Kỹ thuật làm lạnh đông thủy sản

Cơ sở khoa học của kỹ thuật làm lạnh đông thủy sản: sự cần thiết của làm lạnh đông thủy sản, thời gian, phương pháp, biến đổi, xử lý thủy sản sau khi làm lạnh đông.

Sự cần thiết làm lạnh đông thủy sản

Nước trong thủy sản

Nước chiếm đa phần trong cơ thể thủy sản đến khoảng 80%. Tùy theo mức độ liên kết của nước trong thủy sản, người ta phân biệt hai loại: nước tự do và nước liên kết.

Theo Heiss, tỷ lệ các loại nước này (đối với cá) như sau:

• Nước tự do: 71,7%, trong đó: nước bất động: 65,6%; nước tự do – cấu trúc: 6,1%
• Nước liên kết: 7,5%

Nước tự do

Nước tự do-cấu trúc chuyển động tự do qua các lỗ hốc của mạng cấu trúc, ta có thể tách loại nước tự do-cấu trúc ra được bằng máy hút thường (40kg/cm²). Khi hạ nhiệt đến điểm đóng băng, lượng nước tự do-cấu trúc đông đặc thành nước đá, còn nước bất động vẫn chưa đông được.

Nước liên kết

Nước này không là dung môi mà ở dạng liên kết xôn (sols) với các chất protit tan và các chất vô cơ, hữu cơ tan khác (gọi là nước hấp thụ của xon) và nó cũng liên kết với protit dạng gen (gels) tạo thành các khung cấu trúc của mô cơ (gọi là nước hấp thụ của gen).

Cơ chế đóng băng

Điểm quá lạnh 

Ở nhiệt độ dưới 0°C mà nước chưa kết tinh thành đá gọi là hiện tượng quá lạnh. Hiện tượng quá lạnh phụ thuộc vào nồng độ chất tan, cấu tạo mạng tế bào và tốc độ hạ nhiệt của môi trường xung quanh.

Điểm quá lạnh là nhiệt độ quá lạnh thấp nhất để có kết tinh đá. Ở thủy sản, điểm quá trình lạnh bình quân là t_ql # -5°C.

Nếu:

• t_ql = -30 đến -80°C, tinh thể đá sẽ rất nhiều và nhuyễn (10 – 100μ).
• t_ql < -80°C: chất lỏng ở dạng thủy tinh thể.
• t_ql < -30°C, tinh thể có dạng sợi bọc lấy tế bào, bảo vệ tuyệt đối chất lượng sản phẩm.

Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh, tỏa ra ẩn nhiệt đóng băng làm tăng nhiệt độ sản phẩm (do tốc độ thải nhiệt không kịp với tốc độ sinh nhiệt do tạo mầm tinh thể đá).

Ở điểm này, chủ yếu nước tự do cấu trúc bị tách ra và kết tinh. Nhiệt độ sản phẩm tăng lên đến một mức cao nhất và dừng ở đó một lúc để hoàn thành quá trình đóng băng (nước tự do-cấu trúc); đây là điểm đóng băng. Sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ.

Cơ chế đóng băng thủy sản

Khi hạ nhiệt độ dưới 0°C, các dạng nước trong thủy sản đóng băng dần dần tùy mức độ liên kết của chúng trong tế bào, liên kết yếu thì nhiệt độ lạnh đông dâng cao, liên kết mạnh thì nhiệt độ lạnh đông thấp hơn. Khái quát:

• Nước tự do-cấu trúc: t_ql = -1 đến -1,5°C
• Nước bất động: t_ql = -1,5 đến -20°C
• Nước liên kết: t_ql = -20 đến -65°C.

Khi nước tự do đã đóng băng hết thì tới nước liên kết đóng băng, bắt đầu từ nước có môi liên kết yếu nhất dần dần tới nước liên kết mạnh.

Gọi ω là lượng nước kết tinh khi làm lạnh đông:

• ω = 0, khi bắt đầu quá trình làm lạnh đông
• ω = 100%, khi kết thúc quá trình làm lạnh đông, là mức đóng băng lý tưởng khi sản phẩm đạt đến điểm đóng băng tuyệt đối.

Lượng nước đóng băng theo từng nhiệt độ lạnh đông được trình bày qua bảng.

Làm lạnh đông chậm và lạnh đông nhanh

Quá trình làm lạnh đông có ba giai đoạn:

• Giai đoạn 1: làm lạnh tới điểm đóng băng.
• Giai đoạn 2: đóng băng ở băng điểm.
• Giai đoạn 3: tiếp tục làm lạnh đông đến nhiệt độ bảo quản lạnh đông.

Nếu hạ nhiệt nhanh, giai đoạn 2 rút ngắn lại; hạ nhiệt chậm thì kéo dài giai đoạn 2.

Tùy theo tốc độ làm lạnh đông nhanh hay chậm, người ta phân biệt hai phương pháp làm lạnh đông nhanh và làm lạnh đông chậm.

• Làm lạnh đông chậm: khi nhiệt độ quá lạnh t_ql > -5 đến -6°C, tốc độ lạnh đông V_f = 0,5 cm/h, thời gian lạnh đông T_f = 10h.
• Làm lạnh đông nhanh: khi nhiệt độ quá lạnh t_ql -7 đến -30°C, tốc độ lạnh đông V_f = 1 – 3cm/h, thời gian lạnh đông T_f = 2 – 6h.

Ngoài ra còn có làm lạnh đông cực nhanh, khi nhiệt độ quá lạnh t_ql > -30°C, tốc độ lạnh đông V_f >15cm/h, thời gian lạnh đông T_f < 20 phút.

Khi lạnh đông chậm, tinh thể đá tạo thành chủ yếu ở dịch gian bào. Nồng độ dịch gian bào (C₂) thấp hơn nồng độ dịch trong tế bào (C₁) và quan hệ tương ứng về nồng độ của chúng không đổi:

ΔC = C₁ – C₂ = const

để đảm bảo thăng bằng về trao đổi chất của tế bào.

Thời gian làm lạnh đông

Thời gian làm lạnh đông

Yếu tố ảnh hưởng thời gian lạnh đông thủy sản

• Loại máy đông: Máy đông càng lạnh, cá càng mau đông. Khi đưa sản phẩm vào máy đông, phải vận hành trước cho nhiệt độ tủ đông xuống thấp (t < 20°C). Nhiệt độ tủ đông càng thấp trước khi đưa cá vào thì cá càng mau đông.
• Tốc độ gió ở máy đông thổi không khí
• Nhiệt độ vận hành
• Nhiệt độ sản phẩm trước khi làm lạnh đông: Sản phẩm càng ấm, thời gian lạnh đông càng dài. Vì vậy thủy sản nên giữ lạnh trước khi làm lạnh đông để duy trì phẩm chất, đồng thời giảm được thời gian lạnh đông và yêu cầu làm lạnh.
• Bề dày sản phẩm: Sản phẩm càng dày, thời gian lạnh đông càng kéo dài. Sản phẩm dày dưới 50mm, nếu tăng gấp đôi bề dày đó có thể làm thời gian lạnh đông tăng hơn gấp đôi, trong khi tăng gấp đôi sản phẩm dày 100mm lại kéo dài thời gian lạnh đông gấp 4 lần.
• Hình dạng sản phẩm
• Diện tích tiếp xúc và mật độ sản phẩm: Trong máy đông bản phẳng, tiếp xúc kém giữa sản phẩm và bản phẳng làm tăng thời gian lạnh đông.
• Bao gói sản phẩm: Phương pháp bao gói, loại và bề dày vật liệu bao gói ảnh hưởng lớn đến thời gian lạnh đông của sản phẩm
• Loại thủy sản: Hàm lượng mỡ của một loại thủy sản càng cao, hàm lượng nước càng thấp.

Bảng thời gian lạnh đông của thủy sản

Các phương pháp làm lạnh đông

• Làm lạnh đông bằng hỗn hợp nước đá và muối: Hòa tan của muối vào nước đá tạo nên một hỗn hợp
• Phương pháp làm lạnh đông bằng không khí: Đặt ống lạnh trong chứa amoniac lên trên những tấm giá trong một căn phòng rồi bày sản phẩm lên trên.
• Phương pháp làm lạnh đông bằng quạt gió: Sử dụng quạt để thổi luồng không khí lạnh qua sản phẩm.
• Làm lạnh đông bằng nước muối mạnh: Sử dụng nước muối lạnh hoặc dung dịch nước muối để làm lạnh thực phẩm.
• Làm lạnh đông bằng tiếp xúc với tấm kim loại: Đặt sản phẩm trực tiếp lên bề mặt lạnh của các tấm kim loại.
• Phương pháp làm lạnh đông cực nhanh: Ngâm sản phẩm vào các chất lỏng có nhiệt độ thấp như nitơ lỏng, CO₂ lỏng.

Xem thêm: Các phương pháp làm lạnh đông thủy sản

Biến đổi của thủy sản trong quá trình làm lạnh đông

Biến đổi lý học

• Hình thành tinh thể băng: Sự hình thành tinh thể băng trong tế bào là một trong những nguyên nhân chính gây tổn thương cấu trúc tế bào, làm thay đổi kết cấu và độ cứng của mô.
• Mất nước: Quá trình thăng hoa (sublimation) có thể xảy ra, làm mất một lượng nhỏ nước từ bề mặt sản phẩm, dẫn đến sự mất nước và làm khô sản phẩm

Biến đổi hóa học

• Oxy hóa lipid: Quá trình oxy hóa lipid vẫn tiếp tục diễn ra ở nhiệt độ thấp, mặc dù với tốc độ chậm hơn. Điều này dẫn đến sự hình thành các sản phẩm oxy hóa, làm giảm chất lượng cảm quan của sản phẩm.
• Phân hủy protein: Các liên kết peptit trong protein có thể bị phá vỡ một phần, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc và chức năng của protein.
• Biến đổi các hợp chất thơm: Các hợp chất thơm chịu trách nhiệm cho hương vị của thủy sản có thể bị oxy hóa hoặc phân hủy, làm thay đổi hương vị của sản phẩm.
• Mất vitamin: Nhiệt độ thấp và các phản ứng hóa học có thể làm giảm hàm lượng một số loại vitamin, đặc biệt là các vitamin tan trong nước

Biến đổi vi sinh vật

• Ức chế sự phát triển: Nhiệt độ thấp làm giảm đáng kể tốc độ sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Nhiều loại vi khuẩn gây hư hỏng thực phẩm sẽ ngừng hoạt động hoặc chết ở nhiệt độ đông lạnh.
• Không tiêu diệt hoàn toàn: Quá trình đông lạnh không tiêu diệt tất cả các vi sinh vật, đặc biệt là các bào tử vi khuẩn. Khi sản phẩm được rã đông và bảo quản ở nhiệt độ thích hợp, các vi sinh vật này có thể hoạt động trở lại và gây hư hỏng.
• Thay đổi thành phần quần thể: Các loài vi sinh vật khác nhau có khả năng chịu lạnh khác nhau. Quá trình đông lạnh có thể làm thay đổi thành phần quần thể vi sinh vật ban đầu, tạo điều kiện cho một số loài vi sinh vật có khả năng chịu lạnh tốt phát triển.

Xử lý thủy sản sau khi làm lạnh đông

Ngay khi lấy thủy sản đông lạnh ra khỏi máy đông, cần phải mạ băng hoặc bao gói sản phẩm (trừ khi sản phẩm đã bao gói trước khi làm lạnh đông), và chuyển đến kho thấp độ ngay.

Mạ băng hay làm láng

Mạ băng là tạo nên một lớp băng mỏng lên trên bề mặt sản phẩm bằng cách phun sương, phết nước, hay nhúng để bảo vệ sản phẩm, tránh ảnh hưởng mất nước và oxy hóa.

Mạ băng bằng cách nhúng trong thau nước

Là phương pháp không được khuyến khích. Nhiệt độ ban đầu của nước tương đối cao nhưng sẽ giảm khi tiến hành mạ; vì thế bề dày lớp mạ sẽ thay đổi. Lớp mạ trên cá phi-lê đông rời (IQF) cho thấy thay đổi từ 2 – 14% dù thời gian mạ giữ cố định.

Mạ băng bằng cách phun sương

Phương pháp này tiện lợi. Cá được trở qua, lại để đảm bảo các bề mặt đều được mạ băng.
Loại thiết bị vừa nhúng vừa phun có một số đặc điểm cho phép lớp mạ đầy đủ và đồng đều.

Đặc điểm:

• Vận tốc đai chuyền cố định đảm bảo thời gian mạ cố định (giống nhau).
• Mức nước trong máng được điều chỉnh để đảm bảo mạ được mặt dưới mà sản phẩm không nổi lên.
• Vòi phun sương bên trên sẽ phun nước điều hòa để mạ mặt trên của sản phẩm.
• Một tấm gạt điều chỉnh để trải đều sản phẩm trên đai chuyền.

Phương pháp này chỉ sử dụng nước mạ băng bằng phân nửa lượng nước nếu dùng thiết bị mạ tự động có đai chuyền lưới, và phun sương ở hai mặt trên và dưới.

Bao gói

Yêu Cầu Bao Gói:

• Kín Đáo: Bao gói phải kín để ngăn cản sự oxy hóa sản phẩm, giúp duy trì chất lượng và độ tươi ngon của thủy sản.
• Chống Thấm Hơi Nước: Vật liệu làm bao bì cần có sức đề kháng mạnh với sự thâm nhập hơi nước, nhằm bảo vệ thủy sản khỏi bốc hơi nước trong quá trình bảo quản.
• Vừa Khít Với Sản Phẩm: Bao gói phải vừa khít với sản phẩm để tránh không khí bên trong bao bì, điều này có thể xúc tiến oxy hóa sản phẩm.

Vật Liệu Bao Bì

• Thùng Carton Tráng Sáp hoặc Nhựa: Đây là những vật liệu phổ biến giúp bảo vệ sản phẩm khỏi tác động bên ngoài.
• Giấy Đặc Biệt và Giấy Nhôm: Cũng được sử dụng để bao gói thủy sản, giúp ngăn chặn sự thẩm thấu hơi nước.

Phương Pháp Bao Gói

Trong những kiện hàng, có thể dùng giấy sáp hoặc plastic để ngăn từng con cá ra, giúp bảo vệ chất lượng của từng sản phẩm.

Tái đông – làm lạnh đông kép

Quá Trình: Làm lạnh đông kép bao gồm việc làm lạnh đông một sản phẩm, sau đó có thể tan giá hoặc tan giá một phần, và cuối cùng là tái đông sản phẩm trong kho lạnh bảo quản thủy sản.

Mục Đích: Phương pháp này giúp bảo quản chất lượng sản phẩm tốt hơn bằng cách giảm thiểu sự hình thành tinh thể đá lớn, điều này có thể gây hại cho cấu trúc tế bào của thủy sản.

Đối tượng: Làm lạnh đông kép rất thích hợp cho các loại thủy sản như cá, tôm, và các loại hải sản khác cần được làm đông ngay sau khi đánh bắt để duy trì độ tươi ngon và chất lượng.

*Nguồn tham khảo: Công nghệ lạnh thủy sản – Trần Đức Ba