Báo cáo Kỹ Thuật Lạnh Thực Phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


BÁO CÁO THỰC TẬP

KỸ THUẬT CƠ SỞ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
(NS440)
PHẦN KỸ THUẬT LẠNH THỰC PHẨM
MÃ HỌC PHẦN: NS113
Giảng viên phụ trách:

Sinh viên thực hiện:

GS.TS Nguyễn Văn Mười

Quách Thị Vân Anh

Giảng viên hướng dẫn:

MSSV: B1900405

TS. Trần Bạch Long

NHÓM THỰC TẬP: Nhóm 12 (Chủ nhật ngày 27/3/2022 )

Cần Thơ, tháng 3, năm 2022


LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến quý Thầy Cô Bộ
môn Công nghệ Thực phẩm, đặc biệt là Thầy Nguyễn Văn Mười đã tận tình chỉ dạy,
giúp đỡ và truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quan trọng, từ đó em có thể hiểu
rõ hơn các kiến thức đã học để có thể áp dụng vào bài thực tập lần này.
Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn Thầy Trần Bạch Long, anh Tô Nguyễn Phước
Mai cùng các anh chị trong phịng thí nghiệm D006 đã tận tình giúp đỡ chúng em trong
suốt quá trình thực tập. Do kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn bài báo cáo của em cịn
nhiều sai sót, em rất mong nhận được những sự góp ý và hướng dẫn của q Thầy Cơ
và anh chị để giúp em hồn thiện kiến thức của mình hơn.
Cuối lời em xin chúc quý Thầy Cô, các anh chị dồi dào sức khỏe, công tác tốt và
gặt hái được nhiều thành công trong cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn.

i


MỤC LỤC
Trang

BÀI 1: TÍNH TỐN Q TRÌNH LÀM LẠNH THỰC PHẨM THEO TRUYỀN
NHIỆT BẤT ỔN ĐỊNH…………………………………………………………….. …1
1. Cơ sở lý thuyết.............................................................................................................1
2. Mục tiêu... ....................................................................................................................2
3. Phương tiện thí nghiệm ................................................................................................ 2
3.1. Nguyên vật liệu .........................................................................................................2
3.2. Dụng cụ…… .............................................................................................................2
4. Tiến hành thí nghiệm…….. .........................................................................................2
4.1. Chuẩn bị nguyên liệu ................................................................................................ 2
4.2. Chuẩn bị hệ thống làm lạnh ......................................................................................2
4.3. Tiến hành…. .............................................................................................................2

5. Kết quả thí nghiệm.......................................................................................................3
BÀI 2: LẠNH ĐƠNG THỰC PHẨM BẰNG HỖN HỢP SINH HÀN ........................11
1. Cơ sở lý thuyết ...........................................................................................................11
2. Mục tiêu… .................................................................................................................11
3. Phương tiện thí nghiệm .............................................................................................. 11
3.1. Nguyên vật liệu và hóa chất....................................................................................11
3.2. Dụng cụ…………………………………………………………………………...11
4. Tiến hành thí nghiệm. ................................................................................................ 11
4.1. Chuẩn bị hỗn hợp lạnh ............................................................................................ 11
4.2. Tiến hành…. ...........................................................................................................11
5. Kết quả thí nghiệm.....................................................................................................12
BÀI 3+4: XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐĨNG BĂNG VÀ ĐIỂM QUÁ LẠNH CỦA THỰC
PHẨM, XÁC ĐỊNH THỜI GIAN VÀ TỐC ĐỘ LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM ........15
1. Cơ sở lý thuyết ...........................................................................................................15
1.1. Xác định điểm đóng băng và điểm quá lạnh của thực phẩm ..................................15
1.2. Xác định thời gian và tốc độ lạnh đông thực phẩm ................................................16
2. Mục tiêu… .................................................................................................................17
3. Phương tiện thí nghiệm .............................................................................................. 17
3.1. Nguyên liệu và hóa chất .........................................................................................17
ii


3.2. Dụng cụ…… ...........................................................................................................17
4. Tiến hành thí nghiệm. ................................................................................................ 18
5. Kết quả thí nghiệm.....................................................................................................18
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 25

iii

BÀI 1: TÍNH TỐN Q TRÌNH LÀM LẠNH THỰC PHẨM
THEO TRUYỀN NHIỆT BẤT ỔN ĐỊNH
1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tốc độ làm lạnh nói riêng hay tốc độ truyền nhiệt bất ổn định phụ thuộc vào môi
trường truyền nhiệt, dẫn đến sự khác biệt về hệ số truyền nhiệt bề mặt, thành phần
ngun liệu, đặc tính hình dạng của ngun liệu là yếu tố có sự chi phối lớn đến q
trình truyền nhiệt, cuối cùng sự cản trở dòng nhiệt do bao bì chứa thực phẩm cũng là
yếu tố tác động đến hiệu quả của quá trình làm lạnh.
Như đã đề cập ở chương 2 (phần cơ sở lý thuyết) cũng như trong các lý thuyết về
truyền nhiệt bất ổn định, việc tính tốn thời gian làm lạnh hiệu quả cũng như nhiệt độ
tâm hay bề mặt của sản phẩm đạt được sau một thời gian làm lạnh nhất định sẽ phụ
thuộc vào hệ số truyền nhiệt và kích thước sản phẩm – tính tốn dựa trên khoảng cách
từ tâm sản phẩm đến bề mặt, quy về 3 hình dạng cơ bản: hình cầu, tấm phẳng và hình
trụ. Để cụ thể hóa các yếu tố tác động này, 3 chuẩn số khơng thứ ngun được đưa vào
tính tốn, bao gồm:
- Chỉ số Biot:
- Chuẩn số Fourier:
- Hệ số nhiệt độ
Trong đó:
hs: hệ số truyền nhiệt bề mặt (chủ yếu là đối lưu nhiệt), W/m20C
T∞: nhiệt độ môi trường (thường là nhiệt độ kho lạnh, tủ lạnh), 0C
Ti: nhiệt độ ban đầu của thực phẩm, oC
T: nhiệt độ của thực phẩm sau thời gian làm lạnh t, oC
T: thời gian làm lạnh (thời gian hạ nhiệt độ giảm phẩm từ Ti đến T), s
∞ : hệ số khuếch tán nhiệt (m2/s)
k: hệ số dẫn nhiệt, W/m0C
L: kích thước mẫu (khoảng cách từ tâm sản phẩm đến bề mặt)
Cp: nhiệt dung riêng của sản phẩm (kJ/kg0C)
p : khối lượng riêng của sản phẩm (kg/m3)
Việc tính tốn thời gian làm lạnh hiệu quả cũng như nhiệt độ tâm hay bề mặt của

sản phẩm đạt được sau một thời gian làm lạnh nhất định sẽ phụ thuộc vào hệ số truyền
nhiệt và kích thước sản phẩm- tính tốn dựa trên khoảng cách từ tâm sản phẩm đến bề
mặt, quy về ba dạng cơ bản: hình cầu, tấm phẳng và hình trụ.

1


2. MỤC TIÊU
Hiểu và áp dụng được lý thuyết về tính tốn q trình truyền nhiệt bất ổn định ứng
dụng trong làm lạnh nguyên liệu thực phẩm, sử dụng trên các đối tượng thực phẩm khác
nhau.
-

Đánh giá được ảnh hưởng của hai môi trường làm lạnh (tủ lạnh và nước đá) khác
nhau đến thời gian làm lạnh
Ảnh hưởng của cỡ nguyên liệu (kích thước và khối lượng nguyên liệu khác nhau)
đến thời gian làm lạnh.
Ảnh hưởng của loại nguyên liệu và đặc tính hình dạng khác nhau đến hiệu quả
làm lạnh.

3. PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM
3.1. Nguyên vật liệu
- Nước đá
- Khóm
- Xúc xích
3.2. Dụng cụ
- Tủ lạnh
- Thùng xốp
- Nhiệt kế: sử dụng để xác định nhiệt độ môi trường
- Hệ thống cặp nhiệt điện sử dụng để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ sản phẩm theo

thời gian.

4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
4.1. Chuẩn bị ngun liệu
- Xúc xích: đo đường kính mẫu, L = 1/2 đường kính
- Khóm: đo đường kính mẫu, L = 1/2 đường kính
- Chọn 2 mẫu xúc xích và khóm có khối lượng tương đương nhau
- Ghi nhận thông số cần thiết với từng loại sản phẩm dựa trên công thức xác định
các chỉ số Bi, chuẩn số Fo. Tra bảng thành phần để xác định Cp, k và 𝜌 của sản
phẩm.
4.2. Chuẩn bị hệ thống làm lạnh
- Bổ sung 2% muối ăn vào nước đá, trộn đều để giữ nước đá ở gần 00C
- Tủ lạnh được điều chỉnh nhiêt độ về 00C, hoạt động không tải đến nhiệt độ yêu
cầu (00C) trước khi cho mẫu vào.
4.3. Tiến hành
- Tiến hành với nguyên liệu là khóm và xúc xích
- Đối với mẫu quan sát đều tiến hành với hai hệ thống làm lạnh (tủ lạnh và nước
đá).
- Gắn nhiệt kế có kết nối với hệ thống cảm biến vào tâm sản phẩm. Đặt mẫu đã
chuẩn bị vào môi trường làm lạnh. Ghi nhận sự thay đổi nhiệt độ âm sản phẩm
theo thời gian đến khi đạt nhiệt độ sản phẩm mong muốn (dự kiến 4°C).
2


5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 1.1 Sự thay đổi thời gian làm lạnh của các nguyên liệu khác nhau trong
hai mơi trường làm lạnh
Loại
ngun liệu

Đường
kính (cm)

Nhiệt độ ban đầu (0C)

Thời gian làm lạnh (s)

Làm lạnh
trực tiếp
(nước đá)

Làm lạnh
gián tiếp (tủ
mát)

Làm lạnh
trực tiếp
(nước đá)

Làm lạnh
gián tiếp (tủ
mát)

Khóm

3.328

30.4

30.6

3510

7080

Xúc xích

2.268

27

27.9

3990

8790

 Dựa vào thành phần ban đầu của nguyên liệu  tính hệ số tỏa nhiệt h
(W/m2K), hệ số dẫn nhiệt k (W/mK)?
 Tính hệ số tỏa nhiệt h (W/m2K):
Ta có:
* Khóm
+ Cp = 3680 (J/kgoC)
+ 𝜌 = 1041 (kg/m3)
+ V = π × r 2 × h = 5,53349x10-5 (m3)
+ m = 𝜌 × 𝑉 = 0,0576 (kg)
* Xúc xích
+ Cp = 3323 (J/kgoC)
+ 𝜌 = 1069 (kg/m3)
+ V = π × r 2 × h = 8,3983x10-5 (m3)

+ m = 𝜌 × 𝑉 = 0.0898 (kg)

−h∗A∗t
Tm − T
= e m∗Cp
Tm − Ti

3


⇔ ln(

Tm − T
Tm

)=
−T
i

−h∗A∗t

(1)

m∗Cp

Phương trình (1) có dạng phương trình y = a*x
Với: y = ln(

Tm − T
Tm −Ti

Hệ số gốc: a =

) , x =t

−h×A
m×Cp

−h×A

= π ∗ D3
6

×ρ×Cp

+ làm lạnh trực tiếp (nước đá)

Nhiệt độ 0C

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của khóm khi làm lạnh
trực tiếp bằng nước đá
35
30
25
20
15
y = -0,0064x + 23,426
R² = 0,8977

10

5
0
0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Thời gian (s)

Từ đồ thị ta có hệ số gốc a = 0,0064
Diện tích bề mặt truyền nhiệt của trụ khóm = diện tích xung quanh + diện tích
đáy
⇔ 2𝜋 × r×h + 2𝜋 × r2 = 2π × 0,01164 × 0,13 + 2 𝜋 × (0,01164)2
= 0,01(m2)
 Hệ số truyền nhiệt tổng quát của trụ xúc xích:
h=

𝑎.𝑚.𝑐𝑝
𝐹

= 135,66 (W/𝑚2 K)

4


Nhiệt độ 0C

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của xúc xích khi làm lạnh
trực tiếp bằng nước đá
30

25
20
15
y = -0,0053x + 21,567
R² = 0,8744

10
5
0
0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Thời gian (s)

Từ đồ thị ta có hệ số gốc a = 0,0053
Diện tích bề mặt truyền nhiệt của trụ xúc xích = diện tích xung quanh + diện tích
đáy
⇔ 2𝜋 × r×h + 2𝜋 × r2 = 2π × 0,01434 × 0,13 + 2 𝜋 × (0,01434)2
= 0,013(m2)
 Hệ số truyền nhiệt tổng quát của trụ xúc xích:
h=

𝑎.𝑚.𝑐𝑝
𝐹

= 121,66 (W/𝑚2 K)

+ Làm lạnh gián tiếp (tủ mát)

5


Nhiệt độ 0C

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của khóm khi làm lạnh gián
tiếp bằng tủ mát
35
30
25
20
15

y = -0,0032x + 22,671
R² = 0,8566

10
5
0
0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

-5

Thời gian (s)

Từ đồ thị ta có hệ số gốc a = 0,0032
Diện tích bề mặt truyền nhiệt của trụ khóm = diện tích xung quanh + diện tích
đáy
⇔ 2𝜋 × r×h + 2𝜋 × r2 = 2π × 0,01164 × 0,13 + 2 𝜋 × (0,01164)2
= 0,01(m2)
 Hệ số truyền nhiệt tổng quát của trụ khóm:
h=

𝑎.𝑚.𝑐𝑝
𝐹

= 67,83 (W/𝑚2 K)

6


Nhiệt độ 0C

Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nhiệt độ của xúc xích khi làm lạnh

gián tiếp bằng tủ mát
30
25
20
15
y = -0,0024x + 21,186
R² = 0,8478

10
5
0
0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Thời gian (s)

Từ đồ thị ta có hệ số gốc a = 0,0024
Diện tích bề mặt truyền nhiệt của trụ xúc xích = diện tích xung quanh + diện tích
đáy
⇔ 2𝜋 × r×h + 2𝜋 × r2 = 2π × 0,01434 × 0,13 + 2 𝜋 × (0,01434)2
= 0,013(m2)
 Hệ số truyền nhiệt tổng quát của trụ xúc xích:
h=

𝑎.𝑚.𝑐𝑝
𝐹

= 55,09 (W/𝑚2 K)

 Tính hệ số dẫn nhiệt k (W/mK)
Theo Huỳnh Công Hậu và cộng sự, 2019, đối với trái cây và rau quả có hàm lượng
nước lớn hơn 60%, độ dẫn nhiệt có thể được tính theo phương trình Sweat 1974:
k = 0,148 + 0,493Xw
Xw của khóm = 86% → k của khóm = 0,572 (w/mK)
Thành phần dinh dưỡng của xúc xích bao gồm: 12% protein, 27% lipid, 58% nước
và 3% các khoáng chất khác (Foodnk, 2020).
Theo Huỳnh Công Hậu và cộng sự, 2019, cơng thức tính hệ số dẫn nhiệt của thực
phẩm:
k = 0,25Xc + 0,155Xp + 0,16Xf + 0,135Xa +0,58Xw
Kí hiệu: carbohydrate (c), protein (p), fat (f), water (w), ash (a).
→ k của xúc xích = 0,402 (w/mK)

7


 Tính tốn thời gian làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ
cuối (40C) theo lý thuyết ?
 Tính tốn thời gian làm lạnh khóm theo lý thuyết
+ Trực tiếp (nước đá)
Hệ số dẫn nhiệt: k = 0,572 W/m.K
Khối lượng riêng: 𝜌 = 1041 kg/m3
Nhiệt độ mơi trường: T∞ = 0,80C
Nhiệt độ ban đầu của khóm: Ti = 30,4 0C
Nhiệt độ của khóm sau khi làm lạnh (nhiệt độ tâm): T = 40C
D

L=

2

Bi =

=

hs.L
k

2,328
2

=

= 1,164 cm = 0,01164 m

135,66 × 0,01164
0,572

Hệ số nhiệt độ:  =

t−T∞
t1 −T∞

=

→

= 2,76

4−0,8
30,4−0,8

1
Bi

=

1
2,76

= 0,36

= 0,1

Tra chỉ số Fourier từ đồ thị: Fo = 0,7
Fo = 0,7 =

k.t
Cp .ρ.δ

2 =

0,572×t
3680×1041×0,01164 2

→ t = 635,194 (s)

→ Thời gian làm lạnh khóm trực tiếp (nước đá) theo lý thuyết là 635,194( s)
+ Gián tiếp (tủ mát)
Hệ số dẫn nhiệt: k = 0,572 W/m.K
Khối lượng riêng: 𝜌 = 1041 kg/m3
Nhiệt độ môi trường: T∞ = 3,20C
Nhiệt độ ban đầu của khóm: Ti = 30,6 0C
Nhiệt độ của khóm sau khi làm lạnh (nhiệt độ tâm): T = 40C
L=
Bi =

D
2

=

hs.L

k

2,328
2

=

= 1,164 cm = 0,01164 m

67,83 × 0,01164
0,572

Hệ số nhiệt độ:  =

t−T∞
t1 −T∞

→

= 1,38

=

4−3,2
30,6−3,2

1
Bi

=

1
1,38

= 0,725

= 0,029

Tra chỉ số Fourier từ đồ thị: Fo = 1,22
Fo = 1,22 =

k.t
Cp .ρ.δ

2 =

0,572×t
3680×1041×0,01164 2
8

→ t = 1107,053 (s)


→ Thời gian làm lạnh khóm gián tiếp (nước đá) theo lý thuyết là 1107,053 (s)
 Tính tốn thời gian làm lạnh xúc xích theo lý thuyết
+ Trực tiếp (nước đá)
Hệ số dẫn nhiệt: k = 0,402 W/m.K
Khối lượng riêng: 𝜌 = 1069 kg/m3
Nhiệt độ môi trường: T∞= 0,80C
Nhiệt độ ban đầu của xúc xích: Ti = 27 0C

Nhiệt độ của xúc xích sau khi làm lạnh (nhiệt độ tâm): T = 40C
L=
Bi =

D
2

=

hs.L
k

2,868
2

=

= 1,434 cm = 0,01434 m

121,66 × 0,01434
0,402

Hệ số nhiệt độ:  =

t−T∞
t1 −T∞

=

→

= 4,34
4−0,8

27−0,8

1
Bi

=

1
4,34

= 0,23

= 0,12

Tra chỉ số Fourier từ đồ thị: Fo = 0,61
Fo = 0,61 =

k.t
Cp

.ρ.δ2

=

0,402×t
3323×1069×0,014342

→ t = 1108,435 (s)

→ Thời gian làm lạnh xúc xích trực tiếp (nước đá) theo lý thuyết là 1108,435 (s)
+ Gián tiếp (tủ mát)
Hệ số dẫn nhiệt: k = 0,402 W/m.K
Khối lượng riêng: 𝜌 = 1069 kg/m3
Nhiệt độ mơi trường: T∞= 00C
Nhiệt độ ban đầu của xúc xích: Ti = 27,9 0C
Nhiệt độ của xúc xích sau khi làm lạnh (nhiệt độ tâm): T = 40C
L=
Bi =

D
2

=

hs.L
k

2,868
2

=

= 1,434 cm = 0,01434 m

55,09 × 0,01434
0,402

Hệ số nhiệt độ:  =

t−T∞
t1 −T∞

→

= 1,965

=

4−0
27,9−0

1
Bi

=

1
4,34

= 0,5

= 0,14

Tra chỉ số Fourier từ đồ thị: Fo = 0,83
Fo = 0,83 =

k.t
Cp

.ρ.δ2

=

0,402×t
3323×1069×0,014342

→ t = 1508,198 (s)

→ Thời gian làm lạnh xúc xích gián tiếp (nước đá) theo lý thuyết là 1508,198 (s)
9


 So sánh sự khác biệt giữa thời gian làm lạnh lý thuyết và thời gian làm
lạnh thực tế, giải thích?
Bảng 1.2 Thời gian làm lạnh lý thuyết và thực tế của khóm, xúc xích
Cách làm
lạnh

Thời gian làm lạnh trực tiếp

Thời gian làm lạnh gián tiếp

(s)

(s)

Khóm

Xúc xích

Khóm

Xúc xích

Lý thuyết

635,194

1108,435

1107,053

1508,198

Thực tế

3510

3990

7080

8790

 Giải thích:
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy có sự khác biệt giữa thời gian làm lạnh lý thuyết

và thời gian làm lạnh thực tế đó là thời gian làm lạnh lý thuyết ngắn hơn thời gian làm
lạnh thực tế vì khi làm lạnh thực tế, sẽ có các thơng số liên quan về tủ lạnh và nước đá
như hiệu suất làm việc, tốc độ làm lạnh, sự không ổn định về thông số là nguyên nhân
chủ yếu gây ra sự chênh lệch, đồng thời, trong q trình thí nghiệm, cũng khơng tránh
khỏi những thao tác sai sót.
 Giải thích ảnh hưởng của loại ngun liệu, kích cỡ và mơi trường đến thời
gian làm lạnh?
 Làm lạnh trực tiếp sẽ nhanh hạ nhiệt độ sản phẩm xuống nhiệt độ cần thiết
hơn làm lạnh gián tiếp. Vì mơi trường nước đá, hình thức trao đổi giữa các vật làm
lạnh là theo phương thức dẫn nhiệt, khả năng trao đổi nhiệt tốt, nước đá tan chảy tạo ra
lớp nước trên bề mặt tăng cường bề mặt tiếp xúc với thực phẩm nên nhiệt độ thực
phẩm sẽ được làm lạnh nhanh chóng. Tuy nhiên làm lạnh gián tiếp sẽ giúp ổn định tốc
độ làm lạnh của thực phẩm, hạn chế sự ảnh hưởng không tốt đến thực phẩm
 Thời gian làm lạnh giữa 2 loại ngun liệu khóm và xúc xích cũng có sự
chênh lệch. Thời gian làm lạnh của khóm nhanh hơn thời gian làm lạnh của xúc xích
vì trong ngun liệu khóm có chứa hàm lượng nước cao hơn nguyên liệu xúc xích do
đó, việc hạ nhiệt độ của khóm sẽ diễn ra nhanh hơn.
-

10


BÀI 2: LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM BẰNG HỖN HỢP SINH
HÀN
1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trong nghiên cứu về quá trình lạnh đông, nhiều lý thuyết đã và đang được nêu ra
với những giả định cho mỗi phương pháp tiếp cận đều rất khác với một phương pháp
khác. Trong điều kiện không có hệ thống lạnh đơng sẵn có (khi trên tàu đánh bắt, hay ở
những vùng nguyên liệu…), việc sử dụng hỗn hợp muối và nước đá tạo hỗn hợp sinh
hàn, có thể tạo mơi trường có nhiệt độ thấp hơn 0℃. Hỗn hợp sinh lạnh tác dụng nhờ

quá trình thu nhiệt khi hòa tan của một số muối và quá trình nóng chảy của tuyết hay
nước đá để làm lạnh môi trường xung quanh.
Trong kỹ thuật ướp lạnh thực phẩm, người ta thường dùng hỗn hợp sinh lạnh: muối
ăn (NaCl) và nước đá. Q trình nóng chảy của nước đá và q trình hịa tan của muối
ăn có thể đạt được nhiệt độ hỗn hợp đến trên -21,2℃.
Ưu điểm của phương pháp này là khơng cần máy móc thiết bị cồng kềnh, kỹ thuật
đơn giản.

2. MỤC TIÊU
Xác định vai trò của nước đá và muối ăn trong việc tạo hỗn hợp sinh hàn cũng như
xác định khả năng ứng dụng trong việc làm lạnh đông thực phẩm (tôm).

3. PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM
3.1. Ngun vật liệu và hóa chất
- Muối ăn (mịn và khô)
- Nước đá
- Tôm
3.2. Dụng cụ
- Thùng xốp
- Nhiệt kế: sử dụng để xác định nhiệt độ của hỗn hợp sinh hàn và nhiệt độ tâm
sản phẩm
- Đồng hồ bấm giây

4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
4.1. Chuẩn bị hỗn hợp lạnh
- Tạo hỗn hợp sinh lạnh với các tỷ lệ muối/đá lần lượt là 15% và 25%
- Sử dụng đá xay
4.2.

Tiến hành

Trộn đều hỗn hộp muối và đá, liên tục theo dõi nhiệt độ của hỗn hợp trong thùng
xốp. Khi nhiệt độ hỗn hợp ổn định (không hạ xuống nữa), tiến hành nhúng tơm vào (có
cắm nhiệt kế ngay phần ức vào giữa thân tơm) cho ngập hồn tồn vào hỗn hợp trong
thùng xốp.
11


Theo dõi nhiệt độ trung tâm của tôm và nhiệt độ hỗn hợp sinh lạnh. Khi nhiệt độ
trung tâm tôm đạt -10°C thì ngưng q trình lạnh đơng.

5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Bảng 2.1 Số liệu thực nghiệm
Hỗn hợp
sinh hàn với
tỉ lệ
muối/nước
đá

Khối
lượng
tôm (g)

Khối
lượng
nước đá
(g)

Khối
lượng

muối (g)

15,6
(tôm 1)

25%

15%

17,9
(tôm 2)

Nhiệt
độ tâm
ban
đầu
của
tôm
(oC)

Thời
gian
lạnh
đông
(s)

19,25
(tôm 1)

2000

500

11,062
(tôm 2)

18,5
(tôm 3)

9,3745
(tôm 3)

22,3
(tôm 1)

29,312
(tôm 1)

16,7
(tôm 2)

Nhiệt độ
môi
trường
làm lạnh
(oC)

2000

300

21,7
(tôm 3)

28,562
(tôm 2)
28,937
(tôm 3)

 Biểu đồ nhiệt độ lạnh đông tôm

12

-18,4

1235

-16,3

2325


- Hỗn hợp sinh hàn với tỷ lệ muối/nước đá 25%

Biểu đồ thể hiện tốc độ làm lạnh tôm bằng hỗn hợp sinh hàn 25%
NaCl
25
20

Nhiệt độ 0C

15
10
5
0
0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-5
-10
-15

Thời gian (s)
Tôm 1

Tôm 2

Tôm 3

- Hỗn hợp sinh hàn với tỷ lệ muối/nước đá 15%
Biểu đồ thể hiện tốc độ làm lạnh tôm bằng hỗn hợp sinh hàn 15%
NaCl
35
30
25

Nhiệt độ 0C

20
15
10
5
0
-5

0

500

1000

1500

-10
-15

Thời gian (s)

Tôm 1

Tôm 2

13

Tôm 3

2000

2500


 Nhận xét:
- Từ hai đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông của tôm ở
hai hỗn hợp sinh hàn 15% và 25%, ta thấy:
+ Tôm được đông cứng nhanh hơn khi lạnh đông trong hỗn hợp sinh hàn có 25%
muối so với hỗn hợp sinh hàn có 15% muối.
+ Nhiệt độ mơi trường của hỗn hợp sinh hàn có 25% muối thấp hơn so với của hỗn
hợp sinh hàn 15% muối.
+ Nhiệt độ của tôm giảm nhanh trong môi trường lạnh đông hỗn hợp sinh hàn 25%.
+ Về cảm quan tôm được lạnh đông và đạt cấu trúc cứng hơn ban đầu.
- Việc làm lạnh đông thực phẩm bằng hỗn hợp sinh hàn thực sự rất hiệu quả, tốc
độ làm lạnh đông nhanh hay chậm và nhiệt độ cuối của nguyên liệu sẽ phụ thuộc rất
lớn vào hàm lượng muối bổ sung vào nước đá, bổ sung càng nhiều muối thì hiệu quả
lạnh đông sẽ càng gia tăng, nhiệt độ cuối của nguyên liệu sẽ càng thấp. Ngồi ra việc
làm lạnh đơng cũng phụ thuộc vào loại nước đá, chất liệu của thùng cách nhiệt.

14

BÀI 3+4: XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐÓNG BĂNG VÀ ĐIỂM QUÁ
LẠNH CỦA THỰC PHẨM, XÁC ĐỊNH THỜI GIAN VÀ TỐC
ĐỘ LẠNH ĐƠNG THỰC PHẨM
1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Xác định điểm đóng băng và điểm quá lạnh của thực phẩm

1.1.

Do trong thực phẩm có chứa các thành phần chất tan nên điểm đóng băng của nước
trong thực phẩm ln ln nhỏ hơn 0oC ( nhiệt độ đóng băng của nước tinh khiết). Nhiệt
độ bắt đầu đóng băng của nước trong thực phẩm thường dao động trong khoảng -0.5oC
đến -3oC tùy thuộc vào tính chất và hàm lượng nước có trong ngun liệu. Thơng số này
có thể được xác định dựa trên mối quan hệ giữa thành phần thực phẩm và nhiệt độ đóng
băng được giải thích dựa trên phương pháp xác định độ hạ điểm đóng băng cho dung
dịch lý tưởng (Heldman and Singh, 1981) :
λ

(

1

𝑅𝑔 𝑇𝐴𝑂

−

1
𝑇𝐴

) = ln 𝑋𝑎

(1)

Với:
λ: nhiệt độ nóng chảy của nước (J/mol) = 333,5 J/g* 18 g/mol = 6003 J/mol.
Rg: hằng số lý tưởng = 8,314 J/mol.K
TAo: nhiệt độ đóng băng của nước tinh khiết ở điều kiện áp suất thường = 273K.
TA: nhiệt độ đóng băng của nước trong thực phẩm (K).
Xa: phần mol của nước trong thực phẩm, được xác định theo công thức (2):
XA =

𝑚𝐴/𝑀𝐴

(2)

𝑚𝐴/𝑀𝐴 + 𝑚𝑆/𝑀𝑆

Trong đó:
mA: khối lượng của nước trong thực phẩm
MA: khối lượng phân tử của nước
mS: khối lượng của chất tan trong thực phẩm
Ms: khối lượng phân tử của chất tan
Phương trình mơ phỏng xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông của rau quả:
Tk = 287,56 - 49,19w + 37,07w2

(3)

Phương trình mơ phỏng xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông của nước quả:
Tk = 120,47 + 327,35w – 176,49w2 (4)
Phương trình mơ phỏng xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông của thịt:

Tk = 271,18 + 1,47w

(5)

Trong đó:
15


Tk: nhiệt độ bắt đầu lạnh đông (K)
w: hàm lượng của nước trong thực phẩm(%)
Vì nước có nhiệt dung riêng lớn (4200 J/kg.K) và ẩn nhiệt đóng băng cao (335
kJ/kg); đồng thời tỷ lệ của nước trong thực phẩm rất lớn nên nước vẫn chưa đóng băng
khi nhiệt độ thực phẩm giảm thấp. Chính vì thế, cần một lượng lớn năng lượng lớn để
di chuyển ẩn nhiệt ra khỏi nước, giúp quá trình chuyển pha của nước từ lỏng sang rắn.
Trên thực tế, điểm đóng băng và điểm quá lạnh của thực phẩm có thể được xác
định dựa vào biểu đồ thay đổi nhiệt độ tâm của sản phẩm theo thời gian. Điểm quá lạnh
ở vị trí “điểm gãy” S: nhiệt độ sản phẩm đang giảm thấp lại có sự gia tăng đột ngột lên
đến nhiệt độ đóng băng B do sự phóng thích ẩn nhiệt đóng băng lớn hơn nhiệt được di
chuyển ra khỏi hệ thống khi tinh thể đá hình thành.
1.2.

Xác định thời gian và tốc độ lạnh đông thực phẩm

Thời gian lạnh đông hiệu quả (effective freezing time) là thời gian mà thực phẩm
nằm trong thiết bị lạnh đơng và được sử dụng để tính tốn khối lượng thực phẩm cần
lạnh đông.
Thời gian lạnh đông danh nghĩa (nominal freezing time) có thể được sử dụng như
một chất chỉ thị sự phá hủy của sản phẩm do việc xác định thời gian này đã bỏ qua các
điều kiện ban đầu hoặc tốc độ làm lạnh khác nhau của các điểm khác nhau trên bề mặt
thực phẩm. Thông thường, thời gian lạnh đơng danh nghĩa có thể được xác định từ khi

nhiệt độ thực phẩm đạt đến nhiệt độ bắt đầu đóng băng đến khi nhiệt độ sản phẩm giảm
thấp hơn 10oC so với nhiệt độ mà tinh thể đá đầu tiên hình thành. Thời gian lạnh đơng
danh nghĩa có thể được xác định thực tế dựa trên đồ thị biến đổi thực phẩm theo thời
gian, tính từ mốc thời gian khi thực phẩm bắt đầu đóng băng đến khi quá trình hình
thành tinh thể kết thúc.
Thời gian và tốc độ lạnh đông phụ thuộc vào các yếu tố:
-

Hệ số dẫn nhiệt của thực phẩm
Bề mặt truyền nhiệt của thực phẩm
Khoảng cách mà nhiệt phải di chuyển xuyên qua thực phẩm (kích cỡ của
ngun liệu lạnh đơng)
Sự chênh lệch nhiệt độ giữa thực phẩm và môi trường lạnh đông
Ảnh hưởng cách nhiệt của lớp đệm biên khơng khí xung quanh thực phẩm
Bao bì (rào chắc đối với sự di chuyển của dịng nhiệt)

Thời gian lạnh đơng được tính theo cơng thức Planck:

tF

(6)

Trong đó:
: khối lượng riêng của sản phẩm (kg/m3)
L: nhiệt thốt ra do q trình kết tinh nước đá (kJ/kg)
16


TF: nhiệt độ đóng băng (oC)
𝑇∞: nhiệt độ mơi trường lạnh đơng lạnh đơng (oC)

a: kích thước hình học của sản phẩm (m)
hc: hệ số cấp nhiệt (W/m2K)
k: hệ số dẫn nhiệt của sản phẩm (Wm.K)
P và R: hằng số thay đổi theo dạng hình học của sản phẩm và được xác định theo
bảng dưới đây:

Hình dạng nguyên liệu

P

R

Tấm phẳng dài vơ hạn

1/2

1/8

Hình trụ dài vơ hạn

1/4

1/16

Hình cầu

1/6

1/24

2. MỤC TIÊU
- Xác định ảnh hưởng của nồng độ chất tan trong thực phẩm đến sự thay đổi
nhiệt độ đóng băng và nhiệt độ quá lạnh khi lạnh đông.
- Xác định điểm đóng băng và điểm quá lạnh của từng loại thực phảm trong cùng
một môi trường làm lạnh đông.
- So sánh sự khác biệt về điểm đóng băng của nước tinh khiết và thực phẩm.
- Xác định ảnh hưởng của môi trường lạnh đông và loại nguyên liệu đến tốc độ
lạnh đông thực phẩm.
- Ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh đến sự thay đổi màu sắc, cấu trúc thực phẩm
sau khi tan giá.

3. PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM
3.1.

Ngun liệu và hóa chất

- Khoai tây
- khóm
- Nước cất
3.2. Dụng cụ
- Tủ đơng
- Nhiệt kế tự ghi (xác định nhiệt độ tâm của sản phẩm và nhiệt độ tủ)
- Một số dụng cụ thí nghiệm thơng thường: dao, thớt, thau, rổ.
17


4. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM.
Chuẩn bị tủ lạnh đơng: vệ sinh tủ và khởi động trước. Điều chỉnh nhiệt độ tủ đến
mức gần -40°C.
Chuẩn bị mẫu thực phẩm (chọn lựa một loại thực phẩm cho thí nghiệm).

+ Khoai tây: 1 mẫu hình trụ lớn, 1 mẫu hình trụ nhỏ và một mẫu hình chữ nhật
+ Khóm: 1 mẫu khóm hình trụ lớn và 1 mẫu ép lấy dịch quả rồi cho vào túi
plastic có đường kính cố định.
+ Nước cũng cho vào túi plastic như phần dịch quả
Gắn thermocouple vào tâm của sản phẩm và đặt vào tủ đông đã được chuẩn bị từ
trước.
Đối với mẫu dịch quả, đưa thermocouple vào tâm sản phẩm (2/3 từ trên xuống),
buộc chặt lại, chú ý làm kín và tránh khơng cho nhiệt kế chạm vào thành túi.
Đặt mẫu vào môi trường lạnh đông (đã điều chỉnh đến nhiệt độ khoảng -40°C).
Ghi chính xác nhiệt độ thiết bị trước khi đưa mẫu vào.
Ghi lại nhiệt độ ban đầu của sản phẩm, nhiệt độ môi trường lạnh đông, nhiệt độ
của từng sản phẩm ở các mức thời gian khác nhau (∆t = 30 giây) đến khi nhiệt độ tâm
sản phẩm đạt -12°C.
Đem mẫu ra khỏi tủ đông, tan giá để lấy thermocouple khỏi nguyên liệu.

5. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
 Sự thay đổi nhiệt độ của sản phẩm và môi trường theo thời gian khi lạnh
đông đến nhiệt độ -12oC :
- Biểu đồ nước cất theo thời gian lạnh đông
Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông của nước cất
35
30
25

Nhiệt độ 0C

20
15
10
5

0
-5 0

5000

10000

15000

-10
-15

-20

Thời gian (s)

18

20000

25000


- Biểu đồ khoai tây theo thời gian lạnh đông
Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông của khoai tây trụ
lớn
35
30

Nhiệt độ 0C

25
20
15
10
5
0
-5

0

5000

10000

15000

20000

25000

-10

Thời gian (s)

Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông của khoai tây trụ
nhỏ
35
30
25

Nhệt độ 0C

20
15
10
5
0
-5 0

5000

10000

15000

-10
-15

Thời gian (s)

19

20000

25000


Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông của khoai tây hình
chữ nhật

35
30
25

Nhiệt độ 0C

20
15
10
5
0
-5

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

-10
-15

Thời gian (s)

- Biểu đồ khóm theo thời gian lạnh đơng

Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đơng của khóm trụ lớn
35
30
25

Nhiệt độ 0C

20
15
10
5
0
-5

0

5000

10000

15000

-10
-15

Thời gian (s)

20

20000

25000


Sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian lạnh đông của dung dịch
khóm
35
30
25

Axis Title

20
15
10
5
0
-5

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

-10
-15

Axis Title

 Xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông và nhiệt độ quá lạnh của nước và các
mẫu thực phẩm dựa vào đồ thị đã vẽ:
Nước
cất

Khoai
tây trụ
lớn

Khoai
tây trụ
nhỏ

Khoai
tây

Khóm
trụ lớn

dd
khóm

HCN

Nhiệt độ bắt
đầu lạnh
đơng (0C )

-0.19

-0,9

-0.9

-1,06

-1.8

-1.31

Nhiệt độ q
lạnh (0C)

-2,19

-1.7

-1

-1,13

-1.9

-1.38

 Xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông của thực phẩm theo các phương trình
mơ phỏng (3) và (4):
* Hàm lượng nước có trong thực phẩm:
- Dung dịch khóm 88%
- Khóm hình trụ 86%
- Khoai tây trụ lớn, nhỏ, hình chữ nhật: 80%
+ Phương trình mơ phỏng xác định nhiệt độ bắt đầu lạnh đông của rau quả:
Tk = 287,56 - 49,19w + 37,07w2
(3)
- Nhiệt độ bắt đầu lạnh đơng của khóm hình trụ lớn là:
Tk = 287,56 - 49,19× 0,86 + 37,07×0,862 (với w = 86%).
→ Tk = 272,67 0K = - 0,33 0C
- Nhiệt độ bắt đầu lạnh đông của khoai tây là:
21