Đông lạnh là một trong những phương pháp bảo quản thực phẩm lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Cho phép lưu giữ hương vị, kết cấu và giá trị dinh dưỡng trong thực phẩm tốt hơn bất kỳ phương pháp nào khác. Quá trình đông lạnh là sự kết hợp của những tác động có lợi của nhiệt độ thấp mà tại đó vi sinh vật không thể phát triển. Các phản ứng hóa học bị giảm và các phản ứng trao đổi chất tế bào bị đình trệ (Delgado và Sun, 2000). Đông lạnh trái cây.
Mục lục
1.1 Tầm quan trọng của đông lạnh như một phương pháp bảo quản
Bảo quản cấp đông giữ được chất lượng nông sản trong thời gian bảo quản dài. Là một phương pháp bảo quản lâu dài đối với trái cây và rau quả. Đông lạnh thường được coi là tốt hơn so với đóng hộp và khử nước, liên quan đến việc duy trì các thuộc tính cảm quan và đặc tính dinh dưỡng (Fennema, 1977). Chất lượng an toàn và dinh dưỡng của các sản phẩm đông lạnh được chú trọng khi sử dụng nguyên liệu chất lượng cao, áp dụng quy trình sản xuất tốt trong quá trình bảo quản và sản phẩm được giữ ở nhiệt độ quy định.
Sự cần thiết của việc cấp đông và bảo quản đông lạnh
Cấp đông đã được sử dụng thành công để bảo quản lâu dài nhiều loại thực phẩm, mang lại thời hạn sử dụng kéo dài đáng kể. Quá trình này liên quan đến việc hạ nhiệt độ sản phẩm nói chung xuống -18 ° C hoặc thấp hơn (Fennema et al., 1973). Trạng thái vật lý của nguyên liệu thực phẩm bị thay đổi khi loại bỏ năng lượng bằng cách làm lạnh dưới nhiệt độ đóng băng. Cực lạnh chỉ đơn giản là làm chậm sự phát triển của vi sinh vật và làm chậm các biến đổi hóa học ảnh hưởng đến chất lượng hoặc làm cho thực phẩm bị hư hỏng (George, 1993).
Cạnh tranh với các công nghệ mới trong chế biến thực phẩm tối thiểu. Đông lạnh công nghiệp là phương pháp thỏa đáng nhất để bảo quản chất lượng trong thời gian bảo quản dài (Arthey, 1993). Khi so sánh về việc sử dụng năng lượng, chi phí và chất lượng sản phẩm. Cấp đông đòi hỏi thời gian xử lý ngắn nhất. Bất kỳ phương pháp bảo quản thông thường nào khác tập trung vào trái cây và rau quả. Bao gồm khử nước và đóng hộp, đều cần ít năng lượng hơn khi so sánh với mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình đông lạnh và bảo quản. Tuy nhiên, khi ước tính chi phí tổng thể, chi phí đông lạnh có thể được giữ ở mức thấp (hoặc thấp hơn) như bất kỳ phương pháp bảo quản thực phẩm nào khác (Harris và Kramer, 1975).
Thực trạng ngành thực phẩm đông lạnh ở Mỹ và các nước khác
Thị trường thực phẩm đông lạnh là một trong những lĩnh vực lớn nhất và năng động nhất của ngành công nghiệp thực phẩm. Bất chấp sự cạnh tranh đáng kể giữa ngành công nghiệp thực phẩm đông lạnh và các lĩnh vực khác, số lượng lớn thực phẩm đông lạnh đang được tiêu thụ trên toàn thế giới. Ngành công nghiệp này gần đây đã phát triển với giá trị hơn 75 tỷ đô la Mỹ ở Hoa Kỳ và Châu Âu cộng lại. Con số này đã đạt 27,3 tỷ đô la Mỹ vào năm 2001 đối với tổng doanh thu bán lẻ thực phẩm đông lạnh chỉ tính riêng ở Mỹ (AFFI, 2003). Ở Châu Âu, tính theo đồng tiền của Mỹ, tiêu thụ thực phẩm đông lạnh cũng đạt 11,1 triệu tấn ở 13 quốc gia vào năm 2000 (Quick Frozen Foods International, 2000). Bảng 1 thể hiện sự phân chia của ngành thực phẩm đông lạnh về doanh thu hàng năm trong năm 2001.
Ưu điểm của công nghệ cấp đông ở các nước đang phát triển
Các nước phát triển, chủ yếu là Mỹ, chiếm ưu thế trong thương mại quốc tế về trái cây và rau quả. Mỹ được xếp hạng số một về cả xuất nhập khẩu. Chiếm tỷ trọng cao nhất về sản phẩm tươi sống trong thương mại thế giới. Tuy nhiên, nhiều nước đang phát triển vẫn dẫn đầu về xuất khẩu trái cây và rau quả tươi ngoại sang các nước phát triển (Mallett, 1993).
Đối với các nước đang phát triển, việc áp dụng phương pháp bảo quản đông lạnh là thuận lợi với một số cân nhắc chính. Từ quan điểm kỹ thuật, quá trình đông lạnh là một trong những phương pháp bảo quản thực phẩm thuận tiện và dễ dàng nhất so với các kỹ thuật bảo quản thương mại khác. Sự sẵn có của các loại thiết bị khác nhau cho một số sản phẩm thực phẩm khác nhau dẫn đến một quy trình linh hoạt. Trong đó việc giảm chất lượng thực phẩm ban đầu là tối thiểu với các quy trình áp dụng thích hợp. Như đã đề cập trước đó, vốn đầu tư cao cho ngành công nghiệp đóng băng thường đóng một vai trò quan trọng về tính khả thi kinh tế của quá trình này ở các nước đang phát triển. Đối với phân bổ chi phí, quá trình đông lạnh và lưu trữ về tiêu thụ năng lượng chiếm khoảng 10% tổng chi phí (Người và Lohndal, 1993). Tùy thuộc vào các quy định của chính phủ, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, chi phí năng lượng cho các nhà sản xuất có thể được trợ cấp bằng cách giảm đơn giá hoặc giảm phần trăm thuế để tăng cường sản xuất. Do đó, để xác định mức độ tiện lợi kinh tế của quá trình, chi phí liên quan đến tiêu thụ năng lượng (theo biểu giá năng lượng) cần được xem xét. Giá điện của một số quốc gia được đưa ra trong Bảng 2.
Bảng 1. Ngành thực phẩm đông lạnh xét theo doanh thu hàng năm năm 2001
(Nguồn: Tài nguyên Thông tin)
| Các mặt hàng thực phẩm | Doanh thu US $ (triệu) | % Thay đổi so với 2000 |
| Tổng doanh số thực phẩm đông lạnh | 26 600 | 6.1 |
| Đồ nướng | 1 400 | 9.0 |
| Thức ăn sáng | 1 050 | 4.1 |
| Mới lạ | 1 900 | 10,5 |
| Kem | 4 500 | 5,7 |
| Món tráng miệng đông lạnh / Trái cây / Toppings | 786 | 5,4 |
| Nước trái cây / Đồ uống | 827 | -9,7 |
| Rau | 2 900 | 4.3 |
Nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng ở các nước đang phát triển do quá trình hiện đại hóa
Tỷ lệ thực phẩm tươi sống được bảo quản bằng đông lạnh có liên quan nhiều đến mức độ phát triển kinh tế trong xã hội. Khi các quốc gia trở nên giàu có hơn, nhu cầu của họ đối với các mặt hàng có giá trị cao tăng lên, chủ yếu do ảnh hưởng của thu nhập đối với việc tiêu thụ các mặt hàng có giá trị cao ở các nước đang phát triển. Các mặt hàng được bảo quản bằng phương pháp đông lạnh thường là những mặt hàng dễ hư hỏng nhất và cũng có giá cao nhất. Do đó, nhu cầu đối với những mặt hàng này ít hơn ở các khu vực đang phát triển. Bên cạnh đó, nhu cầu về công nghệ thích hợp cho quá trình cấp đông là hạn chế lớn của các nước đang phát triển trong việc cạnh tranh với các nước công nghiệp. Ngành công nghiệp thực phẩm đông lạnh đòi hỏi sự phát triển và phương tiện đi kèm để vận chuyển, lưu trữ và tiếp thị sản phẩm của họ từ nhà máy chế biến đến người tiêu dùng (Mallett, 1993). Vì vậy, cần một lượng vốn đầu tư lớn cho các loại hình cơ sở vật chất này. Đối với các nước đang phát triển, đặc biệt là ở các vùng nông thôn hoặc bán nông thôn, ngành thực phẩm đông lạnh do đó chưa được phát triển vượt trội so với các nước khác.
Trong những năm gần đây, do sự thay đổi của người tiêu dùng, ngành thực phẩm đông lạnh đã thay đổi đáng kể. Xu hướng chính trong hành vi tiêu dùng được ghi nhận trong nửa thế kỷ qua là sự gia tăng số lượng phụ nữ đi làm và giảm quy mô gia đình. Hai yếu tố này làm giảm thời gian chuẩn bị thức ăn. Sự gia nhập của nhiều phụ nữ hơn vào lực lượng lao động cũng dẫn đến những cải tiến trong các thiết bị nhà bếp và làm tăng sự thay đổi của các loại thực phẩm chế biến sẵn hoặc đông lạnh có sẵn trên thị trường. Bên cạnh đó, việc gia tăng sử dụng lò vi sóng, ảnh hưởng đến thói quen thực phẩm nói chung và thị trường thực phẩm đông lạnh nói riêng, cũng như cho phép chuẩn bị bữa ăn nhanh chóng và linh hoạt hơn trong việc chuẩn bị bữa ăn. Ngành công nghiệp thực phẩm đông lạnh giờ chỉ bị giới hạn bởi trí tưởng tượng,
Thị phần rau quả đông lạnh
Ngày nay trong xã hội hiện đại, rau quả đông lạnh là một nhóm thực phẩm lớn và quan trọng trong số các sản phẩm thực phẩm đông lạnh khác (Arthey, 1993). Sự phát triển lịch sử của các hệ thống cấp đông thương mại được thiết kế cho các mặt hàng thực phẩm đặc biệt đã giúp hình thành thị trường thực phẩm đông lạnh. Những đổi mới công nghệ ngay từ năm 1869 đã dẫn đến sự phát triển thương mại và tiếp thị một số thực phẩm đông lạnh. Các sản phẩm ban đầu bị hạn chế phân phối thông qua các cơ sở bán lẻ do nguồn cung cơ điện lạnh không đủ. Phân phối bán lẻ thực phẩm đông lạnh trở nên quan trọng với sự phát triển của rau đông lạnh thương mại vào năm 1929.
Ngành công nghiệp rau đông lạnh chủ yếu phát triển sau khi phát triển các phương pháp chần và chế biến khoa học vào những năm 1940. Chỉ sau khi đạt được thành công trong việc ngăn chặn sự phân hủy enzym, rau đông lạnh mới có được sức hút mạnh mẽ ở các cơ sở và bán lẻ. Ngày nay, các nghiên cứu thị trường chỉ ra rằng nếu xét tổng thể mức tiêu thụ thực phẩm đông lạnh, thì rau đông lạnh chiếm một tỷ trọng rất đáng kể trong danh mục thực phẩm đông lạnh thế giới (trừ kem) ở Áo, Đan Mạch, Phần Lan, Pháp, Đức, Ý, Hà Lan, Na Uy, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Vương quốc Anh và Hoa Kỳ. Sự phân chia của rau đông lạnh theo doanh thu hàng năm trong năm 2001 được trình bày trong Bảng 3.
Lịch sử thương mại hóa trái cây đông lạnh lâu đời hơn rau đông lạnh. Việc đóng băng thương mại trái cây nhỏ và quả mọng bắt đầu ở miền đông Hoa Kỳ vào khoảng năm 1905 (Desrosier và Tressler, 1977). Ưu điểm chính của việc bảo quản trái cây bằng đông lạnh là kéo dài thời gian sử dụng trái cây đông lạnh trong thời gian trái vụ. Ngoài ra, trái cây đông lạnh có thể được vận chuyển đến các thị trường xa xôi mà trái cây tươi không thể tiếp cận được. Ngoài ra, bảo quản đông lạnh giúp bạn có thể chế biến thêm các sản phẩm trái cây quanh năm, chẳng hạn như mứt, nước trái cây và xi-rô từ trái cây nguyên quả đông lạnh, lát hoặc bột giấy. Tóm lại, việc bảo quản trái cây bằng phương pháp đông lạnh rõ ràng đã trở thành một trong những phương pháp bảo quản quan trọng nhất.
Xu hướng tương lai trong công nghệ đông lạnh
Ngành công nghiệp thực phẩm đông lạnh rất dựa trên nền tảng khoa học và công nghệ hiện đại. Bắt đầu với sự phát triển lịch sử đầu tiên trong việc bảo quản đông lạnh thực phẩm, ngày nay, sự kết hợp của một số yếu tố ảnh hưởng đến việc thương mại hóa và sử dụng công nghệ cấp đông. Sự tăng trưởng trong tương lai của thực phẩm đông lạnh hầu hết sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố kinh tế và công nghệ. Tăng trưởng dân số, thu nhập cá nhân, chi phí tương đối của các dạng thực phẩm khác, thay đổi khẩu vị và sở thích, và những tiến bộ công nghệ trong phương pháp đông lạnh là một số yếu tố liên quan đến tương lai của công nghệ đông lạnh (Enochian và Woolrich, 1977).
Sự gia tăng dân số và nhu cầu lương thực ngày càng tăng đã tạo ra nhu cầu sản xuất thương mại các mặt hàng lương thực trong các hoạt động quy mô lớn. Do đó, sự sẵn có của các thiết bị thích hợp phù hợp cho quá trình chế biến liên tục sẽ có giá trị cho các phương pháp bảo quản đông lạnh. Ngoài việc phụ thuộc vào thu nhập cá nhân, giá thành tương đối của sản phẩm đông lạnh là một trong những yếu tố kinh tế quan trọng nhất. Sản xuất chất lượng cao nhất với chi phí thấp nhất có thể phụ thuộc nhiều vào công nghệ được sử dụng. Kết quả là, sự phát triển của công nghệ cấp đông trong những năm gần đây hầu hết được đặc trưng bởi những cải tiến trong xử lý cơ học và kiểm soát quá trình để tăng tốc độ cấp đông và giảm chi phí (George, 1993).
Ngày nay, nhu cầu ngày càng tăng đối với thực phẩm đông lạnh đã xuất hiện và sự mở rộng hơn nữa của ngành công nghiệp chủ yếu phụ thuộc vào khả năng của các nhà chế biến thực phẩm để phát triển chất lượng cao hơn trong cả kỹ thuật chế biến và sản phẩm. Cải tiến chỉ có thể đạt được bằng cách tập trung vào công nghệ mới và điều tra các yếu tố chưa được hiểu rõ ảnh hưởng đến chất lượng của các sản phẩm thực phẩm đông lạnh. Những cải tiến trong các dạng thực phẩm mới và tiện lợi, cũng như có thêm thông tin về giá thành tương đối và giá trị dinh dưỡng của thực phẩm đông lạnh, sẽ góp phần vào tăng trưởng liên tục của ngành (Desrosier và Tressler, 1977).
Bảng 3. Lượng rau đông lạnh về doanh số bán hàng năm năm 2001
(Nguồn: Tài nguyên Thông tin)
| Rau | Doanh thu US $ (triệu) | % Thay đổi so với 2000 |
| Bông cải xanh | 184 | 4.4 |
| Com / Corn on Cob | 312 | 3.5 |
| Đậu xanh | 115 | 6.0 |
| Rau trộn | 450 | 7.2 |
| Đậu Hà Lan | 207 | 3,9 |
| Những quả khoai tây | 1 070 | 4.4 |
1.2 Khuyến nghị chung về quá trình cấp đông
Đông lạnh là một phương pháp bảo quản thực phẩm được sử dụng rộng rãi dựa trên một số ưu điểm về khả năng duy trì chất lượng thực phẩm và dễ dàng chế biến. Bắt đầu với lịch sử đông lạnh sớm nhất, công nghệ này đã bị ảnh hưởng nhiều trong những năm qua bởi sự phát triển và cải tiến trong kỹ thuật đông lạnh. Để hiểu và xử lý các khái niệm liên quan đến đông lạnh thực phẩm, cần phải xem xét các yếu tố cơ bản chi phối quá trình cấp đông.
1.2.1 Công nghệ cấp đông
Đông lạnh từ lâu đã được sử dụng như một phương pháp bảo quản, và lịch sử cho thấy nó chủ yếu được hình thành bởi những phát triển công nghệ trong quá trình này. Một lượng nhỏ nước đá được sản xuất mà không sử dụng “giá lạnh tự nhiên” vào năm 1755 được coi là cột mốc đầu tiên trong quá trình đóng băng. Đầu tiên, hệ thống muối băng được sử dụng để bảo quản cá và sau đó, vào cuối những năm 1800, đông lạnh đã được đưa vào hoạt động quy mô lớn như một phương pháp bảo quản thương mại. Thịt, cá và bơ, các sản phẩm chính được bảo quản trong ví dụ ban đầu này, được đông lạnh trong các buồng bảo quản và được xử lý như hàng rời (Persson và Lohndal, 1993).
Trong những năm tiếp theo, các nhà khoa học và nhà nghiên cứu liên tục làm việc để đạt được thành công với các thử nghiệm cấp đông thương mại trên một số mặt hàng thực phẩm. Trong số các mặt hàng này, trái cây là một trong những mặt hàng quan trọng nhất vì đông lạnh trong mùa sinh trưởng cao điểm có lợi thế là bảo quản trái cây để chế biến sau này thành mứt, thạch, kem, bánh nướng và các loại thực phẩm bánh khác. Mặc dù việc đông lạnh thương mại đối với trái cây nhỏ và quả mọng lần đầu tiên bắt đầu vào khoảng năm 1905 ở miền đông Hoa Kỳ, nhưng việc đông lạnh thương mại đối với rau quả là gần đây hơn nhiều. Bắt đầu từ năm 1917, chỉ có các công ty tư nhân tiến hành thử nghiệm đông lạnh rau, nhưng không thể đạt được chất lượng tốt trong rau đông lạnh nếu không được xử lý trước do sự suy giảm của enzym. Năm 1929,
Ngành công nghiệp cấp đông hiện đại bắt đầu vào năm 1928 với sự phát triển của tủ đông tiếp xúc băng tải đôi của một nhà công nghệ tên là Clarence Birdseye. Sau cuộc cách mạng về quy trình và thiết bị cấp đông nhanh, ngành công nghiệp này trở nên linh hoạt hơn, đặc biệt là với việc sử dụng tủ đông nhiều tấm. Các phương pháp trước đó đã thành công trong việc đông lạnh cá và gia cầm, tuy nhiên với hệ thống cấp đông nhanh mới, thực phẩm đóng gói có thể được đông lạnh giữa hai đai kim loại khi chúng di chuyển qua hầm cấp đông. Cải tiến này là một lợi thế lớn trong quá trình đông lạnh trái cây và rau quả trên quy mô lớn thương mại. Hơn nữa, việc đông lạnh nhanh các gói hàng có kích thước dành cho người tiêu dùng đã giúp rau đông lạnh nhanh chóng được chấp nhận vào cuối những năm 1930.
Ngày nay, đông lạnh là phương pháp quy mô lớn duy nhất tạo cầu nối giữa các mùa, cũng như sự thay đổi trong cung và cầu nguyên liệu thô như thịt, cá, bơ, trái cây và rau quả. Bên cạnh đó, nó có thể giúp di chuyển một lượng lớn thực phẩm qua các khoảng cách địa lý (Persson và Londahl, 1993). Điều quan trọng là phải kiểm soát quá trình cấp đông, bao gồm cả việc chuẩn bị trước cấp đông và bảo quản sau cấp đông của sản phẩm, để đạt được sản phẩm chất lượng cao (George, 1993). Do đó, lý thuyết về quá trình đông lạnh và các thông số liên quan cần được hiểu rõ ràng.
1.2.2 Quy trình cấp đông
Quá trình đóng băng chủ yếu bao gồm các yếu tố nhiệt động và động học, các yếu tố này có thể chi phối lẫn nhau ở một giai đoạn cụ thể trong quá trình đóng băng (Franks, 1985). Các sự kiện nhiệt chính đi kèm với sự giảm hàm lượng nhiệt của vật liệu trong quá trình đông lạnh như được thể hiện trong Hình 1. Vật liệu được đông lạnh đầu tiên sẽ nguội xuống nhiệt độ tại đó bắt đầu tạo mầm. Trước khi băng có thể hình thành, cần phải có một hạt nhân, hoặc một hạt giống để tinh thể có thể phát triển; quá trình sản xuất hạt giống này được định nghĩa là tạo mầm. Khi tinh thể đầu tiên xuất hiện trong dung dịch, sự thay đổi pha xảy ra từ lỏng sang rắn với sự phát triển thêm của tinh thể. Do đó, tạo mầm đóng vai trò là quá trình đóng băng ban đầu, và có thể được coi là bước quan trọng dẫn đến sự thay đổi giai đoạn hoàn toàn (Sahagian và Goff, 1996).
Điểm đông lạnh của thực phẩm
Điểm đông đặc được định nghĩa là nhiệt độ tại đó tinh thể nước đá đầu tiên xuất hiện và chất lỏng ở nhiệt độ đó cân bằng với chất rắn. Nếu coi điểm đóng băng của nước tinh khiết, nhiệt độ này sẽ tương ứng với 0 ° C (273 ° K). Tuy nhiên, khi hệ thống thực phẩm được đông lạnh, quá trình này trở nên phức tạp hơn do sự tồn tại của cả nước tự do và nước liên kết. Nước đóng băng không bị đóng băng ngay cả ở nhiệt độ rất thấp. Nước không thể đông đặc chứa các chất rắn hòa tan, làm giảm điểm đóng băng của nước xuống dưới 0 ° C. Trong quá trình đóng băng, nồng độ chất rắn hòa tan tăng lên trong nước không đông lạnh, dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ đóng băng. Do đó, nhiệt độ mà tinh thể nước đá đầu tiên xuất hiện thường được coi là nhiệt độ đóng băng ban đầu.
Hình 1. Một minh họa sơ đồ của quá trình đông lạnh tổng thể.
Có một số phương pháp cấp đông thực phẩm, và tùy thuộc vào phương pháp được sử dụng, chất lượng của thực phẩm đông lạnh có thể khác nhau. Tuy nhiên, bất kể phương pháp được chọn là gì, nguyên tắc chính đằng sau tất cả các quy trình cấp đông đều giống nhau về các thông số quy trình. Viện Điện lạnh Quốc tế (IIR) đã đưa ra các định nghĩa để thiết lập cơ sở cho quá trình cấp đông. Theo định nghĩa của họ, quá trình cấp đông về cơ bản được chia thành ba giai đoạn dựa trên sự thay đổi nhiệt độ chính ở một vị trí cụ thể trong sản phẩm, như được thể hiện trong Hình 2 và 3 đối với nước tinh khiết và thực phẩm.
Bắt đầu từ giai đoạn đông lạnh sơ bộ, thực phẩm được trải qua quá trình cấp đông cho đến khi xuất hiện tinh thể đầu tiên. Nếu vật liệu bị đóng băng là nước tinh khiết, nhiệt độ đóng băng sẽ là 0 ° C và đến nhiệt độ này, sẽ có quá trình làm lạnh phụ cho đến khi bắt đầu hình thành băng. Trong trường hợp thực phẩm trong giai đoạn này, nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ đóng băng và cùng với sự hình thành của tinh thể đá đầu tiên, nhiệt độ sẽ tăng lên đến nhiệt độ đóng băng. Giai đoạn thứ hai là giai đoạn đóng băng; xảy ra sự thay đổi pha, biến nước thành nước đá. Đối với nước tinh khiết, nhiệt độ ở giai đoạn này không đổi; tuy nhiên, nó giảm nhẹ trong thực phẩm, do nồng độ các chất hòa tan ngày càng tăng trong phần nước chưa đông lạnh.
Thời gian cấp đông và tốc độ cấp đông là những thông số quan trọng nhất trong việc thiết kế hệ thống cấp đông. Chất lượng của sản phẩm đông lạnh phần lớn bị ảnh hưởng bởi tốc độ cấp đông, trong khi thời gian cấp đông được tính theo tốc độ cấp đông. Đối với các ứng dụng công nghiệp, chúng là các thông số thiết yếu nhất trong quá trình khi so sánh các loại hệ thống và thiết bị cấp đông khác nhau (Persson và Lohndal, 1993).
Hình 2. Định nghĩa thực tế của quá trình đóng băng nước tinh khiết (Mallett, 1993).
Hình 3. Định nghĩa thực tế của quá trình đông lạnh thực phẩm (Mallett, 1993).
Thời gian đóng băng
Một lần nữa, thời gian cấp đông là một trong những thông số quan trọng nhất trong quá trình cấp đông, được định nghĩa là thời gian cần thiết để hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ nhất định tại tâm nhiệt của nó. Vì sự phân bố nhiệt độ bên trong sản phẩm thay đổi trong quá trình cấp đông, trung tâm nhiệt thường được lấy làm tham chiếu. Do đó, khi tâm hình học của sản phẩm đạt đến nhiệt độ cuối cùng đã cho, điều này đảm bảo nhiệt độ trung bình của sản phẩm đã được giảm xuống giá trị bảo quản. Thời gian đông lạnh phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm nhiệt độ ban đầu và cuối cùng của sản phẩm và lượng nhiệt loại bỏ, cũng như kích thước (đặc biệt là độ dày) và hình dạng của sản phẩm, quá trình truyền nhiệt và nhiệt độ. Viện Điện lạnh Quốc tế (1986) xác định các yếu tố khác nhau của thời gian đông lạnh liên quan đến cả thiết bị đông lạnh và cấp đông sản phẩm (Persson và Lohndal, 1993). Điều quan trọng nhất là:
- Kích thước và hình dạng của sản phẩm, đặc biệt là độ dày
- Nhiệt độ ban đầu và cuối cùng
- Nhiệt độ của môi trường làm lạnh
- Hệ số truyền nhiệt bề mặt của sản phẩm
- Thay đổi entanpi
- Độ dẫn nhiệt của sản phẩm
Việc tính toán thời gian cấp đông trong các hệ thống thực phẩm là khó khăn so với các hệ thống thuần túy vì nhiệt độ cấp đông thay đổi liên tục trong quá trình này. Sử dụng một phương pháp đơn giản hóa, thời gian trôi qua từ khi cấp đông ban đầu cho đến khi toàn bộ sản phẩm được đông lạnh có thể được coi là thời gian cấp đông. Phương trình Plank (Eq.1) thường được sử dụng để ước tính thời gian đóng băng, tuy nhiên do các giả định liên quan đến tính toán nên nó chỉ hữu ích để có được giá trị gần đúng về thời gian đóng băng. Việc suy ra phương trình bắt đầu với giả thiết ban đầu sản phẩm được đông lạnh ở nhiệt độ đóng băng. Do đó, thời gian đóng băng được tính toán chỉ đại diện cho thời gian đóng băng. Phương trình có thể được sửa đổi thêm cho các hình học khác nhau bao gồm bản sàn, hình trụ và hình cầu, trong đó đối với mỗi hình dạng,
Bảng 4. Hệ số P và R của phương trình 1
| Hình học | P | R | Kích thước |
| Phiến vô hạn | 1/2 | 1/8 | độ dày e |
| Hình trụ vô hạn | 1/4 | 1/16 | bán kính r |
| Quả cầu | 1/6 | 1/24 | bán kính r |
(1)
trong đó l 1 là nhiệt ẩn của phần đông lạnh, k và r là độ dẫn nhiệt và mật độ của lớp đông lạnh, còn h là hệ số truyền nhiệt do đối lưu ra bên ngoài. T f biểu thị nhiệt độ cơ thể của sản phẩm khi được đưa vào tủ đông với nhiệt độ bên ngoài là T e Các hệ số R và P được cho trong Bảng 4 và được sắp xếp theo dạng hình học của sản phẩm được đông lạnh. trong đó chữ e biểu thị kích thước (nghĩa là đối với hình học tấm vô hạn, e là độ dày của tấm và đối với hình trụ hoặc hình cầu vô hạn, e được thay bằng r biểu thị bán kính của cốc hoặc hình cầu).
Như đã đề cập trước đó, phương trình Plank giả định thực phẩm ở nhiệt độ đóng băng khi bắt đầu quá trình đông lạnh. Tuy nhiên, thực phẩm thường ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đông lạnh. Do đó, thời gian đông thực tế phải là tổng thời gian được tính từ phương trình Plank và thời gian cần thiết để bề mặt sản phẩm giảm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đông đặc (Barbosa-Canovas và Ibarz, 2002).
Một số công trình đã cố gắng tính toán thời gian đóng băng thực, như trong một công trình được trình bày bởi Nagaoka và cộng sự, (1955). Phương trình Nagaoka (Phương trình 2) tính lượng nhiệt loại bỏ cần thiết để giảm nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đóng băng, cũng như lượng nhiệt thoát ra trong quá trình thay đổi pha và lượng nhiệt bị loại bỏ để đạt đến nhiệt độ đóng băng. Các phương trình thực nghiệm khác có thể được tìm thấy chi tiết trong tài liệu (Chen, 1985; Levy, 1979; Succar và Hakayawa, 1983).
(2)
Trong đó Ti là nhiệt độ của thực phẩm khi bắt đầu đông lạnh, DH là hiệu số giữa entanpi của thực phẩm ở nhiệt độ ban đầu và khi kết thúc đông lạnh. Re và Pl là các số không có thứ nguyên, trong khi k và h lần lượt là hệ số dẫn nhiệt và hệ số truyền nhiệt.
Để tính toán thời gian đông lạnh của các sản phẩm có hình dạng bất thường, một đặc tính chung của hầu hết các sản phẩm thực phẩm – đặc biệt là trái cây và rau quả – một yếu tố không thứ nguyên đã được sử dụng trong các phương trình (Cleland và cộng sự, 1987a, b).
Tỷ lệ đông lạnh
Tốc độ cấp đông (° C / h) đối với một sản phẩm hoặc gói được định nghĩa là tỷ số chênh lệch giữa nhiệt độ ban đầu và cuối cùng của sản phẩm với thời gian cấp đông. Tại một vị trí cụ thể trong sản phẩm, tốc độ đóng băng cục bộ có thể được định nghĩa là tỷ số giữa sự chênh lệch giữa nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ mong muốn với thời gian trôi qua để đạt đến nhiệt độ cuối cùng đã cho (Persson và Lohndal, 1993). Chất lượng của các sản phẩm đông lạnh phần lớn phụ thuộc vào tốc độ cấp đông (Ramaswamy và Tung, 1984). Nói chung, cấp đông nhanh dẫn đến các sản phẩm đông lạnh có chất lượng tốt hơn khi so sánh với cấp đông chậm. Nếu đông lạnh tức thì, sẽ có nhiều vị trí trong thực phẩm bắt đầu kết tinh. Ngược lại, nếu đóng băng chậm, sự phát triển của tinh thể sẽ chậm hơn với ít vị trí tạo mầm, dẫn đến các tinh thể băng lớn hơn. Các tinh thể nước đá lớn được biết là nguyên nhân gây ra tổn thương cơ học cho thành tế bào ngoài việc làm mất nước của tế bào. Do đó, tốc độ đóng băng đối với các mô thực vật là cực kỳ quan trọng do ảnh hưởng của tốc độ đóng băng đến kích thước của tinh thể nước đá, quá trình hydrat hóa tế bào và tổn thương thành tế bào (Rahman, 1999). Hình 4 cho thấy một hành vi chung của đường cong động lực học của bảo quản đông lạnh.
Cấp đông nhanh có lợi cho việc cấp đông nhiều loại thực phẩm, tuy nhiên một số sản phẩm dễ bị nứt vỡ khi tiếp xúc với nhiệt độ quá thấp trong thời gian dài. Một số cơ chế, bao gồm giãn nở thể tích, co lại và giãn nở, và xây dựng áp suất bên trong, được đề xuất trong tài liệu giải thích các cơ chế hư hỏng sản phẩm trong quá trình đông lạnh (Hung và Kim, 1996).
Hình 4. Đường cong động lực học bảo quản đông lạnh.
Yêu cầu năng lượng
Đối với trái cây và rau quả, lượng năng lượng cần thiết để cấp đông được tính toán dựa trên sự thay đổi entanpi và lượng sản phẩm cần cấp đông. Công thức sau đây được báo cáo bởi Riedel (1949) để tính toán các yêu cầu làm lạnh đối với trái cây và rau quả.
(3)
X SNJ : Phần trăm chất rắn của sản phẩm khác với nước trái cây (Phần chất khô của nước trái cây)
DHj: Sự thay đổi entanpi trong quá trình đông lạnh của phần nước trái cây
DT: Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của sản phẩm
1.2.3 Làm lạnh
Làm lạnh được định nghĩa là sự loại bỏ nhiệt từ một vật liệu ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của môi trường xung quanh nó. Cơ chế làm lạnh là một phần của quá trình đông lạnh và lưu trữ đông lạnh liên quan đến các khía cạnh nhiệt động lực học của quá trình đông lạnh. Theo định luật thứ hai của nhiệt động lực học, nhiệt chỉ truyền từ nhiệt độ cao hơn đến nhiệt độ thấp hơn. Vì vậy, để tăng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp hơn đến mức nhiệt độ cao hơn, cần phải chi tiêu công. Mục đích của quá trình lạnh công nghiệp là loại bỏ nhiệt từ các điểm có nhiệt độ thấp đến các điểm có nhiệt độ cao hơn. Vì lý do này, hoặc chu trình làm lạnh cơ học khép kín, trong đó chất lỏng làm lạnh lưu thông, hoặc mở hệ thống đông lạnh bằng nitơ lỏng (LIN) hoặc carbon dioxide (CO 2), được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Các phần tử chính trong hệ thống lạnh cơ khí kín là bình ngưng, máy nén, dàn bay hơi và van tiết lưu. Chất làm lạnh hydrochlorofluorocarbon (HCFC) và amoniac là những ví dụ về chất làm lạnh được lưu thông trong các loại hệ thống lạnh cơ khí này. Sơ đồ đơn giản cho hệ thống lạnh cơ khí kín được thể hiện trong Hình 5.
Hình 5. Sơ đồ đơn giản cho hệ thống lạnh cơ khí một cấp kín.
(Phỏng theo Stoecker, WF và Jones JW, Điện lạnh và Điều hòa không khí, McGraw-Hill, New York, 1982)
Bắt đầu từ điểm hút của máy nén, chất lỏng ở trạng thái hơi được nén vào máy nén, nơi diễn ra sự gia tăng nhiệt độ và áp suất. Sau đó, chất lỏng chảy qua bình ngưng, nơi nó giảm năng lượng bằng cách tỏa nhiệt và chuyển sang trạng thái lỏng. Sau khi pha, một sự thay đổi xảy ra bên trong bình ngưng, chất lỏng chảy qua van giãn nở tại đó áp suất giảm để chuyển chất lỏng thành dạng hỗn hợp lỏng-khí. Cuối cùng, hỗn hợp lỏng-khí chảy qua thiết bị bay hơi, nơi nó được chuyển thành trạng thái hơi bão hòa và loại bỏ nhiệt ra khỏi môi trường trong quá trình làm mát. Với giai đoạn cuối cùng này, vòng lặp sẽ khởi động lại một lần nữa.
Hệ thống làm lạnh khác được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm là hệ thống làm lạnh bằng carbon dioxide hoặc nitơ lỏng. Môi chất lạnh trong hệ thống này được tiêu thụ khác với chất lỏng tuần hoàn trong hệ thống cơ khí kín.
Chất làm lạnh
Có một số chất làm lạnh có sẵn cho các hệ thống lạnh. Việc lựa chọn một chất làm lạnh thích hợp dựa trên các đặc tính vật lý, nhiệt động học và hóa học của chất lỏng. Các cân nhắc về môi trường cũng rất quan trọng trong việc lựa chọn chất làm lạnh, vì rò rỉ trong hệ thống tạo ra những ảnh hưởng có hại đến tầng ôzôn trong khí quyển. Một số chất làm lạnh, bao gồm cả halocarbon, đã bị cấm để tránh các tác động nguy hiểm tiềm ẩn (Stoecker và Jones, 1982). Đối với các ứng dụng công nghiệp, amoniac thường được sử dụng, trong khi chlorofluoromethane và tetrafluoroethane cũng được khuyến nghị làm chất làm lạnh (Persson và Lohndal, 1993).
1.2.4 Khả năng cấp đông
Lựa chọn thiết bị cấp đông dựa trên yêu cầu cấp đông một lượng thực phẩm nhất định mỗi giờ. Đối với bất kỳ loại tủ đông nào, công suất cấp đông (tính bằng tấn mỗi giờ) được định nghĩa là tỷ lệ giữa số lượng sản phẩm có thể được nạp vào tủ đông với thời gian giữ sản phẩm trong tủ đông cụ thể đó. Thông số đầu tiên, lượng sản phẩm thực phẩm được nạp vào tủ đông, bị ảnh hưởng bởi cả kích thước của sản phẩm và các hạn chế cơ học của tủ đông. Mẫu số (thời gian giữ) có một vai trò quan trọng trong hệ thống cấp đông và dựa trên việc tính toán lượng nhiệt thoát ra khỏi sản phẩm trong một giờ, thay đổi tùy thuộc vào loại sản phẩm được đông lạnh (Persson và Lohndal, 1993).
1.2.5 Hệ thống cấp đông
Có nhiều hệ thống cấp đông có sẵn để cấp đông, và đối với hầu hết các sản phẩm, có thể sử dụng nhiều loại tủ đông. Do đó, khi lựa chọn hệ thống cấp đông ban đầu, cần tiến hành phân tích chi phí – lợi ích dựa trên ba yếu tố quan trọng: tính kinh tế, chức năng và tính khả thi. Các cân nhắc tài chính chủ yếu liên quan đến việc đầu tư vốn và chi phí sản xuất của các thiết bị đã chọn. Tổn thất sản phẩm trong quá trình vận hành cấp đông nên được đưa vào ước tính chi phí vì việc tạo ra các tủ đông có chi phí cao hơn có thể có những lợi ích khác về mặt giảm tổn thất sản phẩm. Các yếu tố chức năng chủ yếu dựa trên sự phù hợp của tủ đông được lựa chọn đối với các sản phẩm cụ thể. Phương thức của quy trình, trong dòng hoặc hàng loạt, nên được xem xét dựa trên thực tế là các hệ thống máy tính ngày càng trở nên quan trọng hơn để dễ xử lý và giảm chi phí sản xuất. Các hạn chế về cơ học đối với tủ đông cũng cần được xem xét vì một số loại tủ đông không phù hợp về mặt vật lý để cấp đông một số sản phẩm nhất định. Cuối cùng, tính khả thi của quy trình cần được xem xét về vị trí của nhà máy hoặc vị trí của khu vực chế biến, cũng như khả năng làm sạch và thiết kế hợp vệ sinh, và chất lượng sản phẩm mong muốn (Johnston và cộng sự, 1994).
Những yếu tố này và những cân nhắc ban đầu có thể giúp loại bỏ một số lựa chọn trong việc lựa chọn tủ đông, nhưng tầm quan trọng tương đối của các yếu tố có thể thay đổi tùy thuộc vào quy trình. Đối với các nước đang phát triển, nơi áp dụng phương pháp đóng băng còn tương đối mới, yếu tố chi phí trở nên quan trọng hơn các yếu tố khác do tỷ lệ sản xuất giảm và nhu cầu chi phí đầu tư vốn thấp hơn.
1.2.6 Thiết bị đông lạnh
Thiết bị công nghiệp để cấp đông có thể được phân loại theo nhiều cách, cụ thể là thiết bị được sử dụng để vận hành theo lô hoặc trong dây chuyền, hệ thống truyền nhiệt (không khí, tiếp xúc, đông lạnh) và độ ổn định của sản phẩm. Tốc độ truyền nhiệt từ môi trường cấp đông đến sản phẩm rất quan trọng trong việc xác định thời gian cấp đông của sản phẩm. Do đó, thiết bị được lựa chọn cho quá trình cấp đông đặc trưng cho tốc độ cấp đông.
Tủ đông thổi khí
Tủ đông thổi khí là một trong những thiết bị cấp đông lâu đời nhất và được sử dụng phổ biến do tính ổn định nhiệt độ và tính linh hoạt của nó đối với một số loại sản phẩm. Nói chung, không khí được sử dụng làm môi trường cấp đông trong thiết kế cấp đông, có thể là không khí tĩnh hoặc không khí cưỡng bức. Việc đông lạnh được thực hiện bằng cách đặt thực phẩm trong các phòng đông lạnh được gọi là tủ đông lạnh. Tuy nhiên, đông lạnh bằng không khí là cách cấp đông rẻ nhất và có thêm lợi thế là nhiệt độ không đổi trong quá trình bảo quản đông lạnh, cho phép sử dụng cho các sản phẩm số lượng lớn chưa chế biến như thịt bò và cá. Tuy nhiên, đây là phương pháp làm đông chậm nhất do hệ số truyền nhiệt bề mặt của không khí lưu thông bên trong phòng thấp. Thời gian đông lạnh trong tủ đông sắc nét phần lớn phụ thuộc vào nhiệt độ của khoang cấp đông và loại, nhiệt độ ban đầu, và kích thước của sản phẩm (Desrosier và Desrosier 1977). Một phiên bản cải tiến của tủ đông không khí vẫn là tủ đông không khí cưỡng bức, bao gồm lưu thông không khí bằng cách đối lưu bên trong phòng đông. Tuy nhiên, ngay cả việc sửa đổi ngăn đá sharp với khả năng làm lạnh bổ sung và quạt để tăng lưu thông không khí cũng không giúp kiểm soát luồng không khí qua các sản phẩm trong quá trình cấp đông chậm. Một thiết kế điển hình cho tủ đông thổi khí được thể hiện trong Hình 6.
Có một số lượng đáng kể các thiết kế và bố trí cho tủ đông thổi khí, chủ yếu được nhóm thành hai loại tùy thuộc vào phương thức của quá trình, là nội tuyến hoặc theo lô. Tủ đông liên tục là hệ thống phù hợp nhất để sản xuất hàng loạt các sản phẩm đóng gói với thời gian cấp đông tương tự, trong đó sản phẩm được vận chuyển trên xe tải hoặc băng tải. Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc bán đợt khi xe tải được sử dụng, vì chúng đứng yên trong suốt quá trình trừ khi xe tải mới đi vào một đầu của đường hầm, do đó sẽ di chuyển những chiếc khác dọc theo để giải phóng một chiếc đã hoàn thành ở lối ra. Tủ đông theo lô linh hoạt hơn vì nhiều loại sản phẩm có thể được đông lạnh cùng một lúc trên các xe đẩy riêng lẻ. Quá tải có thể là một vấn đề đối với các loại tủ đông này, do đó quá trình này đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ hơn so với các hệ thống liên tục.
Hình 6. Tủ đông thổi khí.
Tủ đông đường hầm
Trong tủ đông có đường hầm, các sản phẩm trên khay được đặt trong giá đỡ hoặc xe đẩy và được làm đông lạnh với sự lưu thông không khí lạnh bên trong đường hầm. Để cho phép không khí lưu thông, không gian tối ưu được cung cấp giữa các lớp xe đẩy, có thể di chuyển liên tục vào và ra khỏi tủ đông bằng tay hoặc bằng xe nâng. Hệ thống cấp đông này phù hợp với tất cả các loại sản phẩm, mặc dù có một số hạn chế cơ học bao gồm yêu cầu nhân lực cao để xử lý, làm sạch và vận chuyển khay (Mallett, 1993). Một xe đẩy cho tủ đông dạng hầm được thể hiện trong Hình 7.
Hình 7. Xe đẩy trong tủ đông có đường hầm.
Tủ đông dây đai
Tủ đông băng tải lần đầu tiên được thiết kế để cung cấp dòng sản phẩm liên tục với sự trợ giúp của băng tải lưới thép bên trong các phòng nổ. Cơ chế truyền nhiệt kém và các vấn đề cơ học đã được giải quyết trong tủ đông bằng dây đai hiện đại bằng cách cung cấp luồng không khí thẳng đứng để đẩy không khí qua lớp sản phẩm. Luồng không khí chỉ tiếp xúc tốt với sản phẩm khi toàn bộ sản phẩm được phân bổ đều trên băng tải. Để giảm không gian sàn cần thiết, các dây đai có thể được bố trí trong tủ đông dây đai nhiều tầng hoặc tủ đông dây đai xoắn ốc. Tủ đông dây đai xoắn ốc bao gồm một dây đai có thể được uốn cong theo phương ngang xung quanh trống quay để tối đa hóa diện tích bề mặt dây đai trong một không gian sàn nhất định. Kiểu thiết kế này có ưu điểm là loại bỏ hư hỏng sản phẩm ở các điểm trung chuyển, đặc biệt đối với các sản phẩm yêu cầu thao tác nhẹ nhàng (Mallett, 1993). Cả sản phẩm đã đóng gói và chưa đóng gói có thời gian đông lạnh dài (10 phút đến 3 giờ) đều có thể được đông lạnh trong tủ đông băng xoắn do tính linh hoạt của thiết bị (ASHRAE, 1994). Một tủ đông băng tải xoắn ốc điển hình được thể hiện trong Hình 8.
Tủ đông tầng sôi
Tủ đông tầng sôi, một loại tủ đông thổi khí được sửa đổi khá gần đây cho các loại sản phẩm cụ thể, bao gồm một ngăn có đáy đục lỗ để không khí lạnh được thổi thẳng đứng lên trên (Rahman, 1999). Hệ thống dựa vào không khí lạnh cưỡng bức từ bên dưới băng tải, làm cho sản phẩm lơ lửng hoặc lơ lửng trong dòng khí lạnh (George, 1993). Việc sử dụng tốc độ không khí cao rất hiệu quả để làm đông lạnh thực phẩm chưa đóng gói, đặc biệt là khi chúng có thể được bao bọc hoàn toàn bởi không khí chảy, như trong trường hợp tủ đông tầng sôi.
Việc sử dụng tầng sôi có một số ưu điểm so với các phương pháp cấp đông khác vì sản phẩm được đông lạnh nhanh riêng lẻ (IQF), thuận tiện cho các hạt có xu hướng kết dính với nhau (Persson và Lohndal, 1993). Ý tưởng về các loại thực phẩm đông lạnh nhanh riêng lẻ (IQF) bắt đầu với những phát triển công nghệ đầu tiên nhằm mục đích cấp đông nhanh. Mục tiêu của quá trình đông lạnh IQF là nhu cầu về một phương tiện hữu hiệu để làm đông các hạt nhỏ có khả năng bị vón cục. Các loại rau nhỏ, tôm, tép, khoai tây chiên kiểu Pháp, thịt cắt hạt lựu và trái cây là một số sản phẩm hiện được đông lạnh bằng công nghệ này. Một tủ đông tầng sôi điển hình được thể hiện trên Hình 9a và 9b.
Hình 9b. Nguyên lý làm việc đơn giản của tủ đông tầng sôi.
(Saravacos, GD, Kostaropoulos, AE, 2002)
Liên hệ với tủ đông
Cấp đông tiếp xúc là một trong những cách cấp đông hiệu quả nhất về cơ chế truyền nhiệt. Trong quá trình cấp đông, sản phẩm có thể tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với môi trường cấp đông. Đối với tủ đông tiếp xúc trực tiếp, sản phẩm được cấp đông được bao bọc hoàn toàn bởi môi chất cấp đông, môi chất lạnh, tối đa hóa hiệu quả truyền nhiệt. Một minh họa sơ đồ được cho trong Hình 10. Đối với tủ đông tiếp xúc gián tiếp, sản phẩm được tiếp xúc gián tiếp với môi trường cấp đông trong khi tiếp xúc với đai hoặc đĩa tiếp xúc với môi trường cấp đông (Mallett, 1993).
Tủ đông lạnh
Tủ đông ngâm bao gồm một bể chứa với môi trường đông lạnh, chẳng hạn như glycol, glycerol, natri clorua, canxi clorua, và hỗn hợp muối và đường. Sản phẩm được ngâm trong dung dịch này hoặc được phun trong khi chuyển qua tủ đông, dẫn đến giảm nhiệt độ nhanh thông qua trao đổi nhiệt trực tiếp (Hùng và Kim, 1996). Ngâm trực tiếp sản phẩm vào chất làm lạnh lỏng là cách làm lạnh nhanh nhất vì chất lỏng có đặc tính dẫn nhiệt tốt hơn không khí. Chất hòa tan được sử dụng trong hệ thống cấp đông phải an toàn không có mùi, vị, màu sắc hoặc hương vị và để cấp đông thành công, các sản phẩm phải có tỷ trọng lớn hơn dung dịch. Hệ thống cấp đông ngâm thường được sử dụng để làm đông vỏ các hạt lớn do khả năng giảm mất nước của sản phẩm khi lớp bên ngoài được đông lạnh nhanh chóng. Một vấn đề thường thấy trong các hệ thống cấp đông này là việc pha loãng dung dịch với sản phẩm, có thể làm thay đổi nồng độ và các thông số quá trình. Do đó, để tránh sản phẩm tiếp xúc với chất làm lạnh lỏng, có thể sử dụng màng mềm (George, 1993). Một minh họa đơn giản về tủ đông ngâm được thể hiện trong Hình 11.
Tủ đông tiếp xúc gián tiếp
Trong loại tủ đông này, các vật liệu được làm đông lạnh được ngăn cách với chất làm lạnh bằng một vật liệu dẫn điện, thường là một tấm thép. Cơ chế của tủ đông tiếp xúc gián tiếp được trình bày trong Hình 12. Tủ đông tiếp xúc gián tiếp thường cung cấp môi trường truyền nhiệt hiệu quả, mặc dù hệ thống này có một số hạn chế, đặc biệt khi sử dụng cho thực phẩm đóng gói do khả năng truyền nhiệt của bao bì. Ngoài ra, các hiệu ứng ăn mòn có thể xảy ra do sự tương tác của các gói kim loại với bề mặt truyền nhiệt.
Tủ đông dạng tấm
Loại tủ đông tiếp xúc phổ biến nhất là tủ đông dạng tấm. Trong trường hợp này, sản phẩm được ép giữa các tấm kim loại rỗng, theo chiều ngang hoặc chiều dọc, với chất làm lạnh lưu thông bên trong các tấm. Áp suất được áp dụng để tiếp xúc tốt như sơ đồ thể hiện trong Hình 13a.
Hệ thống cấp đông kiểu này chỉ giới hạn đối với các nguyên liệu hoặc khối có hình dạng thông thường như chả bò hoặc các sản phẩm đóng gói dạng khối. Một tủ đông dạng tấm điển hình được thể hiện trong Hình 13b.
Tiếp điểm tủ đông đai
Loại tủ đông này được thiết kế với băng tần đơn hoặc băng tần kép để cấp đông các lớp sản phẩm mỏng như trong Hình 14. Thiết kế có thể là thẳng hoặc tang trống. Các sản phẩm điển hình được đông lạnh trong tủ đông lạnh là, bột trái cây, lòng đỏ trứng, nước sốt và súp (Persson và Lohndall, 1993).
Tủ đông lạnh
Đông lạnh bằng phương pháp đông lạnh là một phương pháp làm đông tương đối mới, trong đó thực phẩm được tiếp xúc với bầu không khí dưới -60 ° C thông qua việc tiếp xúc trực tiếp với các khí hóa lỏng như nitơ hoặc carbon dioxide (Hung và Kim, 1996). Loại hệ thống này khác với các hệ thống cấp đông khác vì nó không được kết nối với nhà máy làm lạnh; chất làm lạnh được sử dụng được hóa lỏng trong các cơ sở công nghiệp lớn và được vận chuyển đến nhà máy cấp đông thực phẩm trong các bình chịu áp lực. Do đó, kích thước nhỏ và tính di động của tủ đông lạnh cho phép linh hoạt trong thiết kế và hiệu quả của ứng dụng cấp đông. Đầu tư ban đầu thấp và chi phí vận hành khá cao là đặc trưng của tủ đông lạnh (Persson và Lohndal, 1993).
Tủ đông Nitơ lỏng
Nitơ lỏng, có nhiệt độ sôi -196 ° C ở áp suất khí quyển, là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất oxy. Chất làm lạnh được phun vào tủ đông và bay hơi cả khi rời khỏi vòi phun và khi tiếp xúc với sản phẩm. Hệ thống được thiết kế theo cách mà chất làm lạnh truyền ngược dòng điện tới chuyển động của các sản phẩm trên dây đai mang lại hiệu quả truyền tải cao. Mức tiêu thụ chất làm lạnh nằm trong khoảng 1,2 kg chất làm lạnh trên mỗi kg sản phẩm. Các sản phẩm thực phẩm điển hình được sử dụng trong hệ thống này là cá philê, hải sản, trái cây, quả mọng (Persson và Lohndal, 1993).
Tủ đông carbon dioxide lỏng
Điôxít cacbon lỏng tồn tại ở dạng rắn hoặc khí khi được bảo quản ở áp suất khí quyển. Khi khí được giải phóng vào bầu khí quyển ở -70 ° C, một nửa khí trở thành băng tuyết khô và nửa còn lại ở dạng hơi. Tính chất bất thường này của carbon dioxide lỏng được sử dụng trong nhiều hệ thống cấp đông, một trong số đó là xử lý trước khi đông lạnh trước khi sản phẩm được tiếp xúc với phun nitơ (George, 1993).
1.2.7 Bao bì
Việc đóng gói thực phẩm đông lạnh đúng cách là rất quan trọng để bảo vệ sản phẩm khỏi bị ô nhiễm và hư hỏng trong quá trình vận chuyển từ nhà sản xuất đến người tiêu dùng, cũng như để bảo toàn giá trị, hương vị, màu sắc và kết cấu của thực phẩm. Có một số yếu tố được xem xét trong việc thiết kế một bao bì phù hợp cho thực phẩm đông lạnh. Bao bì phải hấp dẫn đối với người tiêu dùng, được bảo vệ khỏi sự nhiễm bẩn từ bên ngoài và hiệu quả về mặt chế biến, xử lý và chi phí (Rahman, 1999). Lựa chọn thích hợp dựa trên loại gói và vật liệu. Thông thường có ba loại bao bì được sử dụng cho thực phẩm đông lạnh: chính, thứ cấp và thứ ba. Bao bì chính tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm và thực phẩm được giữ bên trong bao bì cho đến thời điểm sử dụng. Bao bì thứ cấp là hình thức nhiều bao bì dùng để đóng gói lại với nhau để bán.
Vật liệu đóng gói phải chống hơi ẩm để ngăn chặn sự bay hơi, do đó giữ được chất lượng cao nhất trong thực phẩm đông lạnh. Oxy cũng phải được hút sạch hoàn toàn khỏi bao bì bằng cách sử dụng hệ thống hút chân không hoặc xả khí để ngăn chặn sự di chuyển của hơi ẩm và oxy (ASHRAE, 1994; Sebranek, 1996). Thủy tinh và nhựa cứng là những ví dụ về vật liệu đóng gói chống hơi ẩm. Tuy nhiên, nhiều vật liệu bao gói không có khả năng chống hơi ẩm, nhưng có đủ khả năng chống hơi ẩm để giữ được chất lượng thực phẩm đạt yêu cầu. Hầu hết các loại túi, vật liệu bao gói và thùng giấy có sáp được sử dụng trong bao bì đông lạnh đều có khả năng chống hơi ẩm. Nói chung, các thùng chứa phải không bị rò rỉ và dễ dàng niêm phong. Độ bền của vật liệu là một yếu tố quan trọng khác cần xem xét,
Có thể sử dụng một loạt các vật liệu đóng gói khác nhau, chủ yếu được phân nhóm là vật chứa cứng và không cứng để đóng gói chính. Các vật liệu bằng thủy tinh, nhựa, thiếc và các tông được tráng sáp dày thuộc nhóm đồ đựng cứng và thường được sử dụng để đóng gói các sản phẩm thực phẩm dạng lỏng. Hộp thủy tinh chủ yếu được sử dụng cho trái cây và rau quả nếu chúng không chứa nước. Chất dẻo là dẫn xuất của ngành công nghiệp khai thác dầu mỏ (Brydson, 1982). Vật chứa không cứng bao gồm túi và tấm làm bằng lá nhôm nặng, polyetylen hoặc giấy nhiều lớp chống hơi ẩm. Túi là vật liệu đóng gói được sử dụng phổ biến nhất cho trái cây và rau quả đông lạnh do tính linh hoạt của chúng trong quá trình chế biến và xử lý (Harrison và Croucher, 1993). Chúng có thể được sử dụng có hoặc không có thùng các tông bên ngoài để bảo vệ khỏi bị rách.
Hình dạng và kích thước của thùng chứa cũng là yếu tố quan trọng trong việc cấp đông sản phẩm. Khẩu phần có thể thay đổi tùy thuộc vào loại sản phẩm và việc lựa chọn phải dựa trên lượng thức ăn được xác định cho một bữa ăn. Đối với hình dạng của vật chứa, không gian của tủ đông phải được xem xét vì các vật chứa cứng có đáy và đáy phẳng xếp chồng lên nhau tốt trong tủ đông, trong khi các vật chứa tròn làm lãng phí không gian của tủ đông.
1.2.8 Bảo quản và phân phối đông lạnh
Chất lượng của sản phẩm cuối cùng phụ thuộc vào lịch sử của nguyên liệu thô. Sử dụng nhiệt độ thấp nhất có thể là điều cần thiết cho việc bảo quản, vận chuyển và phân phối đông lạnh nhằm đạt được sản phẩm chất lượng cao, vì các quá trình hư hỏng chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ sản phẩm càng thấp thì tốc độ phản ứng càng chậm dẫn đến giảm chất lượng. Nhiệt độ của chuỗi cung ứng trong các ứng dụng cấp đông từ nhà máy đến tủ bán lẻ cần được theo dõi cẩn thận. Chế độ nhiệt độ bao gồm quá trình đông lạnh, nhiệt độ trong kho lạnh (£ -18 ° C), nhiệt độ phân phối (£ -15 ° C) và trưng bày bán lẻ (£ -12 ° C) được đưa ra làm tiêu chuẩn pháp lý (Harrison và Croucher , 1993).
1.3 Đông lạnh trái cây và rau quả trong quy mô vừa và nhỏ và các ứng dụng tiềm năng của nó ở những vùng có khí hậu ấm áp
Bảo quản rau quả bằng đông lạnh là một trong những phương pháp quan trọng nhất để giữ được chất lượng cao của nông sản trong thời gian bảo quản lâu dài. Đặc biệt, chất lượng tươi ngon của trái cây và rau sống có thể được giữ lại trong thời gian dài, vượt xa mùa vụ bình thường của hầu hết các loại cây trồng làm vườn (Arthey, 1993). Ứng dụng tiềm năng của bảo quản đông lạnh đối với trái cây và rau quả, bao gồm cả các sản phẩm nhiệt đới, đang tăng lên trong thời gian gần đây song song với sự phát triển ở các nước đang phát triển. Cấp đông trái cây và rau quả trong quy mô vừa và nhỏ được trình bày chi tiết trong các phần sau và sơ đồ chung được thể hiện trong Hình 15.
Hình 15. Sơ đồ tổng quát của trái cây và rau quả đông lạnh (Mallett, 1993).
1.3.1 Trái cây đông lạnh
Ảnh hưởng của việc đông lạnh, bảo quản đông lạnh và rã đông lên chất lượng trái cây đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ. Ngày nay trái cây đông lạnh là một nhóm thực phẩm lớn và quan trọng (Skrede, 1996). Chất lượng được yêu cầu trong các sản phẩm trái cây đông lạnh chủ yếu dựa trên mục đích sử dụng của sản phẩm. Nếu trái cây được dùng để ăn mà không cần chế biến gì thêm sau khi rã đông, thì đặc điểm kết cấu quan trọng hơn khi so sánh với việc sử dụng làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp khác. Nhìn chung, các phương pháp đông lạnh thông thường có xu hướng phá hủy sự rối loạn của các tế bào sống trong mô quả. Khác với rau, trái cây không có cấu trúc dạng sợi có thể chống lại tác động phá hủy này. Ngoài ra, trái cây được đông lạnh được thu hoạch ở trạng thái chín hoàn toàn và có kết cấu mềm. Ngược lại,và cộng sự, 1977). Trái cây có hương vị tinh tế dễ bị hư hỏng hoặc thay đổi bởi nhiệt, cho thấy chúng được ăn tốt nhất khi còn sống và giảm chất lượng khi chế biến. Tương tự như vậy, màu sắc hấp dẫn rất quan trọng đối với trái cây đông lạnh. Các phương pháp xử lý hóa học hoặc chất phụ gia thường được sử dụng để khử hoạt tính của các enzym bị hư hỏng trong trái cây. Vì vậy, chế biến thích hợp là điều cần thiết cho tất cả các bước liên quan, từ thu hoạch đến đóng gói và phân phối. Hướng dẫn cấp đông cho hoa quả đông lạnh được trình bày trong bảng 5.
Sản xuất và thu hoạch
Các đặc tính của nguyên liệu có tầm quan trọng hàng đầu trong việc xác định chất lượng của sản phẩm đông lạnh. Những đặc điểm này bao gồm một số yếu tố như cấu tạo di truyền, khí hậu của khu vực trồng trọt, kiểu bón phân và độ chín của thu hoạch (Boyle et al., 1977).
Khả năng chịu đựng được khi xử lý thô, kháng bệnh do virus, nấm mốc, độ chín đồng đều và năng suất là một số đặc điểm quan trọng của trái cây về khía cạnh kinh tế được xem xét trong sản xuất. Việc sử dụng phương pháp thu hoạch bằng máy thường gây ra bầm dập trái cây và dẫn đến một loạt các mức độ chín của trái cây. Ngược lại, hái bằng tay giúp xử lý nhẹ nhàng hơn và phân loại độ chín của trái cây. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, nó không kinh tế so với thu hoạch bằng máy do chi phí lao động cao (Boyle et al., 1977).
Theo quy luật, việc thu hoạch trái cây ở mức tối ưu để sử dụng cho mục đích thương mại là rất khó. Các bài kiểm tra đơn giản như kiểm tra áp suất được áp dụng để xác định thời điểm trái cây đã đạt độ chín tối ưu để thu hoạch. Màu sắc cũng là một trong những đặc điểm được sử dụng để xác định độ chín vì độ chín tăng lên làm cho quả có màu sẫm hơn. Sự kết hợp giữa các bài kiểm tra màu sắc và áp suất là một cách tốt hơn để đánh giá mức độ chín để thu hoạch (Skrede, 1996).
Bảo quản trong môi trường có kiểm soát là một phương pháp bảo quản phổ biến đối với một số loại trái cây trước khi cấp đông. Về nguyên tắc, bầu không khí được kiểm soát có hàm lượng carbon dioxide cao và hàm lượng oxy thấp sẽ làm chậm tốc độ hô hấp, điều này có thể kéo dài thời hạn sử dụng của bất kỳ loại trái cây nào đang hô hấp trong quá trình bảo quản. Do những quả này không chín hẳn sau khi hái, nên hầu hết các quả được hái càng gần độ chín ăn càng tốt.
Xử lý trước quy trình và hoạt động
Bảo quản đông lạnh trái cây chỉ có thể giúp giữ lại chất lượng vốn có ban đầu của sản phẩm vì quá trình này không cải thiện được đặc tính chất lượng của nguyên liệu. Do đó, mức chất lượng của nguyên liệu thô trước khi cấp đông là yếu tố chính cần xem xét để cấp đông thành công. Rửa và cắt thường dẫn đến tổn thất khi áp dụng sau khi rã đông. Vì vậy, trái cây nên được chuẩn bị trước khi quá trình đông lạnh theo hình thức gọt, thái hoặc cắt. Bảo quản đông lạnh không yêu cầu các hoạt động đơn vị cụ thể để làm sạch, rửa, phân loại, gọt vỏ và cắt trái cây (Spiess, 1984).
Trái cây cần gọt vỏ trước khi ăn nên được gọt vỏ trước khi cấp đông. Gọt vỏ được thực hiện bằng cách ngâm quả trong nước nóng, hơi nước hoặc dung dịch kiềm nóng (Boyle và Wolford, 1968). Ảnh hưởng của việc gọt vỏ đối với chất lượng của các sản phẩm đông lạnh đã được nghiên cứu đối với một số loại trái cây, bao gồm kiwi (Robertson, 1985), chuối (Cano và cộng sự, 1990), và xoài (Cano và Marín, 1992). Tốc độ cấp đông có thể được tăng lên bằng cách giảm kích thước của các sản phẩm được đông lạnh, đặc biệt là đối với các loại trái cây lớn. Tốc độ đông lạnh tăng lên dẫn đến các tinh thể nước đá nhỏ hơn, làm giảm tổn thương tế bào trong mô quả. Chuối, cà chua, xoài và kiwi là một số ví dụ về các loại trái cây lớn thường được cắt thành hình khối hoặc lát nhỏ hơn trước khi đông lạnh (Skrede, 1996).
Mục đích của chần là làm mất hoạt tính của các enzym gây ra những thay đổi bất lợi về màu sắc, mùi, hương vị và giá trị dinh dưỡng, nhưng xử lý nhiệt sẽ làm mất các đặc tính đó của quả (Gutschmidt, 1968). Do đó, chỉ có một số loại trái cây được chần để khử hoạt tính của các enzym trước khi đông lạnh. Việc mất các khoáng chất hòa tan trong nước và vitamin trong quá trình chần cũng nên được giảm thiểu bằng cách giữ cho thời gian và nhiệt độ chần ở mức kết hợp tối ưu (Spiess, 1984).
Tác dụng của các thành phần
Bổ sung đường là một quy trình xử lý sơ bộ cực kỳ quan trọng đối với trái cây trước khi đông lạnh vì việc xử lý có tác dụng loại bỏ oxy ra khỏi trái cây, giúp giữ được màu sắc và hình thức. Đường khi được hòa tan trong dung dịch sẽ hoạt động bằng cách rút nước ra khỏi tế bào bằng cách thẩm thấu, tạo ra dung dịch rất đậm đặc bên trong tế bào. Nồng độ cao của các chất hòa tan làm giảm điểm đóng băng và do đó làm giảm sự đông cứng trong tế bào, điều này ức chế sự phá hủy cấu trúc quá mức (Munoz-Delgado, 1978). Xi-rô đường có hàm lượng đường từ 30-60% thường được sử dụng để bao phủ hoàn toàn trái cây, hoạt động như một rào cản đối với sự truyền oxy và làm nâu. Một số thí nghiệm đã cho thấy tác dụng bảo vệ của đường đối với hương vị, mùi, màu sắc và giá trị dinh dưỡng trong quá trình đông lạnh, đặc biệt là đối với quả mọng đông lạnh (Gutschmidt,
Bao bì
Trái cây tiếp xúc với oxy dễ bị oxy hóa phân hủy, dẫn đến hóa nâu và giảm tuổi thọ bảo quản của sản phẩm (Munoz-Delgado, 1978; Tomassicchio et al., 1986). Do đó, việc đóng gói trái cây đông lạnh dựa trên việc loại trừ không khí khỏi mô trái cây. Thay thế oxy bằng dung dịch đường hoặc khí trơ, sử dụng oxy bằng glucose-oxidase và / hoặc sử dụng chân không và màng không thấm oxy là một số phương pháp hiện đang được sử dụng để đóng gói trái cây đông lạnh. Túi nhựa, chậu nhựa, túi giấy và đồ hộp là một số vật liệu đóng gói được sử dụng phổ biến nhất (có hoặc không loại bỏ oxy) được lựa chọn, dựa trên tính chất xuyên thấu và độ dày (Gradziel, 1988).
Có một số loại gói trái cây thích hợp để đông lạnh: gói siro, gói đường, gói không đường, gói khay và gói thay thế đường. Loại bao thường được lựa chọn theo mục đích sử dụng cho trái cây. Trái cây đóng gói xi-rô thường được sử dụng cho mục đích nấu ăn, trong khi trái cây đóng gói khô và đóng gói trong khay thì tốt để dùng sống trong món salad và trang trí.
Gói siro
Tỷ lệ đường và nước được sử dụng trong một gói siro phụ thuộc vào độ ngọt của trái cây và sở thích khẩu vị của người tiêu dùng. Đối với hầu hết các loại trái cây, nên dùng xi-rô 40 phần trăm đường. Xi-rô nhẹ hơn có hàm lượng calo thấp hơn và chủ yếu thích hợp với các loại trái cây có hương vị nhẹ để tránh làm mất hương vị, trong khi xi-rô nặng hơn có thể được sử dụng cho trái cây rất chua (Kendall, 2002).
Xi-rô được pha chế bằng cách hòa tan đường trong nước ấm và làm nguội dung dịch trước khi sử dụng. Si rô đã nguội vừa đủ được sử dụng để phủ lên trái cây đã chuẩn bị sau khi nó đã được lắng bằng cách đóng lọ đựng. Để giữ cho trái cây dưới xi-rô, người ta đặt một miếng giấy sáp nhỏ đã vò nát hoặc vật liệu gói chống nước khác lên trên; trái cây được ép xuống xi-rô trước khi đóng, sau đó được đóng gói và đông lạnh (Beck, 1996).
Pectin có thể được sử dụng để giảm lượng đường trong xi-rô khi làm đông lạnh quả mọng, anh đào và đào. Xi-rô pectin được điều chế bằng cách hòa tan 1 hộp pectin dạng bột với 1 cốc nước. Dung dịch được khuấy và đun sôi trong 1 phút; 1/2 cốc đường được thêm vào và hòa tan; dung dịch sau đó được làm nguội với việc thêm nước lạnh. Trái cây đã chuẩn bị trước đó được cho vào bát 4 đến 6 lít và thêm xi-rô pectin vừa đủ để bao trái cây bằng một lớp màng mỏng. Gói được niêm phong và đông lạnh ngay lập tức (Brady, 2002).
Gói đường
Để chuẩn bị một gói đường, đầu tiên đường được rắc lên trái cây. Sau đó, vật chứa được khuấy nhẹ cho đến khi nước ép được rút ra và đường được hòa tan. Loại gói này thường được sử dụng cho các loại trái cây cắt lát mềm như đào, dâu tây, mận và anh đào, bằng cách sử dụng lượng xi-rô vừa đủ để bao phủ trái cây. Một số trái cây nguyên hạt cũng có thể được phủ một lớp đường trước khi đông lạnh (Beck, 1996).
Gói không đường
Gói không đường có thể được chế biến theo nhiều cách, hoặc đóng gói khô, phủ nước có chứa axit ascorbic, hoặc đóng gói trong nước trái cây không đường. Khi nước hoặc nước trái cây được sử dụng trong xi-rô và gói đường, trái cây sẽ được nhấn chìm bằng cách sử dụng một miếng vật liệu chịu nước nhỏ đã vò nát. Nói chung, gói không đường cho ra sản phẩm chất lượng thấp hơn khi so với gói có đường, ngoại trừ một số loại trái cây như mâm xôi, việt quất, táo bỏng, quả lý gai, quả lý chua và nam việt quất duy trì chất lượng tốt mà không có đường (Beck, 1996).
Gói khay
Gói không đường thường được chuẩn bị bằng cách sử dụng gói khay trong đó một lớp trái cây đã chuẩn bị sẵn được trải trên khay nông, đông lạnh và được đóng gói trong túi đông lạnh ngay lập tức. Các phần trái cây vẫn rời mà không bị vón cục lại với nhau, điều này mang lại lợi ích khi sử dụng từng phần trái cây đông lạnh.
Gói thay thế đường
Chất làm ngọt nhân tạo có thể được sử dụng thay thế cho đường dưới dạng chất thay thế đường. Vị ngọt của đường có thể được thay thế bằng cách sử dụng các loại chất tạo ngọt này, tuy nhiên không thể thay thế các tác dụng có lợi của đường như bảo vệ màu sắc và xi-rô đặc. Trái cây đông lạnh bằng chất thay thế đường sẽ đông cứng hơn và rã đông chậm hơn trái cây được bảo quản bằng đường (Beck, 1996).
1.3.2 Rau đông lạnh
Đông lạnh thường được coi là cách bảo quản rau quả tự nhiên và đơn giản nhất (Cano, 1996). Rau và khoai tây đông lạnh chiếm một tỷ trọng đáng kể trên thị trường về tiêu thụ thực phẩm đông lạnh (Mallett, 1993). Chất lượng của rau quả đông lạnh phụ thuộc vào chất lượng của sản phẩm tươi, vì đông lạnh không nâng cao chất lượng sản phẩm. Xử lý trước quá trình, từ khi rau được hái cho đến khi sẵn sàng ăn, là một trong những mối quan tâm lớn trong việc duy trì chất lượng.
Bảng 5. Hướng dẫn đông lạnh trái cây
(Kendall, Đại học Bang Colorado, Hợp tác mở rộng, 2002)
| Trái cây | Sự chuẩn bị | Loại gói |
| Táo | Rửa, gọt vỏ và cắt lát cho vào dung dịch chống bạc tóc – 3 thìa canh nước cốt chanh cho mỗi lít nước | Đóng gói trong xi-rô 30-40%, thêm 1/2 muỗng cà phê axit ascorbic tinh thể cho mỗi lít xi-rô. Gói khô hoặc với tối đa 1/2 cốc đường cho mỗi lít lát táo. |
| Quả mơ | Rửa, giảm một nửa và hố. Gọt vỏ và cắt miếng nếu muốn. Nếu mơ chưa gọt vỏ, hãy đun trong nước sôi khoảng 1/2 phút để vỏ không bị dai trong quá trình đông lạnh. Làm nguội trong nước lạnh, để ráo. | Đóng gói trong xi-rô 40%, thêm 3/4 muỗng cà phê axit ascorbic tinh thể cho mỗi lít xi-rô. |
| Bơ | Gọt vỏ bơ chín mềm. Cắt đôi, bỏ bã, nghiền nhỏ. | Thêm 1/8 thìa cà phê axit ascorbic tinh thể vào mỗi lít bột nhuyễn. Gói với số lượng theo công thức. |
| Quả mọng | Chọn những quả chín mọng, săn chắc. Phân loại, rửa sạch, để ráo. | Sử dụng gói xi-rô 30%, gói không đường khô, gói đường khô, (3/4 cốc đường cho mỗi lít quả mọng) hoặc gói dạng khay. |
| Anh đào (chua hoặc ngọt) | Chọn những quả anh đào chín trên cây, có màu sắc đẹp. Cắt gốc, phân loại và rửa thật sạch. Xả và hố. | Đóng gói trong xi-rô 30-40%. Thêm 1/2 thìa cà phê axit ascorbic cho mỗi lít xi-rô. Đối với bánh nướng và các sản phẩm nấu chín khác, hãy đóng gói bằng đường khô, sử dụng 3/4 cốc đường cho mỗi lít trái cây. |
| Trái cây có múi, (phần hoặc lát) | Chọn quả chắc, không có đốm mềm. Rửa sạch và gọt vỏ. | Đóng gói trong xi-rô 40% hoặc trong nước trái cây. Thêm 1/2 thìa cà phê axit ascorbic cho mỗi lít xi-rô hoặc nước trái cây. |
| Nho | Chọn những quả nho chín, săn chắc. Rửa sạch và cắt bỏ cuống. Để nguyên quả nho không hạt. Cắt đôi nho có hạt và bỏ hạt. | Đóng gói trong xi-rô 20% hoặc gói không đường. Sử dụng gói khô cho nho giảm một nửa và gói khay cho cả nho. |
| Dưa (dưa đỏ, dưa hấu) | Chọn những quả dưa chín chắc, đều màu, chín mọng. Rửa sạch vỏ. Cắt lát hoặc cắt thành khối. | Đóng gói trong xi-rô 30% hoặc gói khô không sử dụng đường. Bột giấy cũng có thể được nghiền nát (trừ dưa hấu), thêm 1 muỗng canh đường mỗi lít. Đông lạnh trong các hộp đựng có kích thước công thức. |
Giống cây trồng, sản xuất và độ chín
Việc chọn đúng giống và độ chín trước khi thu hoạch là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng nguyên liệu. Các đặc tính của nguyên liệu thường liên quan đến giống rau, sản xuất cây trồng, độ chín của cây trồng, thực hành thu hoạch, bảo quản cây trồng, vận chuyển và tiếp nhận nhà máy.
Việc lựa chọn giống cây trồng chủ yếu dựa trên sự phù hợp với bảo quản đông lạnh về năng suất và chất lượng sản phẩm của nhà máy. Một số đặc điểm được sử dụng làm tiêu chí lựa chọn như sau (Cano, 1996):
- Tính phù hợp cho thu hoạch cơ giới
- Sự trưởng thành đồng đều
- Hương vị đặc biệt và màu sắc đồng nhất và kết cấu mong muốn
- Khả năng chống lại bệnh tật
- Năng suất cao
Mặc dù lựa chọn giống cây trồng là một yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng, nhưng nhiều hoạt động thực hành trên đồng ruộng và các yếu tố trong quá trình sinh trưởng của cây trồng cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng. Những thực hành đó bao gồm lựa chọn địa điểm để tăng trưởng, dinh dưỡng của cây trồng và sử dụng các hóa chất nông nghiệp để kiểm soát sâu bệnh. Đánh giá độ chín để thu hoạch là một trong những phần khó nhất của sản xuất. Ngoài các phương pháp thông thường, các công cụ và thử nghiệm mới đã được phát triển để dự đoán độ chín của cây trồng giúp xác định thời gian thu hoạch tối ưu, mặc dù việc đánh giá độ chín khác nhau tùy theo giống cây trồng (Hui và cộng sự, 2004).
Thu hoạch
Ở độ chín tối ưu, những thay đổi sinh lý ở một số loại rau diễn ra rất nhanh chóng. Do đó, việc xác định thời gian thu hoạch tối ưu là rất quan trọng (Arthey, 1993). Một số loại rau như đậu xanh và ngô ngọt chỉ có một thời gian ngắn mà chúng có chất lượng tốt nhất. Nếu việc thu hoạch bị trì hoãn quá thời điểm này, chất lượng sẽ giảm sút và cây trồng có thể nhanh chóng trở nên không thể chấp nhận được (Lee, 1989). Hầu hết các loại rau đều bị dập trong quá trình thu hoạch.
Xử lý tiền xử lý
Rau ở hương vị và kết cấu cao nhất được sử dụng để đông lạnh. Sự chậm trễ sau thu hoạch trong việc xử lý rau được biết là nguyên nhân dẫn đến sự suy giảm hương vị, kết cấu, màu sắc và chất dinh dưỡng (Lee, 1989). Do đó, nên giảm sự chậm trễ giữa thu hoạch và chế biến để giữ được chất lượng tươi trước khi cấp đông. Làm mát rau bằng nước lạnh, thổi khí hoặc nước đá thường sẽ giảm đủ tỷ lệ thất thoát sau thu hoạch, cung cấp thêm giờ giữ chất lượng cao cho việc vận chuyển nguyên liệu đến những khoảng cách đáng kể từ ruộng đến nhà máy chế biến (Deitrich et al., Năm 1977).
Tẩy trắng
Chần là việc để rau củ tiếp xúc với nước sôi hoặc hấp trong một thời gian ngắn để khử hoạt tính của các enzym. Thực tế, mọi loại rau (trừ rau thơm và ớt xanh) cần phải được chần và làm lạnh ngay trước khi cấp đông, vì việc đun nóng sẽ làm chậm hoặc ngừng hoạt động của enzym, khiến rau phát triển và trưởng thành. Tuy nhiên, sau khi trưởng thành, các enzym có thể làm mất chất lượng, hương vị, màu sắc, kết cấu và chất dinh dưỡng. Nếu rau không được làm nóng đủ, các enzym sẽ tiếp tục hoạt động trong quá trình bảo quản đông lạnh và có thể khiến rau bị dai hoặc mất mùi vị và màu sắc. Chần cũng làm rau bị héo hoặc mềm nên dễ đóng gói hơn. Nó tiêu diệt một số vi khuẩn và giúp loại bỏ mọi chất bẩn trên bề mặt (Desrosier và Tressler, 1977).
Chần trong nước nóng ở 70 đến 105 ° C có liên quan đến việc phá hủy hoạt tính của enzym. Chần thường được thực hiện trong khoảng 75 đến 95 ° C trong 1 đến 10 phút, tùy thuộc vào kích thước của từng miếng rau (Holdsworth, 1983). Rau chần cần được làm nguội ngay để kiểm soát và giảm thiểu sự suy giảm của các chất dinh dưỡng hòa tan và không bền với nhiệt (Deitrich et al., 1977).
Các enzym được sử dụng làm chỉ số đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý chần là peroxidase, catalase, và gần đây là lipoxygenase. Quá trình khử hoạt tính peroxidase thường được sử dụng trong chế biến rau quả, vì peroxidase dễ dàng được phát hiện và là chất bền nhiệt nhất trong số các enzym này (Arthey, 1993).
Rau có thể được chần qua nước nóng, hấp và trong lò vi sóng. Chần qua nước nóng là cách chế biến rau phổ biến nhất. Thời gian chần được khuyến nghị cho các loại rau khác nhau được đưa ra trong Bảng 6, cho thấy rằng thời gian hoạt động có thể thay đổi tùy thuộc vào mục đích sử dụng sản phẩm. Để chần qua nước, rau cho ra rổ rồi cho vào ấm nước sôi đậy kín nắp. Thời gian bắt đầu ngay lập tức (Archuleta, 2003). Chần bằng hơi nước mất nhiều thời gian hơn so với phương pháp cách thủy, nhưng giúp giữ lại các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước như vitamin hòa tan trong nước. Đối với chần bằng hơi nước, một lớp rau được đặt trên giá hoặc rổ ở độ cao 3-5 cm trên nước sôi trong ấm. Một nắp đậy vừa khít được đặt trên ấm và thời gian bắt đầu. Chần qua lò vi sóng thường được khuyến khích cho một lượng nhỏ rau trước khi cấp đông. Do nhược điểm gia nhiệt không đồng đều của lò vi sóng, nghiên cứu vẫn đang được tiến hành để thu được kết quả tốt hơn với phương pháp chần qua lò vi sóng.
Bảng 6. Hướng dẫn đông lạnh rau (Archuleta, 2003)
| Rau | Sự chuẩn bị | Chần / đông lạnh | |
| Măng tây | Rửa và phân loại theo kích cỡ. Bám phá những kết thúc khó khăn. Cắt cuống thành đoạn dài 5 cm. | Nước chần: | 2 phút |
| Chần hơi: | 3 phút | ||
| Đậu | Rửa sạch và cắt tỉa các đầu. Cắt nếu muốn. | Nước chần: | Chần hơi: |
| Toàn bộ: 3 phút. | Toàn bộ: 4 phút. | ||
| Cắt: 2 phút. | Cắt: 3 phút. | ||
| Củ cải | Rửa sạch và cắt bỏ phần ngọn để lại 2,5 cm thân và gốc. | Nấu cho đến khi mềm: 25-30 phút Để nguội nhanh chóng, gọt vỏ, cắt nhỏ. Cắt thành từng lát hoặc hình khối và đóng gói. | |
| Bông cải xanh | Rửa sạch và cắt miếng vừa ăn. | Nước chần: | 3 phút |
| Chần hơi: | 3 phút | ||
| Cải bắp | Rửa sạch và cắt miếng vừa ăn. | Nước chần: | 3 phút |
| Chần hơi: | 4 phút | ||
| Cà rốt | Rửa sạch, gọt vỏ và cắt nhỏ. Cắt nếu muốn. | Chần nước: 5 phút. | |
| Súp lơ trắng | Bỏ lá; hấp và rửa. Đột nhập vào thiên thạch. | Nước chần: | Chần hơi: |
| Toàn bộ: 5 phút. | Toàn bộ: 7 phút | ||
| Ngô | Loại bỏ trấu và lụa. Cắt đầu và rửa sạch. | Nước chần: | Chần hơi: |
| Toàn bộ: 5 phút. | Toàn bộ: 7 phút | ||
| Greens | Chọn rau xanh non. Rửa sạch và cắt tỉa lá. | Nước chần: | 2 phút. |
| Chần hơi: | 3 phút | ||
| Các loại thảo mộc | Rửa. | Không cần xử lý nhiệt. | |
| Nấm | Lau và làm ẩm bằng khăn giấy. Cắt tỉa phần đầu cứng của thân cây. Phân loại và cắt nấm lớn. | Có thể đông lạnh mà không cần xử lý nhiệt. | |
| Đậu Hà Lan | Vỏ đậu Hà Lan. | Nước chần: | Chần hơi: |
| 1-1 / 2 phút. | 1-1 / 2 phút. | ||
| Ớt | Rửa sạch, bỏ cuống và hạt. | Đông lạnh toàn bộ hoặc cắt theo ý muốn. Không cần xử lý nhiệt. | |
| Những quả khoai tây | Gọt vỏ, cắt hoặc bào theo ý muốn. | Nước chần: | |
| Toàn bộ: 5 phút. | |||
| Các miếng: 2-3 phút. |
Bao bì
Có một số yếu tố cần xem xét trong việc đóng gói rau quả đông lạnh, bao gồm bảo vệ khỏi oxy trong khí quyển, ngăn ngừa mất độ ẩm, giữ hương vị và tốc độ truyền nhiệt qua bao gói (Arthey, 1996). Có hai phương pháp đóng gói cơ bản được khuyến nghị cho rau đông lạnh: gói khô và gói dạng khay.
Trong phương pháp đóng gói khô, rau đã chần và ráo nước được cho vào túi đông lạnh cỡ bữa ăn và đóng gói chặt để cắt giảm lượng không khí trong gói. Khoảng trống thích hợp (khoảng 2 cm) được để lại trên đỉnh của các thùng cứng trước khi đóng lại. Đối với túi đông lạnh, khoảng không trên đầu lớn hơn. Không cần cung cấp khoảng trống cho các loại thực phẩm như bông cải xanh, măng tây và cải bruxen, vì chúng không đóng gói chặt trong hộp đựng (Kendall, 2002).
Trong phương pháp gói khay, rau đã được làm lạnh, thoát nước tốt được xếp thành một lớp trên khay hoặc chảo nông. Khay được đặt trong tủ đá cho đến khi rau trở nên cứng chắc, sau đó lấy ra. Các loại rau được chất đầy vào các thùng chứa. Thực phẩm đóng gói trong khay không đóng băng trong một khối mà vẫn được phân phối lỏng lẻo để có thể đổ lượng cần thiết từ hộp đựng và bao gói lại (Kendall, 2002).
Cách tiếp cận kỹ thuật của chương 1 tập trung chủ yếu vào ngành công nghiệp đông lạnh quy mô lớn. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là tất cả các bước sơ chế trước khi cấp đông sản phẩm thực phẩm đều khá giống nhau dù ở quy mô lớn hay nhỏ. Hơn nữa, chương 3 tập trung nhiều hơn vào cách tiếp cận phù hợp hơn cho ngành đông lạnh thực phẩm nhỏ.
Mua khí nito lỏng , khí CO2 Kết đông thực phẩm ở đâu ?
Công ty Venmer cung cấp khí nitơ và khí CO2, khí oxy và các loại khí công nghiệp khác. Nếu các bạn có nhu cầu mua CO2 và khí nito , khí Oxy dùng trong thực phẩm thì hãy liên hệ với VENMER để được tư vấn chi tiết và cụ thể.
Liên hệ : Mr Hoàng 0906 050 421
