Đông lạnh là phương pháp bảo quản thực phẩm từ xa xưa khi con người bắt đầu biết đến băng và tuyết. Quá trình đông lạnh là sự kết hợp các tác động có lợi của nhiệt độ thấp mà tại đó vi sinh vật không thể phát triển, các phản ứng hóa học bị giảm và các phản ứng trao đổi chất của tế bào bị trì hoãn.
Lịch sử của công nghệ lạnh đông
- Trước thế kỷ 19: Phương pháp này chủ yếu được sử dụng theo cách thủ công, như sử dụng nước đá hoặc muối để bảo quản thực phẩm.
- Cuối thế kỷ 19: Đông lạnh bắt đầu được sử dụng trong quy mô thương mại, với thịt, cá và bơ là những sản phẩm chính được bảo quản.
- Từ đầu thế kỷ 20: Các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp đông lạnh mới, bao gồm áp dụng trên các loại trái cây và rau quả. Tuy nhiên chưa đạt được kết quả khả quan.
- Năm 1928: Clarence Birdseye phát triển máy đông lạnh, đánh dấu sự ra đời của ngành công nghiệp đông lạnh hiện đại. Cũng lúc này, người ta đã phát hiện được sự cần thiết phải chần để vô hoạt enzyme trước khi mang đi làm lạnh.
- Những năm 1930: Công nghệ đông lạnh nhanh được phát triển, giúp bảo quản trái cây và rau quả quy mô lớn một cách hiệu quả.
- Ngày nay: Đông lạnh là phương pháp bảo quản thực phẩm phổ biến nhất trên thế giới, giúp lưu trữ nông sản, trái cây qua các mùa thu hoạch cũng như dễ dàng vẫn chuyển đến những khu vực ở xa.
Quá trình cấp đông
Để hiểu đơn giản về quá trình cấp đông, chúng ta lấy 1 ví dụ minh họa như sau:
- Khi bạn cho một cốc nước vào tủ đông, nước sẽ bắt đầu làm lạnh. Khi nhiệt độ của nước xuống dưới 0oC, các phân tử nước sẽ bắt đầu kết tinh. Tuy nhiên, vì không có hạt nhân để các phân tử nước bám vào, nên quá trình tạo mầm sẽ diễn ra chậm.
- Nếu bạn cho một ít muối vào cốc nước trước khi cho vào tủ đông, muối sẽ làm giảm nhiệt độ đóng băng của nước. Điều này sẽ giúp quá trình tạo mầm diễn ra nhanh hơn, khiến nước đông lại thành một khối lớn hơn
Vậy quá trình cấp đông là quá trình nước tự do bên trong thực phẩm chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Quá trình này bao gồm 2 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Làm lạnh
Ở giai đoạn này, nhiệt độ của vật liệu được giảm xuống dưới nhiệt độ đóng băng. Quá trình này cần một lượng nhiệt lớn để phá vỡ các liên kết giữa các phân tử nước.
Giai đoạn 2: Tạo mầm và phát triển tinh thể
Khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống dưới nhiệt độ đóng băng, các phân tử nước sẽ bắt đầu kết tinh. Tuy nhiên, để tinh thể có thể hình thành, cần phải có một hạt nhân hoặc một hạt giống để các phân tử nước có thể bám vào và phát triển. Quá trình hình thành hạt nhân này được gọi là tạo mầm.
Sau khi hạt nhân hình thành, các phân tử nước sẽ tiếp tục kết tinh xung quanh nó, tạo thành một tinh thể lớn hơn. Quá trình này được gọi là phát triển tinh thể.
Quá trình đóng băng có thể ảnh hưởng đến chất lượng của thực phẩm. Nếu quá trình đông băng diễn ra quá nhanh, các tinh thể nước sẽ lớn và có thể làm hỏng các tế bào thực vật. Điều này có thể dẫn đến tình trạng thực phẩm bị mềm, nát hoặc mất màu.
Điểm đóng băng
Điểm đóng băng là điểm mà tại đó tinh thế băng xuất hiện đầu tiên. Chất lỏng ở nhiệt độ đó cân bằng với chất rắn. Nếu xét điểm đóng băng của nước tinh khiết thì nhiệt độ này sẽ tương ứng với 0oC (273oK). Nhưng trong thực phẩm, không những có thành phần nước tự do mà còn gồm nước liên kết nên nhiệt độ đóng băng có thể thay đổi.
Giải thích tác động của đông lạnh đến quá trình bảo quản
Đông lạnh đã được sử dụng thành công để bảo quản lâu dài nhiều loại thực phẩm, mang lại thời hạn sử dụng kéo dài đáng kể. Quá trình này bao gồm việc giảm nhiệt độ sản phẩm xuống -18oC hoặc thấp hơn. Khi này trạng thái vật lý của nguyên liệu thực phẩm bị thay đổi, trạng thái này làm chậm sự phát triển của vi sinh vật và làm chậm những thay đổi hóa học ảnh hưởng đến chất lượng hay khiến thực phẩm bị hư hỏng[1].
Ưu điểm khi áp dụng phương pháp đông lạnh tại các nước đang phát triển
Để có góc nhìn gần hơn đến thị trường Việ Nam, Foodnk sẽ phân tích những yếu tố công nghệ tại các nước đang phát triển, cụ thể như sau:
- Từ góc độ kỹ thuật, quy trình đông lạnh là một trong những phương pháp bảo quản thực phẩm tiện lợi và dễ dàng nhất so với các kỹ thuật bảo quản thương mại khác.
- Tính linh hoạt của hệ thống thiết bị: Có khả năng ứng dụng một hệ thống linh hoạt cho nhiều loại trái cây, nông sản khác nhau.
- Chi phí năng lượng: Như đã đề cập thì một quá trình đông lạnh sẽ tiêu thụ mức năng lượng khá cao (khoảng 10% tổng chí phí), Tuy nhiên nó còn phụ thuộc vào quy định của chính phủ về đơn giá, chi phí thuế trợ cấp,…
>> Xem thêm Thực phẩm lạnh đông có giảm chất lượng? Câu trả lời nằm ở kỹ thuật
Thị trường thực phẩm đông lạnh phát triển ngày càng nhanh do xu hướng hiện đại hóa
Thị trường đông lạnh toàn cầu đang gia tăng khi có sự gia tăng FDI ở nhiều quốc gia đang phát triển. Thị trường sản phẩm đông lạnh dự kiến sẽ mở rộng trong thời gian tới. Dưới đây là nhưng lý do [2]:
- Sự tiến bộ về mặt khoa học kỹ thuật trong ngành công nghệ thực phẩm tiện lợi cùng ưu thế của các cửa hàng tiện lợi, siêu thị so với chợ truyền thống đang là động lực tích cực cho sự phát triển của thị trường này.
- Các loại thực phẩm đông lạnh đòi hỏi ít thời gian, công sức chế biến hơn so với các bữa cơm truyền thống. Chính sự tiện lợi này là nguyên nhân cho dự báo về sự tăng trưởng sắp đến của thị trường này.
- Việc đông lạnh thực phẩm làm chậm quá trình phân hủy và ức chế sự phát triển của các loài vi khuẩn. Việc sử dụng chất bảo quản cực kỳ ít trong các sản phẩm thực phẩm bảo quản theo phương pháp này vì vi sinh vật không phát triển ở nhiệt độ -9.5oC, điều này đủ để ngăn ngừa hư hỏng thực phẩm.
Những yếu tố ảnh hường đến quá trình đông lạnh
Chất lượng của sản phẩm cấp đông chủ yếu bị ảnh hưởng bởi tốc độ cấp đông, trong khi thời gian cấp đông được tính theo tốc độ cấp đông. Đối với các ứng dụng công nghiệp, chúng là thông số cần thiết nhất trong quá trình so sánh các loại hệ thống và thiết bị cấp đông khác nhau.
Thời gian lạnh đông
Thời gian lạnh đông được định nghĩa là thời gian cần thiết để hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu xuống nhiệt độ nhất định tại tâm nhiệt của nó. Thời gian đông lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ ban đầu và cuối cùng của sản phẩm và lượng nhiệt được loại bỏ, cũng như kích thước (đặc biệt là độ dày) và hình dạng của sản phẩm, quá trình truyền nhiệt và nhiệt độ.
Tốc độ đóng băng
Định nghĩa
Tốc độ đông lạnh (oC/h) đối với sản phẩm hoặc bao bì được định nghĩa là tỷ lệ chênh lệch giữa nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối cùng của sản phẩm với thời gian đông lạnh. Tại một vị trí cụ thể trong sản phẩm, tốc độ đóng băng cục bộ có thể được định nghĩa là tỷ số giữa chênh lệch giữa nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ mong muốn với thời gian trôi qua để đạt được nhiệt độ cuối cùng nhất định.
>> Xem thêm Quá trình mạ băng và lạnh đông thủy sản trong Công nghệ thực phẩm
Chất lượng của sản phẩm đông lạnh phần lớn phụ thuộc vào tốc độ cấp đông.
Nếu quá trình này xảy ra ngay lập tức thì sẽ có nhiều vị trí hơn trong thực phẩm bắt đầu kết tinh. Ngược lại, nếu quá trình đông lạnh diễn ra chậm, quá trình phát triển tinh thể sẽ chậm hơn với ít vị trí tạo mầm dẫn đến tinh thể băng lớn hơn. Các tinh thể băng lớn có thể gây tổn thương cơ học cho thành tế bào bên cạnh việc làm mất nước tế bào. Vì vậy, tốc độ đông lạnh đối với mô thực vật là cực kỳ quan trọng do ảnh hưởng của tốc độ đông lạnh đến kích thước của tinh thể băng, quá trình hydrat hóa tế bào và sự phá hủy thành tế bào.
Cấp đông nhanh có lợi cho việc đông lạnh nhiều loại thực phẩm, tuy nhiên một số sản phẩm dễ bị nứt khi tiếp xúc với nhiệt độ cực thấp trong thời gian dài. Cơ chế giải thích cho hiện tượng này bao gồm sự giãn nở thể tích, sự co lại và giãn nở, và sự hình thành áp suất bên trong,…
Tạm kết
Lạnh đông là một phương pháp bảo quản thực phẩm phổ biến, giúp kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm và giữ được hương vị, chất dinh dưỡng và màu sắc của thực phẩm. Để thực phẩm đông lạnh giữ được chất lượng tốt, cần hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lạnh đông bao gồm nhiệt độ, tốc độ làm lạnh và thời gian làm lạnh.
Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về quá trình lạnh đông, bao gồm các giai đoạn chính, các yếu tố ảnh hưởng và cách bảo quản thực phẩm đông lạnh. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về quá trình lạnh đông và áp dụng để bảo quản thực phẩm một cách hiệu quả.
Tài liệu tham khảo
[1] Theo FAO
[2] Theo precede.nce research
Vân Thanh
