77

Giá trị (Đô la Mỹ)
43.613.050
405.741.072
16.727.460
47.722.955
497.476.506
627.804
68.564.663
57.080.033
3.444.306
1057.862.963
374.611
341.383
2.199.576.806

Số lượng (Tấn)
35.688,49
165.596,33
14.755,54
20.783,76

Giá trị (Đô la Mỹ)
71.103.642
464.727.235
47.916.251
55.054.959


Nguồn: Bộ Thủy sản


Luận văn Thạc sỹ khoa học

Mt hng khỏc
Mc ụng lnh
Mc khụ
Ruc khụ
Tụm ụng lnh
Tụm khụ
Tng

Năm 2005

Mt hng
Mc ụng lnh
Mt hng khác
Bạch tuộc đông lạnh
Hàng tươi sống
Cá Ngừ
Ruốc khô
Cá đông lạnh
Mực khụ
Cỏ khụ
Tụm khụ
Tụm ụng lnh
Tụm hựm, tụm v
Tng


3

Chuyên ngành: Nhiệt - L¹nh

108.802,32
26.726,62
9.793,97
6.972,17
141.122,03
1.084,62
531.325,85
Số lượng (Tấn)
27.945,8
148.611,5
30.995,9
117,8
28.580,1
7.945,3
208.071,1
11.806,3
21.675,6
757,4
149.871,8
1,1
636.379.7

322.501.820
96.517.102
65.420.451
5.208.457

1.268.038.595
4.292.603
2.400.781.115

Nguồn: Bộ Thủy sản

Giá trị (Đơ la M)
10.3581955
496.155.270
70.813.942
511.531
78.401.516
4.908.968
531.849.204
75.292.960
67.015.741
3.015.363
1.307.155.108
25.200
2.738.726.758
Ngun: B Thy sn

Nhìn vào bảng trên ta thấy sản lượng suất khẩu thuỷ sản tăng hàng
năm chưa kể đến sản lượng tiêu thụ trong nước. Thị trường xuất khẩu của
Việt Nam trong những năm gần đây chủ yếu là khối các nước EU, Nhật, Mỹ,
Hàn Quốc, Trung Quốc...
Để đánh giá thực tiễn làm lạnh đông ở nước ta tác giả [7] đà cùng các
đồng nghiệp tiến hành khảo sát thực tế, đo đạc ở một số cơ sở lạnh đông suất
khẩu và nhận thầy rằng các cơ sở sản xuất chỉ quan tâm đến khâu cuối cùng
là hàng được người tiêu dùng chấp nhận. Các cơ sở còn tuỳ tiện khi sử dụng

phương pháp làm lạnh mà chưa nhận thức được đầy đủ, đúng đắn về hiệu quả
làm lạnh đông hay chất lượng sản phẩm và chi phí tiêu hao năng lượng trên
một đơn vị sản phẩm. Việc đo nhiệt độ của sản phẩm cũng còn tuỳ tiện,
nhiều cơ sở chỉ xác định theo nhiệt độ buồng lạnh, có cơ sở xác định theo
thời gian, có cơ sở thì đo nhiệt độ sản phẩm nhưng thiết bị đo lại chưa chuẩn,
thiếu chính xác.
Học viên : Vũ Huy Khuê


Luận văn Thạc sỹ khoa học

4

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

Các mặt hàng thực phẩm khác như thịt bò, thịt lợn đông lạnh và chế
biến chúng ta có xuất khẩu nhưng sản lượng rất thấp. Năm 2000 đạt 26,5
triệu USD, 2001 ®¹t 41,7 TriƯu USD, 2002 ®¹t 27,3 triƯu USD, 2003 đạt
21,1 triệu USD [13].
1.1.2 Tình hình sử dụng và phát triển sản phẩm lạnh đông của thế giới.
ở các nước phát triển sản phẩm đông lạnh là nguồn thực phẩm không
thể thiếu trong mỗi gia đình, đặc biệt là các thức ăn chế biến sẵn.
Những nước có ngành công nghiệp thực phẩm lạnh đông phát triển
phải kể đến là Anh, Mỹ, Đức, Pháp, Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc... Đây là
những cường quốc cả về sản xuất lẫn tiêu thụ sản phẩm đông lạnh. Hiện nay
ở Anh có khoảng hơn 320 hÃng đông lạnh thực phẩm, khoảng 80.000 cửa
hàng chuyên cung cấp các loại thực phẩm đông lạnh. ở Đức hiện nay thực
phẩm chế biến sẵn, thực phẩm đông lạnh đạt 10kg/năm / người.[15]
Mỹ là thị trường lớn mạnh cả về xuất khẩu và nhập khẩu thực phẩm
đông lạnh. Xut khu thực phẩm thuỷ sản hàng năm cơ bản vẫn duy trì n

nh khong 0,9 triu tn vi giá tr t 2,2 ÷3,5 tỷ USD. Năm 1992, Hoa Kỳ
đ· là nước xuất khẩu thuỷ sản số một thế giới với gi¸ trị kỷ lục là 4,58 tỷ
USD. Sau khi bị Th¸i Lan vượt qua, xuất khẩu giảm dần và tới năm 1998 chỉ
cßn 2,4 tỷ USD, đứng ở vị trÝ thứ 5 thế giới. Sang năm 2000 xuất khẩu tăng
lªn nhanh và đạt 3 tỷ USD, năm 2003 đạt 3,2 tỷ USD. Hàng thuỷ sản tươi
sống và đ«ng lạnh xuất khẩu t 2,2 t USD.[15]
Trung bình ngi M tiêu dùng khong 16,3 pound( 36,2kg) thuỷ
sản/người (trong đã 11,4 pound ( 25,3kg) hàng tươi và đ«ng lạnh) Hơn một
nửa lượng thuỷ sản tiªu dïng ở Hoa Kỳ cã nguồn gốc từ nhập khẩu. Khoảng
1000 cơ sở chế biến trªn tồn nước Hoa Kỳ phụ thuộc hồn tồn vào nguồn
nguyªn liệu nhập khẩu. Theo công b ca Hoa K, nm 2000 tng giá tr
nhp khu là 10,45 t, chim 17,4% tng giá tr nhập khẩu thuỷ sản thế giới,
năm 2001 là 10,15 tỷ USD, năm 2002 là 10,12 tỷ USD. Đến năm 2003, giá
Học viên : Vũ Huy Khuê


Luận văn Thạc sỹ khoa học

5

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

tr nhập khẩu đ· tăng lªn gần 11,1 tỷ USD trong ó nhp khu tôm chim
34% tng giá tr nhp khu. [15]
Năm 2005 xuất khẩu thịt bß, thịt lợn và thịt gà trªn thế giới đạt 17,6
triệu tấn, tăng 5,4% so với năm 2004, năm bị dịch cóm gia cầm bïng phát ở
châu á, Ã phi tiêu hu hng chc triu con g, vt, ngan, ngng v bnh bò
điên Bc Mỹ khiến nhiều nước tẩy chay thịt bß từ Mỹ. Năm 2004, sản
lượng thịt toàn cầu giảm khoảng 6 triệu tấn, chiếm 1/3 lượng thịt xuất
khẩu.[15]

Tại Mỹ, lượng thịt xuất khẩu năm 2006 cã thể đạt 3,5 triệu tấn, tăng
6,4%. Khối lượng thịt bß nhập khẩu vào thị trường EU sẽ cao hơn 165.000
tấn so với lượng thịt bß EU xut khu. Nht Bn nhp khu tht bò năm 2005
là 611.000 tấn, tăng 1% so với năm 2004, nhưng giảm 25% so với mức năm
2003, v× nước này cấm nhập khu tht bò t M và Australia.
Sn lng tht ln thế giới năm nay dự b¸o đạt 91,619 triệu tấn, so với
mức 90,858 triệu tấn năm qua (2005), tăng 0,84%. Sản lượng thịt lợn của 10
nước cã ngành chăn nu«i ph¸t triĨn dù b¸o đều tăng trong năm nay, như:
Trung Quốc dự b¸o đạt 47,5 triệu tấn so với mức 47,17 triệu tấn (2005).EU
dự b¸o đạt 21,108 triệu tấn so với mức năm trước đạt 21 triệu tấn. Mỹ dự
b¸o đạt 9,512 triệu tấn so với mức năm trước đạt 9,332 triệu tấn,Brazil dự
b¸o đạt 2,64 triệu tấn so với mức năm trước đạt 2,58 triệu tấn, Canada dự
b¸o đạt 1,935 triệu tấn so với mức năm trước đạt 1,9 triệu tấn. Nga đạt 1,79
triệu tấn so với năm trước đạt 1,74 triệu tấn. [15]
Tiªu thụ thịt lợn tồn cầu dự b¸o là 91,197 triệu tấn năm nay, tăng
0,76% so víi năm trước.
Lượng thịt lợn xuất khẩu năm nay dự b¸o 4,223 triệu tấn, tăng 1% so
với mức năm trước, trong khi đã dự b¸o lượng thịt lợn nhập khẩu năm nay là
3,779 triệu tấn tăng 2,1% so với mức năm trước. Mỹ đứng thứ 3 trªn thế giới
Häc viªn : Vị Huy Khuª


6

Luận văn Thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

v xuất khẩu thịt lợn, sau EU và Canada, năm nay dự kiến xuất khẩu 959.000
tấn, nhưng lại đứng hàng thứ 2 trªn thế giới về nhập khẩu, năm nay dự kiến

nhập khẩu 506.000 tấn.
Nhật Bản dự kiến nhập khẩu 1,250 triệu tấn thịt lợn năm nay so với
mức nhập khẩu năm trước1,225 triệu tấn.
Trung Quốc đứng thứ 5 về xuất khẩu thịt lợn, sau EU, Canada, Mỹ và
Brazil, năm nay dự kiến xuất khẩu 400.000 tấn, trong khi đã, dự kiến sẽ nhập
khẩu 88.000 tấn năm nay, bằng mức của năm trước.
Nga dự kiến nhập khẩu 500.000 tấn thịt lợn trong năm nay. Trung
Quốc đứng đầu bảng về sản xuất và tiªu thụ thịt lợn, dự kiến năm nay xuất
khẩu tht cng tng lên 1%, t mc 4,2 triu tn.[15]
Thông qua nhưng con số trên chúng ta thấy rằng các nước trên thế giới
rất quan tâm đến thực phẩm đông lạnh, hầu như các nước đều xuất khẩu thực
phẩm nhưng họ lại cũng nhập khẩu, tuy nhiên sản phẩm nhập khẩu của họ là
nguyên liệu còn xuất khẩu là những mặt hàng cao cấp, có giá trị thương mại
cao.
ảnh hưởng của nhiệt độ trong quá trình làm lạnh đông thực phẩm

1.2

Làm lạnh đông hay kết đông thực phẩm là quá trình làm lạnh thực
phẩm do sự hút nhiệt của chất làm lạnh để đưa nhiệt độ ban đầu của thực
phẩm xuồng dưới điểm đóng băng và tới - 8 0 C ữ - 10 0 C và có thể xuống
P

P

P

P

thấp hơn nữa - 18 0 C ữ -30 0 C. Như vậy ở phương pháp làm lạnh đông, nước

P

P

P

P

trong thực phẩm đóng băng từng phần tùy theo mức hạ nhiệt độ. Trong quá
trình làm lạnh thực phẩm điểm đóng băng tuyệt đối có nhiệt độ khoảng 55 0 C ữ - 65 0 C. Tuy nhiên trong công nghiệp làm lạnh thực phẩm, người ta
P

P

P

P

không làm lạnh đến nhiệt độ này vì chi phí năng lượng quá cao, hơn nữa ở
khoảng nhiệt độ -18 ữ - 40 0 C là đà đảm bảo chất lượng sản phẩm.
P

P

1.2.1. Các nguyên nhân gây hư hại thực phẩm
Có 3 nguyên nhân chính gây hư hại thực phẩm là:
Học viên : Vũ Huy Khuê


Luận văn Thạc sỹ khoa học


7

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

+ Do t¸c dơng cđa men trong chÝnh thùc phÈm
+ Do vi sinh vật thâm nhập từ bên ngoài
+ Do độc tố tiết ra từ các loài vi sinh vật, nấm mốc hoặc từ thực phẩm
Trong ba nguyên nhân trên thì nguyên nhân do vi sinh vật xâm nhập là
lớn hơn cả. Các loại vi sinh vật chỉ phát triển tốt trong điều kiện nhiệt độ
thích hợp, có thể chia ra lµm ba nhãm sau.
+ Nhãm vi sinh vËt ­a nãng: Nhiệt độ sinh sống của chúng là 30 0 C ÷ 80 0 C.
P

P

P

P

+ Nhãm vi sinh vËt ­a Êm: Nhiệt độ thích hợp của chúng là 24 0 C ÷ 40 0 C.
P

P

P

P

+ Nhãm vi sinh vËt ­a l¹nh: Nhiệt độ thích hợp của chúng là -10 0 C ữ -25 0 C

P

P

P

P

Các loại vi sinh vật vượt ra ngoài phạm vi nhiệt độ thích hợp sẽ bị kìm hÃm
sự phát triển hoặc có thể bị tiêu diệt.

Qua biểu đồ này chúng ta thấy ở khoảng nhiệt độ từ 0 0 C ữ 50 0 C , đặc biệt là
P

P

P

P

từ 20 0 C ữ 30 0 C có nhiều loài cơ thể sống hoạt động nhất. Vùng từ 50 0 C ữ
P

P

P

P

Học viên : Vũ Huy Khuê


P

P


Luận văn Thạc sỹ khoa học

8

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

150 0 C là vùng có số lượng rất ít loài cơ thể sống và hoạt động được. Các vi
P

P

sinh vật hoạt động trong vùng này phải chịu được nhiệt độ cao. Từ nhiệt độ
150 0 C trở lên hầu như không có một loài vi sinh vật nào sống được. Khi
P

P

muốn tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng ta chỉ cần đưa nhiệt độ thực phẩm lên đến
100 0 C là nhiệt độ nước sôi, khi cần thanh trùng triệt để hơn người ta đưa vào
P

P

nồi hấp ở áp suất cao và nhiệt độ khoảng 130 0 C ữ150 0 C. Nhóm ưa nóng có

P

P

P

P

khả năng chịu được nhiệt độ cao nhưng lại dễ tiêu diệt ở nhiệt độ thấp, ngược
lại ở nhiệt độ thấp lại khó tiêu diệt các loại vi sinh vật ưa lạnh.
1.2.2. Hoạt động của vi sinh vật ở nhiệt độ thấp
Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp một số vi sinh vật bị chết hoặc bị hạn
chế hoặc ngừng hoạt động vì các lý do sau.
a./ Phần protein của vi sinh vật bị biến đổi hay phá huỷ, do đó hệ
thống keo sinh học (keo protein) trong đó cũng bị phá huỷ. Sự giảm nhiệt độ
kéo theo sự giảm năng lượng bề mặt của nước, giảm các lực liên kết với hệ
keo. Khi giảm đến một mức nào đó thì nước bắt đầu tách ra khỏi vỏ hiđrát,
do đó thay đổi hệ thống keo, làm cho các protein cuộn tròn lại. Mặt khác, lực
đẩy giữa các phân tử cũng giảm và giảm đến một chừng mực nào đó thì bắt
đầu quá trình đông tụ protein, do đó có tác hại đến vi sinh vật. Điều đáng chú
ý là sự đông tụ này có tính chất thuận nghịch, không biến đổi hoàn toàn hoá
tính protein. Vì vậy, về phương diện tiệt trùng thì ở nhiệt độ thấp không thể
diệt vi sinh vật một cách triệt để được. Một vi sinh vật qua thời gian làm lạnh
và làm lạnh đông có thể khôi phục sức sống, lại tiÕp tơc sinh s«i nÈy në trong
m«i tr­êng thùc phÈm được làm ấm và rà đông.
b./ Phá huỷ cơ học tế bào vi sinh vật trong quá trình đóng băng tinh
thể nước đá; khi nước đóng băng thành tinh thể, các tinh thể đá có góc cạnh
nên nó có thể chèn và làm rách màng tế bào của vi sinh vật.
c./ Biến nước thành đá: Khi thực phẩm đạt tới -18 0 C thì bên trong thực
P


P

phẩm 86% nước đà đóng băng (ở thịt, cá), nước đóng băng 79% ở -15 0 C đối
P

Học viên : Vũ Huy Khuê

P


Luận văn Thạc sỹ khoa học

9

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

với rau quả, do đó các hoạt động của vi khuẩn và enzim hầu như không còn
vì thiếu nước tự do. Riêng các loại nấm mốc có thể sống ở nơi khan hiếm
nước hơn, nhưng lượng nước tối thiểu cần thiết cũng phải 15% . Chính vì vậy
mà người ta quy định nhiệt độ làm lạnh đông của sản phẩm thực phẩm là
-18 0 C để lượng nước còn lại là 14%, không đủ cho vi sinh vật hoạt động.
P

P

[1,4]
d./ Sự thay đổi áp suất, độ PH, nồng độ chất tan và áp suất thẩm thấu:
Do nước bị đóng băng và tách ra ở dạng nguyên chất (dung môi kết tinh
trước) nên nồng độ của dịch bào tăng lên và áp suất thẩm thấu cũng tăng lên,

mặt khác PH giảm do ®ã vi sinh vËt khã ph¸t triĨn.
Nãi chung nhãm vi sinh vật ưa nhiệt độ cao bị chết dễ dàng dưới tác
dụng của nhiệt độ thấp, tuy nhiên trước khi chết chúng cũng có một sự chống
đỡ nào đó như có khuynh hướng tạo lớp miễn dịch hoặc tạo lớn nha bào (đối
với vi sinh vật có nha bào). Đặc biệt có loại vi sinh vật ưa nóng điển hình cã
thĨ chun sang lo¹i vi sinh vËt ­a l¹nh do đó khó tiêu diệt chúng khi làm
lạnh. Với những vi sinh vật loại này muốn tiêu diệt nó phải áp dụng phương
pháp làm lạnh nhanh (nghĩa là không để cho các vi sinh vật này kịp chuyển
từ dạng này sang dạng khác).
Nhóm vi sinh vật ưa ấm có nhiều loại như Saluconella, trực khuẩn
đường ruột, Staphilôccus, Botulinus, Đặc biệt là loại Staphilôccus phát
triển ở nhiệt độ 7 0 C có khả năng chịu được nhiệt độ thấp và cả ở nhiệt độ
P

P

cao (ở 100 0 C sống được 30 phút, trong môi trường mỡ thì sống được lâu hơn
P

P

vì mỡ cã t¸c dơng c¸ch nhiƯt ).
Nhãm vi sinh vËt ­a lạnh thường gặp gây hư hỏng thực phẩm bảo quản
lạnh là:
- Pseudomonas làm cho thực phẩm có màu xanh hoặc màu xẫm tối.
- Nấm mốc: phát triển khá mạnh ở thực phẩm đà làm lạnh đông như
Penecillium, Mucor các loại này hoạt động ở nhiệt độ thấp
Học viên : Vị Huy Khuª



10

Luận văn Thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

-15 0 C , một số loài có thể hoạt động được ở -80 0 C . Mốc phát triển
P

P

P

P

chủ yếu ở sản phẩm có độ PH thấp như các loại hoa quả, nước quả,
sữa chua, ở thịt cá thì mốc ít phát triển hơn.
- Nấm men ưa lạnh: loại này phát triển ở -2 0 C ữ 3 0 C , môi trường
P

P

P

P

thích hợp nhất là sản phẩm chua. Nó có thể phát triển trong tất cả
các loại thực phẩm bảo quản lạnh.
Như vậy tiệt trừ vi sinh vật bằng nhiệt độ thấp nói chung là khó, đòi
hỏi phải hạ nhiệt độ thật nhanh, đột ngột và thật thấp. Qua thực tế thí nghiệm

và nghiên cứu người ta thấy cần phải hạ nhiệt độ đến -18 0 C. Bắt đầu từ
P

P

-6 0 C ữ -8 0 C thì hệ thống nấm men bị tiêu diệt rất lớn nhưng một số nấm mốc
P

P

P

P

vẫn còn hoạt động được. Như vậy ở nhiệt độ thấp không có tác dụng diệt trừ
vi sinh vật hoàn toàn, tuy nhiên diệt một phần và hạn chế sự hoạt động thì
nhiệt độ thấp lại có tác dụng rất lớn. Đối với các loại độc tố thì lạnh không
có tác dụng biến đổi được nó, đây là nhược điểm của phương pháp bảo quản
lạnh thực phẩm. Để khắc phục nhược điểm này ngày nay người ta phối hợp
phương pháp làm lạnh với phương pháp bảo quản có thêm hoá chất, chất sát
trùng hoặc dùng các phương pháp diệt trùng khác như tia tử ngoại, tia X, tia
phóng xạ , , sóng vô tuyến và cả sóng siêu âm.[1,2,3,4].
Qua các thí nghiệm người ta thấy đặc biệt nguy hiểm cho các vi sinh
vật là môi trương đóng băng và tan giá xen kẽ.
Bảng 1-3: ảnh hưởng của đóng băng kéo dài và đóng băng-tan giá xen kẽ
đến số lượng vi sinh vật sống sót.

Đóng băng kéo dài, số lượng vi Đóng băng và tan giá xen kẽ, số lượng vi
sinh vật sống/ml
sinh vật sống/ml

Ban đầu
340.000 Ban đầu
340.000
Sau 24 h

36.000

Đóng băng 2 lần

2.600

Sau 30 h

32.000

Đóng băng 3 lần

280

Sau 48 h

14.000

Đóng băng 4 lần

15

Sau 96 h

4.900


Đóng băng 5 lần

0

Học viên : Vị Huy Khuª


Luận văn Thạc sỹ khoa học

11

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

1.2.3 Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với tế bào ®éng, thùc vËt
Tõ l©u con ng­êi ®· øng dơng hiƯn tượng chết lâm sàng (chết giả) nhờ
quá trình làm lạnh đông ở nhiệt độ thấp. Gần đây ứng dụng này đà được con
người sử dụng rất nhiều, đặc biệt là trong y học và trong chế biến thực phẩm
chất lượng cao.
Có rất nhiều trung tâm trên thế giới như Edmont, Calgary đang cố
gắng phối hợp thực hiện việc nghiên cứu để hiểu được quá trình sống ở nhiệt
độ thấp và áp dụng những khái niệm này để bảo vệ tế bào, mô, vi sinh vật ở
nhiệt độ thấp đối với những nhiệt độ khác nhau. Việc bảo quản hầu hết tế bào
ở trạng thái đình chỉ hoạt động ngày nay là rất thông dụng.
Nước là chìa khoá của sự sống, nó là dung môi quan trọng nhất trong
toàn bộ đời sống sinh vật. Quá trình kết đông mà bản chất của quá trình là do
tồn tại quá trình chuyển pha của nước từ lỏng sang rắn quyết định đến khả
năng bảo vệ hay phá huỷ cấu trúc sinh vật. Có những cấu trúc sinh vật tự
thích nghi để sống lâu hơn ở nhiệt độ thấp dưới điểm đóng băng của nước,
những cấu trúc này có khả năng tăng những phân tử sinh học, những phân tử

này chống lại quá trình kết đông, giảm nhiệt độ ở nội bào, ngoại bào. ở
-20 0 C muỗi Hymalaya vẫn hoạt động sinh học vì có thể ngăn chặn nước kết
P

P

đông trong tế bào của chúng. Thực phẩm được làm lạnh sâu, nhiệt độ thấp có
khả năng duy trì được sự sống, tuy nhiên ở một khía cạnh nào đó nhiệt độ
thấp cũng có khả năng phá huỷ tế bào.
ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đối với tế bào cơ thể sống và thực phẩm
là vấn đề phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố bên ngoài lẫn bên
trong cơ thể sống và thực phẩm. Nhìn chung nhiệt độ thấp có ảnh hưởng đến
quá trình biến đổi sinh lý, sinh hoá: hầu hết các chức năng sống của cơ thể
đều có sù tham gia trùc tiÕp cđa n­íc vµ phơ thc vào hàm lượng nước
trong cơ thể sống. Trong cơ thể sống các quá trình trao đổi chất như tiêu hoá,
bài tiết, hô hấp đều có sự tham gia của nước. Nước còn có ý nghĩa quan trọng
Học viên : Vũ Huy Khuª


12

Luận văn Thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

trong quá trình biến đổi của thực phẩm chế biến. Chính xác hơn là một loạt
các chất protein trong thành phần sản phẩm thực phẩm dưới tác dụng của yếu
tố bên ngoài bị biến tính thuận nghịch hoặc không thuận nghịch đều phải có
sự tham gia của nước với một lượng nhất định nào đó. Tỷ lệ các cấu tử trong
sản phẩm và chất lượng của chúng cũng phụ thuộc vào hàm lượng của nước

chứa trong sản phẩm. Tác dụng của nhiệt độ đến cơ 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 hoá
học hay cơ thể sống. Hình 1.1 biểu thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động
sống của cơ thĨ sinh vËt tõ -273 0 C ÷150 0 C, cho biết từng hoạt động sống của
P

P

P

P

cơ thể thích hợp với các vùng nhiệt độ tương ứng. [1,2,3,4]
Vùng nhiệt độ thấp( vùng a)
Vùng này chỉ xuất hiện khi công nghệ lạnh phát triển, người ta dùng
lạnh thâm độ để chế biến các sản phẩm mau hỏng, bảo quản giống và lưu giữ
gen.
Tuỳ theo điều kiện nhiệt độ bên ngoài và tuỳ theo tính chất môi trường
lỏng mà sự đóng băng có thể tạo thành tinh thể hay đông đặc ở trạng thái
thuỷ tinh. Có thể chuyển từ trạng thái thuỷ tinh sang trạng thái tinh thể, quá
trình đó gọi là quá trình phát tán thuỷ tinh thể. Khi đun nóng nhanh vật ở
trạng thái thuỷ tinh nó chuyển ngay sang trạng thái lỏng, không qua trạng
thái kết tinh. Trường hợp này gọi là nóng chảy thuỷ tinh. Trạng thái thuỷ
tinh khác trạng thái kết tinh ở chỗ các phân tử của vật thể phân bố trong
không gian không theo quy định nào, còn trong tinh thể thì chúng sắp xếp
theo không gian chặt chẽ nhất định, do đó thuỷ tinh có tính chất đẳng hướng
còn thuỷ tinh thể có tính chất bất đẳng hướng. Về tính chất đẳng hướng thì
thuỷ tinh thể tương tự như chất lỏng nhưng khác về độ cứng, có khả năng đàn
hồi và không biến đổi dạng khi đun nóng. Khi chuyển nhanh từ trạng thái

lỏng sang trạng thái rắn nó có thể không qua kết tinh mà tạo thành dạng thuỷ
tinh thể.
Học viên : Vũ Huy Khuª


Luận văn Thạc sỹ khoa học

13

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

Nếu tăng lượng nước trong vật quá lạnh sẽ ngăn cản quá trình tạo
thành thuỷ tinh thể, ví dụ dung dịch gelatin 50% chuyển sang dạng thuỷ tinh
được ở bề dày 0,3mm, nhưng với dung dịch 10% thì chỉ tạo nên dạng màng
dầu với bề dày vài micromet. Khác với sự tạo thành tinh thể, trạng thái thuỷ
tinh không gây tác hại đến nguyên sinh chất bởi sự tạo thành tinh thể không
gây ra sự thay đổi cấu trúc phẩn tử. Nhiều thí nghiệm đà xác định rằng rất
nhiều tế bào sống có thể tránh đóng băng mà chuyển thành trạng thái thuỷ
tinh. Quá trình tạo thuỷ tinh càng hoàn thiện bao nhiêu thì tế bào tái sinh
càng được nhiều bấy nhiêu (số lượng tế bào sống lại có thể đến 90%), do đó
không loại trừ khả năng dùng lạnh thâm ®é ( t < -100 0 C ) ®Ĩ nghiªn cứu các
P

P

đối tượng phức tạp, trong đó có thực phẩm.[2]
Vùng hạn chế hoạt đông ( vùng b)
Đây là vùng thích hợp trong bảo quản và chế biến lạnh thực phẩm mau
hỏng. Khi làm lạnh đông bên trong chất nguyên sinh tạo thành các tinh thể
đá, các tinh thể đá đủ lớn có khả năng phá vỡ cấu trúc tế bào, ngoài ra sự tạo

thành đá kìm hÃm nhiều hoạt động sinh hoá vì thiếu nước là dung môi.
Trong phòng thí nghiệm khi cần thu protein của hữu cơ thì phương
pháp đơn giản nhất và tốt nhất là phá vỡ màng tế bào bằng cách làm lạnh
đông và tan giá. Khi ấy các protein chiết ra từ các tế bào hoạt động hơn
protein thu được bằng các phương pháp khác. Tuy nhiên, cũng có một vài
dung dịch sinh lý mất hoạt tính khi làm tan giá và làm lạnh đông, ngược lại
khi làm lạnh đông và tan giá hoạt động của men zimase lại tăng lên vì chúng
được giải phóng khỏi những tổ hợp với các phần tử khác trong dung dịch.
Như vậy khi làm lạnh đông và tan giá không tức thời sẽ gây biến tính
một số protein và biến đổi hoạt động sinh hoá của chúng. Nhiệm vụ của kỹ
thuật lạnh là làm sao bảo vệ đến mức tối đa tính chất tươi sống ban đầu của
thực phẩm.
Đối với cơ thể sống sự đóng băng giống như là quá trình sấy khô, kìm
hÃm các chức năng sống. Nhiệt độ đóng băng của thực vật và động vật thấp
Học viên : Vị Huy Khuª


Luận văn Thạc sỹ khoa học

14

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

hơn nhiệt độ tạo thành đá bởi vì trong dịch bào có nhiều chất hoà tan. Cơ thể
động vật sống được là nhờ sự tuần hoàn chất lỏng trong cơ thể và nhờ sự trao
đổi chất để thải nhiệt nên nó không sống được ở nhiệt độ thấp. Đối với thực
vật thì khác, các quá trình sống của nó ít thải nhiệt, các tế bào được bảo vệ
bởi các vỏ chắn bằng xenluloza, cấu trúc của thực vật cũng đơn giản hơn
động vật, tuy nhiên nó cũng không sống được ở nhiệt độ thấp. Nhiệt độ đóng
băng của cơ thể không phải là hằng số, không thể xác định chính xác như sự

đóng băng hay sự sôi của chất lỏng tinh khiết. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ
môi trường xung quanh, vào tốc độ thoát nhiệt và dẫn nước qua vỏ tế bào để
nước tạo thành băng ở đây, cũng như khả năng chống lạnh của cơ thể.
Tác dụng của nhiệt độ thấp lên tế bào chủ yếu là do sự tạo thành đá,
tác dụng lên lớp bề mặt của nguyên sinh chất, lớp cơ chất, nếu làm hỏng lớp
cơ chất thì tế bào sẽ chết. Trong quá trình tạo đá nếu mầm tinh thể đá lớn sẽ
phá vỡ màng tế bào, do đó tế bào cũng bị chết. Mức độ hư hỏng tế bào chỉ có
thể phát hiện được sau khi là tan giá, nếu làm tan giá không hợp lý sẽ làm tế
bào đà bị co lại trong khi làm lạnh đông tăng lên không bình thường là phá
vỡ chất nguyên sinh dẫn đến tế bào bị chết.

Học viên : Vị Huy Khuª


15

Luận văn Thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

Chương 2
Bản chất và sự thay đổi tính chất vật lý của thực phẩm
trong quá trình lạnh đông

2.1

Bản chất của quá trình làm lạnh đông thực phẩm

2.1.1 Sự khác nhau giữa lạnh đông và lạnh thường
Làm lạnh có nghĩa là làm cho vật chất có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ

bình thường. ở đây nhiệt độ bình thường được hiểu là nhiệt độ thích hợp cho
cơ thể con người. Bằng giác quan, kinh nghiệm và bằng cả những phương
tiện khoa học kỹ thuật con người có thể xác định thế nào là trạng thái bình
thường để phân biệt được trạng thái nóng và lạnh. Nhiệt độ bình thường
khác nhau giữa con người ở xứ nóng và xứ lạnh. Hiện nay vấn đề xác định
trạng thái này vẫn chưa đi đến thống nhất trên thế giới. Để dễ chấp nhận
người ta lấy nhiệt độ bình thường nằm trong khoảng từ 18 ữ 24 0 C . Như vậy
P

P

giới hạn trên của lạnh là 18 0 C, trong kỹ thuật lạnh, giới hạn dưới của lạnh
P

P

còn chia ra nhiều khoảng, từ nhiệt độ đóng băng (t 0 db ) cho tới gần 0 0 K (độ
P

PR

R

P

P

không tuyệt đối) như sau [ 2 ]
18 0 C > t 0 > t 0 db
P


P

P

P

P

PR

L¹nh th­êng

R

t 0 db > t 0 > - 100 0 C
P

PR

R

P

P

P

P


L¹nh ®«ng

-100 0 C > t 0 > - 200 0 C

Lạnh thâm độ

- 200 0 C > t 0 > - 273 0 C

Lạnh tuyệt đối ( lạnh cryo)

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P


P

P

Một điều khác nhau cơ bản nhất giữa lạnh thường và lạnh đông là ở
lạnh thường chưa có sự biến nước thành đá, tức là chưa có sự đóng băng
nước. Còn ở lạnh đông đà xảy ra quá trình đóng băng nước.
Phân biệt giữa làm lạnh thường và làm lạnh đông thực phẩm
Hai dấu hiệu khác nhau giữa làm lạnh và làm lạnh đông :
Học viên : Vũ Huy Khuê


Luận văn Thạc sỹ khoa học

16

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

+ Dấu hiệu thứ nhất của làm lạnh đông là hạ thấp nhiệt độ và tác dụng
của lạnh lên sản phẩm khá mÃnh liệt so với làm lạnh.
+ Dấu hiệu thứ hai của làm lạnh đông là sự chuyển pha của nước thành
băng, tức là chuyển nước từ thể lỏng sang thể rắn.
Như chúng ta đà biết, thực phẩm được làm lạnh và bảo quản lạnh ở
nhiệt độ trên 0 0 C, không những kìm hÃm biến đổi về lý, hoá học, kìm hÃm
P

P

hoạt động của vi sinh vật xẩy ra trong thực phẩm, mà còn có tác dụng làm
tăng phẩm chÊt cđa mét sè thùc phÈm : VÝ dơ khi đó thịt được chín hoá học

nên tích tụ được nhiều axit lactic và có hương vị thơm ngon hơn, cá muối
được thấm muối tốt hơn và có màu sắc hấp dẫn khẩu vị người tiêu dùng hơn.
Tuy vậy, làm lạnh chỉ bảo quản thực phẩm được ngắn ngày (tuỳ thuộc
vào loại thực phẩm, thời gian bảo quản chỉ được từ một tuần đến hai tháng).
Muốn bảo quản lâu hơn từ ba bốn tuần đến một năm thì phải làm lạnh đông.
Nhờ sản phẩm lạnh đông giữ được lâu nên kỹ thuật lạnh đông thực phẩm
phát triển mạnh mẽ để tăng khối lượng và thời gian dự trữ nguyên liệu cho
công nhân chế biến thực phẩm; tăng khả năng điều hoà cung cấp thực phẩm
tươi sống cho các thành phố lớn, các khu đông dân cư, để phục vụ tốt cho
việc giao lưu hàng hoá trong và ngoài nước.
Làm lạnh đông còn được xem là một giai đoạn chế biến thăng hoa,
tăng hiệu suất ép nước hoa quả, làm trong nước hoa quả hoặc dung dịch
huyền phù, tách nước trong quá trình sản suất ga khô.
Làm lạnh đông còn để tạo nên tính chất cốt yếu của sản phẩm như sản
xuất nước đá, các lại kem ...
So với các phương pháp xử lý khác như muối, sấy, chế biến đồ hộp thì
sản phẩm lạnh đông qua thời gian bảo quản ở nhiệt độ < 18 0 C nói chung vẫn
P

P

giữ được nhiều nhất những tính chất ban đầu, kể cả màu sắc, hương vị và giữ
được hầu như giá trị dinh dưỡng của sản phẩm tươi sống. Mức độ nguyên vẹn
của sản phẩm tươi sống này tuỳ thuộc vào phương pháp làm lạnh đông nhanh
hay chậm được áp dụng trong quá trình chế biến.
Học viên : Vũ Huy Khuê


17


Luận văn Thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

2.1.2 Quá trình làm lạnh đông.
- Nhiệt độ bắt đầu đóng băng
Làm lạnh là quá trình hạ nhiệt độ chất lỏng xuống dưới điểm kết đông
mà chất lỏng không chuyển sang thể rắn. Một chất lỏng ở dưới điểm tan giá
sẽ kết tinh ở dạng hạt tinh thể hoặc hạt nhân. Tuy nhiên, pha lỏng có thể
được duy trì cho đến khi đạt được nhiệt độ mà ở đó tinh thể nhất loạt được
hình thành.
Nước đóng băng ở nhiệt độ 273 0 K(= 0 0 C) nhưng có thể được quá lạnh
P

P

P

P

ở áp suất môi trường cho đến khi tinh thể đá được hình thành đồng đều ở
231 0 K (- 42 0 C ). Nếu được làm lạnh ở tốc độ khoảng 1000 0 K/s, sự hình
P

P

P

P


P

P

thành tinh thể có thể bị cản trở và nước trở thành dạng thuỷ tinh. Nhiệt độ để
chuyển sang dạng thuỷ tinh là quá lạnh và quá khó để xác định, nhưng những
nghiên cứu của các nhà khoa học đà xác định nó khoảng 165 0 K ( -108 0 C).
P

P

P

P

Trong khi làm lạnh đông có hiện tượng quá lạnh, tức là hạ nhiệt ®é
®Õn d­íi 0 0 C mµ vÉn ch­a cã hiƯn tượng đóng băng. Sự chậm đóng băng này
P

P

là do sự chậm tạo thành tâm kết tinh, mà sự chậm tạo thành tâm kết tinh lại
phụ thuộc vào nồng độ phân tử của các dịch bào. Một số nhà nghiên cứu ở
Anh đà công bố thêm vào năm 1961 về các nguyên nhân phụ khác cũng có
ảnh hưởng đến sự đóng băng tinh thể là do nhiệt độ môi trường làm lạnh
đông và hệ thống ống mao dẫn của sản phẩm.
ở môi trường lỏng luôn luôn có sự chuyển động nhiệt (chuyển động
Bao), chuyển động tương hỗ. ở nhiệt độ thấp thì chuyển động nhiệt giảm,
chuyển động tương hỗ được tăng cường, tức là tăng cường khả năng kết hợp
các phân tử lại với nhau, đến một nhiệt độ thấp nào đó mà hệ thống được cân

bằng theo phương trình lực:
P kết hợp = P đẩy + P chuyển động nhiệt
R

R

R

(2.1)

Học viªn : Vị Huy Khuª

R

R

R


Luận văn Thạc sỹ khoa học

18

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

thì xuất hiện tâm kết tinh của mạng lưới tinh thể do đó nước được đóng băng.
Đối với nước nguyên chất phương trình này được cân bằng ở 0 0 C
P

P


Trong quá trình làm lạnh đông thực phẩm, dưới tác dụng cđa nhiƯt ®é
thÊp cã sù biÕn ®ỉi axÝt bÐo no thành axít béo không no nên hạ được nhiệt độ
đóng băng. Mặt khác trong prôtein của mạng tế bào bắt đầu liên kết với muối
bằng cách chuyển Nitơ hoá trị ba thành Nitơ hoá trị năm và tạo thành các
hợp chất mới có khả năng hút nước. [ 2,3].
Mỗi phân tử gam kiên kết với một lượng nước nhất định. Muốn tách
được lượng nước này ra (để đóng băng) cần giảm nhiệt độ một lượng
t = 1,84 0 C. Đó là độ hạ băng điểm t trong định luật Raoult:
P

P

t = 1,84n

(2.2)

Trong đó:
n - Là nồng độ phân tử gam

n = m/M

m - Là khối lượng chất hoà tan, [ g]
M - Phân tử lượng của chất hoà tan
Như vậy độ hạ băng điểm t tỷ lệ với nồng độ phân tử n của dịch bào, vì vậy
trong kỹ thuật lạnh đông thực phẩm phải chú ý đến độ hạ băng điểm. Chỉ ở
nhiệt độ này mới tạo được nhiều mầm tinh thể do vậy kích thước tinh thể đá
nhỏ không làm ảnh hưởng tới cấu trúc tế bào.
- Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đóng băng và nhiệt độ
chuyển pha trong quá trình lạnh đông

+ ảnh hưởng của độ quá lạnh đến sự đóng băng tinh thể trong lạnh đông.
Qua nhiều năm nghiên cứu và thực nghiệm trong sản xuất, người ta kết
luận rằng:sản phẩm đóng băng ở nhiệt độ càng thấp thì càng đảm bảo được
chất lượng của sản phẩm. Vì vậy trong công nghiệp lạnh đông thực phẩm
người ta chú ý đến tăng nồng độ phân tử dịch bào của sản phẩm để có độ hạ
băng điểm lớn ứng với nhiệt độ quá lạnh (t ql ) thấp, do đó tạo điều kiện cho
R

R

sản phẩm đóng băng với số lượng tinh thể N rất nhiều. Trường hợp đóng
Học viên : Vũ Huy Khuê


19

Luận văn Thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

băng với số lượng tinh thể đá rất nhiều thì kích thước của các tinh thể đá (V)
không thể lớn nên không phá huỷ các cấu trúc tế bào của sản phẩm. ảnh
hưởng của nhiệt độ quá lạnh ( t ql ) đến số lượng tinh thể đá tạo thành (N) và
R

R

kích thước trung bình của các tinh thể đá (V) được thể hiện rõ trên hình vẽ
(Hình 2.1) [2,3]


Qua biểu đồ ta thấy ở khoảng nhiệt độ quá lạnh t ql = -1 0 C ÷ - 4 0 C thì
R

R

P

P

P

P

số lượng tinh thể đá hình thành trong sản phẩm rất ít nên các tinh thể đá có
kích thước trung bình tương đối lớn gây cọ rách màng tế bào của sản phẩm.
Nếu bằng các biện pháp kỹ thuật để tạo được nhiệt độ quá lạnh trong lạnh
đông thực phẩm tõ t ql = -10 0 C ÷ - 40 0 C thì số tinh thể đá tạo thành sẽ nhiều
R

R

P

P

P

P

vô kể, nên kích thước V sẽ rất nhỏ, khoảng từ 5ữ10 m. Nếu nhiệt độ quá

lạnh khoảng - 80 0 C thì chất lỏng sẽ không tạo thành tinh thể đá nữa mà chỉ
P

P

tạo thành chất rắn vô định hình (dạng thuỷ tinh thể).
Nhiều công trình nghiên cứu còn cho biết, nếu ở nhiệt độ cao hơn
-30 0 C thì kích thước tinh thể phát triển bình thường ra xung quanh, lớn dần
P

P

về chiều dài cũng như chiều ngang, nếu nhiệt độ thấp hơn - 30 0 C thì kÝch
P

Häc viªn : Vị Huy Khuª

P


20

Luận văn Thạc sỹ khoa học

Chuyên ngành: Nhiệt - Lạnh

thước tinh thể đá chỉ phát triển theo chiều dài nên tinh thể đá trở thành sợi
dài bao bọc xung quanh tế bào như sợi tơ bọc con nhộng lại thành kén. Trong
trường hợp này các tinh thể đá không những không phá huỷ cấu trúc mô tế
bào của sản phẩm mà còn bảo vệ cho tế bào được nguyên vẹn. Cho nên, nếu

ta thực hiện được nhiệt độ t ql nhỏ hơn - 30 0 C thì sẽ bảo đảm được tuyệt đối
R

R

P

P

chất lượng ban đầu của sản phẩm.[2,3]
Trong công nghiệp lạnh đông thực phẩm để giảm t ql xuống người ta
R

R

chú ý đến làm tăng nồng độ phân tử trong thùc phÈm theo hai h­íng:
1. Theo h­íng tù nhiªn để rau quả đạt độ chín để có quá trình chuyển
hoá: Protein Pectin,
Gluxit Đường đường khử
Protit Propeptit Peptit Axitamin
2. Theo hướng nhân tạo tẩm muối, tẩm đường, tẩm các loại dung dịch
sinh tố tẩm, các chất chống oxyhoá
Các biện pháp làm tăng nồng độ như trên vừa hạ thấp được nhiệt độ
qúa lạnh vừa tăng giá trị dinh dưỡng, giá trị thương phẩm và khả năng bảo
quản thực phẩm.
+ ảnh hưởng của kích thước ống mao dẫn đến sự quá lạnh.
ống mao dẫn cũng ảnh hưởng lớn đến sự quá lạnh, sự tạo thµnh tinh
thĨ. Trong èng mao dÉn bao giê cịng cã hai lực tác dụng lên một phân tử
chất lỏng: lực hút vào và lực căng bề mặt ngoài. Lực hút vào giảm dần từ bề
mặt chất lỏng vào sâu trong mao dẫn, còn sức căng bề mặt ổn định trong

khối chất lỏng và bề mặt chất lỏng. ở một số lớp nào đó của chất lỏng sẽ có
sự cân bằng giữa lực hút vào và lực căng ra tác dụng lên cùng một phân tử
làm cho phân tử ổn định, có khả năng tạo thành mạng lưới tinh thể và kết
tinh được trong mao dẫn.
ở lớp ngoài và lớp trong cùng không có sự cân bằng hai lực tác dụng
ấy nên không thể tạo mầm tinh thể được. ở lớp ngoài thì lực hút vào bé hơn
Học viên : Vũ Huy Khuª