Định luật về tốc độ làm lạnh thực phẩm

Các khái niệm cơ bản

Tốc độ làm lạnh là tốc độ biến đổi nhiệt độ tại một điểm bất kỳ nào đó trong thực phẩm theo thời gian và tuân theo quy luật trao đổi nhiệt của trường nhiệt độ. Bởi vì quy luật trao đổi nhiệt ở mọi điểm của thực phẩm đều giống nhau, như vậy chỉ xem xét sự biến đổi nhiệt độ tại một điểm.

Tốc độ làm lạnh ký hiệu là Ῡ(độ/s) được viết dưới dạng sau:

Ῡ = d_T/d_J     (độ/s) 

Quá trình biến đổi nhiệt có thế chia làm ba giai đoạn.

• Giai đoạn 1: không tuân theo định luật về tốc độ làm lạnh. Ở giai đoạn này còn chịu ảnh hưởng của sự truyền nhiệt ban đầu của thực phẩm
• Giai đoạn 2: là giai đoạn tuân theo định luật về tốc độ làm lạnh, ở giai đoạn này sự trao đổi nhiệt bắt đầu diễn ra tại những điểm bên trong của thực phẩm. Nó không còn chịu ảnh hưởng của sự truyền nhiệt như ở ban đầu mà chỉ phụ thuộc vào truyền nhiệt trong môi trường lạnh gây ra. Đây là giai đoạn chủ yếu của quá trình làm lạnh.
• Giai đoạn 3: là giai đoạn cân bằng nhiệt. Ớ giai đoạn này sự trao đổi nhiệt giữa môi trường và thực phẩm giảm đi rất nhiều, chủ yếu là sự trao đổi nhiệt giữa các lớp bên trong và các lớp bên ngoài của thực phẩm. 

Với t₀ là nhiệt độ của môi trường lạnh, a, b, c là các giai đoạn quá trình làm lạnh, a là giai đoạn 1, b là giai đoạn 2, c là giai đoạn 3.

t_tp nhiệt độ ban đầu của thực phẩm. Cuối quá trình làm lạnh thì đường cong này sẽ tiệm cận với đường t₀ nhiệt độ môi trường. Khi cân bằng nhiệt nó sẽ tiếp xúc với đường t₀ này.

Xác định phương trình của định luật về tốc độ làm lạnh

Xét sự biến đổi nhiệt độ tại một điểm nằm cách bề mặt trao đổi nhiệt của thực phẩm một khoảng σ (m), điểm này là tâm của một đơn vị thể tích hình hộp lập phương của thực phẩm có cạnh là b (m).

Nhiệt lượng được lấy ra từ đơn vị thể tích trên bao quanh điểm 0 sẽ làm cho nhiệt độ của mọi điểm trong thể tích này giảm xuống không đổi và bằng nhau.

Trong đó, sự biến đổi nhiệt độ của điểm 0 mang giá trị trung bình và như vậy lượng nhiệt được lấy ra có thể viết dưới dạng phương trình

d_Q = c. p .b³.d_T, kJ

Với: 

• c (kJ/(kg.K)) – nhiệt dung riêng của thực phẩm; 
• p (kg/m1) – khối lượng riêng của thực phẩm; 
• T (°C) – nhiệt độ của thực phẩm tại điểm 0.

Phát biểu định luật về tốc độ làm lạnh: 

Định luật về tốc độ làm lạnh được phát biểu dựa trên phương trình biểu diễn tốc độ làm lạnh như sau:

Tại một điểm bất kỳ trong thực phẩm tốc độ làm lạnh tỷ lệ thuận với độ chênh lệch nhiệt độ giữa điểm đó và nhiệt độ của môi trường. Định luật này đúng với mọi thực phẩm có hình dạng, kích thước, tính chất khác nhau.