Lạnh đông dạng khí thổi (đông gió)

Ưu điểm lớn nhất của thiết bị lạnh đông dạng khí thổi là tính linh hoạt của nó. Nó có thể thích ứng với sự thay đổi hình dạng bất thường của sản phẩm. Khi sản phẩm có hình dạng và kích thước thay đổi trong phạm vi rộng, lạnh đông dạng khí thổi được chọn là tốt nhất. Tuy nhiên, vì tính linh động này mà nó thường gây khó khăn cho người sử dụng vì không thể biết được ứng dụng chính xác của nó. Thiết bị này dễ dàng sử dụng nhưng tính chính xác và hiệu quả không cao.

Sản phẩm có thể lạnh đông trong thời gian thích hợp, tốc độ dòng thổi của không khí nên đạt ở mức cân bằng cao. Để đạt được tốc độ lạnh đồng nhất sau khi qua thiết bị lạnh đông, dòng không khí thổi vào yêu cầu phải giống nhau trên mỗi con cá và mỗi bao gói.

Tốc độ không khí thổi 5 m/s thường được áp dụng cho hầu hết các dạng lạnh đông bằng khí thổi.

Hình 4.2. Mối quan hệ giữa thời gian lạnh đông với tốc độ không khí trong thiết bị lạnh đông bằng khí thổi

Thiết bị lạnh đông khí thổi liên tục có thể điều chỉnh tốc độ khí thổi vào khi vượt quá giá trị cho phép. Tốc độ dòng khí thổi cao, khoảng 10 - 15 m/s có thể mang lại giá trị kinh tế cao cho thiết bị lạnh đông dạng liên tục.

Nhược điểm của thiết bị lạnh đông dạng khí thổi là tính không hiệu quả và dòng khí thổi vào không đồng nhất trên sản phẩm.

Hình 4.3. Tủ đông gió

Hình 4.3 mô tả dạng thiết bị lạnh đông dạng khí thổi. Không khí lạnh chuyển động từ phía sau tới và trở lại dàn lạnh ở khoảng trống phía dưới. Tủ gồm nhiều mô đun độc lập với nhau, nhờ đó có thể điều chỉnh năng suất lạnh của nó dễ dàng.

Lạnh đông dạng đĩa (tiếp xúc)

Lạnh đông dạng đĩa được ứng dụng cho lạnh đông cá khối (block) nhưng nó không linh hoạt như dạng khí thổi. Thiết bị có thể là dạng đứng hoặc nằm ngang tùy theo cách sắp xếp của đĩa. Các đĩa được làm bằng nhôm, dạng cắt ngang, sắp xếp thành hàng và chất lỏng làm lạnh sẽ đi qua đó. Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra ngang qua mặt trên và mặt dưới của đĩa. Quá trình lạnh đông được hình thành nhờ sự tiếp xúc trực tiếp giữa đĩa lạnh và sản phẩm.

Kích cỡ tối đa của khối sản phẩm ứng dụng trong phương pháp này thường là 1,07 mm x 535 mm. Tuy nhiên, kích cỡ của khối sản phẩm có thể thay đổi tùy theo sản phẩm và bề dày của khối sản phẩm có thể thay đổi dao động trong khoảng từ 25 đến 130 mm. Kích cỡ của khối sản phẩm được chọn lựa phụ thuộc vào loại cá đem đi lạnh đông.

* Ảnh hưởng của mức độ tiếp xúc các bề mặt truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc

Mức độ tiếp xúc và khả năng truyền nhiệt từ thực phẩm vào dàn lạnh giảm do:

• Nhiệt truyền qua nhiều lớp kim loại
• Các bề mặt tiếp xúc không phẳng
• Kích thước, hình dạng các khuôn đựng thực phẩm không đúng tiêu chuẩn
• Chiều cao khuôn và bề dày sản phẩm khác nhau
• Sự ép nén không đạt yêu cầu

Hình 4.4. Tủ đông tiếp xúc và các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ tiếp xúc, truyền nhiệt trong tủ đông tiếp xúc

Biện pháp khắc phục:

Để tăng khả năng truyền nhiệt của thực phẩm trong tủ đông tiếp xúc có thể áp dụng các biện pháp:

- Thay khay đựng khuôn bằng khung ghép khuôn

- Dùng thép không rỉ làm khuôn

- Sử dụng các khuôn có kích thước phù hợp với sản phẩm trong khuôn, không để dư thể tích khuôn khi sản phẩm đã đóng băng

- Dùng nắp đậy khuôn phù hợp

- Đảm bảo lực ép nén đều và đủ cho dàn lạnh

Lạnh đông dạng phun và ngâm thẩm thấu

Đây là loại thiết bị thường được ứng dụng để cấp đông sản phẩm IQF. Dạng thiết bị lạnh đông này ít được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến cá lạnh đông mà chỉ thường được sử dụng để lạnh đông các sản phẩm đặc biệt hoặc sản phẩm có giá trị kinh tế cao.

a. Cấp đông dạng ngâm thẩm thấu

Sử dụng phương pháp cấp đông dạng ngâm phải đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa bề mặt cá và môi trường lạnh đông để đảm bảo quá trình truyền nhiệt xảy ra được tốt. Môi trường lạnh đông thường sử dụng là dung dịch muối NaCl, có điểm eutectic là -21,2oC. Để đạt được điểm lạnh đông này, nhiệt độ nước muối khoảng -15oC được ứng dụng cho tiến trình lạnh đông. Trong suốt quá trình vận chuyển sản phẩm đến kho bảo quản, nhiệt độ sản phẩm phải được giữ ở mức càng thấp càng tốt.

Lạnh đông cá ngừ lớn trong dung dịch nước muối có thể kéo dài đến 3 ngày để đạt được quá trình lạnh đông hoàn toàn. Sử dụng thiết bị lạnh đông dạng khí thổi ở nhiệt độ càng thấp càng tốt từ -50oC đến -60oC, thời gian lạnh đông ít hơn 24 giờ. Lạnh đông trong dung dịch nước muối trước kia được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp lạnh đông cá, ngày nay phương pháp lạnh đông này đã được thay thế bằng phương pháp lạnh đông dạng khí thổi.

b. Lạnh đông dạng phun (cấp đông băng chuyền)

Lạnh đông dạng phun cũng giống như lạnh đông dạng hỗn hợp trong ống sinh hàn. Tốc độ lạnh đông bằng phương pháp lạnh đông hỗn hợp trong ống sinh hàn rất nhanh nhờ sự tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm. Trong phương pháp này, hơi lạnh được phun vào sản phẩm và nhiệt tách ra làm thay đổi trạng thái môi trường lạnh.

* CO

Với phương pháp lạnh đông này oxyt carbon lỏng được phun trên sản phẩm ngang qua các ống trên băng tải, phía dưới có các vòi phun. CO sẽ thay đổi trạng thái khi ngang qua các vòi phun và hấp thụ một lượng nhiệt lớn. Kết quả làm cho sản phẩm lạnh xuống nhanh. Trong một số hệ thống, các lớp CO rắn (nước đá khô) được đặt nằm dưới băng tải và sản phẩm được đặt nằm phía trên. CO lỏng sau đó được phun trên đầu; sự thăng hoa của nước đá khô xảy ra ở nhiệt độ -78oC, có thể làm lạnh đông xuống ít nhất -75oC. Quá trình lạnh đông xảy ra trong những trường hợp này rất nhanh và sự mất dịch sẽ giảm xuống ít hơn 1%.

* N 2 lỏng

Trong trường hợp lạnh đông bằng N2 lỏng, khí hóa lỏng được phun lên sản phẩm thổi ngang qua băng tải đang chuyển động. Khí N2 đi ngược chiều với băng tải. Vì vậy cá nên được làm lạnh sơ bộ trước khi đưa đến phun N2 lỏng. Ở áp suất bình thường, nitơ lỏng sôi ở -196oC, vì vậy nó cần được làm lạnh sơ bộ xuống trong đường ống trước để tránh cho sản phẩm bị nức ra do quá trình làm lạnh xuống quá nhanh (tức thời). Sau khi phun, sản phẩm cần phải được để ổn định trước khi đưa ra khỏi băng tải của phòng lạnh đông. Điều này có thể do ảnh hưởng của sự chênh lệch nhiệt độ từ môi trường bên ngoài với nhiệt độ tâm sản phẩm để đưa đến trạng thái cân bằng. Sản phẩm sau khi đạt đến trạng thái cân bằng hoàn toàn được đưa đến phòng bảo quản lạnh.

Cả CO và N2 cũng có thể sử dụng trong phương pháp lạnh đông bằng khí thổi với thiết bị lạnh đông dạng xoắn ốc.

Xét về mặt kinh tế, các phương pháp lạnh đông được áp dụng để chế biến sản phẩm cá lạnh đông phải tạo ra được sản phẩm đảm bảo chất lượng, đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng. VD. Phương pháp lạnh đông dạng đĩa được sử dụng để lạnh đông cá dạng khối (block). Sử dụng bất kỳ dạng lạnh đông nào khác cho kết quả không đồng nhất ở các phía. Điều này dẫn đến giảm hiệu suất của tiến trình chế biến ở giai đoạn sau. Lạnh đông dạng khí thổi có thể ứng dụng cho mọi loại sản phẩm.

Các dạng thiết bị lạnh đông băng chuyền

• Lạnh đông băng chuyền xoắn

Dạng thiết bị băng chuyền xoắn được biểu diễn ở hình 4.5

Hình 4.5. Tủ đông băng chuyền xoắn

Băng chuyền gồm nhiều thanh ghép đặt nằm ngang không song song với nhau. Phía ngoài có khoảng cách lớn hơn phía trong. Nhờ đó nó chuyển động xoắn dọc trên khung đỡ hình trụ. Băng chuyền vận chuyển sản phẩm chuyển động từ dưới lên trên, không khí lạnh chuyển động từ trên xuống dưới, trao đổi nhiệt với sản phẩm để thực hiện quá trình lạnh đông.

- Lạnh đông dạng thẳng

Hình 4.6. Tủ đông băng chuyền thẳng

Tủ đông được ghép từ những tấm cách nhiệt và được đặt trực tiếp trên nền nhà. Bên trong có băng chuyền thẳng chạy xuyên dọc tủ để vận chuyển sản phẩm. Dàn lạnh với quạt gió phía trên tạo ra dòng không khí lạnh thổi xuống bề mặt băng chuyền. Không khí lấy nhiệt của thực phẩm và đưa vào dàn lạnh. Băng chuyền vừa nâng đỡ thực phẩm vừa nhận nhiệt của thực phẩm để truyền vào không khí.

Các tấm băng chuyền được tạo nên từ những móc liên kết, nhờ đó nó có thể chuyển động mềm dẻo, uốn lượn trên những con lăn, đồng thời cho không khí xuyên qua để tăng sự trao đổi nhiệt.

Xử lý sản phẩm thủy sản sau lạnh đông

Để kéo dài thời gian bảo quản, mạ băng và bao gói sản phẩm thủy sản lạnh đông rất cần thiết.

Mạ băng

Mạ băng có nghĩa là áo một lớp nước đá mỏng ở bề mặt ngoài của thủy sản lạnh đông bằng cách p

hun sương hoặc nhúng vào nước để tạo lớp nước đá mỏng trên bề mặt sản phẩm lạnh đông, đã được ứng dụng rộng rãi trong bảo quản sản phẩm lạnh đông thủy sản nhằm giúp bảo vệ sản phẩm tránh sự mất nước và oxy hóa. Lớp nước đá giúp ngăn cản hiện tượng thăng hoa và cũng hạn chế lượng không khí thổi ngang qua bề mặt của sản phẩm. Vì vậy sẽ giảm được tốc độ oxy hóa sản phẩm. Lượng nhiệt cần thiết cho tiến trình mạ băng cần được quan tâm và thủy sản có thể được làm lạnh sơ bộ trong phòng lạnh đông trước khi chuyển đến kho bảo quản.

Trong quá trình mạ băng, bề mặt sản phẩm nhận thêm nhiệt vào và thủy sản cần được tái đông trong tủ cấp đông trước khi chuyển đến kho bảo quản. Để tạo lớp băng đẹp và đồng đều trên bề mặt của thủy sản, quá trình mạ băng đòi hỏi phải được kiểm soát một cách chặt chẽ.

a. Phương pháp mạ băng bằng cách nhúng vào thùng nước

Mạ băng bằng cách này không được khuyến khích sử dụng vì:

- Nhiệt độ ban đầu của nước có thể tương đối cao so với nhiệt độ bề mặt sản phẩm lạnh đông; nó được làm giảm xuống khi mạ băng tiếp diễn và vì thế chiều dày của lớp băng thay đổi.

- Nước sẽ bẩn sau vài lần nhúng

Nếu áp dụng mạ băng bằng phương pháp nhúng thì thùng chứa phải được cung cấp nước lạnh liên tục và vừa đủ với mức ống chảy tràn.

Hình 4.7. Thiết bị mạ băng nhúng dạng băng chuyền

Để kiểm soát chiều dày lớp băng cần phải kiểm soát:

- Mức nước: mức nước cao thì lớp băng dày hơn

- Tốc độ băng chuyền: lớn cho lớp băng mỏng hơn

b. Phương pháp mạ băng bằng cách phun sương

Phương pháp mạ băng bằng cách phun là thích hợp, nhưng lại khó có được lớp băng đẹp, đồng đều.

Để lớp băng đẹp và đồng đều:

- Tốc độ băng chuyền không đổi sẽ đảm bảo thời gian vừa đúng trong vùng mạ băng

- Phun từ trên xuống và từ dưới lên một lượng nước lạnh không đổi và mạ băng được cả phía trên lẫn phía dưới sản phẩm

- Sự sắp xếp băng chuyền đôi làm cho thủy sản đổi bề mặt tạo ra lớp băng đều đặn

- Các vách ngăn điều chỉnh có thể được dùng để sắp xếp lại các thủy sản chồng lên nhau trên băng chuyền. Vì thế, mỗi sản phẩm được lộ ra hoàn toàn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tỉ lệ mạ băng

- Thời gian mạ băng

- Nhiệt độ thủy sản

-

Nhiệt độ nước mạ băng

- Kích thước sản phẩm

- Hình dạng sản phẩm

Bao gói

Sản phẩm nên được bao gói và hàn kín lại để ngăn chặn quá trình oxy hóa sản phẩm. Vật liệu được chọn lựa để bao gói cần phải có khả năng ngăn cản sự thẩm thấu hơi nước cao để ngăn chặn sự bốc hơi nước của cá trong suốt quá trình bảo quản. Vì vậy khi chọn lựa bao gói cần phải thích hợp cho mỗi loại sản phẩm.

Nhiệt độ bảo quản

Hạ nhiệt độ bảo quản xuống thấp có thể làm chậm lại sự hư hỏng của thủy sản lạnh đông do sự phân giải protein, biến đổi chất béo và sự mất nước. Nhiệt độ được đề nghị để bảo quản sản phẩm cá lạnh đông là -30oC, tối thiểu phải là -18oC.

Các biến đổi xảy ra trong thời gian bảo quản sản phẩm lạnh đông

a. Sự biến đổi protein

Protein biến đổi trong suốt quá trình lạnh đông và bảo quản lạnh. Tốc độ phân hủy phụ thuốc rất lớn vào nhiệt độ.

b. Biến đổi chất béo

Mỡ cá giàu acid béo chưa bão hòa, vì vậy có thể bị oxy hóa nhanh chóng tạo mùi ôi khét trong suốt thời gian bảo quản. Có thể ngăn chặn sự oxy hóa chất béo của cá bằng cách mạ băng hoặc bao gói trong bao bì plastic có hút chân không.

c. Sự biến đổi màu sắc

Chất lượng của cá thường được đánh giá bởi hình dạng bên ngoài, sự biến đổi màu sắc phải ở mức rất thấp, nếu không sẽ làm giảm chất lượng sản phẩm.

Sự mất màu hồng ở các loài giáp xác là kết quả từ sự biến màu của hợp chất carotenoid.

Bảo quản ở nhiệt độ thấp giúp làm chậm lại sự biến đổi protein, chất béo và màu sắc.

d. Sự biến đổi hàm lượng ẩm

Khi cá mất nước nhiều trong quá trình bảo quản lạnh, bề mặt cá trở nên khô, mờ đục và xốp. Nếu tiến trình này kéo dài, phần nước nằm sâu bên trong cá cũng bị thấm ra đến khi cá xơ ra, nguyên liệu sẽ rất nhẹ.

Ảnh hưởng của sự mất nước nghiêm trọng có thể nhìn thấy được khi trên bề mặt của cá bị sậm lại, trạng thái này gọi là “cháy lạnh”. Hiện tượng này chỉ thấy sau một thời gian dài bảo quản trong kho lạnh.

a. Tan giá dưới dòng nước chảy

Khối cá được đặt vào trong bồn nước chảy (nhiệt độ nước vòi), để qua đêm và cá sẽ được tan giá sáng hôm sau.

Ưu điểm

- Vốn đầu tư nhỏ, giá thành thấp

- Cần ít thông tin, không đòi hỏi kỹ thuật cao

- Ít tốn nhân lực

- Có thể ứng dụng với mọi khối cá có hình dạng và kích thước khác nhau

- Cá được làm sạch nhờ dòng nước chảy liên tục

- Dễ ứng dụng, tiết kiệm mặt bằng

Nhược điểm

- Khó điều khiển được nước sạch

- Nhiệt độ tan giá phụ thuộc vào môi trường xung quanh, khó điều chỉnh

- Nhiệt độ cuối cùng có thể quá cao, kết quả làm giảm chất lượng và sản lượng của sản phẩm

- Tiêu hao lượng nước lớn (đến 120 m3/ tấn cá)

- Cá tan giá trong nước có thể bị biến trắng và có thể bị no nước

Từ những lý do trên, phương pháp này chỉ phù hợp khi cần tan giá không thường xuyên và với qui mô nhỏ.

b. Tan giá bằng cách ngâm vào trong nước nóng

Phương pháp này còn được gọi là phương pháp Lorenzen - tên của nhà đầu tư

• 750 lít nước ở 33oC được cho vào bồn 1000 lít
• 350 kg cá dạng khối được đặt vào bồn
• Khí cho vào dưới đáy của bồn để tạo dòng tuần hoàn an toàn
• Sau khoảng 5 h ngưng nạp khí, nước đá được cho vào để bảo quản

- Bồn được đặt trong kho lạnh. Cá sẽ được giữ ở 0oC trong thời gian 4 - 5 ngày, ban đêm bổ sung thêm nước đá

Ưu điểm

• Vốn đầu tư nhỏ, giá thành thấp
• Cần ít thông tin, không đòi hỏi trình độ điều khiển cao
• Cá được làm sạch sau khi tan giá
• Ít tiêu tốn năng lượng
• Có thể áp dụng cho mọi sản phẩm có hình dạng và kích thước khác nhau
• Hằng số nhiệt độ ở 0oC
• Dễ ứng dụng, tiết kiệm mặt bằng sản xuất

Nhược điểm

- Quá trình tan giá phải được lên kế hoạch cụ thể trong các công đoạn chế biến tiếp theo

• Đòi hỏi không gian bồn bảo quản lớn sau khi dùng

- Cần phải có người quản lý và cung cấp nước đá trong suốt giai đoạn bảo quản lạnh

• Cá tan giá trong nước có thể bị đốm trắng và no nước

c. Tan giá liên tục trong thiết bị tuần hoàn nước

Trong phương pháp này, khối cá được đưa liên tục qua bể nước. Nguyên lý hoạt động của thiết bị này là cá lạnh đông được cho vào bể và cá được tan giá dưới đáy của bể. Sau đó chúng được bốc dỡ lên bằng băng tải

Để có được diện tích bề mặt lớn, khối cá lạnh đông được chuyển động liên tục đến khi chúng tách rời ra và như vậy quá trình tan giá sẽ nhanh hơn. Nước trong bể được lọc và tuần hoàn liên tục để duy trì nhiệt độ của nước ổn định và giữ cố định ở mức đã xác định trước.

Ưu điểm

• Cho năng suất cao (1 - 2 tấn /giờ)
• Dễ điều khiển nhiệt độ
• Có khả năng hoạt động liên tục
• Tiết kiệm không gian kho bảo quản lạnh
• Ít tốn nhân lực

Nhược điểm

• Vốn đầu tư cao
• Cần có trình độ điều khiển cao
• Có nhiều tiếng động (do dao động)
• Giá thành hoạt động cao (do nhiệt, phần chất thải, vệ sinh)

- Để đạt hiệu quả cao đòi hỏi nhiệt độ phải cao, dẫn đến làm giảm chất lượng sản phẩm

• Lượng nước tuần hoàn lại nhiều lần có thể là nguyên nhân làm tăng số lượng vi khuẩn trong sản phẩm
• Khó duy trì nhiệt độ là hằng số, nhiệt độ bị hạ thấp khi cá tan giá

Từ đó chúng ta có thể kết luận rằng tan giá bằng phương pháp này các nhược điểm vẫn còn quá nhiều, vì vậy các thiết bị tan giá hoạt động liên tục vẫn còn phải cải tiến đến khi các điều kiện trên đạt được độ tin cậy cao.

Tan giá bằng hơi khí bão hòa ở nhiệt độ và vận tốc xác định hầu như có hiệu quả như tan giá trong nước.

Thiết bị sử dụng cho loại tan giá này giống như thiết bị lạnh đông dạng hầm, chỉ khác là không khí nóng thổi xung quanh cá.

Khối cá đông lạnh được đặt vào khay, đưa vào hầm bằng xe goòng. Xe goòng phải khớp với hầm, nghĩa là phòng làm việc phải chất đầy. Bằng cách này không khí được thổi vào xung quanh cá.

Xe goòng được đặt vào hầm, cửa đóng lại và tiến trình tan giá được bắt đầu khi quạt được mở lên. Không khí thổi vào được điều chỉnh bởi thiết bị điều nhiệt, thiết bị này giữ cho nhiệt độ của hầm là hằng số ở nhiệt độ 18oC. Khi mới bắt đầu, nhiệt độ có thể tăng đến 33oC (nghĩa là đến khi lớp ngoài của cá bắt đầu tan giá).

Để quá trình dẫn nhiệt giữa cá và không khí diễn ra đạt hiệu quả, cần thiết phải có 100% hơi khí bão hòa. Hơi khí bão hòa này có được từ nơi làm ấm ngay sau khi gia nhiệt.

Không khí bão hòa ngăn cản cá bị khô trong suốt tiến trình tan giá. Cá bị khô sẽ giảm sản lượng và chất lượng nên cần phải tránh.

Khả năng làm việc đạt tiêu chuẩn của loại thiết bị này là 20 tấn cá tan giá ở 18O‑C trong thời gian 14 - 15h.

Quá trình tan giá tốt khi chất lượng của cá sau khi tan giá không thay đổi so với trước khi tan giá.