Các kiểu truyền nhiệt trong Thực phẩm đóng hộp (đồ hộp)

Nhiệt được phân tán trong sản phẩm đóng hộp (đồ hộp) bởi các kiểu truyền nhiệt: đối lưu, dẫn nhiệt, hoặc kết hợp cả hai.

Đối lưu

Trong quá trình đối lưu, nhiệt được phân tán bởi sự chuyển động hoặc di dời của thiết bị, chất lỏng luân chuyển (tuần hoàn) giữa các miếng sản phẩm rắn riêng lẻ. Quá trình này thường áp dụng các sản phẩm dạng lỏng (súp) hoặc các sản phẩm dạng hạt, chất rắn lơ lửng trong chất lỏng (đậu ngâm nước muối) hoặc trong một số sản phẩm dạng paste giống như các sản phẩm bán rắn chuyển sang dạng lỏng khi xử lý nhiệt (chất béo dạng lỏng hoặc gel tinh bột,…) Trong đối lưu tự nhiên, sự dịch chuyển vật chất có sự khác nhau trong các sản phẩm có tỷ trọng khác nhau. Nhiệt độ càng biến thiên, càng có nhiều sự dịch chuyển, khi sự chênh lệch nhiệt độ và sự chuyển động là lớn nhất thì quá trình đối lưu sẽ xảy ra (sư luân phiên hoặc sự chuyển động), tốc độ dao động của thiết bị dựa trên khả năng hoạt động của máy móc. Trong môi trường đối lưu, luôn có xu hướng cân bằng về nhiệt độ. Dòng đối lưu sẽ dần giảm xuống và thay thế vào đó là nhiệt độ tăng dần. Sự đối lưu chỉ hoàn toàn biến mất khi sự khuấy trộn của dòng lỏng không còn nữa.

Truyền nhiệt đối lưu không thể giải thích được bằng những định luật đơn giản. Tuy nhiên, số lượng nhiệt được trao đổi tỷ lệ thuận với nhiệt lượng trao đổi của sản phẩm dựa trên sự chuyển động và tốc độ dao động của nhiệt động và tỷ lệ này chưa được thiết lập.

Trong mô hình của sự truyền nhiệt bằng đối lưu người ta cho rằng các dòng đối lưu chiếm ưu thế đủ để đảm bảo tính đồng nhất nhiệt độ trong các thành phần chất lỏng ở bất kỳ khoảng thời gian nào. Nhiệt độ phân bố đều khắp các thành phần chất lỏng, đây là điều kiện tốt khi nhiệt có thể thâm nhập vào dòng chất lỏng thông qua sự đảo trộn. Trong khi không có sự ngăn cản nào trong quá trình truyền nhiệt trong các thành phần của dòng lỏng của sản phẩm, thì có một sự ngăn cản quá trình truyền nhiệt tại bề mặt bên trong hộp giữa chất lỏng và thành bao bì, đó là hệ số truyền nhiệt h_f .

1/h_g = 1/h_l + 1/h_p + 1/h_f

Dẫn nhiệt

Trong quá trình xử lý nhiệt, kiểu truyền nhiệt dẫn nhiệt vào trong các sản phẩm không đồng đều như nhiệt được phân bố dần dần từ lạnh đến nóng hơn. Tốc độ này diễn ra phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của sản phẩm (việc trao đổi nhiệt nhanh thì độ dẫn nhiệt càng cao). Quá trình xảy ra thường áp dụngcho các sản phẩm bán rắn hoặc nhớt ít dịch (đồ hộp cá ngừ, thịt hộp, nước quả cô đặc, pates…), hoặc thậm chí trong các sản phẩm dạng huyền phù. Gradient nhiệt độ dần dần giảm khi nhiệt độ được truyền từ bề mặt của bao bì vào trung tâm hình học của hộp thực phẩm (điểm thấp nhiệt).

Trong dẫn nhiệt tự nhiên, các sản phẩm nằm cố định hoạt động như một vật rắn không đổi với độ dẫn nhiệt k. Dòng chảy của nhiệt đến một số điểm M trong sản phẩm được định nghĩa theo định luật Fourier, trong đó nói rằng tốc độ dòng nhiệt tỷ lệ thuận với độ dày vỏ bao bì (L).

Dẫn nhiệt kết hợp đối lưu nhiệt

Khi các hạt rắn lơ lửng trong một chất lỏng thì sẽ diễn ra sự đối lưu nhiệt trong chất lỏng và sự dẫn nhiệt trong các hạt rắn. Trong thực tế, ngay cả trong cùng một sản phẩm, hai chế độ truyền nhiệt cùng tồn tại và tham gia vào việc cân bằng nhiệt độ. Trong sản phẩm có độ nhớt cao (một số loại súp) thì sự đối lưu đôi khi không đảm bảo cân bằng nhiệt độ và việc truyền nhiệt do dẫn nhiệt là cần thiết, sẽ chiếm ưu thế hơn. Trong nhiều thực phẩm đóng hộp, hai phương thức truyền nhiệt cùng tồn tại và nó phụ thuộc vào trạng thái sản phẩm, kiểu đóng gói sẽ quyết định kiểu truyền nhiệt nào chiếm ưu thế hơn. Như vậy, trong một hộp súp, sự đối lưu sẽ chiếm ưu thế hơn so với pate đóng hộp. Khi trong đồ hộp không có sự chuyển động của các hạt rắn thì sự truyền nhiệt là vô ích.

Trường hợp thứ 3 là các sản phẩm có các hạt rắn ở dạng huyền phù được bao bọc xung quanh là chất lỏng, thì cần phải xem xét lại nhiệt độ để không làm thay đổi cấu trúc của chúng. Trong trường hợp, nếu các phân tử rắn không chuyển động và quá trình đối lưu và truyền nhiệt vẫn xảy ra. Loại này thường thấy ở rất nhiều của các sản phẩm của các công ty đồ hộp thực phẩm, các hạt vật rắn lơ lửng trong dòng chất lỏng (súp rau). 

Nhiệt chuyển tiếp

Bất kỳ sự thay đổi độ nhớt hoặc trạng thái vật lý của sản phẩm trong suốt quá trình xử lý nhiệt có thể gây ra một sự thay đổi trong chế độ truyền nhiệt. Một số sản phẩm đã tăng hàm lượng chất lỏng trong thời gian xử lý nhiệt do độ nhớt giảm hoặc thay đổi trạng thái từ trạng thái rắn sang lỏng. Trong trường hợp này, truyền nhiệt do đối lưu trở nên chiếm ưu thế hơn. Trong một vài trường hợp, trong sản phẩm đóng hộp có sự tăng độ nhớt hoặc thay đổi trạng thái từ rắn sang lỏng xảy ra trong quá trình xử lý nhiệt. Vì vậy, truyền nhiệt do đối lưu được giảm, tính dẫn nhiệt tăng.

FOODNK