Quá trình lạnh đông thực phẩm: khái niệm, phương pháp,…

Quá trình lạnh đông là một trong những phương pháp quan trọng trong việc ngăn chặn lãng phí thực phẩm và duy trì sức khỏe của người tiêu dùng. Cùng tìm hiểu chi tiết hơn về quá trình lạnh đông thực phẩm qua bài viết dưới đây.

Khái niệm

Quá trình lạnh đông thực phẩm là quá trình làm giảm nhiệt độ của thực phẩm dưới nhiệt độ của điểm đóng băng để nước bên trong thực phẩm chuyển pha từ thể lỏng sang thể rắn, làm mất môi trường sống của vi sinh vật, làm mất môi trường nước thể lỏng, ngưng các quá trình sinh hóa, ngừng quá trình trao đổi chất, kéo dài thời gian sử dụng, phục vụ cho thương mại, xuất khẩu và tiêu dùng.

Mục đích

Mục đích chính của quá trình lạnh đông thực phẩm là bảo quản thực phẩm bằng cách sử dụng nhiệt độ thấp để ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn, enzyme và các hoạt động hóa học khác. Đây là một phương pháp bảo quản phổ biến và hiệu quả, với các mục đích chính như sau:

• Giữ chất lượng thực phẩm: Lạnh đông giúp bảo quản hương vị, màu sắc, và chất dinh dưỡng của thực phẩm gần như như lúc ban đầu. Việc làm cho nước trong thực phẩm đóng băng ngăn chặn sự suy giảm và biến đổi chất lượng do vi khuẩn và enzyme gây ra.
• Ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn và enzyme: Nhiệt độ thấp trong quá trình lạnh đông làm giảm tốc độ phản ứng hóa học và sinh học trong thực phẩm, từ đó làm chậm sự phát triển của vi khuẩn và enzyme. Điều này giúp kéo dài thời gian lưu trữ và giữ vững tính chất của thực phẩm.
• Giảm thiểu lãng phí thực phẩm: Bằng cách bảo quản thực phẩm lâu dài mà vẫn giữ được chất lượng, lạnh đông giúp giảm thiểu lãng phí thực phẩm, đóng góp vào việc tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường.
• Tiện lợi trong lưu trữ và sử dụng: Thực phẩm lạnh đông có thể được lưu trữ trong thời gian dài và sử dụng theo nhu cầu. Người tiêu dùng có thể dễ dàng rã đông và sử dụng khi cần thiết mà không làm mất đi chất lượng hay giá trị dinh dưỡng của thực phẩm.
• An toàn cho sức khỏe: Lạnh đông là một phương pháp bảo quản thực phẩm an toàn, giúp ngăn chặn các bệnh tật liên quan đến th

Biến đổi thực phẩm trong quá trình lạnh đông

Sự kết tinh ẩm trong thực phẩm: thường xảy ra khi lạnh đông làm giảm nhiệt độ của chúng xuống dưới điểm kết tinh (T_kt), quá trình này làm biến đổi về mặt vật lý, về mặt hóa học và về mặt vi sinh vật của sản phẩm thực phẩm, đây là đặc tính quan trọng trong công nghệ lạnh đông dùng để bảo quản hoặc để sấy thăng hoa.

Biến đổi vật lý

Là do giảm nhiệt độ dưới T_kt sẽ làm thay đổi trạng thái pha của ẩm từ thể lỏng sang thể rắn, làm thay đổi các đặc tính lưu biến của thực phẩm (độ dẻo, độ giòn, độ dai, …), làm thay đổi các tính chất nhiệt vật lý của thực phẩm như khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, .., ảnh hưởng đến các quá trình truyền nhiệt lạnh đông dùng trong bảo quản cũng như truyền nhiệt tách ẩm trong điều kiện sấy thăng hoa.

Biến đổi hóa học

Là do ẩm kết tinh tách ra khỏi dung dịch trong nội tế bào hay tách ra khỏi liên kết (cơ, lý hóa, ..) với cấu trúc hữu cơ của tế bào, của thực phẩm, sẽ làm thay đổi cấu trúc protein, cấu trúc enzyme, cấu trúc tế bào, làm ngừng các phản ứng sinh hóa xảy ra, ảnh hưởng đến khả năng hút nước và giữ nước của sản phẩm. Sự thay đổi này phụ thuộc nhiều vào kích thước của các tinh thể đá tạo thành trong sản phẩm.

Biến đổi vi sinh vật

Khi nhiệt độ xuống thấp sẽ ức chế, kìm hãm hoạt động của enzyme trong bản thân thực phẩm và vi sinh vật, làm giảm các hoạt động sống của tế bào, do đó làm chậm lại hoặc chấm dứt các quá trình biến đổi gây ra hư hỏng, ươn thối. Nếu cứ giảm 10⁰C thì tốc độ phản ứng hoá sinh giảm xuống còn từ 1/2 đến 1/3, bên cạnh đó vi sinh vật đều ngừng hoạt động trong khoảng (-10 ÷ T_kt)⁰C, các loại nấm mốc chịu đựng lạnh tốt hơn khoảng (-15 ÷ -12)⁰C và nước ở trạng thái lỏng ít nhất 15%.

Tuy nhiên, một số loại thực phẩm khi hạ nhiệt độ xuống (-22 ÷ -16)⁰C thì nước trong thực phẩm ở trạng thái lỏng là 14% và 86% nước đã kết tinh, đa số vi sinh vật chết và ngừng hoạt động. Vì vậy, nhiệt độ bảo quản thực phẩm tốt nhất từ (-22 ÷ -16)⁰C hoặc bé hơn trở xuống mới làm cho hầu hết vi sinh vật và nấm mốc ngừng hoạt động hoàn toàn.

Tốc độ lạnh đông ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Khi lạnh đông chậm

Là do nhiệt độ môi trường lạnh đông giảm xuống chậm và rất chậm, đạt tới -35°C đến -30°C trong khoảng thời gian 4-6h, tốc độ giảm nhiệt độ đạt tới nhiệt độ kết tinh (T_kt) tính theo bề dày của sản phẩm khoảng (0,2 – 0,5)cm/h, các mầm tinh thể nước đá hình thành từ từ, chúng đủ thời gian để lôi kéo và kết hợp lại với nhau trong môi trường di thể để tạo thành các mầm tinh thể có kích thước lớn hơn, làm giảm diện tích bề mặt, giảm năng lượng của hệ, đưa hệ đến trạng thái cân bằng bền.

Khi đó, các tinh thể nước đá tạo thành có kích thước lớn, sẽ làm rách màng tế bào, phá vỡ cấu trúc tế bào, tạo ra các lỗ ở màng tế bào lớn dễ thoát ẩm. Khi tan giá để sử dụng thì thành phần dinh dưỡng ở dịch bảo bị lôi cuốn theo nước đá tan chảy, chảy ra ngoài làm giảm chất lượng sản phẩm. Khi nước đá thăng hoa chuyển pha từ rắn sang hơi lôi cuốn theo thành phần dinh dưỡng trong dịch bào dễ bay hơi theo, làm chất lượng sản phẩm giảm. Bên cạnh đó cấu trúc protein (do nước tách ra để kết tinh) của sản phẩm, dẫn đến biến tính protein.

Như vậy, nó sẽ ảnh hưởng đến khả năng hút nước và giữ nước sau này của protein làm thay đổi một số tính chất sinh hóa quan trọng của sản phẩm, làm giảm chất lượng của sản phẩm. Tuy nhiên, lỗ tế bào lớn do rách sẽ làm giảm áp suất thẩm thấu của tế bào, làm tăng khả năng thoát ẩm, có thể rút ngắn được thời gian sấy thăng hoa.

Khi lạnh đông nhanh hoặc siêu nhanh

Nhiệt độ môi trường lạnh đông sản phẩm giảm rất nhanh dưới -45°C hoặc dưới -50°C trong vòng (5 – 10)phút, tốc độ giảm nhiệt độ đạt tới nhiệt độ kết tinh (T_kt) tính theo bề dày của sản phẩm đối với lạnh đông nhanh khoảng (1,5 – 3,0)cm/h, khi đó nhiệt độ sản phẩm giảm nhanh và rất nhanh, đối với lạnh đông siêu nhanh khoảng (3,0 – 5,0)cm/h, với tốc độ này thì các mầm tinh thể tạo thành đồng loạt, đồng thời không còn môi trường di thể để lôi kéo, kết hợp.

Như vậy, không thể tạo được mầm tinh thể lớn. Kết quả, ẩm trong sản phẩm sẽ kết tinh đồng loạt tại chỗ (dạng vô định hình), các tinh thể nước đá tạo thành có kích thước nhỏ và rất nhỏ, không làm phá vỡ tế bào, không làm rách màng tế bào, không phá vỡ cấu trúc protein, làm cấu trúc sản phẩm ổn định, các tính chất sinh hóa của sản phẩm được bảo toàn. Khi tan giá để sử dụng các dịch bào không bị lôi cuốn theo nước đá tan chảy ra ngoài, vì thế chất lượng sản phẩm được bảo toàn. Khi sử dụng để sấy thăng hoa khả năng thoát ẩm chậm, có thể kéo dài thời gian sấy.

Có thể thấy rằng, quá trình lạnh đông thực phẩm được tiến hành càng nhanh càng tốt ở môi trường có nhiệt độ âm sâu (dưới -50⁰C), nhưng khi đó dễ xảy ra hiện tượng cháy lạnh ở bề mặt của sản phẩm, dẫn đến sản phẩm bị biến tính khó hoàn nguyên trở lại trạng thái ban đầu, làm giảm chất lượng sản phẩm. Vì thế, việc lạnh đông nhanh cũng cần phải có những nghiên cứu tìm ra chế độ công nghệ tối ưu để ứng dụng trong bảo quản cũng như trong sấy thăng hoa.

Các phương pháp làm đông

Lạnh đông gián tiếp

Thường sử dụng tác nhân không khí lạnh đối lưu tự nhiên hay cưỡng bức (truyền nhiệt đối lưu) hạ thấp nhiệt độ môi trường lạnh đông xuống -40°Cđến -45°Cđể làm lạnh đông sản phẩm. Nếu lạnh đông chậm không khí đối lưu tự nhiên, còn lạnh đông nhanh (giống IQF) thì không khí đối lưu cưỡng bức. Ngoài ra, chúng ta cũng có thể sử dụng hỗn hợp nước muối, hoặc chất tải lạnh khác cũng được nhưng phải thân thiện với môi trường, thực phẩm và con người.

Lạnh đông trực tiếp

Thường sử dụng các tủ đông tiếp xúc, sản phẩm được đặt trong các khay và được kẹp giữa các tấm lắc cấp đông, bên trong các tấm lắc rỗng có môi chất làm lạnh chảy qua, nhiệt độ bay hơi -45°C đến -50°C. Phương pháp này làm lạnh chủ yếu là dẫn truyền, tốc độ làm lạnh tương đối nhanh. Ngoài ra, phương pháp lạnh đông trực tiếp cũng có thể sử dụng chất tải lạnh là nitơ lỏng có nhiệt độ bay hơi rất thấp -196°C, tốc độ lạnh đông cực nhanh, thời gian chỉ kéo dài (5- 10) phút, giá thành rất cao nên không sử dụng cho các loại thực phẩm thông thường mà sử dụng cho các loại sản phẩm cao cấp có gia trị kinh tế cao.