THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC PHẨM

THÍ NGHIỆM LẠNH ĐÔNG THỰC
PHẨM
Mẫu làm lạnh :Khoai lang tím
Yêu cầu: mẫu phải được cắt ở dạng hình lập phương (3x3x3).
1. Tổng quan.

Quá trình đông lạnh là quá trình hạ nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu
xuống dưới điểm đóng băng của dịch bào. Tại nhiệt độ này các tinh thể băng bắt đầu được
hình thành trong các mô tế bào.
Quá trình lạnh đông phụ thuộc vào tốc độ lạnh đông, hệ số truyền nhiệt và một
số đặc tính truyền nhiệt của thực phẩm. Thời gian lạnh đông phụ thuộc vào tốc độ lạnh
đông, lượng nhiệt truyền đi, bao gói và phương pháp lạnh đông được áp dụng, yêu cầu
nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối, bề dày nguyên liệu và thành phần hoá học của thực phẩm
(Ilicali et al., 1999).
Nhiệt độ kết tinh ban đầu là nhiệt độ mà tại đó xuất hiện những tinh thể băng đầu tiên
trong cấu trúc của sản phẩm, thường thấp hơn so với nhiệt độ kết tinh ban đầu của nước
Sự hạ thấp nhệt độ kết tinh ban đầu như vậy còn gọi là hàm số của thành phần cấu tạo của
sản phẩm. Mối quan hệ đó được biểu thị băng phương trình về sự hạ thấp nhiệt độ đông
lạnh so với dung dịch lý tưởng.
.
Hàm lượng nước không kết tinh:
Một đặc tính quan trọng của thực phẩm đông lạnh là tương quan giữa hàm lượng nước
không kết tinh và nhiệt độ. Mối quan hệ giữa hai đại lượng này đặt cơ sở cho việc đưa ra
phác đồ của hệ thống lạnh đông, tạo điều kiện cho việc xác định các yếu tố phục vụ cho
việc bảo quản các sản phẩm đông lạnh. Sự ước tính như vậy dựa trên giả thiết cho rằng
cho rằng sự hình thànhcác tinh thể băng thuần chỉ hình thành từ nước trong quá trình
đông lạnh sản phẩm và toàn bộ các chất hoà tan được cô đặc lại trong phần nước không


kếttinh. Sự tính toán các đại lượng này cũng được xác định thông qua phương trình (1) và
(2 )

Thông thường để đảm bảo chất lượng cho sản phẩm đông lạnh, lượng nước tự do còn lại
≤ 15% vì với hàm lượng nước thấp như vậy hầu hết Các vi sinh vật và enzyme bị vô hoạt
hoặc kém hoạt động. Đây cũng là cơ sở để người ta xác định nhiệt độ tâm sản phẩm phải
đạt khi kết thúc quá trình lạnh đông.
Thời gian làm lạnh đông:
Thời gian làm đông lạnh là thời gian được tính từ khi đặt sản phẩm vào thiết bị cho đến
khi đạt được nhiệt độ cuối dùng. Do vậy thời gian đông lạnh, phụ thuộc vào nhiệt độ ban
đầu và nhiệt độ cuối cùng của sản phẩm, kích thước( chủ yếu là bề dày) của sản phẩm, hệ
số truyền nhiệt và nhiệt độ của thiết bị làm lạnh,.. Để tính toán thời gian làm đông lạnh,
đã có nhiều tác giả đưa ra các phương trình khác nhau. Song áp dụng phổ biến nhất là
phương trình của Plank( 1913).
Để xác định thời gian làm lạnh đông sản phẩm, ngày nay người ta gắn thiết bị lanh đông
với một máy tính để ghi các thông số và vẽ đồ thị trên màn hình về sự biến đổi nhiệt độ ở
bề mặt và trong lòng sản phẩm trong quá trình cấp đông. Nhiệt độ ở bề mặt sản phẩm
giảm nhanh từ nhiệt độ ban đầu xuống tới nhiệt độ bắt đầu kết tinh. Sau đó quá trình kết
tinh nước trong sản phẩm vẫn tiếp tục diễn ra, trong thời gian này nhiệt độ không đổi cho
tới khi quá trình kết thúc, sau đó nhiệt độ giảm rất nhanh.Thời gian làm lạnh đông được
xác định khi đường cong nhiệt độ trong lòng sản phẩm đi qua nhiệt độ mong muốn. Về
thời gian lạnh đông, cho tới nay người ta thấy rằng phải làm lạnh đông nhanh sản phẩm
thực phẩm trong một thời gian ngắn nhất có thể được. Bởi vì, chính tốc độ làm lạnh đông
nhanh xác định kích thước tinh thể và phân bố tinh thể đá trong mô. Nếu quá trình lạnh
đông diễn ra chậm, những tinh thể đá ban đầu lớn và xuất hiện chủ yếu ở bên ngoài tế
bào, tạo ra sức ép cơ học của bên ngoài tế bào, làm rách màng tế bào. Kết quả là quá trình
lạnh đông diễn ra bên ngoài tế bào, gây ra sự mất cân bằng thẩm thấu gây lên sự di
chuyển nước ra phía ngoài, làm tổn thất chất hoà tan khi tan giá.
Các phương pháp làm lạnh đông rau quả.
Phương pháp lạnh đông chậm


Trong quá trình lạnh đông chậm, do nhiệt độ của không khí cao hơn -250C và tốc độ đối

lưu của không khí nhỏ hơn 1m/s nên thời gian làm đông lạnh thường kéo dài từ 15 đến 20
giờ tuỳ thuộc kích thước và chủng loại sản phẩm. Số tinh thể đá hình thành trong giờ tùy
thuộc vào kích thước và chủng loại sản phẩm. Số tinh thể đá hình thành trong gian bào và
tế bào rất ít, kích thước lớn, gây cọ xát giữa tinh thể đá và màng tế bào. Sự co sát này làm
rách làm tế bào, phá hủy cấu trúc mô tế bào của sản phẩm, vì vậy sản phẩm sau khi tan
giá thì dịch bào chảy ra ngoài là sản phẩm giảm giá trị dinh dưỡng và cảm quan. Vì vậy,
ngày nay người ta không dùng phương pháp lạnh đông chậm để bảo quản rau
quả.Tuy nhiên, phương pháp lạnh đông chậm vẫn được áp dụng trong bảo quản một số
loại rau quả nhằm dự trữ nguyên liệu cho chế biến nước rau quảvà cô đặc nước quả. Lạnh
đông chậm trong trường hợp này có tác dụng tích cực vì lạnh đông chậm phá hủy cấu trúc
tế bào, cấu trúc của hệ keo, làm tăng năng xuất và hiệu suất ép.
Phương pháp lạnh đông nhanh
Môi trường làm lạnh nhanh thường là không khí có nhiệt độ nhỏ hơn ≤ - 35 0 C với tốc
độ lưu lượng khí 3 – 4 m/s cho các buồng nhỏ, hầm lạnh đông nhanh (tunel). Thời
gian làm lạnh đông nhanh các sản phẩm rau quả từ15 – 25 phút tuỳ thuộc vào kích thước
và loại rau quả.Lạnh đông nhanh tinh thể đá trong sản phẩm tạo thành nhỏ nên ít pháhuỷ
cấu trúc của thế bào, có thể giữ được trên 95% phẩm chất của sản phẩm.
Phương pháp lạnh đông cực nhanh (siêu nhanh)
Ngày nay, với kỹ thuật lạnh tiên tiến cho phép làm lạnh đông rau quả trong CO 2 lỏng, N2
lỏng. Thời gian làm lạnh đông sản phẩm cực nhanh chỉ khoảng 0,5-5 phút. Do làm lạnh
đông vô cùng nhanh như vậy nên tăng năng suất làm lạnh lên rất nhiều. Sản phẩm làm
lạnh đông theo công nghệ này đảm bảo hầu như nguyên vẹn phẩm chất tươi sống của
nguyên liệu ban đầu. Vì thế, hiện nay một số nước tiên tiến, lượng sản phẩm lạnh đông
cực nhanh đã chiếm tỷ lệ khoảng 50% sản lượng lạnh đông nói chung.
Kỹ thuật lạnh đông cực nhanh, các tinh thể đá tạp thành trong sản phẩm ở dạng vô đinh
hình nên không phá vỡ cấu trúc tế bào, hơn nữa ở nhiệt độ thấp (-1960C) nito lỏng tiêu
diệt và hạn chế nhiều vi sinh vật hơn so với các phương pháp khác.
Những biến đổi trong quá trình lạnh đông thực phẩm.


Biến đổi vật lý.


Cấu trúc: Sự thay đổi quá pha, nước trong củ từ lỏng sang rắn. Sự hình thành tinh
thể đá trong quá trình lạnh đông, nếu tinh thể đá càng lớn cấu trúc tế bào sẽ dễ bị vỡ, đặc
biệt các tế bào của rau và quả. Sau khi làm tan giá ở những tế bào bị tổn thương sẽ gây ra
hiện tượng chảy nước dịch bào.
Nhiệt độ: thay đổi từ cao đến thấp từ khoảng 28 0C xuống -180C. Nếu nhiệt độ bảo
quản thường xuyên thay đổi sẽ dẫn đến hiện tượng tái kết tinh nước, nước sẽ di chuyển
vào những phần lạnh hơn bên trong làm cho các tinh thể đá ở đây lớn dần lên. Do quá
trình thực hiện mở tủ.
Khối lượng thay đổi: từ 30,19g còn 29,17g do sự thất thoát của hơi nước.


Biến đổi sinh hóa.

Nguyên liệu
Trong điều kiện nhiệt độ thấp của quá trình lạnh đông, những biến đổi hóa sinh

trong thực phẩm được hạn chế rất nhiều so với quá trình làm lạnh thường. Do quá trình
đóng băng của sản phẩm, các phản ứng hóa sinh trong thực phẩm được kiềm hãm ở nhiều
Gọt vỏ, cắt theo yêu cầu
mức độ khác nhau. Enzyme đã bị ức chế làm hạn chế xảy ra các phản ứng trong sản phẩm
thực phẩm. Ngoài ra còn xảy ra nhiều sự tổn thất của các hợp chất hòa tan vào nước như
là vitamin,các chất màu và các chất dinh
dưỡng khác.
Cân


Biến đổi sinh học.

Sự có mặt của vi sinh vật giảm thiểu đáng kể trong quá trình lạnh đông, hiệu quả
Gắn thiết bị đo nhiệt
bắt đầu ở nhiệt độ -40C đến -100C, hiệu quả cao hơn ở nhiệt độ -15 0C đến -300C. Do hoạt
độ nước giảm ở điều kiện nhiệt độ thấp và vi sinh vật thường không hoạt động khi hoạt độ
nước thấp. Nấm men, nấm mốc, và vi khuẩn gram âm dễ ức chế và tiêu diệt hơn so với vi
Làm lạnh đông
khuẩn gram dương và bào tử.
Ghi sô liệu

Cân

Rã đông

Cân

Thành phẩm


Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị
•

Nguyên liệu
Khoai lang (danh pháp hai phần: Ipomoea batatas) là một loài cây nông

nghiệp với các rễ củ lớn, chứa nhiều tinh bột, có vị ngọt, được gọi là củ khoai lang và nó
là một nguồn cung cấp rau ăn củ quan trọng, được sử dụng trong vai trò của cả rau
lẫn lương thực. Các lá non và thân non cũng được sử dụng như một loại rau. Khoai lang
có quan hệ họ hàng xa với khoai tây (Solanum tuberosum) có nguồn gốc Nam Mỹ và
quan hệ họ hàng rất xa với khoai mỡ (một số loài trong chi Dioscorea) là các loài có

nguồn gốc từ châu Phi và châu Á.
Chi Ipomoea có khoai lang, rau muống (Ipomoea aquatica) và một số loài hoa dại
được gọi bằng một số tên như bìm bìm (chung với các chi khác), mặc dù từ này không
được dùng để chỉ khoai lang, rau muống. Một vài giống cây trồng của Ipomoea batatas
cũng được trồng như là cây trồng trong nhà.
Khoai lang là loài cây thân thảo dạng dây leo sống lâu năm, có các lá mọc so le
hình tim hay xẻ thùy chân vịt, các hoa có tràng hợp và kích thước trung bình. Rễ củ ăn
được có hình dáng thuôn dài và thon, lớp vỏ nhẵn nhụi có màu từ đỏ, tím, nâu hay trắng.
Lớp cùi thịt có màu từ trắng, vàng, cam hay tím.
Nguyên liệu chọn: khoai lang tím.


Hình .Củ khoai lang tím

•

Dụng cụ thiết bị
 Tủ lạnh đông

Hình . Tủ lạnh đông
Thông số kỹ thuật:
- Kiểu tủ đứng, 1 cửa kín
- Phân loại an toàn khí hậu: Class 4
- Kiểu làm lạnh: Làm lạnh trực tiếp
- Chế độ rã Đông: thủ công
- Môi chất làm lạnh: không chứa CFC
- Độ ồn: ≤ 44 dB (A)


- Dải nhiệt độ điều khiển: -20oC tới -40oC

- Khả năng làm lạnh tối đa: -40oC
- Bộ điều khiển vi xử lý
- Hiển thị đèn LED
-

 Máy cảm biến nhiệt

Hình . Máy cảm biến nhiệt
Thông số kỹ thuật :

-

Phạm vi đo nhiệt độ trong nhà: -10 ℃~ 50 ℃(14 ℉~ 122 ℉)


-

Khoảng đo nhiệt độ ngoài trời: -50 ℃~ 70 ℃(-58 ℉~ 158 ℉)

-

Độ chính xác đo nhiệt độ: ± 1 ℃(1.8 ℉)

-

Độ phân giải nhiệt độ: ± 0.1 ° C (0.2 ° F)

-

Khoảng đo độ ẩm: 10% ~ 99% RH

-

Độ chính xác đo độ ẩm: ± 5% RH

-

Độ phân giải Độ ẩm: 1% RH

-

Sử dụng pin: AAA (AAA) 1.5V

-

Kích thước cơ thể: 110 (cao) × 100 (rộng) × 21 (dày) mm

-

Thông số sản phẩm: 10 * 11 * 2.15cm
Đóng gói: 120
ô: 45.5 * 37.5 * 51.5cm

-

Trọng lượng: 23/22 kg

-

-

Cân


 Nhận xét:

Sự lạnh đông diễn ra lâu bởi vì cấu trúc của khoai


Nguyên liệu

Gọt vỏ, cắt theo yêu cầu

Cân

Gắn thiết bị đo nhiệt

Làm lạnh đông

Ghi sô liệu

Cân

Rã đông

Cân

Thành phẩm

Giải thích quá trình tiến hành thí nghiệm.
•

Bước 1:

Mục đích của việc gọt vỏ là loại bỏ tạp chất và vỏ của củ khoai, để khi làm lạnh củ khoai
đồng nhất về cấu trúc, thúc đẩy quá trình lạnh đông.
Yêu cầu : mẫu phải được cắt thành khối lập phương có kích thước 3x3x3.
•

Bước 2:

Sau khi cắt thành khối lập phương mẫu được mang cân và ghi lại số liệu.
•
•

Bước 3:
Bước 4:

Tác nhân làm lạnh:

•
•
•
•

Bước 5:
Bước 6:
Bước 7:
Bước 8: