BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
--------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
LẠNH CHẠY CHO TỦ CẤP ĐÔNG IQF
1.500KG TÔM SÚ/MẺ
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng
SVTH: 1. Nguyễn Văn Minh Hà
2. Trần Thúy Hằng

MSSV: 17116064
MSSV: 17116070

TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---oOo---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng
Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

1. Nguyễn Văn Minh Hà

17116064

2. Trần Thúy Hằng

17116070

1. Tên đồ án: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHẠY CHO TỦ
CẤP ĐÔNG IQF 1.500KG TÔM SÚ/MẺ
2. Nhiệm vụ của đồ án: Tính tốn và thiết kế hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông IQF áp
dụng trong công nghiệp với năng suất 1500kg tôm sú/mẻ.
3. Các số liệu ban đầu:
Năng suất 1.500kg tôm sú/mẻ, hàm lượng chất không bay hơi 55%.
Các thông số cần thiết khác sinh viên tự chọn.
4. u cầu về phần thuyết minh và tính tốn:
Tìm hiểu về hế thống lạnh của tủ cấp đông IQF (cấu tạo, ngun lý hoạt động…).
Quy trình cơng nghệ sản xuất sơn alkyd (đơn phối liệu, qui trình đánh paste, qui
trình nghiền…).
Tính tốn kích thước của hệ thống lạnh của tủ cấp đơng IQF và các kích thước liên
quan.


Tính cân bằng vật chất, lựa chọn động cơ, kiểm tra bền.
5. Yêu cầu về trình bày bản vẽ:
Bản vẽ quy trình cơng nghệ A3.
Bản vẽ thiết bị chính A1.
6. Yêu cầu khác: Thực viên và thông qua đồ án đúng tiến độ. Các tính tốn phải

có file Excel.
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 13/10/2020.
8. Ngày hoàn thành đồ án: 15/12/2020.
TRƯỞNG BỘ MƠN

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Giảng viên hướng dẫn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---oOo---

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng
Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

1. Nguyễn Văn Minh Hà

17116064

2. Trần Thúy Hằng

17116070

Tên đồ án: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHẠY CHO
TỦ CẤP ĐÔNG IQF 1.500KG TÔM SÚ/MẺ.

1. Nhận xét về nội dung các phần thuyết minh:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Nhận xét về các bản vẽ thiết kế:
................................................................................................................................
3. Nhận xét về quá trình thực hiện thiết kế của sinh viên (kỹ năng, thái độ):

................................................................................................................................
4. Điểm số:

1. Nguyễn Văn Minh Hà

Điểm:..........................

2. Trần Thúy Hằng

Điểm:..........................

5. Kết luận (cho phép bảo vệ/khơng cho phép bảo vệ)
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020
Giảng viên hướng dẫn


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---oOo---

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Giảng viên phản biện:

Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

1. Nguyễn Văn Minh Hà

17116064

2. Trần Thúy Hằng

17116070

Tên đồ án: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHẠY CHO
TỦ CẤP ĐÔNG IQF 1.500KG TÔM SÚ/MẺ.
1. Nhận xét về nội dung các phần thuyết minh:
................................................................................................................................
................................................................................................................................
2. Nhận xét về các bản vẽ thiết kế:

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
3. Nhận xét về kỹ năng trình bày:

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
4. Điểm số:

1. Nguyễn Văn Minh Hà


Điểm:..........................

2. Trần Thúy Hằng

Điểm:..........................
TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 2020

Giảng viên phản biện


LỜI CÁM ƠN
Trong thời gian làm đồ án môn học Q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực
phẩm, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình
của thầy cơ, các anh chị khóa trên.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Tấn Dũng đã tận tình
hướng dẫn và giải đáp những khó khăn, tạo điều kiện cho nhóm chúng em hồn thành đồ
án mơn học này. Trong q trình thực hiện đồ án khơng tránh khỏi những sai sót, rất
mong nhận được sự hỗ trợ cũng như những góp ý chân tình từ thầy cơ.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Cơng nghệ
Hóa học và Thực phẩm đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn liên quan, giúp
chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá
trình học tập.


MỤC LỤC



DANH MỤC HÌNH


DANH MỤC BẢNG


LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại kinh tế hội nhập toàn cầu và sự phát triển nhanh chóng của nền kinh
tế nước nhà đã giúp ngành chế biến thực phẩm, các ngành nông, lâm, thủy sản phát triển
mạnh mẽ theo quy mơ ngày một chun nghiệp. Vì thế, kỹ thuật lạnh hiện đại cũng đã có
những bước tiến xa, có trình độ khoa học kỹ thuật ngang với các ngành kỹ thuật tiên tiến
khác. Đặc biệt với quốc gia có tiềm lực thủy sản lớn như Việt Nam thì ứng dụng của kỹ
thuật lạnh trong mục đích bảo quản sau thu hoạch đóng vai trị then chốt, điển hình là hệ
thống cấp đông nhanh IQF cho mặt hàng thủy sản.
Hệ thống cấp đông nhanh IQF được ứng dụng rất nhiều trong việc bảo quản thủy
hải sản phục vụ cho thương mai hóa và xuất khẩu. Trong đó, tơm sú là một mặt hàng thủy
hải sản xuất khẩu tiêu biểu của nước ta. Theo Hiệp hội chế biến và xuất khẩu thủy sản
Việt Nam, sản lượng tơm sú ước tính đến tháng 7/2020 đạt 421 nghìn tấn, tăng 5,8% so
với cùng kỳ năm trước. Với nguồn nguyên liệu lớn, giá trị dinh dưỡng cao nhưng dễ bị
giảm giá trị dinh dưỡng, ươn thối rất nhanh cùng với dạng nguyên liệu rời thì việc áp
dụng các kỹ thuật bảo quản sử dụng hệ thống cấp đông nhanh các sản phẩm dạng rời IQF
rất thích hợp.
Do đó, nhóm chúng em chọn đề tài “Tính toán và thiết kế hệ thống lạnh chạy
cho tủ cấp đông IQF 1.500kg tôm sú/mẻ” cho đồ án môn học Q trình và Thiết bị trong
Cơng nghệ thực phẩm. Đồ án môn học này giúp chúng em nắm rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt
động của hệ thống lạnh của tủ cấp đơng IQF hiện nay, đồng thời tính tốn và thiết kế được
hệ thống thiết bị cụ thể, có thể áp dụng các kiến thức này cho công việc về sau. Về mặt
thực tiễn, tơm sú là ngun liệu có giá trị dinh dưỡng cao nên vấn đề bảo quản tôm rất
được quan tâm. Nếu sử dụng phương pháp chế biến sau thu hoạch không tốt sẽ làm giảm
đáng kể chất lượng của tôm sú nguyên liệu, gây ảnh hưởng lớn đến giá trị kinh tế. Hơn

thế nữa, hiện nay ở nước ta vẫn sử dụng các kỹ thuật bảo quản tôm với năng suất hạn chế.
10


Bởi lý do đó, kết quả nghiên cứu của đồ án này giúp đưa ra được thông số và thiết kế của
thiết bị bảo quản lạnh đông tôm sú với năng suất lớn.
Với lượng kiến thức có hạn và chưa có kinh nghiệm thực tế nên trong q trình
tính tốn, thiết kế sẽ cịn nhiều thiếu sót. Nhóm chúng em rất mong nhận được các ý kiến
đóng góp, chỉ dạy của quý thầy cô.

11


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Cơ sở khoa học của kỹ thuật làm lạnh đông thủy sản
1.1.1. Định nghĩa và tầm quan trọng của việc làm lạnh đông thủy sản
1.1.1.1. Định nghĩa

Làm lạnh đông hay ướp đông (freezing) thủy sản, là quá trình làm lạnh thủy sản do
sự hút nhiệt của chất làm lạnh (băng môi) để đưa nhiệt độ ban đầu của thủy sản xuống
dưới điểm đóng băng là -8 ÷ -10℃ và có thể xuống thấp hơn nữa: -18℃, -30℃ hay
-40℃. Ở phương pháp làm lạnh đông, nước trong thực phẩm đóng băng từng phần theo
mức hạ nhiệt [1]. Dưới đây là quan hệ giữa lượng nước đóng băng thể hiện qua đại lượng
độ ẩm W và nhiệt độ lạnh đông:
Bảng 1.1. Quan hệ giữa độ ẩm thủy sản và nhiệt độ lạnh đông
Nhiệt độ
(℃)

-1


-2

-4

-10

-18

-20

-30

-36

-40

Độ ẩm
(%)

0

52,4

73

84,3 88,4

89

90,3 90,5 90,5


1.1.1.2. Tầm quan trọng của lạnh đông thủy sản

Đặc điểm nổi bật của lạnh đơng thủy sản đó là sau khi rã đơng, thủy sản ít bị biến
đổi hơn so với thủy sản tươi sống. Điều này tối ưu hơn so với phương pháp ướp thủy sản
truyền thống, vì sản lượng thủy hải sáng đánh bắt được ngày càng tăng nhưng các phương
pháp ướp đá truyền thống chỉ có thể bảo quản trong vài ngày hoặc tối đa vài tuần nên
không phù hợp cho vận chuyển hay xuất khẩu.
Đồng thời, lạnh đơng thủy sản là phương pháp thích hợp vừa để duy trì chất lượng
thủy sản, vừa đáp ứng nguồn cung thủy sản ổn định. Trong trường hợp thu hoạch, vận
chuyển xa bờ kéo dài nhiều ngày thì kỹ thuật lạnh đông giúp đảm bảo phẩm chất thủy sản
qua các giai đoạn tồn trữ, vận chuyển và phân phối dài ngày.
12


Xuất khẩu thủy sản lạnh đơng cũng đóng vai trị rất quan trọng với các quốc gia
đang phát triển. Khi xuất khẩu, thủy sản thường được bảo quản lạnh đông và trữ đơng để
có thể phân phối sản phẩm đến mọi thị trường trên thế giới.
1.1.2. Tác dụng của lạnh đơng thủy sản

Đối với thủy sản là ngun liệu có hàm lượng nước cao, chiếm khoảng 80% cơ
thể. Quá trình lạnh đông giúp chuyển đổi hầu hết lượng nước trong thủy sản thành nước
đá. Tùy theo mức độ liên kết của nước trong thủy sản, người ta chia thành 2 loại: Nước tự
do (bao gồm nước bất động, nước tự do-cấu trúc) và nước liên kết.
1.1.2.1. Nước tự do

Nước tự do trong mô thủy sản bị giữ lại bởi mạng lưới cấu trúc bằng những mối
liên kết cơ học thuần túy, nên dễ dàng bị tách ra. Loại nước này rất linh động và di chuyển
đến nhiều vùng khác nhau. Trong đó, nước bất động nằm trong mạng lưới cấu trúc của mơ
cơ dưới hình thức dung mơi để khuếch tán các chất qua thành tế bào. Nước tự do - cấu

trúc chuyển động tự do qua các lỗ hốc của mạng cấu trúc [2].
Khi hạ nhiệt đến điểm đóng băng từ (-1 ÷ -1,5) ℃, lượng nước tự do - cấu trúc
đơng đặc thành nước đá, cịn nước bất động vẫn chưa đông được.
1.1.2.2. Nước liên kết

Nước liên kết tồn tại ở dạng liên kết sols với các chất protide tan và các chất vô cơ,
các chất hữu cơ tan khác (gọi là nước hấp thụ của xon tạo nên dịch bào) và nó cũng liên
kết với protide dạng gels tạo thành các khung cấu trúc mô cơ (gọi là nước hấp thụ của gen
tạo màng cấu trúc tế bào). Dạng nước liên kết rất khó tách, để làm đơng đặc cần hạ nhiệt
dưới điểm đóng băng thật nhiều [2].
1.1.3. Cơ chế đóng băng thủy sản trong việc lạnh đơng

Cơ chế đóng băng thủy sản phụ thuộc nhiều vào điểm quá lạnh của nguyên liệu.
Do nước tự do trong tế bào thủy sản không giống như nước nguyên chất (đóng băng ở
0°C) mà điểm đóng băng của nó dưới 0°C.
13


Tuy nhiên, ở nhiệt độ dưới 0°C nước vẫn chưa kết tinh thành đá – hiện tượng quá
lạnh. Hiện tượng này phụ thuộc vào nồng độ chất tan, cấu tạo mạng tế bào và tốc độ hạ
nhiệt của môi trường xung quanh. Theo N.A.Macxicop, mối liên quan giữa nhiệt độ môi
trường và nhiệt độ quá lạnh được thể hiện dưới bảng sau:
Bảng 1.2. Quan hệ giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ q lạnh, điểm đóng băng
Nhiệt độ mơi trường lạnh đơng ((̊C)

Nhiệt độ q lạnh ((̊C)

Điểm đóng băng ((̊C)

-2,9


-1,6

-1,22

-5,8

-2,05

-1,45

-11,1

-2,5

-1,54

1.1.3.1. Điểm quá lạnh của nước trong thủy sản

Điểm quá lạnh là nhiệt độ thấp nhất để xảy ra kết tinh đá. Khi hạ nhiệt độ dưới
0°C, các dạng nước trong thủy sản đóng băng dần dần tùy mức độ liên kết của chúng
trong tế bào, liên kết yếu thì nhiệt độ lạnh đơng tăng, liên kết mạnh thì nhiệt độ lạnh đông
thấp hơn, được khái quát ở bảng sau:
Bảng 1.3. Nhiệt độ quá lạnh của các dạng nước trong thủy sản
Dạng nước

Nước tự do – cấu trúc

Nước bất động


Nước liên kết

Điểm quá lạnh tql

-1 ÷ -1,5°C

-1,5÷20°C

-20÷-65°C

Thực hiện nhiệt độ quá lạnh sẽ có ảnh hưởng đến chất lượng của kỹ thuật lạnh
đông. Nếu độ quá lạnh càng lớn (At ql) (nhiệt độ quá lạnh thấp), sự tạo thành tinh thể sẽ
chậm nhưng khi tạo được thì xảy ra nhanh chóng, đồng loạt và hạt tinh thể rất nhuyễn.
Nhưng Atql tăng đến một mức nào đó sẽ khơng tạo được tinh thể mà chỉ tạo được chất rắn
vơ định hình (dạng thủy tinh thể). Điểm quá lạnh là nhiệt độ quá lạnh thấp nhất để có kết
tinh đá. Ở thủy sản, điểm quá lạnh bình quân thường là -5°C [3].
Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh, làm tăng 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 một mức cao

14


nhất và dừng ở đó một lúc để hồn thành q trình đóng băng (nước tự do - cấu trúc) đây
là điểm đóng băng. Sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ.

Hình 1.1. Q trình hình thành điểm đóng băng
Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh, tỏa ra ẩn nhiệt đóng băng làm tăng nhiệt
độ sản phẩm. Nhiệt độ ẩn phẩm tăng lên đến một mức cao nhất và dừng đến thời điểm
hồn thành q trình đóng băng, đây là điểm đóng băng [3].

1.1.3.2. Cơ chế đóng băng thủy sản

Trước tiên, điểm quá lạnh làm xuất hiện mầm tinh thể đá ở gian bào (khoảng trống
giữa các tế bào) mà khơng xuất hiện trong tế bào vì nồng độ chất tan trong nước tự do ở
gian bào rất thấp so với trong tế bào. Khi đến điểm đóng băng, đa phần nước tự do ở gian
bào kết tinh và làm tăng nồng độ chất tan lên, làm cho nước trong tế bào ra ngoài gian bào
qua màng bán thấm của tế bào.
Nếu tốc độ thoát nhiệt kết tinh thấp hơn mức độ vận chuyển của nước ra (tức độ hạ
nhiệt chậm) thì có sự dưỡng tính, nghĩa là khơng có sự tạo thành tinh thể 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
thể đá 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 luôn cao hơn trong tế bào vì nhiệt độ lạnh
15


khó xâm nhập vào trong tế bào. Nếu tốc độ thốt nhiệt lớn (độ hạ nhiệt nhanh) thì tinh thể
đá hình thành ở cả trong tế bào và gian bào, tinh thể đá sẽ mịn và đều hơn.
Do đó, hạ nhiệt sản phẩm với tốc độ chậm sẽ làm tế bào mất nước, tinh thể đá to ở
gian bào chèn ép làm rách màng tế bào, cấu tạo mô cơ bị biến dạng, giảm sút phẩm chất
sản phẩm. Khi nước tự do đã đóng băng hết thì đến nước liên kết đóng băng, bắt đầu từ
nước có mối liên kết yếu nhất dần dần tới nước liên kết mạnh [3].
1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình lạnh đơng thủy sản
1.1.4.1. Tính chất của bán thành phẩm trước khi làm lạnh đông

Nguyên liệu trước khi lạnh đông càng ấm, q trình lạnh đơng càng dài. Vì vậy
thủy sản nên giữ lạnh trước khi làm lạnh động để duy trì phẩm chất, đồng thời rút ngắn
q trình lạnh đơng và yêu cầu làm lạnh. Điển hình như đối với cá thu có đường kính ở
thân là 150mm thì khi lạnh đông cẩn đến 7 giờ nếu nhiệt độ ban đầu của cá là 35°C và chỉ
cần 5 giờ khi nhiệt độ ban đầu là 5°C.

Đối với các bán thành phẩm càng dày, q trình lạnh đơng càng kéo dài. Đối với
những sản phẩm dày dưới 50mm, nếu tăng gấp đôi bề dày có thể làm thời gian lạnh đơng
tăng gấp 2 lần. Nếu tăng bề dày các sản phẩm dày 100mm lại kéo dài q trình lạnh đơng
gấp 4 lần.
Hình dạng thủy sản hoặc sản phẩm thủy sản ảnh hưởng đáng kể đến quá trình làm
lạnh động. Trong một máy đông dùng làm lạnh dông cá rời từng con, loại cá trịn mình dễ
làm lạnh đơng hơn loại cá dẹp có cùng bề dày [3].
1.1.4.2. Diện tích tiếp xúc và mật độ sản phẩm

Trong máy đồng bản phẳng, tiếp xúc kém giữa sản phẩm và bản phẳng làm kéo dài
quá trình lạnh đơng. Tiếp xúc kém do nước đá đóng trên bản phẳng, hộp chứa sản phẩm
chông chênh không đều, hộp sản phẩm chưa đầy hoặc để khoảng trống (lỗ trống) trên mặt
khối sản phẩm dẫn đến truyền nhiệt cho sản phẩm kém. Những lỗ trống ở lớp mặt khối

16


sản phẩm thường kéo theo những lỗ trống bên trong làm giảm mật độ sản phẩm (hay độ
chặt của sản phẩm).
1.1.4.3. Thời gian lạnh đông

Thời gian lạnh đông là thời gian cần thiết để hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban
đầu đến một nhiệt độ mong muốn tại trung tâm sản phẩm. Hầu hết các quy trình lạnh
đơng đều yêu cầu nhiệt độ trung bình hoặc cân bằng của thủy sản lạnh đông phải giảm
xuống bằng nhiệt độ trữ đơng. Do đó, cần chọn nhiệt độ cuối cùng ở tâm sản phẩm để
đảm bảo nhiệt độ trung bình của sản phẩm giảm xuống đến trị số bảo quản đó.
Nhiệt độ trung bình cuối cùng (tf) là trung bình cộng của nhiệt độ cuối ở bề mặt sản
phẩm (tfs) và nhiệt độ cuối ở tâm sản phẩm (tfc):
tf = (tfs + tfc)


(1.1)

tfc = 2tf – tfs
Với tf = -18 ̊C - nhiệt độ trữ đông phổ biến hiện nay
tfs = 0,7 tc = 0,7 (-35) = -24,5℃
Trong đó: tc là nhiệt độ làm lạnh đông.
tfc = 2 (-18) – (-24,5) = -36 + 24,5 = -11,5℃
Vậy nhiệt độ trung tâm sản phẩm tối thiểu là -12℃ mới kết thúc thời gian lạnh
đông.
1.1.4.4. Thiết bị cấp đông

Tùy vào đặc tính sản phẩm, số lượng ngun liệu mà sẽ có các thiết bị cấp đông
khác nhau. Đối với thiết bị cấp đông tiếp xúc, sử dụng dạng sản phẩm dạng khối như
mực, bạch tuộc với số lượng lớn. Thiết bị cấp đông kiểu băng chuyền sử dụng dạng sản
phẩm rời như các loại tơm với số lượng lớn, cịn thiết bị tủ đơng gió, dạng sản phẩm sử
dụng là dạng rời như các loại có fillet tuy nhiên với số lượng nhỏ.
17


1.1.5. Các phương pháp lạnh đông
1.1.5.1. Lạnh đông bằng hỗn hợp nước đá và muối

Phương pháp này được thực hiện ở những nơi khơng có nhà máy lạnh, dựa vào sự
hòa tan của muối vào nước đá tạo nên một hỗn hợp sinh hàn. Phương pháp có nhược điểm
là gây tổn thất nhiều và làm mất đi các tính chất bề mặt ngun liệu.
1.1.5.2. Lạnh đơng bằng khơng khí

Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt ống lạnh trong chứa ammoniac lên
trên những tấm giá trong một căn phòng rồi bày sản phẩm lên trên. Tác dụng truyền nhiệt
sẽ làm cho phần sản phẩm tiếp giáp với ống lạnh phải lạnh đồng trong khi tác dụng đối

lưu tự nhiên của khơng khí xung quanh ống cũng làm cho các phần khác lạnh đơng.
Nhiệt độ ướp đơng có thể đạt đến -23°C. Thời gian lạnh đông khá dài, từ 12,7 giờ,
phương pháp này được gọi là phương pháp lạnh đông chậm.
1.1.5.3. Lạnh đơng bằng quạt gió

Phương pháp này được thực hiện bằng cách dùng ống lạnh hạ nhiệt độ không khí
xuống -23 ÷ -40℃ rồi dùng máy quạt thổi hơi lạnh đó vào một đường hầm với tốc độ 2 ÷
15 m/s. Thủy sản để trên dây chuyền hay trên xe để đưa vào đường hầm. Khơng khí càng
lạnh thì sự kết đông càng nhanh, lượng nước mất đi càng ít.
1.1.5.4. Lạnh đơng bằng nước muối lạnh

Phương pháp này có 2 phương thức thực hiện:
• Ngâm trong nước muối: Cá được xếp vào giỏ lưới rồi nhúng vào bể nước
muối được làm lạnh bởi giàn bốc hơi amoniac. Nước muối được lưu động
bằng máy bơm, có độ lạnh -18°C. Thời gian lạnh đơng là 3 giờ.
• Phun nước muối lạnh: Cá vận chuyển trên băng chuyền và được phun nước
muối lạnh -25°C. Khi đã lạnh đông, cá được phun nước sạch 20°C để rửa
muối bám lên cá, cuối cùng cá được phun nước 0°C để mạ bằng trước khi
chuyển về kho bảo quản. Theo cách này, thời gian lạnh đông ngắn hơn mà
18


hao hụt trọng lượng lại rất ít, lượng muối ngấm vào giảm thiểu nhiều. Tuy
nhiên cá vẫn bị ngấm một phần nước muối nên để lâu màu sắc sẽ biến đổi
1.1.5.5. Lạnh đông bằng tiếp xúc với tấm kim loại

Phương pháp này được thực hiện bằng cách kẹp sản phẩm giữa hai tấm kim loại
(hay bản phẳng) có chứa đường ống dẫn tác nhân lạnh bên trong. Như vậy việc làm lạnh
xảy ra trực tiếp xuyên qua lớp kim loại nên thời gian làm lạnh đông ngắn (2 - 10 giờ).
Nhiệt độ lạnh đông đến -40°C.

1.1.5.6. Lạnh đông cực nhanh

Phương pháp này là kỹ thuật làm lạnh tiên tiến sử dụng môi chất lạnh là CO2 lỏng,
các freon lỏng hoặc các khí hố lỏng khác. Đặc điểm quan trọng của q trình này là làm
đơng cực nhanh đến nhiệt độ rất thấp (từ -30 đến -40°C) được thiết kế để ngăn chặn hoạt
động của các vi sinh vật gây thối rữa và hư hỏng thực phẩm. Thời gian lạnh đông cực
nhanh của sản phẩm chỉ trong khoảng 5 đến 10 phút, từ đó năng suất tăng lên nhiều lần và
giảm được hao hụt khối lượng sản phẩm đến từ 3 đến 4 lần. Sản phẩm lạnh đông cực
nhanh hầu như bảo đảm hầu như nguyên vẹn phẩm chất tươi sống của nguyên liệu ban
đầu.
Trong phương pháp lạnh đông cực nhanh, có hai dạng sản phẩm được sản xuất bao
gồm dạng rời và dạng khối, trong đó:
Lạnh đơng dạng rời:
 Các cá thể thực phẩm khơng có sự liên kết với nhau do hiện tượng liên kết
của nước. Phương pháp này chỉ phù hợp khi áp dụng cho những trường hợp
về cấu trúc chất lượng thực phẩm có thể chịu được sự ảnh hưởng của các tác
động do môi trường không khí trong suốt q trình lạnh đơng và bảo quản.
Thực phẩm làm đông rời thực hiện chủ yếu trong môi trường khơng khí và
thiết bị làm đơng có thể là tủ đông tiếp xúc hoặc thiết bị băng chuyền cấp
đông nhanh IQF [1].
19


 Một trong số các dung môi được sử dụng phổ biến ở thiết bị cấp đông cực
nhanh dạng băng chuyền IQF tại các nước phát triển hiện nay là nitơ lỏng.

Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị cấp đơng cực nhanh dạng băng chuyền IQF sử dụng nito lỏng
 Nguyên liệu được chuyển trên băng chuyển và khí nitơ lỏng được phun trực
tiếp vào cá. Khí nitơ lỏng bốc hơi phát sinh nhiệt độ thấp -196°C làm lạnh
đông sản phẩm trong 5-10 phút (bằng 1/60 thời gian làm lạnh đông nhanh).

Lạnh đông dạng khối :
 Các cá thể thực phẩm liên kết với nhau nhờ sự liên kết của nước. Trong
phương pháp này, lớp nước đá bao bọc trên bề mặt thực phẩm có tác dụng
bảo vệ cho thực phẩm chống lại những tác động của mơi trường khơng khí
trong suốt q trình lạnh đơng và bảo quản. Khơng những vậy, nó cịn có tác
dụng chống lại những tác động cơ học trong khi vận chuyển, đồng thời giữ
cho nhiệt độ bên trong của sản phẩm ổn định hơn.
 Thực phẩm làm đông khối trong những khuôn kim loại và có thể làm đơng
trong những mơi trường khác nhau, thường gặp nhất là trong tủ đông tiếp
xúc [1].

20


1.1.6. Các biến đổi của thủy sản trong quá trình làm lạnh đông
1.1.6.1. Biến đổi vi sinh vật

Khi thủy sản hạ nhiệt xuống đến điểm đóng băng, vi sinh vật hoạt động chậm lại,
xuống đến -10°C vị trùng các loại không phát triển được nhưng men mốc chưa bị ức chế.
Phải xuống đến -15°C men mốc mới ngừng phát triển. Do đó nhiệt độ dưới -15°C sẽ ngăn
chặn được vị trùng lẫn men mốc vì ở khoảng nhiệt độ này ẩm độ thủy sản chỉ xấp xỉ trên
dưới 10%. Tuy nhiên, người ta thấy rằng ở nhiệt độ -20°C vẫn cịn vài loại vi trùng sống
được. Ngồi ra, ở khoảng nhiệt độ -1 ÷ -5°C gần như đa số nước tự do của tế bào thủy sản
kết tinh thành đá. Nếu lạnh động chậm, các tinh thể nước đá to, sắc làm vỡ tế bào vi trùng
mạnh nhất ở giai đoạn này. Do đó phương pháp lạnh đơng chậm tiêu diệt vi trùng hơn là
phương pháp lạnh đông nhanh nhưng lại gây hại cho thể chất của sản phẩm.
1.1.6.2. Biến đổi hóa học

Biến đổi chất đạm: Ở -20°C chất đạm bị động lại, sau sáu tháng bảo quản có phân
giải nhẹ. Ở khoảng nhiệt độ -1 ÷ 5°C, protein bị biến tính, đặc biệt myosin bị kết tủa. Thời

gian lạnh đơng càng kéo dài (chậm) thì protein càng bị biến tính. Làm lạnh đơng nhanh sẽ
đỡ bị biến tính protein. Dưới -20°C thì protein hầu như khơng bị biến tính.
Biến đổi chất béo: Cá béo dễ bị oxy hóa chất béo. Chất béo bị hóa chua (thủy
phân) và hàm lượng axit béo ở thể tự đo phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian bảo quản.
Nếu nhiệt độ -12°C sau 10 tuần chỉ số peroxide tăng lên rõ rệt, sau 30 tuần chỉ số này
vượt quá quy định về phẩm chất vệ sinh. Tính chất hịa tan của vitamin A trong mơ cũng
thay đổi, chất mỡ sẽ đặc lại và dẻo.
Biến đổi glucid: Khi lạnh động chậm, glycogen phân giải ra nhiều acid lactic ở
nhiệt độ thấp hơn là ở trường hợp lạnh đơng nhanh.
Biến đổi vitamin và chất khống: Vitamin ít bị mất trong giai đoạn lạnh đơng, đa
số bị mất trong lúc chế biến, rửa. Ở nhiệt độ lạnh, vitamin A tỏ ra bền vững, vitamin B, PP
mất một ít. Vitamin C mất nhiều khi sản phẩm mất nước, chảy lạnh. Bị hao hụt toàn bộ
phải kể đến vitamin F. Tơm làm lạnh đơng khơng cịn vitamin E nữa. Nhiệt độ lạnh không
21


ảnh hưởng lên chất khoáng nhưng do sự biến đổi cơ cấu sản phẩm khi làm lạnh đông
khiến hao hụt một lượng lớn khoáng chất tan trong dịch tế bào chảy ra ngồi khi rã đơng.
1.1.6.3. Biến đổi vật lý

Tăng thể tích: Nước trong thủy sản đóng băng làm tăng thể tích lên 10%.
Thay đổi màu sắc: Do mất nước, các sắc tố hemoglobin, mioglobin và hemoxyanin
chuyển thành methemoglobin, motmioglobin và methemoxyanin làm màu thủy sản sậm
lại. Ngoài ra do tốc độ lạnh đông chậm hay nhanh, tinh thể băng hình thành lớn hay nhỏ
mà có tiết xạ quang học khác nhau. Tinh thể bằng nhỏ thì thủy sản đơng lạnh có màu nhạt
hơn thủy sản làm lạnh động chậm có tinh thể băng to.
Giảm trọng lượng: Hình thức thiệt hại khác là thủy sản dán chặt vào mâm cấp đông
hoặc băng chuyển, làm trốc mất một phần trọng lượng khi tách khỏi mâm. Nếu xịt nước
dưới mặt đáy để tách sản phẩm sẽ hạn chế được thiệt hại này.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về hệ thống lạnh đơng thủy sản

1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước

Các cơng trình nghiên cứu về xây dựng phương pháp xác định tỷ lệ nước đóng
băng trong tơm sú trong q trình lạnh đơng được thực hiện bởi Nguyễn Tấn Dũng, và
cộng sự 2012. Cơng trình nghiên cứu về mơ hình truyền nhiệt trong q trình lạnh đơng
của xúc xích cá basa Việt Nam được thực hiện bởi Nguyễn Tấn Dũng để xác định chế độ
công nghệ và các thông số kỹ thuật đặc trưng [4].
Cơng trình nghiên cứu được thực hiện bởi Đỗ Hữu Hồng năm 2017 mơ phỏng
q trình cấp đơng cá tra fillet trên băng chuyền IQF. Các kết quả tính tốn lý thuyết của
cơng trình trên cho phép đánh giá ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ môi trường làm lạnh
và ảnh hưởng của thay đổi vận tốc khơng khí lạnh đến thời gian cấp đơng [5].
Ngồi ra, cơng trình nghiên cứu về việc tính tốn thời gian cấp đông thực phẩm
dạng trụ vô hạn và cầu trên hệ thống cấp đông nhanh băng chuyền IQF của Nguyễn Bốn

22


và các cộng sự, năm 2015 đã đề ra phương pháp đơn giản và nhanh chóng để dự đốn thời
gian đóng băng cho vật ẩm [6].
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngồi nước

Đối với các nghiên cứu ngồi nước, nhiều cơng trình nghiên cứu được thực hiện,
tiêu biểu là các cơng trình nghiên cứu về hệ thống lạnh đơng nhanh thủy sản dạng băng
chuyền, dạng khay tiếp xúc được công bố bởi tác giả người Đài Loan Ju-Chia Kou,
Hsinchu năm 1995. Sau đó, các cơng trình nghiên cứu về hoạt động của enzym nội sinh
và chất lượng hải sản trong sau q trình lạnh đơng được thực hiện bởi ZE Sikorski, E
Kotakowski, 2000.
Vào năm 2010, nghiên cứu về tính ổn định thành phần hóa học của thủy sản trong
q trình lạnh đông và bảo quản được thực hiện bởi L Dahl, M Molin, H Amlund, HM
Meltzer, K Julshamn năm 2010. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy sự ổn định của các

hợp chất asen trong các mẫu tươi và đông lạnh của các mẫu thủy sản đông lạnh không
khác nhau. Đối với vẹm xanh, nồng độ asen tổng giảm đáng kể sau khi bảo quản. Hàm
lượng ion tetramethylarsonium thấp ở tất cả các loại mẫu, nhưng tăng đáng kể ở tất cả các
mẫu chiên của thủy sản đông lạnh. Khi bảo quản bằng cách đông lạnh, hàm lượng
arsenobetaine đã giảm đáng kể trong các mẫu vẹm xanh [7].
1.3. Nguyên liệu tơm sú

Tơm sú có tên khoa học là Penaeus Monodon Fabracius, chúng thuộc loài động vất
máu lạnh, thân nhiệt thay đổi theo nhiệt độ mơi trường bên ngồi. Vì vậy, nhiệt độ của
môi trường sinh trưởng ảnh hưởng đến nhiều mặt trong đời sống của tơm sú như hơ, tiêu
hóa, miễn nhiễm với bệnh tật và tăng trưởng [8].
Tôm sú được thu hoạch từ tháng 4 đến tháng 9 là chủ yếu, sản lượng đat cao nhất
là tháng 5, 6 và 7 trong năm. Chính vì tính chất mùa vụ của nguyên liệu tôm sú như vậy
nên các kỹ thuật bảo quản cấp đơng đóng vai trị quan trọng trong các nhà máy chế biến
thực phẩm để đảm bảo tồn trữ, đáp ứng nguồn nguyên liệu ổn định quanh năm.

23


1.3.1. Đặc điểm hình thái của tơm sú

Tơm sú thường có màu sẫm, với các dải màu đen và trắng ở bụng. Phần cịn lại của
cơ thể có thể thay đổi từ nâu nhạt đến xanh lam hoặc đỏ, trong khi một số lồi nhỏ hơn có
dải lưng màu đỏ sậm từ phần chủy đến đốt bụng thứ sáu [9].

Hình 1.3. Cấu tạo của tôm sú

Cấu tạo của tôm sú bao gồm:
24



 Chủy: cứng, có răng cưa. Phía trên chủy có 7-8 răng, dưới chủy có 3 răng.
 Đơi mắt kép: có cuống mắt
 Mũi khứu giác và râu: là cơ quan nhận biết và giữ thăng bằng cho tôm.
 3 cặp chân hàm: gồm một đôi lớn, 2 đôi nhỏ có chức năng lấy thức ăn và bơi lội.
 5 cặp chân bị: có chức năng lấy thức ăn và bò trên mặt đất
 5 cặp chân bơi: nằm dưới bụng có chức năng bơi.
 Phần bụng: có 7 đốt. Hầu hết cơ quan nội tạng nằm ở phần đầu ngực, phần bụng là
phần có giá trị kinh tế, là đối tượng của mọi công nghệ chế biến.
 Đuôi: gồm 1 cặp chân đi để tơm có thể nhảy xa, điều chỉnh bơi lên cao hay
xuống thấp.
 Bộ phận sinh dục: nằm phía dưới bụng.
1.3.2. Tính chất vật lý của tơm sú ảnh hưởng đến q trình lạnh đơng
1.3.2.1. Kích thước

Tơm sú là loại tơm có giá trị kinh tế cao nhất, có kích thước tối đa có thể lên đến
336 mm (Dore và Frimodt, 1987). Ở tôm đực trưởng thành có trọng lượng cơ thể trung
bình khoảng 33g, chiều dài khoảng 134 mm. Trong khi tôm cái trưởng thành có trọng
lượng cơ thể từ 82 - 97g, chiều dài khoảng 180 - 190 mm. Tuy nhiên, tơm sú có chiều dài
khai thác vào khoảng 150- 250mm với khối lượng 50 - 150g [9].

25