by Những tác động của sự kết tinh nước đối với thực phẩm
Sự kết tinh nước là hiện tượng cơ bản làm thay đổi các tính chất của thực phẩm, nước chuyển sang trạng thái rắn làm mất đi môi trường lỏng của sự hoạt động vi sinh vật và các enzyme trong thực phẩm. Sự giảm mức năng lượng do kết tinh của nước rất lớn so với các quá trình giảm nhiệt độ, đây là những yếu tố chủ yếu dẫn đến sự tiêu diệt hoặc kìm chế hoạt động sống của vi sinh vật, hạn chế tác động của enzyme. Do đó, làm giảm đi rất nhiều những biến đổi hóa học của thực phẩm. Ngoài ra cấu trúc thực phẩm được nước đá bảo vệ sẽ được hạn chế tác động của môi trường bên ngoài trong quá trình vận chuyển, bảo quản. Vì vậy, làm đông là biện pháp bảo vệ tốt nhất những tính chất ban đầu của thực phẩm trong một thời gian rất dài.
Khi nước kết tinh sẽ dãn nở thể tích, thường làm rách vỡ cấu trúc bên trong của thực phẩm, dẫn đến làm thay đổi một số tính chất của nó. Quá trình kết tính nước làm tăng tốc độ mất nước, đồng thời có thể gây biến tính những chất dinh dưỡng có liên kết tốt với nước, dẫn đến làm giảm mùi vị, khả năng hút nước và giữ nước của thực phẩm, ngoài ra nó còn làm thay đổi màu sắc của thực phẩm.
Quá trình kết tinh của nước là quá trình tạo thành các mầm tinh thể và tăng kích thước của chúng, quá trình giảm nhiệt độ tức là quá trình giảm mức năng lượng, dẫn đến giảm sự chuyển động tự do về nhiệt của các phân tử chất lỏng, đến một mức độ nào đó lực liên kết giữa các phân tử có thể cố định chúng lại tại những vị trí xác định, tạo thành tinh thể nước đá. Ở trong nước thường có những phân tử chất rắn với kích thước nhỏ, ở nhiệt độ gần °C những phân tử chất rắn này sẽ ngừng chuyển động nhiệt, lực kết hợp giữa chúng với các phân tử nước xung quanh lớn hơn lực kết hợp giữa các phân tử nước với nhau. Vì vậy, các phân tử nước liên kết với các phân tử chất rắn ở 0°C để tạo thành những mầm tinh thể. Xu hướng chủ yếu là các mầm tinh thể hút các phân tử nước để tăng kích thước tinh thể và ít có xu hướng tăng thêm số lượng mầm tinh thể.
Trong cấu trúc thực phẩm, nước chịu nhiều tác động bởi các chất tan và không tan, ở những vị trí khác nhau trạng thái của chúng khác nhau, vì vậy nhiệt độ kết tinh của nước trong thực phẩm khác nhau là khác nhau.
Những yếu tố ảnh hưởng tới sự kết tinh nước
1. Nồng độ chất ban đầu
Khi tăng nồng độ các chất tan thì nhiệt độ kết tinh của nước giảm, bởi vì các chất hòa tan sẽ kéo các phân tử nước và ngăn cản chúng kết hợp với nhau, khi tăng nồng độ các chất tan lên 1 phân từ gam thì nhiệt độ kết tinh của nước giảm xuống 1,84°C. Như vậy, độ giảm nhiệt độ của nước kết tinh phụ thuộc vào nồng độ chất tan ở trong đó.
Δt = - 1,84.n
Với: - n: số phân tử gam các chất tan;
- Δt: độ giảm nhiệt độ kết tinh.
Khi nhiệt độ kết tinh của nước trong thực phẩm càng giảm thì các tinh thể nước đá tạo thành có kích thước nhỏ, dài, mức độ ảnh hưởng đến cấu trúc thực phẩm càng giảm. Ở nhiệt độ khoảng (-20 ÷ -10)°C các tinh thể đá tạo thành có kích thước lớn không đều, ở nhiệt độ (-22 ÷ -20)°C các tinh thể đá tạo thành có kích thước nhỏ đều. Nếu nhiệt độ thấp hơn nữa thì tinh thể đá tạo thành có kích thước rất nhỏ với số lượng tinh thể rất lớn.
Hình 1. Quá trình hình thành điểm đóng băng
Hiện tượng 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 trúc màng tế bào và tốc độ hạ nhiệt độ của môi trường xung quanh. Nhiệt độ điểm quá lạnh và nhiệt độ điểm đóng băng hoàn toàn khác nhau.
Các tinh thể đá xuất hiện ở điểm quá lạnh, tỏa ra ẩn nhiệt đóng băng làm tăng nhiệt độ thực phẩm. Bởi vì, tốc độ thai 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 thực phẩm tăng lên đến mức cao nhất và dừng ở đó một lúc để hoàn thành quá trình đóng băng nước, (nước tự do – cấu trúc) đây là điểm đóng băng, sau đó tiếp tục giảm nhiệt độ. Quá trình này mô tả ở hình 1, ở mỗi loại thực phẩm khác nhau thì có điểm quá lạnh và điểm đóng băng khác nhau.
2. Tốc độ làm đông
Tốc độ làm đông có thể đo bằng tốc độ chuyển dịch của vạch phân cách giữa miền nước đang kết tinh và miền nước chưa kết tinh. Thông thường quá trình làm đông được phân biệt với tốc độ chậm, nhanh và rất nhanh. Đối với nhiều loại thực phẩm, giới hạn giữa làm đông chậm và làm đông nhanh có thể là 3cm/h, nhưng nói chung tốc độ làm đông sẽ ảnh hưởng đến tinh thể nước đá và chất lượng thực phẩm.
Hình 2. Đường biểu diễn nhiệt độ – thời gian trong quá trình cấp đông
2.1. Ở quá trình làm đồng chậm
Do sự giảm nhiệt độ diễn ra chậm, quá trình kết tinh nước đá có điều kiện để hút các phân tử nước xung quanh dẫn đến số lượng tinh thể ít, thể tích và kích thước tinh thể nước đá lớn. Do đó, quá trình làm đông chậm có tác động nhiều đến cấu trúc thực phẩm.
2.2. Ở quá trình làm đông nhanh
Do sự trao đổi nhiệt lớn, nhiệt độ thực phẩm giảm nhanh, mức độ di chuyên của nước trong quá trình kết tinh ít, nên các tinh thể nước đá có kích thước nhỏ, số lượng tinh thể nhiều. Vì vậy, quá trình làm đông nhanh ít ảnh hưởng đến cấu trúc, chất lượng thực phẩm.
2.3. Ở quá trình làm đồng cực nhanh (tức thời)
Quá trình này chuyên nước về trạng thái răn ở ngay thời điểm ban đầu của chúng, với nhiệt độ kết tinh thấp. Các tỉnh thể nước đá có kích thước rất nhỏ, ở dạng sợi nhỏ, một số trường hợp các tinh thể nước đá ở dạng vô định hình. Như vậy, khi làm dông cực nhanh thì hau như không ảnh hưởng đến cấu trúc, chất lượng của thực phẩm.
3. Trạng thái chất lượng của thực phẩm
Trạng thái chất lượng của thực phẩm thường gắn liền với trạng thái của nước trong thực phẩm. Nước trong thực phẩm tồn tại ở hai dạng, nước tự do không tham gia vào cấu trúc thực phẩm và nước liên kết có tham gia liên kết với các thành phần chất tan và chất rắn trong cấu trúc thực phẩm. Khi chất lượng thực phẩm giảm sẽ dẫn đến tỷ lệ nước tự do tăng, nước liên kết giảm. Đặc biệt trong quá trình biến đổi tự nhiên với giai đoạn co cứng (tê cứng) của động vật làm những trung tâm giữ nước trong cấu trúc thực phẩm giảm, dẫn đến khi kết tinh thì khả năng di chuyển của nước tăng, các tinh thể nước đá có kích thước tăng, khối lượng thực phẩm giảm và gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng thực phẩm.
Sự kết tinh của nước trong thực phẩm phụ thuộc vào nhiệt cấp đông
Viện Đại học TOKYO (Nhật Bản) bằng kỹ thuật hiện đại chụp thực phẩm lạnh đông bằng tia RơnGhen (tia X) truyền dẫn tín hiệu bằng hệ thống cảm biến kỹ thuật số đã phân tích và theo dõi được sự kết tinh của nước trong thực phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ đông lạnh thực phẩm. Tuy nhiên vẫn còn sai số khá lớn.
Tập thể các nhà khoa học Khoa Công nghệ lạnh thực phẩm của Viện Đại học TOKYO đã nghiên cứu trên đối tượng thuỷ hải sản là chủ yếu. Kết quả được thể hiện rõ trên hình 3, đường (4) nói lên rằng mối quan hệ giữa tỷ lệ nước đóng băng và nhiệt độ cấp đông là tuyến tính. Các đường nằm trên đường (4) là những đối tượng thuỷ hải sản có thành phần protein là chủ yếu, còn lipit chiếm một lượng rất nhỏ, những đường nằm ở dưới đường (4) là những đối tượng thủy hải sản có thành phần lipit là chủ yếu.
Hình 3. Quan hệ giữa tỷ lệ nước đóng băng và nhiệt độ cấp đông
Đường (1) là quan hệ giữa tỷ lệ nước đóng băng và nhiệt độ cấp đông của cá cơm, con moi;
Đường (2) là quan hệ giữa tỷ lệ nước đóng băng và nhiệt độ cấp đông của tôm sú, tôm bạc;
Đường (3) là quan hệ giữa tỷ lệ nước đóng băng và nhiệt độ cấp đông của cá thu, cá ngừ,
Đường (5) là quan hệ giữa tỷ lệ nước đóng băng và nhiệt độ cấp đông của cá mập, cá voi. Những loại cá này có thành phần lipit rất lớn. Khả năng truyền nhiệt kém dẫn đến nước đóng băng chậm.
Tóm lại: Khi đông lạnh thực phẩm thì cần phải xác định nhiệt độ cấp đông tối ưu, ứng với nhiệt độ cấp đông tối ưu đó thì lượng nước tự do và lượng nước liên kết hóa lý trong thực phẩm phải kết đông hoàn toàn, đồng thời vi sinh vật chết hoặc ngừng hoạt động hết hoàn toàn.
0 Comments: